原子熒光及形態(tài)分析儀技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

1、原子熒光及形態(tài)分析儀技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用同一元素的不同形態(tài)具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)和生物活性，如：無機(jī)砷化合物的毒性比較大，有機(jī)砷化合物的毒性較小或者基本沒有毒性。因此，對于某些元素，只了解總量是不夠的，我們在了解總量的同時，更希望了解某元素的形態(tài)組成，“元素形態(tài)分析”作為一個嶄新的應(yīng)用研究領(lǐng)域應(yīng)運而生。痕(微)量元素的化學(xué)形態(tài)信息在環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、中醫(yī)醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、微量元素醫(yī)學(xué)以及商品中有毒元素限量新標(biāo)準(zhǔn)等研究領(lǐng)域中起著非常重要的作用。經(jīng)過近三十多年發(fā)展，元素形態(tài)分析目前已經(jīng)成為分析科學(xué)領(lǐng)域的一個重要分支。元素形態(tài)分析，傳統(tǒng)化學(xué)法用的比較少，使用較多的是儀器聯(lián)機(jī)分析方法，其實質(zhì)是分離技

2、術(shù)與檢測技術(shù)的聯(lián)用。所使用的聯(lián)機(jī)分析法主要是液相色譜(LC)、氣相色譜(GC)、毛細(xì)管電泳(CE)、離子色譜(IC)等分離設(shè)備和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)、原子熒光(AFS)、原子吸收(AAS)等元素檢測儀器聯(lián)用。隨著有機(jī)質(zhì)譜的發(fā)展，GC-MS和LC-MS/MS也越來越多地應(yīng)用于元素形態(tài)分析。AFS是中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分析儀器，具有分析靈敏度高、線性范圍寬、光譜干擾及化學(xué)干擾少、儀器結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于維護(hù)等優(yōu)點。LC-AFS是近幾年快速發(fā)展起來的一種聯(lián)用技術(shù)，主要儀器生產(chǎn)廠商有7家：北京吉天儀器有限公司、北京瑞利分析儀器有限公司

3、、北京普析通用儀器有限責(zé)任公司、北京海光儀器公司、北京金索坤技術(shù)開發(fā)有限公司、北京銳光儀器有限公司、北京凱迪瑞分析儀器有限公司。將來，相信還會有更多的儀器廠家加入到這個行列當(dāng)中。日前，儀器信息網(wǎng)編輯就原子熒光形態(tài)分析技術(shù)與市場、標(biāo)準(zhǔn)等問題，采訪了相關(guān)專家及儀器廠商。原子熒光形態(tài)分析技術(shù)的優(yōu)勢與不足就像前言中所說，目前元素形態(tài)分析多用儀器聯(lián)機(jī)分析方法。其中，國內(nèi)外比較認(rèn)可LC-ICP-MS聯(lián)用方法。ICP-MS方法靈敏度高、選擇性強、檢出限佳、可以時測定多種元素，是元素形態(tài)分析的有力檢測工具。但是，ICP-MS儀器主要依靠進(jìn)口、成本高、運行費用也高，目前，將其作為形態(tài)分析的常規(guī)檢測手段尚不具備條

4、件。As、Hg、Se、Sb等元素的主要熒光譜線介于200290nm之間，正好是日盲光電倍增管靈敏度最好波段，即處于AFS最佳的檢測波長范圍之內(nèi)。另一方面，這些元素可以形成氣態(tài)化合物，與大量的基體相分離，從而大大降低了基體干擾;而且，與溶液直接噴霧進(jìn)樣相比，蒸氣發(fā)生進(jìn)樣技術(shù)(VG)能將待測元素充分預(yù)富集，進(jìn)樣效率近乎100%。AFS與LC的聯(lián)用具有優(yōu)勢互補的特點，可以得到很低的檢出限，可實現(xiàn)對As、Hg、Se、Sb等元素價態(tài)的分析測試。被測元素的不同價態(tài)組分存在物理和化學(xué)性質(zhì)差異，其在色譜柱中的保留時間不同，液相色譜分離系統(tǒng)實現(xiàn)不同價態(tài)分離，接口裝置將色譜柱分離出來的不同價態(tài)被測元素組分，以及參

5、與氫化物反應(yīng)的其它試劑，通過液體輸送設(shè)備帶入反應(yīng)管路中實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng);另外，一些不能直接發(fā)生氫化物反應(yīng)或反應(yīng)效率較低的有機(jī)價態(tài)元素，可通過在線紫外消解裝置，轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行氫化物反應(yīng)的無機(jī)價態(tài)元素;最后，原子熒光檢測系統(tǒng)將被測元素定量轉(zhuǎn)化為可被檢測的光譜信號。LC-AFS其最大特點在于對含有特定元素的化合物具有高度的專一性和較高的靈敏度，具有與ICP-MS相似的分析性能(檢出限、精密度和靈敏度)。有相關(guān)專家在As形態(tài)分析的分析性能上對比了ICP-MS和AFS兩種檢測器，發(fā)現(xiàn)AFS可以獲得與ICP-MS相當(dāng)?shù)撵`敏度。與ICP-MS相比較，LC-AFS在采購成本、使用成本上具有極大優(yōu)勢;并且具有操作簡單

6、、容易上手的特點。但是，任何儀器方法都不可能是完美無缺的，LC-AFS也有其不足之處。北京瑞利說到：“AFS所測量元素及其形態(tài)范圍很有限，長期運行的穩(wěn)定性也不太理想。”海光指出：“進(jìn)樣量不匹配，即液相色譜進(jìn)樣量只有幾十微升，而AFS通常進(jìn)樣量是毫升級，所以LC-AFS聯(lián)用的檢出限比AFS的低數(shù)十倍，需要進(jìn)一步提高AFS靈敏度?！逼瘴鲋赋觯骸皩z測條件和樣品前處理方法也比較苛刻，影響因素較多。”原子熒光形態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用隨著LC-AFS技術(shù)的不斷發(fā)展，LC-AFS在檢測As、Hg、Se、Sb四種元素的形態(tài)和價態(tài)方面比較成熟，Te和Ge元素也有涉及，但是應(yīng)用較少。LC-AFS技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域與行業(yè)越來

7、越廣泛，涵蓋了食品衛(wèi)生檢測、環(huán)境樣品檢測、地質(zhì)冶金樣品檢測、水樣品檢測、農(nóng)產(chǎn)品檢測、臨床檢驗、教育及科研等領(lǐng)域。1、食品中的As形態(tài)分析A、大米和菠菜中As形態(tài)的測試(植物性)表1 大米和菠菜測定結(jié)果(普析SA7)樣品總砷值(mg/Kg)As(III)(mg/Kg)As(V)(mg/Kg)DMA(mg/Kg)MMA(mg/Kg)AsB(mg/Kg)提取率(%)大米1.301.05n.d0.20n.dn.d96菠菜0.230.050.18n.dn.dn.d100圖1 As(III)、DMA、MMA、As(V)標(biāo)準(zhǔn)色譜圖B、蔬菜中As形態(tài)測定表2 蔬菜中As形態(tài)測定結(jié)果(吉天儀器) 無機(jī)

8、砷加標(biāo)提取樣品測定I(mg/kg)測定II(mg/kg）平均(mg/kg）濃度(g/L)回收率(%)提取a(mg/kg)總量b(mg/kg）提取率(%)紫菜0.0880.0800.0845092.433.93694.2海帶0.0220.0240.0235098.416.617.395.8羊棲菜36.837.337.131.3104.154.161.987.5裙帶菜0.0980.0900.09431.383.344.154.780.7紅毛菜0.0740.0670.0715092.762.765.595.7a 將提取液用HNO3+HClO4+H2SO4消解后測得的提取液中的砷含量。b 將樣品用HN

9、O3+HClO4+H2SO4消解后測得的砷含量。圖2 砷形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)溶液譜圖圖3 海帶中的As形態(tài)譜圖C、大蝦、魚粉中As形態(tài)的測試(動物性)表3 大蝦和魚粉測定結(jié)果(普析SA7)樣品總砷值(mg/Kg)As(III)(mg/Kg)As(V)(mg/Kg)DMA(mg/Kg)MMA(mg/Kg)AsB(mg/Kg)提取率(%)大蝦3.2n.dn.d0.13n.d2.9095魚粉4.0n.dn.d0.14n.d3.7096 圖4 大蝦中AsB、DMA測量色譜圖圖5 大米中As(III)、DMA色譜圖2、魚樣中Hg形態(tài)分析圖6 汞形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)溶液譜圖(吉天儀器)圖7 魚樣中的汞形態(tài)測定結(jié)果：Me

10、tHg=104g/kg，Hg2+=3.7g/kg，Total Hg=110g/kg原子熒光形態(tài)分析儀器市場規(guī)模較小 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失目前，中國原子熒光形態(tài)分析儀器市場規(guī)模還較小，據(jù)統(tǒng)計年銷售量在200臺左右。主要是國家級別的實驗室、省一級的檢測機(jī)構(gòu)以及相關(guān)科研院所用于研究工作，并沒有普及到基層實驗室。任何儀器的大規(guī)模應(yīng)用都要依靠標(biāo)準(zhǔn)的實施，LC-AFS相關(guān)的國家限量標(biāo)準(zhǔn)較少，從法規(guī)上對產(chǎn)品廠商的約束較少，使得原子熒光形態(tài)分析儀器不能作為一種常備的分析儀器得到普及，大多作為課題研究的工具，因此形態(tài)分析相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的缺失成為LC-AFS相關(guān)市場需求沒有完全激發(fā)的最主要原因。中國有關(guān)原子熒光形態(tài)分析的方

11、法標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T5009.17-2003 食品中總汞及有機(jī)汞的測定;GB/T5009.11-2003食品中總砷及無機(jī)砷的測定;SN/T3034-2011出口水產(chǎn)品中無機(jī)汞、甲基汞和乙基汞的測定 液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用等。還有一些標(biāo)準(zhǔn)正處于準(zhǔn)備或征詢意見階段。其中，北京瑞利與中國疾控中心營養(yǎng)與食品安全所合作，開展液相色譜-原子熒光聯(lián)用技術(shù)測定食品中砷、汞形態(tài)的研究，樣品類型涉及所有的海產(chǎn)品和日常膳食;制定的GB5009.11-*食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總砷及無機(jī)砷的測定正處于征求意見中。對于一些元素形態(tài)或價態(tài)的分離及檢測方法的研究與測試標(biāo)準(zhǔn)的制定已刻不容緩。北京吉天說到：“目前，迫切需要

12、儀器廠商與相關(guān)單位通力合作，推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定?！逼瘴稣f到：“在食品、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域還有大量的LC-AFS的應(yīng)用文獻(xiàn)。隨著時間的推移和方法技術(shù)的成熟，相信經(jīng)過相關(guān)權(quán)威部門和儀器廠商的不斷努力，使其與AFS一樣，會有更多的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施?！睂τ谥萍s原子熒光形態(tài)分析儀器推廣的其他原因，韋超指出：“形態(tài)分析聯(lián)用技術(shù)的成本較高，如ICP-MS儀器單價就要一百萬人民幣以上，國產(chǎn)形態(tài)聯(lián)用分析儀器也在二十萬元以上，同時技術(shù)難度較大，分析人員需要具備較高的專業(yè)素養(yǎng)。以上兩個原因?qū)е滦螒B(tài)分析聯(lián)用技術(shù)的市場還處于培育階段?！北本┤鹄岬剑骸凹夹g(shù)上抄襲模仿較多，原始創(chuàng)新較少，能夠上升到理論層面而開發(fā)的

13、核心技術(shù)更是少之又少;ICP-MS的價格在逐年下降，原子熒光的應(yīng)用范圍、所測元素和檢出能力又比較有限，其成本優(yōu)勢所占的比重在逐年降低?！北本┘煺J(rèn)為：“形態(tài)質(zhì)控樣種類太少也是制約形態(tài)分析普及的一大瓶頸，因為，目前只有少量的無機(jī)砷和甲基汞的質(zhì)控樣，導(dǎo)致測量的準(zhǔn)確性和可靠性難以得到保證?！痹訜晒庑螒B(tài)分析儀器的市場前景?“考慮到我國經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的蓬勃發(fā)展和人民群眾對食品安全環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，形態(tài)分析聯(lián)用技術(shù)市場的發(fā)展前景還是十分樂觀的，一旦相關(guān)技術(shù)法規(guī)、限量標(biāo)準(zhǔn)得以確立完善，聯(lián)用儀器開發(fā)生產(chǎn)形成規(guī)?；?，將會帶來爆發(fā)性增長?！表f超說到。2015年中國藥典擬增訂元素形態(tài)及其價態(tài)測定法，其中包括汞元素形態(tài)

14、及其價態(tài)測定法和As形態(tài)及其價態(tài)測定法，擬增訂方法為高效液相色譜法-電感耦合等離子體質(zhì)譜測定法。2009年歐盟實施玩具安全新指令2009/48/EC，其中化學(xué)安全性能于2013年7月20日生效。該指令要求對Cr(III)和Cr(VI)分別進(jìn)行限制，其中Cr(III)、Cr(VI)限量在各類樣品中的要求分別如下：一類樣品(37.5、0.2 mg/kg);二類樣品(9.4、0.005 mg/kg);三類樣品(460、0.02 mg/kg)。2015版中國藥典、歐盟指令2009/48/EC給出的參考檢測方法都是LC-ICP-MS，但是，藥典、歐盟的標(biāo)準(zhǔn)中同樣都指出，只要分析方法經(jīng)過驗證，檢出限低于標(biāo)

15、準(zhǔn)的限量，該方法即可應(yīng)用。那么，對于原子熒光形態(tài)分析儀器生產(chǎn)企業(yè)來說，原子熒光形態(tài)分析方法是否有機(jī)會進(jìn)入這兩個領(lǐng)域?“既然2015版中國藥典、歐盟實施玩具安全新指令2009/48/EC曾提出，儀器公司可以申請等效方法。作為國產(chǎn)儀器，原子熒光具有其獨有優(yōu)勢，完全有機(jī)會進(jìn)入這兩個領(lǐng)域，而且也相當(dāng)期待進(jìn)入此領(lǐng)域，這樣可以填補國產(chǎn)分析儀器在這方面的空白。只要原子熒光在分析方法上可以達(dá)到上述應(yīng)用領(lǐng)域的要求，至少可以和LC-ICP-MS方法等效，將來極有可能將原子熒光儀器推向國際市場，”海光儀器認(rèn)為，“作為原子熒光形態(tài)分析儀器生產(chǎn)企業(yè)，今后我們將持續(xù)關(guān)注這兩個領(lǐng)域的動態(tài)，著手準(zhǔn)備開展前期研究工作?！薄皬钠?/p>

16、色譜、質(zhì)譜條件與系統(tǒng)適用性試驗可以看出，高效液相色譜法-原子熒光光譜法完全符合2015年中國藥典相關(guān)要求，滿足其測試條件。但是，由于藥典中原子熒光光譜法測量砷元素和汞元素的方法未能寫入其中，如想把其價態(tài)測定的方法寫入藥典，就需要先把原子熒光法測量砷汞的方法寫入藥典?！逼瘴稣f到，“而對于歐盟實施玩具安全新指令2009/48/EC，原子熒光形態(tài)分析儀目前還不能測量Cr的形態(tài)?！眧北京吉天也非常看好原子熒光形態(tài)分析方法在藥物分析領(lǐng)域的前景。“藥物如雄黃中的砷形態(tài)、朱砂中的汞形態(tài)，以及藥物在動物體內(nèi)新陳代謝過程中各種元素形態(tài)的轉(zhuǎn)化，都是很有研究價值的領(lǐng)域，我們已經(jīng)與相關(guān)單位進(jìn)行合作取得了一些成果?！睂?/p>

17、歐盟玩具安全新指令2009/48/EC指令中Cr(III)、Cr(VI)用原子熒光形態(tài)分析方法，北京吉天不是很看好，“該方法最困難的地方在于如何將Cr(III)、Cr(VI)從樣品中有效的提取出來，目前看來沒有很理想的方法，各種方法的提取率千差萬別。而且，RoHs樣品基體復(fù)雜，干擾重，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性都無法很好保證。此外，Cr的原子化溫度在1000以上，現(xiàn)有的原子熒光的原子化器溫度只有200左右，氫化物的發(fā)生效率也很低，需要加入特定的增敏劑，所以Cr的氫化物發(fā)生效率和原子化溫度也是需要解決的問題?！薄癎B/T 29783-2013 電子電氣產(chǎn)品中六價鉻的測定 原子熒光光譜法，已經(jīng)進(jìn)入實施階段，但是并不被歐盟所認(rèn)可，歐盟僅認(rèn)可二苯碳