原子光譜吸收-色譜聯(lián)用于元素形態(tài)分析的研究狀況

原子光譜吸收-色譜聯(lián)用于元素形態(tài)分析的研究狀況形態(tài)分析的幾個(gè)概念

物種（species）物種是指一種元素的不同存在形式。形態(tài)（speciation）形態(tài)是指一種元素不同物種的分布情況，即指某一元素以特定的分子、電子和原子核結(jié)構(gòu)存在的形式。形態(tài)分析（speciationanalysis）形態(tài)分析是識(shí)別和測(cè)定存在于某樣品中的一種特定元素不同化學(xué)物理形式的過(guò)程。元素形態(tài)

一種元素的生理、毒理影響以及生物可給性、環(huán)境行為和遷移性在很大程度上取決于它的形態(tài)。元素的某一形態(tài)可能是有毒的，而同一種元素的另一形態(tài)卻可能是無(wú)毒的，甚至對(duì)生物組織的特定功能是必需的。形態(tài)分析的對(duì)象1．一種元素的天然物種之間的差別如砷的化合物包括As(III)、As(V)、單甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、砷膽堿(AsB)、砷甜菜堿(AsT)。這些物種的毒性順序：As(III)>As(V)>MMA>DMA，而AsB和AsT可認(rèn)為是無(wú)毒的。另一個(gè)例子是鉻，Cr(III)是人體必需，有利于糖的代謝，而Cr(VI)則被認(rèn)為是高毒性的。如用作廣譜殺菌的有機(jī)錫化合物，這些化合物會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。到目前為止，雖然食物中有機(jī)錫還不足以引起危害，但魚(yú)和海產(chǎn)品中的這些化合物含量呈上升趨勢(shì)。雖然現(xiàn)在不能確定這些化合物對(duì)人類產(chǎn)生多大的危害，確切的數(shù)據(jù)也比較缺乏，但有一點(diǎn)可以肯定在人類活動(dòng)將它們引入到環(huán)境之前，環(huán)境中有機(jī)錫的濃度為零。2.人工合成物質(zhì)3.一種元素以低毒性、低濃度、大范圍的形式進(jìn)入環(huán)境，但這種元素可能在食物鏈底部的生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為有毒物種，而且在食物鏈的頂部達(dá)到很危險(xiǎn)的程度。汞就是一個(gè)這樣的例子，無(wú)機(jī)汞在酶的作用下，通過(guò)甲基化轉(zhuǎn)化為高毒性的甲基汞。樣品的預(yù)處理1．樣品的儲(chǔ)存

如何保持樣品中元素各形態(tài)的穩(wěn)定性是形態(tài)分析中的首要問(wèn)題。為了避免化學(xué)形態(tài)的改變，常采用調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度和避免光照等措施保存樣品。Measures等將海水用鹽酸酸化到pH2，在4個(gè)半月內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)硒濃度和氧化態(tài)的明顯變化。研究表明硒化合物的穩(wěn)定性與溫度有關(guān)。Se（VI）在4、25和40C分別保存30、15和7天后，有明顯的損失。然而，溫度對(duì)Se（IV）的影響相對(duì)較小。Se（IV）在-20和4C時(shí)相當(dāng)穩(wěn)定，而在25和40C分別經(jīng)過(guò)6個(gè)月和15天后才發(fā)現(xiàn)其濃度有明顯的損失。硒砷光照對(duì)砷的形態(tài)有顯著的影響。As（III）、As（VI）、砷甜菜堿(AsB)、砷膽堿(AsC)、一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)在合適的pH且避光可穩(wěn)定保存1年。Demesmay等研究表明：如果在20C不避光保存，所有的As（III）4個(gè)月后都轉(zhuǎn)化成As（V），而在40C避光保存時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)僅有少量的As（III）轉(zhuǎn)化成As（V）。

2．稀釋和萃取稀釋可以消除一些復(fù)雜基體的干擾。Aguilar在測(cè)定鋅電鍍液中的雜質(zhì)Fe（CN）64-和Fe（CN）63-時(shí)，采用稀釋的方法消除了基體鋅羥基配合物的干擾，整個(gè)分析過(guò)程僅需4min。Medina等在測(cè)定甲基汞時(shí)，以Cl-作為CH3Hg+的反離子，用甲苯萃取，用0.1%的半胱氨酸水溶液反萃取，水相萃取物直接進(jìn)行CE分離。3．預(yù)富集由于生物和環(huán)境樣品中形態(tài)分析重要的物種的含量較低，需要進(jìn)行預(yù)富集。形態(tài)分析-聯(lián)用技術(shù)金屬和有機(jī)金屬化合物的毒性和生物效應(yīng)取決于它們的化學(xué)形態(tài)。元素的不同形態(tài)具有不同的毒性特點(diǎn)和化學(xué)特性，同系的化合物其物理化學(xué)性質(zhì)以及生物效應(yīng)可能有很大差別。如砷化合物的毒性順序是：As(III)>As(V)>MMAA>DMAA，AsB和AsC基本無(wú)毒。僅依靠測(cè)定金屬的總量已經(jīng)不能充分反應(yīng)它們對(duì)人體的危害。必須準(zhǔn)確鑒別和測(cè)定食品中微量或者痕量的金屬和有機(jī)金屬形態(tài)。

色譜-原子光譜吸收聯(lián)用氣相色譜-原子光譜吸收聯(lián)用液相色譜-原子光譜吸收聯(lián)用

GC-AAS聯(lián)用裝置

原理待測(cè)樣品由進(jìn)樣口注入，在氣化室氣化后由載氣帶入色譜柱，由于進(jìn)入色譜柱的待分離組分具有不同的物理或化學(xué)性質(zhì)，它們?cè)诠潭ㄏ嗪土鲃?dòng)相中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)這些組分隨著流動(dòng)相(載氣)移動(dòng)時(shí)，它們?cè)趦上嚅g反復(fù)多次分配，從而使各組分得到完全分離，分離后的各組分在載氣和輔助尾吹氣的共同作用下進(jìn)入加熱的不銹鋼管，分解后得到待測(cè)物的元素態(tài)并通過(guò)T型管的吸收管進(jìn)入石英原子化器并被原子吸收儀測(cè)定。

GC-AAS聯(lián)用的接口設(shè)計(jì)T型石英管較長(zhǎng)，可使原子在光路內(nèi)的滯留時(shí)間增加，且樣品在進(jìn)入吸收管以前原子化，到達(dá)吸收管之前有一段距離使之降溫，比直接加熱T型管獲得的靈敏度高，有利于提高測(cè)定靈敏度。

選用0.5-1.0mm內(nèi)徑的不銹鋼管傳送，克服了樣品在傳送過(guò)程中由于擴(kuò)散而造成的譜帶展寬，獲得了滿意的分離效果。不銹鋼管口進(jìn)入到T型吸收管的交點(diǎn)處，使其盡量靠近空心陰極燈的光束而又不阻擋光束，同時(shí)可避免在其中分解的待測(cè)組分在吸收管前的擴(kuò)散，獲得好的峰型。

GC-FAAS聯(lián)用技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，而且能夠得到實(shí)時(shí)的色譜圖。缺點(diǎn)：氣態(tài)分子在火焰原子化器中的停留時(shí)間短，并且分析物被大量的燃?xì)夂椭计魉♂?，因而靈敏度低和檢出限高。樣品引入方式：引入霧化室、引入燃燒室和引入火焰。操作：用一個(gè)細(xì)金屬管和一個(gè)“T”型接頭將色譜柱的氣流導(dǎo)入霧化輔助氣流而進(jìn)入霧化室。不足：分析物氣流在霧化室中被大量助燃?xì)夂腿細(xì)庀♂尪鴮?dǎo)致色譜峰變寬，從而降低了靈敏度。引入霧化室引入燃燒器操作：在燃燒器的底部或側(cè)面接一金屬毛細(xì)管，色譜氣流由此導(dǎo)入燃燒室。優(yōu)點(diǎn)：克服了前述方式的色譜峰變寬效應(yīng)。

引入火焰操作：將色譜柱流出物直接導(dǎo)入原子化器火焰中。此設(shè)計(jì)使分析物的原子化和管爐原子化器的加熱分開(kāi)進(jìn)行，避免了火焰廢氣進(jìn)入原子化器。

方法應(yīng)用

GC-AAS聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展使得許多由單一的色譜法無(wú)法檢測(cè)到的痕量有機(jī)金屬化合物的形態(tài)得到靈敏測(cè)定，同時(shí)也將AAS的應(yīng)用由測(cè)定單一元素的總量擴(kuò)展到形態(tài)分析領(lǐng)域。GC-AAS聯(lián)用方法已廣泛用于環(huán)境和生物樣品分析、飼料檢測(cè)、精細(xì)化工分析及藥物檢測(cè)等方面，多為痕量有毒有機(jī)金屬化合物的形態(tài)分離與測(cè)定，典型的有有機(jī)汞、有機(jī)硒、有機(jī)鍺、有機(jī)錫等的形態(tài)分析。

發(fā)展前景

GC-AAS聯(lián)用既避免了AAS用于形態(tài)分析時(shí)需將所測(cè)形態(tài)單獨(dú)從基體中分離出來(lái)的復(fù)雜操作，又克服了傳統(tǒng)GC檢測(cè)器對(duì)環(huán)境中痕量有機(jī)金屬化合物不靈敏的缺點(diǎn)，因而廣泛適用于環(huán)境及生物樣品中極性差別不大、在一定的加熱溫度下有揮發(fā)性但熱穩(wěn)定、原子化溫度較低的有機(jī)金屬化合物，如烷基汞、硒、錫、鍺和鉛等的形態(tài)分析。

不足對(duì)于Hg2+和飽和烷基汞、Se4+和飽和烷基硒這兩類極性差別很大，以及砷化物這類不易揮發(fā)、熱不穩(wěn)定的化合物的分離測(cè)定，GC-AAS的使用還受到一定的限制。

液相色譜-火焰原子吸收聯(lián)用操作：將色譜柱與霧化器通過(guò)毛細(xì)管直接相聯(lián)，經(jīng)由霧化器噴入火焰中測(cè)定。注意：色譜流速與霧化器的提升速度應(yīng)該相匹配。若出現(xiàn)連接管吸癟的現(xiàn)象，則應(yīng)該增加一路輔助液流，但這樣就會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，造成色譜峰的展寬和信號(hào)降低。一般使用氬-氫火焰。不足：由于噴霧效率低及火焰本身的吸收，色譜-火焰原子吸收方法靈敏度很低，一般在微量元素的形態(tài)分析中很少用到。通過(guò)柱后聯(lián)接的連續(xù)流動(dòng)氫化物發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)。柱后流出液、酸、硼氫化鈉溶液連續(xù)流入混合圈，氣-液分離器，由載氣帶入石英管測(cè)定。對(duì)砷的形態(tài)分析而言，加熱原子化的溫度一般控制在9000C左右。石英管是半封閉的原子化器，原子在光路中停留時(shí)間較長(zhǎng)，使得測(cè)定靈敏度提高。方法要求：砷化物必須能夠在反應(yīng)條件下轉(zhuǎn)化為氫化物。常用于AsIII，AsV，MMA和DMA的分析。對(duì)于三甲基化以上的砷化物，則必須采用在線消解裝置。液相色譜-氫化物原子吸收光譜聯(lián)用為了充分降解三甲基以上的砷化物，降解所需要的管路達(dá)5米，由此造成了色譜柱后的展寬效應(yīng)。為了減少這一效應(yīng)，可采用一個(gè)氬氣分隔流動(dòng)的模式，即在組分流出色譜柱后，立即鼓入氣泡將液流分開(kāi)，然后再經(jīng)過(guò)在線消解裝置，減小了柱后展寬，使6種砷化物獲得了較好的分離。

裝置示意圖

石墨爐原子吸收操作需要一個(gè)干燥、灰化、原子化過(guò)程，因此是間歇式的操作。目前還沒(méi)有理想的方式將液相色譜的連續(xù)過(guò)程與石墨爐原子吸收的不連續(xù)過(guò)程聯(lián)用。最常用的方式是采用一個(gè)分餾裝置，將液相色譜流出液收集，然后一份份地輸送到石墨爐中測(cè)定。這樣采樣和輸送必須嚴(yán)格控制時(shí)間，以免在還熱著的石墨管中加樣使石墨爐破裂。液相色譜-石墨爐原子吸收光譜聯(lián)用利用一個(gè)固定體積為50μL的流動(dòng)采樣杯，以溢流管控制體積，經(jīng)改裝的自動(dòng)采樣器周期性的插入井內(nèi)，收集一份柱后流出液注入石墨爐中。方式一方式二利用一個(gè)氣動(dòng)八通采樣閥，置于色譜和石墨爐原子吸收之間。閥有兩個(gè)位置“Load”和“inject”。在“Load”位置上，色譜流出液經(jīng)樣品環(huán)到餾分收集器及廢液，氣動(dòng)器上加壓時(shí)，閥轉(zhuǎn)換，40μL的柱流出液注射到石墨爐中，這時(shí)淋洗液走采樣閥旁路，當(dāng)注射