環(huán)境中元素分析方法的比較

環(huán)境中元素分析方法的比較

目前，我國對水環(huán)境中的廢水和土壤中元素的測定有幾種常見方法：分光光度法、火焰原子吸收法（faas）、石墨爐原子吸收法（gff）、伏安法和波形極譜法。隨著分析儀器技術(shù)的發(fā)展,越來越多的分析儀器應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測中,如電感耦合等離子體發(fā)射光譜(1CP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(1CP-MS)這些新儀器分析技術(shù)也逐步應(yīng)用到無機(jī)元素分析檢測中。下面就FAAS、GFAAS、ICP-AES、ICP-MS這4種分析技術(shù)的的原理以及不同特點(diǎn)進(jìn)行比較。11.1元素轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)原子的方法不同火焰原子吸收法(FAAS)與石墨爐原子吸收法(GFAAS)都是原子吸收光譜法,它們的本質(zhì)都是待測元素的自由基態(tài)原子對特征輻射的共振吸收。區(qū)別是原子化技術(shù)(即試樣中分析元素轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)原子的方法)的不同?；鹧嬖游辗?FAAS)的火焰原子化過程是噴霧器把試液以霧狀噴入霧化室,在霧化室內(nèi),試液經(jīng)充分混合,并進(jìn)一步霧化后在進(jìn)入燃燒器燃燒,火焰中,霧珠在火焰溫度和火焰氣氛的作用下,經(jīng)歷干燥、熔融、蒸發(fā)、解離、還原等過程,產(chǎn)生大量的基態(tài)自由原子,以及部分激發(fā)態(tài)原子、離子、分子。被測元素空心陰極燈發(fā)出的共振線通過基態(tài)原子時(shí),發(fā)生選擇性共振吸收而使光強(qiáng)減弱,吸收遵守Beer定律,與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較,即可定量測定樣品中各元素的含量。1.2灰化、蒸發(fā)、清除記憶效應(yīng)的測定石墨爐原子吸收法的原子化由分階段的電流加熱升溫完成。試液注入石墨管后,按干燥—灰化—原子化程序升溫。各階段溫度、溫度保持時(shí)間、升溫方式按試樣組成及分析元素設(shè)置。在干燥階段,溫度升至100~130℃,溶劑及酸等揮發(fā),溶質(zhì)留于管壁?；一A段使試樣中有機(jī)物灰化,銨鹽及磷酸等物質(zhì)在此階段分解或揮發(fā)除去。原子化階段溫度最高,分析元素蒸發(fā)并解離為原子,這時(shí)惰性保護(hù)氣停氣,以減少分析元素蒸氣逸散,測量分析元素的原子吸收光譜信號。最后,清掃程序?qū)⑹珷t管加熱到2950℃,除去殘留物,消除記憶效應(yīng)。被測元素空心陰極燈發(fā)出的共振線通過基態(tài)原子時(shí),發(fā)生選擇性共振吸收而使光強(qiáng)減弱,吸收遵守Beer定律,與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較,即可定量測定樣品中各元素的含量。1.3等離子體火炬當(dāng)氬氣通過等離子體火炬時(shí),經(jīng)射頻發(fā)生器所產(chǎn)生的交變電磁場使其電離、加速并與其他氬離子碰撞。這種鏈鎖反應(yīng)使更多的氬原子電離,形成原子、離子、電子的粒子混合氣體,即等離子體。等離子體火炬可達(dá)6000~8000K的高溫。過濾或消解處理過的樣品經(jīng)霧化后由氬載氣帶入等離子體火炬中,氣化后的樣品分子在等離子體火炬的高溫下被原子化、電離、激發(fā)。不同元素的原子在激發(fā)或電離時(shí)可發(fā)射出特征光譜,特征光譜的強(qiáng)弱與樣品中原子濃度有關(guān),與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較,即可定量測定樣品中各元素的含量。1.4分析器和過濾器接口樣品溶液通過蠕動泵進(jìn)入霧化器。樣品流和氬氣一起被霧化形成細(xì)的氣溶膠霧滴。氬氣攜載最細(xì)的氣溶膠霧滴通過霧化室并進(jìn)入等離子體中原子化和離子化。接口從常壓等離子體中提取離子進(jìn)入質(zhì)譜儀的高真空區(qū)。離子透鏡系統(tǒng)將離子聚焦到分析器。Omega透鏡將光排除在分析器和檢測器之外,以降低背景水平。四極桿質(zhì)量過濾器允許特定質(zhì)荷比的離子在任一指定時(shí)間內(nèi)通過并到達(dá)檢測器。電子倍增器測量每個(gè)質(zhì)量的離子信號并將其儲存于MCA。數(shù)據(jù)用每秒計(jì)數(shù)表示,計(jì)數(shù)與該質(zhì)量元素的濃度成正比關(guān)系,與標(biāo)準(zhǔn)溶液比較,即可定量測定樣品中各元素的含量。22.1儀器的使用廣泛火焰原子吸收法選擇性好、分析速度快、分析成本低、應(yīng)用廣泛,儀器操作簡單、方便。但許多元素測定還有困難、相當(dāng)一些元素測定靈敏度不令人滿意,單元素測定,不能多元素同時(shí)測定,樣品需要量大,線性范圍窄。2.2試樣灰化處理與火焰原子吸收相比,石墨爐原子吸收分析檢測限低(μg/L級、有的元素可達(dá)ng/L),耗樣少,還可直接分析懸浮樣(“漿液進(jìn)樣”)、乳濁液、生物材料、有機(jī)物樣品。試樣在灰化階段直接處理可避免消解引起的沾污與損失。但石墨爐原子吸收法只能單元素測定,石墨管使用壽命有限,運(yùn)行成本高,線性范圍很窄,麻煩費(fèi)時(shí),需要基體改進(jìn)劑,基體蒸發(fā)時(shí)可能造成較大的分子吸收,爐管本身的氧化也產(chǎn)生分子吸收,背景吸收較大,石墨管溫度分布不均勻引起測定的精度較差,基體干擾比較嚴(yán)重,校準(zhǔn)曲線易于變動。2.3共建rsd、rsd同時(shí)分析,各元素同時(shí)分析,各相作用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法適用范圍廣,可分析的元素較多(70多種元素),精密度好(0.5%~2%RSD),動態(tài)線性范圍好(4~6個(gè)數(shù)量級),可多元素同時(shí)分析,分析速度較快。但電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀儀器成本較高,有些元素檢出限有限,未知和復(fù)雜基體的光譜干擾是該方法最嚴(yán)重的限制。2.4實(shí)驗(yàn)儀器和分析經(jīng)驗(yàn)電感耦合等離子體質(zhì)譜法樣品需要量少,動態(tài)線性范圍極好(達(dá)9個(gè)數(shù)量級),可多元素同時(shí)分析,分析速度快,檢出限低(μg/L級、有的元素可達(dá)ng/L),具有掃描能力(可半定量測定),可進(jìn)行同位素鑒別和測定。但電感耦合等離子體質(zhì)譜儀儀器成本很高,購買電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室還不是很多,分析經(jīng)驗(yàn)不是很多,數(shù)據(jù)精密度沒有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法好。綜上所述,火焰原子吸收法(FAAS)、石墨爐原子吸收法