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液相色譜-原子熒光光譜聯用無機砷形態分析

2021-06-30 16:32:21 來源: 世界杯賽程預測 導刊

　　液相色譜-原子熒光光譜聯用無機砷形態分析
　　本文主要采用液相色譜與原子熒光光譜聯用技術，針對不同的樣品基質，進行砷的形態分析方法綜述分析。
　　環境中汙染物的效應機製以及汙染物的載流、遷移等均和汙染物所對應的形態息息相關。因此，對於汙染物的檢測分析逐漸轉移至對汙染物形態的研究分析。目前，汙染物的形態分析已經成為環境化工領域的研究重點。研究資料顯示，一定比例的砷元素可參與人體機體代謝；可以一定程度提高機製免疫；具有抑製皮膚老化、促進生長發育等的功能。此外，相關數據顯示，缺乏砷元素會抑製動物的生長和繁殖。但在砷元素的形態分析過程中由於缺少高靈敏度、高選擇性的檢測技術，直接選用“原位”形態分析技術還不能解決砷元素的形態分析問題[1]。液相色譜-原子熒光光譜聯用由於具有較高的靈敏性和可靠性，在砷元素形態分析研究中發揮著重要的作用，本文采用液相色譜與原子光譜聯用技術，針對不同的樣品基質，闡述測定砷形態的分析原理、影響因素和最佳條件，旨在為後續的研究提供切實可行的參考路徑。
　　原子光譜的檢測方法
　　聯用技術是目前元素形態分析的主要手段，高效液相色譜與高靈敏度的原子光譜聯用，極大地提高了元素形態分析檢測的能力。常用的原子光譜的檢測儀器有：原子吸收光譜、原子發射光譜、電感耦合等離子體質譜儀和原子熒光光譜[2]。
　　砷的形態分析方法
　　一般在研究生物形態的多樣性和可利用性因素時，都會對砷的存在狀態進行特性分析。目前，測量砷的生物含量大小的主要途徑有：原子光譜法、極譜法和色譜法等，不同的測量方法其適用範圍均有所不同。隨著檢測技術發展，目前對砷元素存在狀態和檢測均轉變為對砷形態的測定及分析，尤其是在線聯用技術對元素砷的形態分析具有顯著的影響。本文為研究方便，分別從高效液相色譜、多維分離技術、接口技術以及檢測技術等方麵展開敘述分析。
　　高效液相色譜 由於在相同的外界環境下，砷元素的不同形態所帶的電荷不同，造成砷形態表達過程中色譜分布的相流動比例不同。因此，通過色譜分離技術實現各種砷形態的分離。常用的分離模式有離子交換色譜法和離子對色譜法。
　　多維分離技術 多維分離技術一般根據樣本中組分比例進行分離，一般采用HPLC和CE分離技術相結合的方式，通過不同比例的分離模式來幹預樣本中組分狀態，實現元素的純化和分離。目前，在砷形態分離中多維分離的方法是采用SEC和IEC的聯用。
　　在綜合考慮SEC和IEC的檢測效率、分離效率以及流動相的比例等因素下，通常先采用SEC分離模式對樣品進行預分離，以除去樣品中大量存在的基體幹擾，隨後再進行IEC模式來分離砷元素。
　　美國Chatter等通過SEC-RPC聯用技術分析出大蒜中砷元素的形態；McSheehy等利用高效液相色譜發生機製，減少砷不同形態之間的相互轉變，促使檢測結果更加可靠。此外，還根據不同的分布形態選擇不同的流動相比例，促使達到最佳的分離狀態。有關文獻表明，目前砷的形態分析主要依靠反相離子對色譜原理和離子交換原理實現多維度的分離技術的應用，其中離子交換色譜常用於分離有機砷和共價鍵結合的砷化物，實現不同形態砷在分離過程中不會發生轉變[3]。
　　接口技術 目前，砷形態分析的最佳的途徑主要依靠高效的分離係統和靈敏的檢測係統，這就需要強大的接口技術實現分離技術和靈敏檢測技術的互通有無。高效液相色譜的流動速度和原子光譜的檢測器匹配度較高，檢測係統可直接與色譜分離係統有效聯用。
　　此係統不僅需要保證內部電流的穩定性，還需要考慮液流的穩定性和匹配度；而適當的補充液補給可以提高霧化流速。此外，在砷形態分析中常用的接口技術有：氫化物噴霧技術、氣動噴霧、熱噴霧、超聲波噴霧技術和水力高壓噴霧技術等[4]。
　　2.4 檢測技術
　　原子熒光光譜是使用頻率最高的一種光譜分析技術。基態原子受到具有特征波長的光源輻射後，其中一些自由原子被激發而轉變為電子激發態，由於電子激發態的不穩定性，當又回到較低能態時，就會產生靈敏度較高的原子熒光光譜線。
　　原子吸收光譜因具有檢出限低、靈敏度高、操作簡單等優點而被廣泛使用。原子吸收有三種常用測量模式，分別是：石墨爐原子吸收、氫化物原子吸收和火焰原子吸收。其中石墨爐原子吸收是當前最常用的一種原子吸收檢測模式，但因其在檢測過程中需要應用到程序升溫這一操作而不能與色譜等一係列分離儀器聯用，因此較少出現在元素砷的形態分析應用中。
　　液相色譜-原子熒光光譜聯用無機砷形態分析
　　原理分析
　　將100 μL樣品溶液加入PRP-X 100中，然後利用KH2PO4，pH為酸性的緩衝溶液洗脫，不同砷化合物經過色譜分離後在發生裝置與鹽酸及還原劑進行混合，因此兩者的流速可以設置為，當揮發物到達氣液分離裝置後，則會被輸送至檢測器中，具體采用的係統流程如圖1所示。
　　因素分析
　　鹽酸載流的影響 由於不同的鹽酸載流速度和不同的鹽酸濃度對砷形態影響機製不同，在聯用係統中，鹽酸的載流速度和鹽酸的濃度也會對砷的反饋機製產生影響。選擇恰當的鹽酸濃度和流速對於形成氣態氫化物具有積極的影響。較高的鹽酸濃度會稀釋液相中的蒸發餾分，從而弱化砷的反饋機製；此外，鹽酸的濃度不僅會影響氫化物的發生機製，還會影響原子火焰狀態。根據具體反饋機製和參量影響數據可知，鹽酸的體積濃度呈現不同的表達機製和熒光信號反饋，當鹽酸載流達到且體積濃度為10%時，此時的砷信號的靈敏度和反饋機製達到最優。
　　硼氫化鉀濃度 硼氫化鉀的濃度可以間接影響熒光信號表達的靈敏度。本文為進一步驗證分析硼氫化鉀濃度對於熒光信號表達的影響，設置濃度和流速為控製變量，研究不同變量下砷形態的最佳氫化物反饋機製的數據。當硼氫化鉀濃度和流速持續走低時，此時砷的氫化物的發生條件並不具備，當隨著硼氫化鉀的濃度和流速增大到一定程度時，則此時設備的反饋是基線漂移，噪音比較大，嚴重影響實驗的反饋效率和熒光信號的表達。當硼氫化鉀的濃度達到時，此時的砷信號的靈敏度和反饋機製達到最優。
　　其它影響因素 除了鹽酸載流、硼氫化鉀濃度引發對熒光反饋機製的影響外，電流、負高壓以及輔助氣流量等均對熒光信號有影響。通過對比分析，最佳的參量配比如下所示：燈電流采用100 mA，輔助電流為60 mA，負高壓為350 V；輔助氣流量為。
　　元素砷的遷移規律、生物特性以及環境反饋機製均和砷的形態息息相關，僅僅對總砷含量研究分析，難以實現對砷狀態的評估分析。為準確評估分析砷元素的存在狀態，本文主要歸納了采用液相色譜與原子光譜聯用技術，針對不同的樣品基質，測定砷形態的分析原理、影響因素和最佳條件，以便後續更好的研究。
　　參考文獻
　　[1]薑泓, 丁敬華, 張穎花,等. 透析-高效液相色譜-氫化物發生-原子熒光光譜聯用係統研究無機砷與牛血清白蛋白的結合平衡[J]. 高等學校化學學報, 2008(03):64-68.
　　[2]徐章, 胡紅雲, 陳敦奎,等. 磷酸提取-高效液相色譜-氫化物發生原子熒光光譜法分析垃圾焚燒飛灰中無機砷形態[J]. 分析化學, 2015, 43(004):490-494.
　　[3]於卓然. 液相色譜與氫化物發生原子熒光光譜聯用分析海洋藻類中砷的形態[D].上海師範大學,2018.
　　[4]林燕奎, 王丙濤, 顏治,等. 食用菌中的總砷和砷形態分布研究[J]. 食品科技, 2012(05):295-299.
　　作者簡介：杜偉，男，碩士研究生，助理工程師，食品檢驗。
　　杜偉
　　忻州市綜合檢驗檢測中心；山西省雜糧產品質量檢驗中心
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