原子光譜吸收-色譜聯用于元素形態分析的研究狀況

原子光譜吸收-色譜聯用于元素形態分析的研究狀況形態分析的幾個概念

物種（species）物種是指一種元素的不同存在形式。形態（speciation）形態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、電子和原子核結構存在的形式。形態分析（speciationanalysis）形態分析是識別和測定存在于某樣品中的一種特定元素不同化學物理形式的過程。元素形態

一種元素的生理、毒理影響以及生物可給性、環境行為和遷移性在很大程度上取決于它的形態。元素的某一形態可能是有毒的，而同一種元素的另一形態卻可能是無毒的，甚至對生物組織的特定功能是必需的。形態分析的對象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可認為是無毒的。另一個例子是鉻，Cr(III)是人體必需，有利于糖的代謝，而Cr(VI)則被認為是高毒性的。如用作廣譜殺菌的有機錫化合物，這些化合物會對生態環境產生不利影響。到目前為止，雖然食物中有機錫還不足以引起危害，但魚和海產品中的這些化合物含量呈上升趨勢。雖然現在不能確定這些化合物對人類產生多大的危害，確切的數據也比較缺乏，但有一點可以肯定在人類活動將它們引入到環境之前，環境中有機錫的濃度為零。2.人工合成物質3.一種元素以低毒性、低濃度、大范圍的形式進入環境，但這種元素可能在食物鏈底部的生物體內轉化為有毒物種，而且在食物鏈的頂部達到很危險的程度。汞就是一個這樣的例子，無機汞在酶的作用下，通過甲基化轉化為高毒性的甲基汞。樣品的預處理1．樣品的儲存

如何保持樣品中元素各形態的穩定性是形態分析中的首要問題。為了避免化學形態的改變，常采用調節pH、調節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個半月內沒有發現硒濃度和氧化態的明顯變化。研究表明硒化合物的穩定性與溫度有關。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Se（IV）的影響相對較小。Se（IV）在-20和4C時相當穩定，而在25和40C分別經過6個月和15天后才發現其濃度有明顯的損失。硒砷光照對砷的形態有顯著的影響。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個月后都轉化成As（V），而在40C避光保存時，在相同的時間內僅有少量的As（III）轉化成As（V）。

2．稀釋和萃取稀釋可以消除一些復雜基體的干擾。Aguilar在測定鋅電鍍液中的雜質Fe（CN）64-和Fe（CN）63-時，采用稀釋的方法消除了基體鋅羥基配合物的干擾，整個分析過程僅需4min。Medina等在測定甲基汞時，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，水相萃取物直接進行CE分離。3．預富集由于生物和環境樣品中形態分析重要的物種的含量較低，需要進行預富集。形態分析-聯用技術金屬和有機金屬化合物的毒性和生物效應取決于它們的化學形態。元素的不同形態具有不同的毒性特點和化學特性，同系的化合物其物理化學性質以及生物效應可能有很大差別。如砷化合物的毒性順序是：As(III)>As(V)>MMAA>DMAA，AsB和AsC基本無毒。僅依靠測定金屬的總量已經不能充分反應它們對人體的危害。必須準確鑒別和測定食品中微量或者痕量的金屬和有機金屬形態。

色譜-原子光譜吸收聯用氣相色譜-原子光譜吸收聯用液相色譜-原子光譜吸收聯用

GC-AAS聯用裝置

原理待測樣品由進樣口注入，在氣化室氣化后由載氣帶入色譜柱，由于進入色譜柱的待分離組分具有不同的物理或化學性質，它們在固定相和流動相中具有不同的分配系數，當這些組分隨著流動相(載氣)移動時，它們在兩相間反復多次分配，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入加熱的不銹鋼管，分解后得到待測物的元素態并通過T型管的吸收管進入石英原子化器并被原子吸收儀測定。

GC-AAS聯用的接口設計T型石英管較長，可使原子在光路內的滯留時間增加，且樣品在進入吸收管以前原子化，到達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，有利于提高測定靈敏度。

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

GC-FAAS聯用技術優點：簡便、經濟，而且能夠得到實時的色譜圖。缺點：氣態分子在火焰原子化器中的停留時間短，并且分析物被大量的燃氣和助燃器所稀釋，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：用一個細金屬管和一個“T”型接頭將色譜柱的氣流導入霧化輔助氣流而進入霧化室。不足：分析物氣流在霧化室中被大量助燃氣和燃氣稀釋而導致色譜峰變寬，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面接一金屬毛細管，色譜氣流由此導入燃燒室。優點：克服了前述方式的色譜峰變寬效應。

引入火焰操作：將色譜柱流出物直接導入原子化器火焰中。此設計使分析物的原子化和管爐原子化器的加熱分開進行，避免了火焰廢氣進入原子化器。

方法應用

GC-AAS聯用技術的發展使得許多由單一的色譜法無法檢測到的痕量有機金屬化合物的形態得到靈敏測定，同時也將AAS的應用由測定單一元素的總量擴展到形態分析領域。GC-AAS聯用方法已廣泛用于環境和生物樣品分析、飼料檢測、精細化工分析及藥物檢測等方面，多為痕量有毒有機金屬化合物的形態分離與測定，典型的有有機汞、有機硒、有機鍺、有機錫等的形態分析。

發展前景

GC-AAS聯用既避免了AAS用于形態分析時需將所測形態單獨從基體中分離出來的復雜操作，又克服了傳統GC檢測器對環境中痕量有機金屬化合物不靈敏的缺點，因而廣泛適用于環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性但熱穩定、原子化溫度較低的有機金屬化合物，如烷基汞、硒、錫、鍺和鉛等的形態分析。

不足對于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、熱不穩定的化合物的分離測定，GC-AAS的使用還受到一定的限制。

液相色譜-火焰原子吸收聯用操作：將色譜柱與霧化器通過毛細管直接相聯，經由霧化器噴入火焰中測定。注意：色譜流速與霧化器的提升速度應該相匹配。若出現連接管吸癟的現象，則應該增加一路輔助液流，但這樣就會產生稀釋效應，造成色譜峰的展寬和信號降低。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分析中很少用到。通過柱后聯接的連續流動氫化物發生裝置實現。柱后流出液、酸、硼氫化鈉溶液連續流入混合圈，氣-液分離器，由載氣帶入石英管測定。對砷的形態分析而言，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間較長，使得測定靈敏度提高。方法要求：砷化物必須能夠在反應條件下轉化為氫化物。常用于AsIII，AsV，MMA和DMA的分析。對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5米，由此造成了色譜柱后的展寬效應。為了減少這一效應，可采用一個氬氣分隔流動的模式，即在組分流出色譜柱后，立即鼓入氣泡將液流分開，然后再經過在線消解裝置，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干燥、灰化、原子化過程，因此是間歇式的操作。目前還沒有理想的方式將液相色譜的連續過程與石墨爐原子吸收的不連續過程聯用。最常用的方式是采用一個分餾裝置，將液相色譜流出液收集，然后一份份地輸送到石墨爐中測定。這樣采樣和輸送必須嚴格控制時間，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用利用一個固定體積為50μL的流動采樣杯，以溢流管控制體積，經改裝的自動采樣器周期性的插入井內，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氣動八通采樣閥，置于色譜和石墨爐原子吸收之間。閥有兩個位置“Load”和“inject”。在“Load”位置上，色譜流出液經樣品環到餾分收集器及廢液，氣動器上加壓時，閥轉換，40μL的柱流出液注射到石墨爐中，這時淋洗液走采樣閥旁路，當注射