原子光谱吸收-色谱联用于元素形态分析的研究状况

原子光谱吸收-色谱联用于元素形态分析的研究状况形态分析的几个概念

物种（species）物种是指一种元素的不同存在形式。形态（speciation）形态是指一种元素不同物种的分布情况，即指某一元素以特定的分子、电子和原子核结构存在的形式。形态分析（speciationanalysis）形态分析是识别和测定存在于某样品中的一种特定元素不同化学物理形式的过程。元素形态

一种元素的生理、毒理影响以及生物可给性、环境行为和迁移性在很大程度上取决于它的形态。元素的某一形态可能是有毒的，而同一种元素的另一形态却可能是无毒的，甚至对生物组织的特定功能是必需的。形态分析的对象1．一种元素的天然物种之间的差别如砷的化合物包括As(III)、As(V)、单甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、砷胆碱(AsB)、砷甜菜碱(AsT)。这些物种的毒性顺序：As(III)>As(V)>MMA>DMA，而AsB和AsT可认为是无毒的。另一个例子是铬，Cr(III)是人体必需，有利于糖的代谢，而Cr(VI)则被认为是高毒性的。如用作广谱杀菌的有机锡化合物，这些化合物会对生态环境产生不利影响。到目前为止，虽然食物中有机锡还不足以引起危害，但鱼和海产品中的这些化合物含量呈上升趋势。虽然现在不能确定这些化合物对人类产生多大的危害，确切的数据也比较缺乏，但有一点可以肯定在人类活动将它们引入到环境之前，环境中有机锡的浓度为零。2.人工合成物质3.一种元素以低毒性、低浓度、大范围的形式进入环境，但这种元素可能在食物链底部的生物体内转化为有毒物种，而且在食物链的顶部达到很危险的程度。汞就是一个这样的例子，无机汞在酶的作用下，通过甲基化转化为高毒性的甲基汞。样品的预处理1．样品的储存

如何保持样品中元素各形态的稳定性是形态分析中的首要问题。为了避免化学形态的改变，常采用调节pH、调节温度和避免光照等措施保存样品。Measures等将海水用盐酸酸化到pH2，在4个半月内没有发现硒浓度和氧化态的明显变化。研究表明硒化合物的稳定性与温度有关。Se（VI）在4、25和40C分别保存30、15和7天后，有明显的损失。然而，温度对Se（IV）的影响相对较小。Se（IV）在-20和4C时相当稳定，而在25和40C分别经过6个月和15天后才发现其浓度有明显的损失。硒砷光照对砷的形态有显著的影响。As（III）、As（VI）、砷甜菜碱(AsB)、砷胆碱(AsC)、一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)在合适的pH且避光可稳定保存1年。Demesmay等研究表明：如果在20C不避光保存，所有的As（III）4个月后都转化成As（V），而在40C避光保存时，在相同的时间内仅有少量的As（III）转化成As（V）。

2．稀释和萃取稀释可以消除一些复杂基体的干扰。Aguilar在测定锌电镀液中的杂质Fe（CN）64-和Fe（CN）63-时，采用稀释的方法消除了基体锌羟基配合物的干扰，整个分析过程仅需4min。Medina等在测定甲基汞时，以Cl-作为CH3Hg+的反离子，用甲苯萃取，用0.1%的半胱氨酸水溶液反萃取，水相萃取物直接进行CE分离。3．预富集由于生物和环境样品中形态分析重要的物种的含量较低，需要进行预富集。形态分析-联用技术金属和有机金属化合物的毒性和生物效应取决于它们的化学形态。元素的不同形态具有不同的毒性特点和化学特性，同系的化合物其物理化学性质以及生物效应可能有很大差别。如砷化合物的毒性顺序是：As(III)>As(V)>MMAA>DMAA，AsB和AsC基本无毒。仅依靠测定金属的总量已经不能充分反应它们对人体的危害。必须准确鉴别和测定食品中微量或者痕量的金属和有机金属形态。

色谱-原子光谱吸收联用气相色谱-原子光谱吸收联用液相色谱-原子光谱吸收联用

GC-AAS联用装置

原理待测样品由进样口注入，在气化室气化后由载气带入色谱柱，由于进入色谱柱的待分离组分具有不同的物理或化学性质，它们在固定相和流动相中具有不同的分配系数，当这些组分随着流动相(载气)移动时，它们在两相间反复多次分配，从而使各组分得到完全分离，分离后的各组分在载气和辅助尾吹气的共同作用下进入加热的不锈钢管，分解后得到待测物的元素态并通过T型管的吸收管进入石英原子化器并被原子吸收仪测定。

GC-AAS联用的接口设计T型石英管较长，可使原子在光路内的滞留时间增加，且样品在进入吸收管以前原子化，到达吸收管之前有一段距离使之降温，比直接加热T型管获得的灵敏度高，有利于提高测定灵敏度。

选用0.5-1.0mm内径的不锈钢管传送，克服了样品在传送过程中由于扩散而造成的谱带展宽，获得了满意的分离效果。不锈钢管口进入到T型吸收管的交点处，使其尽量靠近空心阴极灯的光束而又不阻挡光束，同时可避免在其中分解的待测组分在吸收管前的扩散，获得好的峰型。

GC-FAAS联用技术优点：简便、经济，而且能够得到实时的色谱图。缺点：气态分子在火焰原子化器中的停留时间短，并且分析物被大量的燃气和助燃器所稀释，因而灵敏度低和检出限高。样品引入方式：引入雾化室、引入燃烧室和引入火焰。操作：用一个细金属管和一个“T”型接头将色谱柱的气流导入雾化辅助气流而进入雾化室。不足：分析物气流在雾化室中被大量助燃气和燃气稀释而导致色谱峰变宽，从而降低了灵敏度。引入雾化室引入燃烧器操作：在燃烧器的底部或侧面接一金属毛细管，色谱气流由此导入燃烧室。优点：克服了前述方式的色谱峰变宽效应。

引入火焰操作：将色谱柱流出物直接导入原子化器火焰中。此设计使分析物的原子化和管炉原子化器的加热分开进行，避免了火焰废气进入原子化器。

方法应用

GC-AAS联用技术的发展使得许多由单一的色谱法无法检测到的痕量有机金属化合物的形态得到灵敏测定，同时也将AAS的应用由测定单一元素的总量扩展到形态分析领域。GC-AAS联用方法已广泛用于环境和生物样品分析、饲料检测、精细化工分析及药物检测等方面，多为痕量有毒有机金属化合物的形态分离与测定，典型的有有机汞、有机硒、有机锗、有机锡等的形态分析。

发展前景

GC-AAS联用既避免了AAS用于形态分析时需将所测形态单独从基体中分离出来的复杂操作，又克服了传统GC检测器对环境中痕量有机金属化合物不灵敏的缺点，因而广泛适用于环境及生物样品中极性差别不大、在一定的加热温度下有挥发性但热稳定、原子化温度较低的有机金属化合物，如烷基汞、硒、锡、锗和铅等的形态分析。

不足对于Hg2+和饱和烷基汞、Se4+和饱和烷基硒这两类极性差别很大，以及砷化物这类不易挥发、热不稳定的化合物的分离测定，GC-AAS的使用还受到一定的限制。

液相色谱-火焰原子吸收联用操作：将色谱柱与雾化器通过毛细管直接相联，经由雾化器喷入火焰中测定。注意：色谱流速与雾化器的提升速度应该相匹配。若出现连接管吸瘪的现象，则应该增加一路辅助液流，但这样就会产生稀释效应，造成色谱峰的展宽和信号降低。一般使用氩-氢火焰。不足：由于喷雾效率低及火焰本身的吸收，色谱-火焰原子吸收方法灵敏度很低，一般在微量元素的形态分析中很少用到。通过柱后联接的连续流动氢化物发生装置实现。柱后流出液、酸、硼氢化钠溶液连续流入混合圈，气-液分离器，由载气带入石英管测定。对砷的形态分析而言，加热原子化的温度一般控制在9000C左右。石英管是半封闭的原子化器，原子在光路中停留时间较长，使得测定灵敏度提高。方法要求：砷化物必须能够在反应条件下转化为氢化物。常用于AsIII，AsV，MMA和DMA的分析。对于三甲基化以上的砷化物，则必须采用在线消解装置。液相色谱-氢化物原子吸收光谱联用为了充分降解三甲基以上的砷化物，降解所需要的管路达5米，由此造成了色谱柱后的展宽效应。为了减少这一效应，可采用一个氩气分隔流动的模式，即在组分流出色谱柱后，立即鼓入气泡将液流分开，然后再经过在线消解装置，减小了柱后展宽，使6种砷化物获得了较好的分离。

装置示意图

石墨炉原子吸收操作需要一个干燥、灰化、原子化过程，因此是间歇式的操作。目前还没有理想的方式将液相色谱的连续过程与石墨炉原子吸收的不连续过程联用。最常用的方式是采用一个分馏装置，将液相色谱流出液收集，然后一份份地输送到石墨炉中测定。这样采样和输送必须严格控制时间，以免在还热着的石墨管中加样使石墨炉破裂。液相色谱-石墨炉原子吸收光谱联用利用一个固定体积为50μL的流动采样杯，以溢流管控制体积，经改装的自动采样器周期性的插入井内，收集一份柱后流出液注入石墨炉中。方式一方式二利用一个气动八通采样阀，置于色谱和石墨炉原子吸收之间。阀有两个位置“Load”和“inject”。在“Load”位置上，色谱流出液经样品环到馏分收集器及废液，气动器上加压时，阀转换，40μL的柱流出液注射到石墨炉中，这时淋洗液走采样阀旁路，当注射