硒分析方法综述

硒分析方法综述

1有机硒的氧化1817年，瑞典科学家贝罗塞林首次发现了selenum和se分区元素。1957年美国科学家Schuar首次证实了硒是动物体内必需的微量元素。硒(相对原子质量为78.96)能形成硒化合物(Ⅱ)、亚硒酸根(Ⅳ)及硒酸根(Ⅵ)离子。硒的化合物稳定。二氧化物SeO2溶于水形成亚硒酸。二氧化硒易挥发或升华(与TeO2不同)。硒溶于硝酸时被氧化为Se(Ⅳ)。强氧化剂(例如王水)能把硒氧化为Se(Ⅵ)。中等强度的还原剂可还原Se(Ⅳ)及Se(Ⅵ)为硒单质。一般来说,硒的化合物较相应的碲化合物更易被还原而不易被氧化。硒能形成可挥发的氧化物和溴化物。硒的广谱药理活性及医疗保健应用前景正引起广泛注意。研究表明,硒在人体的主要保健作用是清除人体内不可避免地不断产生的“自由基”。自由基是一种非常危险的物质,破坏人体的各种器官和组织,引起疾病。适量补硒可以提高人体免疫功能,预防各类肿瘤发生,维护心、肝、肺、胃等主要器官正常功能,预防心脑血管疾病。但硒在人体、生物及环境中含量甚微,因此硒的分析方法研究一直是分析化学领域的一个重要课题。硒的分析方法除个别用经典的定量法、容量法外,近年来几乎遍及所有的仪器分析方法。下面参照硒分析文献,就分析方法及分类,含硒样品的采集与前处理,分离与预浓集,测定法研究作一简述。1.1质量分析方法[[不断提高]硒的分析法及分类如下:分析法—[—[化学法[重量法容量法仪器分析法[光学法[比色、分光光度法荧光光度法原子光谱法[原子吸收光谱法原子发射光谱法电化学法—极谱法色谱法[气相色谱法高效液相色谱法其它[中子活化分析法质量分析法—[非灰化分析[X射线荧光法中子活化分析法灰化分析[重量法、容量法分光光度法、荧光法原子吸收及发射光谱法极谱法气、液相色谱法中子活化分析法1.2水分含量的测定由于很多硒化合物具有挥发性。因此对某种硒样品的保存及前处理在分析中遇有不少困难。然而在动植物中的硒含量非常不同,在土壤中硒含量随深度有很大差异。在水中的硒有溶解形和混悬形,而空气中的硒有气体状和微粒状等。因此,分析中要采集代表性的试样有较多困难。最后分析前试样的前处理方法常依所采用的分析方法所定。因此,分析中不仅要考虑采用的分析方法而且还要考虑上述诸问题。植物:植物试样的采集,应注意叶、根、茎、种子中含硒量的差异[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。当分析植物组织时,由于挥发性硒化合物在70℃以上时可挥发损失掉,通常在70℃温度下干燥植物组织。在此温度下大部分试样中挥发性硒化合物的挥损极微。但某种如Astragalusbisulcatus指标植物,含有相当量的挥发性硒化合物,因此,对这些试样可不经干燥直接进行分析。叶子比茎易粉碎,若粉碎程度不够,则不易混匀,导致采样误差的可能性大。因此,要获得准确的分析结果,须很好地粉碎和混匀。此外在不受温度的控制,长时间开放状态下保存,也发现硒化合物的挥损[4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4],因此,干燥植物试样须放在密闭瓶中,在0~5℃保存,而未干燥植物组织试样要放在密闭容器中冰冻保存为宜。动物组织:动物组织也要在冰冻下保存。如血液要分别测定血浆、血清及细胞部分的含硒量,在冰冻前先分离各部分,从而减少易氧化生成挥发性硒化合物损失的可能性,同样减少尿试样中挥发性硒化合物的损失。若需要干燥,以冻干为宜。若在动植物组织分析中采用湿法灰化,大试样先用硝酸预灰化后取其一部分进行分析,就能减少采样误差。水:水样一般用认定的方法进行。水样含有混悬物,采样后立即过滤除出混悬物,若要知道沉降物中硒,需另行测定。滤液水样,为防止微生物作用产生沉淀并共沉硒,一般在0~5℃保存。取适量水样用酚酞指示剂使其呈碱性后蒸发减量或干燥后进行分析。这是因为此条件下任何形式的硒不能挥发。大气:对大气中硒分析至今尚很少开展深入研究,只有大气中过滤得到的粒状物中硒含量的测定报道。1.3湿法灰化的燃烧含硒样品前处理方法,一般采用氧化分解法。氧化分解法有干法灰化和湿法灰化。湿法灰化是普遍采用的方法,而且是多种多样的。干法灰化有与MgNO3共熔法[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],激化氧的低温灰化,Scneniger氧瓶燃烧,Parrbom的密闭式燃烧[4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4]等。湿法灰化有:用H2SO4[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],HNO3-H2SO4,HNO3-HClO4,HNO3-HClO4-H2SO4,HNO3-HClO4-矾酸氨,HNO3-HClO4-钼酸钠,HNO3-HClO4-H2O2,以及氢化分解法等。一般多采用含HClO4混合物的湿法灰化和氧瓶燃烧的干法灰化。湿法灰化用于很多样品,尤其是便于液体或含水多的样品处理。1.4分离方法1.4.1硫醚的合成secl4硒通常以可挥发性溴化合物(SeBr4[1,2,3,4,5,4,1,2,3,4,5,4,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,1,2,3,1,2,3,4,1,2,3,4,5]或氯化物(SeCl4)[1,5,6,1,5,6,1,5,6,1,5,6,1,5,6,1,5,6,1,5,1,1,1,1,5,6]形式蒸馏分离,它们分别从浓氢溴(或氯)酸介质[有Se(Ⅳ)被还原]蒸馏出来。在蒸馏瓶中,加入HClO4或H2SO4,连续蒸馏至所有HBr或HCl被除尽,即有H2SO4或HClO4白烟出现为止。在溶液中通入氮气可促进蒸馏作用。蒸馏时,碲定量地遗留在蒸馏瓶中,但砷、锗及锑能和硒一同被蒸馏出来。硒还能以可挥发性氧化物SeO2形式,从各种非挥发性物质中分离。当氧气流通入放在热至1000℃石英管中的试样时,即形成SeO2,后者升华于管的冷却部分,并可在溶解后以适当方法进行测定。1.4.2硒和硫脲的分离以氯化亚锡、二氧化硫、次磷酸盐或联氨使硒还原为单质状态,很易使其分离[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。砷[8,8,9,8,9,8,9,8,9,8,9]或碲[1,1,1,10,1,10,1,10,1,10,1,1,1,1,1,10]都是痕量硒适宜的吸收剂。当从1~8mol/LHCl中以SO2沉淀硒时,下列物质完全被还原为单质状态:Te\,Au\,铂系金属、Hg\,Bi\,Sb\,Sn及Cu。利用选择还原作用,使硒(Ⅳ)与硒(Ⅵ)分离是可能的。在100℃,置于盛0.5mol/LHCl的封闭容器内,Se(Ⅳ)被二氧化硫还原为单质,而Se(Ⅵ)则不被还原,直到HCl酸度增至4mol/L,联氨在近中性介质中还原Se(Ⅳ),然后酸化溶液至HCl浓度为2.1~2.5mol/L,Se(Ⅵ)就能和碲(Ⅳ)一同被还原为单质。硫脲可还原硒,但与碲则产生一种可溶性络合物。痕量的硒酸盐可被铁(Ⅲ)、锰或铅的氢氧化物共沉淀。Jackwerth曾以PbSO4使硒酸盐共沉淀。还可采用砷共沉法。1.4.3在萃取过程中,把硒与分离Jordanov及Futekov发现,在6~7mol/LHCl溶液中,Se(Ⅳ)的氯络合物与单酮反应生成可被氯仿萃取的化合物。例如,与苯乙酮反应,生成SeCl2(C8H7O)2。这样的萃取方法能使硒与碲分离。Se(Ⅳ)可从盐酸介质中,用TBP萃取。在7mol/LHCl中萃取二硫酚硒,能使硒与许多元素分离。元素硒与甲苯-3,4-双硫氢络合物,可用二氯乙烯和四氯化碳混合溶剂萃取。还可采用离子交换法。分离方法中共沉法较简便,在硒测定中常得较满意的结果,所以是目前一般最常被利用的方法,其次是萃取法。2分光光度法测定白色物质由吸收光谱建立起来的分析方法有比色法和分光光度法。分光光度法不仅能测定有色物质,对有共轭双键结构的无色物质也能测定。Se(Ⅳ)与某些试剂产生的络合物可用于比色法及分光光度法测定。2.1胶体充填的测定一种简便的但很不灵敏的测定硒的方法是在保护胶体存在下,在酸性介质中将硒还原为棕黄色单质,再进行测定[1,2,3,4,4,1,2,3,4,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,1,2,3,1,2,3,4,1,2,3,4]。为了防止硒溶胶的聚沉,常用阿拉伯树胶、明胶及聚乙烯醇作为保护胶体用。氯化亚锡、抗坏血酸、硫脲或联氨[4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4]可用来还原Se(Ⅳ),在3~4mol/LHCl中,冷时氯化亚锡迅速将硒还原。依还原剂和酸度的不同,可得到具有不同颜色的胶体溶液。从含有聚乙烯醇的3~4mol/LHCl溶液中,以SnCl2还原而得到的硒溶胶在400nm处的摩尔吸光系数为1.7×103(a=0.022)。溶胶的吸光系数朝向较长波长而减少;在紫外区域,吸收系数增大。在322nm处,吸光系数为400nm时的2倍,在450nm时则为400nm时的一半。这种测定硒的方法的干扰来自Te\,Hg\,Au及铂系金属。所有这些物质均易被还原为单质。钢[8,8,9,8,9,8,9,8,9,8,9]、铅、硫酸、污水及空气[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]中的硒曾用上述有色溶胶法测定。还有单质硒生成的粉红色溶胶沉淀与标准溶液比较的目视测定法,使沉淀的硒呈硫酸钠小块,经精滤后与标准溶液比较的目视测定法。这些方法适合于测定较大量含硒样品。2.2其他有机硫化合物的合成由于分光光度法灵敏度高,操作简便快速,仪器简单,而广泛被采用。3,3-二氨基联苯胺的灵敏测定方法应用最广。硒既可在水溶液中测定,也可将有色络合物萃取到甲苯之中后再测定。在酸性介质中,硒(Ⅳ)与3,3-二氨基联苯胺(DAB)反应生成黄色难溶于水的茎吖硒脑,后者可用于硒的分光光度法。当试剂的比例适当时,也能形成对称的二茎吖硒脑。按照Hoste及Gillis的意见,此显色反应在0.1mol/LHCl溶液中进行,加热溶液可使显色反应加速,但是加热也会使试剂分解。需要有相当过量的3,3-二氨基联苯胺,才能形成络合物。(1)在pH5~11范围内,茎吖硒脑在甲苯和水之间的分配系数是很高的,五份甲苯实际上可以萃取全部硒络合物于有机相中,游离的试剂(DAB)也被萃取。类似的溶剂,如苯和二甲苯也可代替甲苯。茎吖硒脑的两个最大吸收峰出现在340nm和420nm处。因DAB在340nm处有强的吸收,但在420nm处的吸收可以忽略,所以在420nm处测量吸光度。在420nm处,茎吖硒脑甲苯溶液的摩尔系数为1.02×10-4(比吸光系数为0.13)。此法对硒几乎是特效的。碲不与DAB反应,钒(Ⅴ)及铁(Ⅲ)可用氟化物或磷酸盐掩蔽。这一方法曾用来测定下列物质中的硒:铜[7,8,7,8,7,8,7,8,7,8,7,8]、钢、铅、锑和铋的碲合物、碲及其化合物、薄膜、硅酸盐、土壤、硫化矿、硫酸、植物物料、生物物料、有机化合物、水、及空气等。(2)其它芳香族、邻二胺类化合物在酸性介质中,能产生类似DAB与硒(Ⅳ)的反应。邻苯二胺法比DAB法更灵敏(λmax=330nm)。该法曾用于测定甾族化合物、硫酸、非铁合金及氧化碲中的硒。相类似的测硒试剂还有:2,3-二氨基萘、4-二甲基氨基、2-苯二胺和其他胺类。(3)其它方法:Busev曾提出有机硫化物作为分光光度法测定硒的试剂。例如,2-巯基苯并咪唑1及N-巯基乙酰基对茴香胺。同类的硒的试剂还有:1,4-二苯基氨基硫脲、乙巯基苯并噻唑及巯基乙醇等。Mabuchi及Nakanara提出将双硫腙用于硒的分光光度法(ε=7.0×104)并测定过矿石和碲中的硒。一些间接测定法基于对于苯肼-对-磺酸或1,1-二苯肼的氧化作用。Osburn等用硒(Ⅳ)氧化NH2OH或HNO3,后者在经过重氮化作用和偶联反应产生一种偶氮染料(在544nm,ε=19.3×104)。硒(Ⅳ)的环己酮-氯络合物,黄色的硒(Ⅳ)-钼酸盐络合物以及包括用DDTC测定Cu2S沉淀的铜的间接测定法。(4)巯基棉分离富集,硫氰酸盐丁基罗丹明-吐温-40体系分光光度法测定痕量硒的方法。当pH为4.0时,在吐温-40存在下,硒与过量的SCN-形成稳定的络合阴离子Se(SCN)63-,再与丁基罗丹明形成三元配合物,其λmax=606nm,ε=3.16×103,线性范围为0~240μg/L,RSD为1.4%,回收率为102%。在Se(Ⅳ)-SCN-PhB-吐温-20高灵敏显色反应体系中,Se(Ⅳ)与SCN-和PhB形成三元离子缔合物并吸附染料硫氰酸盐,ε=2.6×106,线性范围为0~80μg/L,利用巯基棉分离干扰离子,选择性高,用本法测定食品中总硒。(5)催化分光光度法(CSA):利用分光光度法测量受均相催化加速的某一化学反应速率,速率的大小与催化剂的浓度存在一定的函数关系。据此进行硒的定量。本法灵敏、简便、设备简单、易于推广。在酸性溶液中,当有Se4+存在时NaNO3可将Fe2+配合物氧化成Fe3+配合物。用NaNO3-Se4+-Fe2+配合物体系测定了某些中草药中的Se,线性范围为2~40μg/mL。2.3荧光光度法检测有机碳中硒含量利用紫外线、波长较短的可见光或红外线照射某物质时,即发出某种特征的光线,称为荧光。利用此荧光特性,如荧光光谱、荧光强度、荧光寿命等特征及其相互关系进行分析。荧光法灵敏度、精密度及准确度高,在诸多分析方法中作为常规方法广泛推广使用。试样一般用HNO3-HClO4分解,在pH1~2条件下,加入2,3-二氨基萘(DAN),于-80℃低温、15~30min,冷却后加入环己烷萃取,分取有机相,加入无水硫酸钠脱水,然后测定有机相中的Se-DAN配合物的荧光强度,λex=378nm(366nm),λem=520nm(560nm)。(1)采用2,3-二氨基萘荧光光度法测定太原市50种常见食物中硒含量[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。(2)用2,3-二氨基萘荧光光度法测定北京市食物中硒含量。(3)将前处理所得试样液用氨水(1+1)和HCl调pH1.5左右,加入2mol/L盐酸羟胺,摇匀,放入避光水浴(90℃)中10min后取出,即刻用冰水避光冷却5min,加入10mL环己烷,振摇1min,萃取分离有机相,测量荧光激发发射光谱。激发波长为358.6~408.6nm,间隔10min;发射波长为476~650nm,间隔为1min。每一个EEM矩阵为180×6,对所得的EEM矩阵扣除空白后进行秩消因子分析,解析出试样中的硒含量。(4)应用正交试验设计法,选择最佳实验条件,应用氢化物原子荧光法测定标准面粉等食品中硒[4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4]。最低检出限为0.6×10-6,最低检出量为1.2ng,线性范围为0~100μg/L,RSD=14%,回收率为101%。(5)采用—阶导数荧光法测定茶叶中的硒,使488nm(499nm)处的杂质导数峰与522nm(535nm)处的硒检出峰完全分离,有效地消除干扰,灵敏度和检出限有显著改善,线性范围为0~0.1mg/L,回归方程:A=51.31C+0.1144,r=0.9996,RSD=5%,检测限为0.13μg/L,回收率为95.4%。(6)用—阶导数荧光法测定茶叶中的硒。λex=377.8,λem=522nm,带通宽Eex=5mm,Eem=5mm,扫描速度12mm/min,响应速度0.5s,光电倍增管增益中档,发射滤光片430nm,记录方式:SEQ,线性范围0~10mg/L,回收率95.4%~103%,检测限1.38×10-4mg/L,RSD=5%。(7)用原子荧光法测定粮食中的硒。线性范围0.25~1.5μg,回收率92.7%~95.5%,RSD=2%。(8)将消解好的面粉、大米样品溶液滴加于粘贴聚酰胺薄膜纸片上,用薄纸片来控制样品面积及富集。被测元素用X射线荧光法测定。该法用被测元素标准液计算方程系数,无需大量标样,针对不同的元素,选择不同扣除背景方法和不同的回归方程。(9)微量荧光法测定脱脂奶粉标准参考物质中硒的均匀性和稳定性。(10)荧光光度法测定上海地区79种动物性食品中硒。(11)用湿法荧光光度法测定食品中硒。(12)用氢化物原子荧光法测定粮食中硒。线性范围0~300μg/L,回归方程C=0.06A+0.01,r=0.9999,最低检出限按DL=3/K计算,最低检出量为0.6μg/L。(13)用2,3-二氨基萘法测定食品中中硒,消化液为HNO3-HClO4-H2SO4,粮食样品硒含量在10.005×10-6~0.077×10-6范围内时,RSD=4%~10%,回收率97.1%。(14)有人提出采用氢化物原子荧光法(HG-AFS法)和氢化物原子吸收法(HG-AAS法)[14,15,16,14,15,16,14,15,16],并考察了HG-AFS法和HG-AAS法测定硒的适用性。HG-AAS法和HG-AFS的最低检出量分别为0.9ng和1.2ng,较荧光法的3.9ng低,灵敏度提高约3~4倍,而且精密度和准确度与荧光法比较接近。3种方法测定食品标准物中硒含量值与标准值非常接近,说明3种方法测定食物样品中硒均较好。HG-AFS法和HG-AAS法较荧光法简便、快速,避免了分子反应和环己烷萃取等繁琐环节,污染途径少,而且HG-AFS法线性范围较宽(0~300μg/L),因此在测定食物样品中硒时上述两方法较好地代替荧光法。2.4硒的测定结果利用被测物质的基态原子吸收特定波长辐射光的性质进行定量分析。为了获得足够的灵敏度,预先将待测物样品中的硒还原成挥发性氢化物,使其与共存离子分离,这就消除了由于分子吸收或光散射引起的非特征光线损失和某些共存元素的干扰。(1)Lvov平台热解涂层石墨炉及塞曼效应扣除背景,以Ni(NO3)2为基体改进剂,以石墨炉AAS法测定大米及芝麻中的硒[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。测定条件:硒灰化温度为1300℃,原子化温度为2300℃,钼的原子化温度为2700℃,气流速20mL/min。硒和钼的RSD分别为2.84%和4.37%,回收率分别为96.8%~103%和98.4%~98.9%。(2)利用石墨炉平台技术和塞曼扣除背景系数来克服基体的干扰,以铜为基体改进剂,防止硒损失和提高灵敏度,样品用高压全聚四氟乙烯消化弹和微波溶样结合方法消解,线性范围为0~40mg/L,回收率为91.0%~108.3%。(3)氢化物发生-原子吸收-流动注射用于鲜鸡蛋中硒的测定。对比了测定前的4种不同的高压湿法消煮:(A)HNO3-HClO4;(B)HNO3-H2SO4;(C)HNO3-(NH4)2S2O8;(D)HNO3。结果表明,A、C、D法均能得到较好的分析结果。(4)用HNO3-HClO4消化和高温灰化的方法消解试样,以AAS法测定超级营养液中的硒[4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4]。(5)用氢化物原子吸收法测定食物中硒。检出量为2ng,RSD<10%,回收率为83%~113%。2.5原子发射光谱法利用元素的原子受光、热或电能激发,使原子由激发态回迁到低能级态时产生的光谱特性进行分析,该法被称为原子发射光谱法。用ICP-AES法测定标准参考物质贻贝和虾粉中硒[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。2.6最佳实验条件及标准曲线利用Se4+在滴汞电极上产生一个非常灵敏的催化波进行分析,检测限可达10ng/L。(1)用催化极谱法测定四川绵阳地区几种茶叶中的硒[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]。结果在(0.09~0.48)×10-6之间。在0~5℃时灵敏度最高,线性范围为2.44×10-10~1.71×10-9,回收率为96%~98%。(2)用正交设计选择最佳实验条件,用催化示波极谱法测定蔬菜及谷物中痕量硒,线性范围为0.5~5μg/L,检测限为0.1μg/L,回收率为91.3%~99.6%。(3)巯基棉富集后用微分脉冲阴极溶出伏安法测定矿泉水中痕量硒。检出限为2.0×10-7g/L,RSD=5.18%,回收率为(162.3±6.7)%,线性范围为0.1~1.0μg/L(y=3.7+5.3x,r=0.997),1.0~10.0mg/L(y=1.6+3.2x,r=0.998)。2.7色度法2.7.1基-3,5-二溴代苯的表征以气体为流动相进行的层析法,称为气相色谱法。硒的气相色谱法测定,灵敏度高,选择性好,简便,快速。测硒试剂有:1,2-二氨基-3,5-二溴代苯的盐酸盐(DBDA),其分析程序是:DBDA+Se4+→4,6-二溴代基硒脑→甲苯萃取→GC-ECD测定。此外还有用4-硝基邻苯二胺(NDDA)作测硒试剂进行GC-ECD测定。用4-溴邻苯胺作试剂GC法测定富硒鸡蛋中硒[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1],标准曲线r=0.998,回收率为93.4%,最低检测量为0.01×10-9g。2.7.2高效液相色谱法