液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用無機(jī)砷形態(tài)分析

本文主要采用液相色譜與原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)，針對(duì)不同的樣品基質(zhì)，進(jìn)行砷的形態(tài)分析方法綜述分析。

環(huán)境中污染物的效應(yīng)機(jī)制以及污染物的載流、遷移等均和污染物所對(duì)應(yīng)的形態(tài)息息相關(guān)。因此，對(duì)于污染物的檢測(cè)分析逐漸轉(zhuǎn)移至對(duì)污染物形態(tài)的研究分析。目前，污染物的形態(tài)分析已經(jīng)成為環(huán)境化工領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。研究資料顯示，一定比例的砷元素可參與人體機(jī)體代謝;可以一定程度提高機(jī)制免疫;具有抑制皮膚老化、促進(jìn)生長發(fā)育等的功能。此外，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，缺乏砷元素會(huì)抑制動(dòng)物的生長和繁殖。但在砷元素的形態(tài)分析過程中由于缺少高靈敏度、高選擇性的檢測(cè)技術(shù)，直接選用“原位”形態(tài)分析技術(shù)還不能解決砷元素的形態(tài)分析問題[1]。液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用由于具有較高的靈敏性和可靠性，在砷元素形態(tài)分析研究中發(fā)揮著重要的作用，本文采用液相色譜與原子光譜聯(lián)用技術(shù)，針對(duì)不同的樣品基質(zhì)，闡述測(cè)定砷形態(tài)的分析原理、影響因素和最佳條件，旨在為后續(xù)的研究提供切實(shí)可行的參考路徑。

原子光譜的檢測(cè)方法

聯(lián)用技術(shù)是目前元素形態(tài)分析的主要手段，高效液相色譜與高靈敏度的原子光譜聯(lián)用，極大地提高了元素形態(tài)分析檢測(cè)的能力。常用的原子光譜的檢測(cè)儀器有：原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和原子熒光光譜[2]。

砷的形態(tài)分析方法

一般在研究生物形態(tài)的多樣性和可利用性因素時(shí)，都會(huì)對(duì)砷的存在狀態(tài)進(jìn)行特性分析。目前，測(cè)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(cè)量方法其適用范圍均有所不同。隨著檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，目前對(duì)砷元素存在狀態(tài)和檢測(cè)均轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)砷形態(tài)的測(cè)定及分析，尤其是在線聯(lián)用技術(shù)對(duì)元素砷的形態(tài)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(shù)、接口技術(shù)以及檢測(cè)技術(shù)等方面展開敘述分析。

高效液相色譜 由于在相同的外界環(huán)境下，砷元素的不同形態(tài)所帶的電荷不同，造成砷形態(tài)表達(dá)過程中色譜分布的相流動(dòng)比例不同。因此，通過色譜分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種砷形態(tài)的分離。常用的分離模式有離子交換色譜法和離子對(duì)色譜法。

多維分離技術(shù) 多維分離技術(shù)一般根據(jù)樣本中組分比例進(jìn)行分離，一般采用HPLC和CE分離技術(shù)相結(jié)合的方式，通過不同比例的分離模式來干預(yù)樣本中組分狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)元素的純化和分離。目前，在砷形態(tài)分離中多維分離的方法是采用SEC和IEC的聯(lián)用。

在綜合考慮SEC和IEC的檢測(cè)效率、分離效率以及流動(dòng)相的比例等因素下，通常先采用SEC分離模式對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)分離，以除去樣品中大量存在的基體干擾，隨后再進(jìn)行IEC模式來分離砷元素。

美國Chatter等通過SEC-RPC聯(lián)用技術(shù)分析出大蒜中砷元素的形態(tài);McSheehy等利用高效液相色譜發(fā)生機(jī)制，減少砷不同形態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)變，促使檢測(cè)結(jié)果更加可靠。此外，還根據(jù)不同的分布形態(tài)選擇不同的流動(dòng)相比例，促使達(dá)到最佳的分離狀態(tài)。有關(guān)文獻(xiàn)表明，目前砷的形態(tài)分析主要依靠反相離子對(duì)色譜原理和離子交換原理實(shí)現(xiàn)多維度的分離技術(shù)的應(yīng)用，其中離子交換色譜常用于分離有機(jī)砷和共價(jià)鍵結(jié)合的砷化物，實(shí)現(xiàn)不同形態(tài)砷在分離過程中不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變[3]。

接口技術(shù) 目前，砷形態(tài)分析的最佳的途徑主要依靠高效的分離系統(tǒng)和靈敏的檢測(cè)系統(tǒng)，這就需要強(qiáng)大的接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)分離技術(shù)和靈敏檢測(cè)技術(shù)的互通有無。高效液相色譜的流動(dòng)速度和原子光譜的檢測(cè)器匹配度較高，檢測(cè)系統(tǒng)可直接與色譜分離系統(tǒng)有效聯(lián)用。

此系統(tǒng)不僅需要保證內(nèi)部電流的穩(wěn)定性，還需要考慮液流的穩(wěn)定性和匹配度;而適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充液補(bǔ)給可以提高霧化流速。此外，在砷形態(tài)分析中常用的接口技術(shù)有：氫化物噴霧技術(shù)、氣動(dòng)噴霧、熱噴霧、超聲波噴霧技術(shù)和水力高壓噴霧技術(shù)等[4]。

2.4 檢測(cè)技術(shù)

原子熒光光譜是使用頻率最高的一種光譜分析技術(shù)。基態(tài)原子受到具有特征波長的光源輻射后，其中一些自由原子被激發(fā)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮蛹ぐl(fā)態(tài)，由于電子激發(fā)態(tài)的不穩(wěn)定性，當(dāng)又回到較低能態(tài)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。原子吸收有三種常用測(cè)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(dāng)前最常用的一種原子吸收檢測(cè)模式，但因其在檢測(cè)過程中需要應(yīng)用到程序升溫這一操作而不能與色譜等一系列分離儀器聯(lián)用，因此較少出現(xiàn)在元素砷的形態(tài)分析應(yīng)用中。

液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用無機(jī)砷形態(tài)分析

原理分析

將100 μL樣品溶液加入PRP-X 100中，然后利用KH2PO4，pH為酸性的緩沖溶液洗脫，不同砷化合物經(jīng)過色譜分離后在發(fā)生裝置與鹽酸及還原劑進(jìn)行混合，因此兩者的流速可以設(shè)置為 ? ? ，當(dāng)揮發(fā)物到達(dá)氣液分離裝置后，則會(huì)被輸送至檢測(cè)器中，具體采用的系統(tǒng)流程如圖1所示。

因素分析

鹽酸載流的影響 由于不同的鹽酸載流速度和不同的鹽酸濃度對(duì)砷形態(tài)影響機(jī)制不同，在聯(lián)用系統(tǒng)中，鹽酸的載流速度和鹽酸的濃度也會(huì)對(duì)砷的反饋機(jī)制產(chǎn)生影響。選擇恰當(dāng)?shù)柠}酸濃度和流速對(duì)于形成氣態(tài)氫化物具有積極的影響。較高的鹽酸濃度會(huì)稀釋液相中的蒸發(fā)餾分，從而弱化砷的反饋機(jī)制;此外，鹽酸的濃度不僅會(huì)影響氫化物的發(fā)生機(jī)制，還會(huì)影響原子火焰狀態(tài)。根據(jù)具體反饋機(jī)制和參量影響數(shù)據(jù)可知，鹽酸的體積濃度呈現(xiàn)不同的表達(dá)機(jī)制和熒光信號(hào)反饋，當(dāng)鹽酸載流達(dá)到且體積濃度為10%時(shí)，此時(shí)的砷信號(hào)的靈敏度和反饋機(jī)制達(dá)到最優(yōu)。

硼氫化鉀濃度 硼氫化鉀的濃度可以間接影響熒光信號(hào)表達(dá)的靈敏度。本文為進(jìn)一步驗(yàn)證分析硼氫化鉀濃度對(duì)于熒光信號(hào)表達(dá)的影響，設(shè)置濃度和流速為控制變量，研究不同變量下砷形態(tài)的最佳氫化物反饋機(jī)制的數(shù)據(jù)。當(dāng)硼氫化鉀濃度和流速持續(xù)走低時(shí)，此時(shí)砷的氫化物的發(fā)生條件并不具備，當(dāng)隨著硼氫化鉀的濃度和流速增大到一定程度時(shí)，則此時(shí)設(shè)備的反饋是基線漂移，噪音比較大，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)的反饋效率和熒光信號(hào)的表達(dá)。當(dāng)硼氫化鉀的濃度達(dá)到時(shí)，此時(shí)的砷信號(hào)的靈敏度和反饋機(jī)制達(dá)到最優(yōu)。

其它影響因素 除了鹽酸載流、硼氫化鉀濃度引發(fā)對(duì)熒光反饋機(jī)制的影響外，電流、負(fù)高壓以及輔助氣流量等均對(duì)熒光信號(hào)有影響。通過對(duì)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(fù)高壓為350 V;輔助氣流量為 。

元素砷的遷移規(guī)律、生物特性以及環(huán)境反饋機(jī)制均和砷的形態(tài)息息相關(guān)，僅僅對(duì)總砷含量研究分析，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)砷狀態(tài)的評(píng)估分析。為準(zhǔn)確評(píng)估分析砷元素的存在狀態(tài)，本文主要?dú)w納了采用液相色譜與原子光譜聯(lián)用技術(shù)，針對(duì)不同的樣品基質(zhì)，測(cè)定砷形態(tài)的分析原理、影響因素和最佳條件，以便后續(xù)更好的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]姜泓， 丁敬華， 張穎花，等. 透析-高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜聯(lián)用系統(tǒng)研究無機(jī)砷與牛血清白蛋白的結(jié)合平衡[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)， 2008（03）：64-68.

[2]徐章， 胡紅云， 陳敦奎，等. 磷酸提取-高效液相色譜-氫化物發(fā)生原子熒光光譜法分析垃圾焚燒飛灰中無機(jī)砷形態(tài)[J]. 分析化學(xué)， 2015， 43（004）：490-494.

[3]于卓然. 液相色譜與氫化物發(fā)生原子熒光光譜聯(lián)用分析海洋藻類中砷的形態(tài)[D].上海師范大學(xué)，2018.

[4]林燕奎， 王丙濤， 顏治，等. 食用菌中的總砷和砷形態(tài)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(yàn)。