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10種重金屬檢測(cè)方法

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-10-19
核心提示:通常認(rèn)可的重金屬分析方法有:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體法(ICP)、X?zé)?/div>
通常認(rèn)可的重金屬分析方法有:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體法(ICP)、X?zé)晒夤庾V(XRF)、電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)。日本和歐盟國(guó)家有的采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)分析,但對(duì)國(guó)內(nèi)用戶而言,儀器成本高。陽極溶出法,檢測(cè)速度快,數(shù)值準(zhǔn)確,可用于現(xiàn)場(chǎng)等環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)。X?zé)晒夤庾V(XRF)分析,優(yōu)點(diǎn)是無損檢測(cè),可直接分析成品。

1. 原子吸收光譜法(AAS) 

原理:原子吸收光譜法是20世紀(jì)50年代創(chuàng)立的一種新型儀器分析方法,它與主要用于無機(jī)元素定性分析的原子發(fā)射光譜法相輔相成,已成為對(duì)無機(jī)化合物進(jìn)行元素定量分析的主要手段。這種方法根據(jù)被測(cè)元素的基態(tài)原子對(duì)其原子共振輻射的吸收強(qiáng)度來測(cè)定試樣中被測(cè)元素的含量。AAS法檢出限低,靈敏度高,精度好,分析速度快,應(yīng)用范圍廣(可測(cè)元素達(dá)70多個(gè)),儀器較簡(jiǎn)單,操作方便等。火焰原子吸收法的檢出限可達(dá)到10的負(fù)9次方級(jí)(10ug/L),石墨爐原子吸收法的檢出限可達(dá)到10ug/L,甚至更低。原子吸收光譜法的不足之處是多元素同時(shí)測(cè)定尚有困難。


分析過程:1、將樣品制成溶液(空白);2、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液(標(biāo)樣);3、依次測(cè)出空白及標(biāo)樣的相應(yīng)值;4、依據(jù)上述相應(yīng)值繪出校正曲線;5、測(cè)出未知樣品的相應(yīng)值;6、依據(jù)校正曲線及未知樣品的相應(yīng)值得出樣品的濃度值。


 

進(jìn)展:現(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展和多種新型元器件的出現(xiàn),使原子吸收光譜儀的精密度、準(zhǔn)確度和自動(dòng)化程度大大提高。用微處理機(jī)控制的原子吸收光譜儀,簡(jiǎn)化了操作程序,節(jié)約了分析時(shí)間,F(xiàn)在已研制出氣相色譜—原子吸收光譜(GC-AAS)的聯(lián)用儀器,進(jìn)一步拓展了原子吸收光譜法的應(yīng)用領(lǐng)域。

2. 原子熒光法(AFS)


原理:原子熒光光譜法是通過待測(cè)元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激發(fā)下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度來測(cè)定待測(cè)元素含量的一種分析方法。原子熒光光譜法雖是一種發(fā)射光譜法,但它和原子吸收光譜法密切相關(guān),兼有原子發(fā)射和原子吸收兩種分析方法的優(yōu)點(diǎn),又克服了兩種方法的不足。原子熒光光譜具有發(fā)射譜線簡(jiǎn)單,靈敏度高于原子吸收光譜法,線性范圍較寬干擾少的特點(diǎn),能夠進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定。原子熒光光譜法的檢出限比原子吸收法要低,譜線清洗干擾少,靈敏度較高,線性范圍大,但是測(cè)定的金屬種類有限。


適用:原子熒光光譜儀可用于分析汞、砷、銻、鉍、硒、碲、鉛、錫、鍺、鎘鋅等11種元素,F(xiàn)已廣泛用環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)藥、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、飲用水等領(lǐng)域。


 

進(jìn)展現(xiàn)已研制出可對(duì)多元素同時(shí)測(cè)定的原子熒光光譜儀,它以多個(gè)高強(qiáng)度空心陰極燈為光源,以具有很高溫度的電感耦合等離子體(ICP)作為原子化器,可使多種元素同時(shí)實(shí)現(xiàn)原子化。多元素分析系統(tǒng)以ICP原子化器為中心,在周圍安裝多個(gè)檢測(cè)單元,與空心陰極燈一一成直角對(duì)應(yīng),產(chǎn)生的熒光用光電倍增管檢測(cè)。光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)放大后,由計(jì)算機(jī)處理就獲得各元素分析結(jié)果。

3. 紫外-可見分光光度法(UV)


檢測(cè)原理:重金屬與顯色劑—通常為有機(jī)化合物,可與重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),生成有色分子團(tuán),溶液顏色深淺與濃度成正比。在特定波長(zhǎng)下,比色檢測(cè)。


適用:分光光度分析有兩種,一種是利用物質(zhì)本身對(duì)紫外及可見光的吸收進(jìn)行測(cè)定;另一種是生成有色化合物,即“顯色”,然后測(cè)定。雖然不少無機(jī)離子在紫外和可見光區(qū)有吸收,但因一般強(qiáng)度較弱,所以直接用于定量分析的較少。加入顯色劑使待測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為在紫外和可見光區(qū)有吸收的化合物來進(jìn)行光度測(cè)定,這是目前應(yīng)用廣泛的測(cè)試手段。顯色劑分為無機(jī)顯色劑和有機(jī)顯色劑,而以有機(jī)顯色劑使用較多。大多數(shù)有機(jī)顯色劑本身為有色化合物,與金屬離子反應(yīng)生成的化合物一般是穩(wěn)定的螯合物。顯色反應(yīng)的選擇性和靈敏度都較高。有些有色螯合物易溶于有機(jī)溶劑,可進(jìn)行萃取浸提后比色檢測(cè)。


進(jìn)展近年來形成多元配合物的顯色體系受到關(guān)注。多元配合物的指三個(gè)或三個(gè)以上組分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度測(cè)定的靈敏度,改善分析特性。顯色劑在前處理萃取和檢測(cè)比色方面的選擇和使用是近年來分光光度法的重要研究課題。

4. X射線熒光光譜法(XRF)

檢測(cè)原理X射線熒光光譜法是利用樣品對(duì)x射線的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來定性或定量測(cè)定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡(jiǎn)單、可分析元素范圍廣、譜線簡(jiǎn)單,光譜干擾少,試樣形態(tài)多樣性及測(cè)定時(shí)的非破壞性等特點(diǎn)。它不僅用于常量元素的定性和定量分析,而且也可進(jìn)行微量元素的測(cè)定,其檢出限多數(shù)可達(dá)10-6。與分離、富集等手段相結(jié)合,可達(dá)10-8。測(cè)量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀,在幾分鐘之內(nèi)可同時(shí)測(cè)定20多種元素的含量。


適用:x射線熒光法不僅可以分析塊狀樣品,還可對(duì)多層鍍膜的各層鍍膜分別進(jìn)行成分和膜厚的分析。


當(dāng)試樣受到x射線,高能粒子束,紫外光等照射時(shí),由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞,將原子內(nèi)層電子逐出形成空穴,使原子處于激發(fā)態(tài),這種激發(fā)態(tài)離子壽命很短,當(dāng)外層電子向內(nèi)層空穴躍遷時(shí),多余的能量即以x射線的形式放出,并在外層產(chǎn)生新的空穴和產(chǎn)生新的x射線發(fā)射,這樣便產(chǎn)生一系列的特征x射線。特征x射線是各種元素固有的,它與元素的原子系數(shù)有關(guān)。所以只要測(cè)出了特征x射線的波長(zhǎng)λ,就可以求出產(chǎn)生該波長(zhǎng)的元素。即可做定性分析。在樣品組成均勻,表面光滑平整,元素間無相互激發(fā)的條件下,當(dāng)用x射線(一次x射線)做激發(fā)原照射試樣,使試樣中元素產(chǎn)生特征x射線(熒光x射線)時(shí),若元素和實(shí)驗(yàn)條件一樣,熒光x射線強(qiáng)度與分析元素含量之間存在線性關(guān)系。根據(jù)譜線的強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。

5. 電化學(xué)法—陽極溶出伏安法

檢測(cè)原理電化學(xué)法是近年來發(fā)展較快的一種方法,它以經(jīng)典極譜法為依托,在此基礎(chǔ)上又衍生出示波極譜、陽極溶出伏安法等方法。電化學(xué)法的檢測(cè)限較低,測(cè)試靈敏度較高,值得推廣應(yīng)用。如國(guó)標(biāo)中鉛的測(cè)定方法中的第五法和鉻的測(cè)定方法的第二法均為示波極譜法。

陽極溶出伏安法是將恒電位電解富集與伏安法測(cè)定相結(jié)合的一種電化學(xué)分析方法。這種方法一次可連續(xù)測(cè)定多種金屬離子,而且靈敏度很高,能測(cè)定10-7~10-9mol/L的金屬離子。此法所用儀器比較簡(jiǎn)單,操作方便,是一種很好的痕量分析手段。我國(guó)已經(jīng)頒布了適用于化學(xué)試劑中金屬雜質(zhì)測(cè)定的陽極溶出伏安法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。


方法
:陽極溶出伏安法測(cè)定分兩個(gè)步驟。第一步為“電析”,即在一個(gè)恒電位下,將被測(cè)離子電解沉積,富集在工作電極上與電極上汞生成汞齊。對(duì)給定的金屬離子來說,如果攪拌速度恒定,預(yù)電解時(shí)間固定,則m=Kc,即電積的金屬量與被測(cè)金屬離子的濃度成正比。第二步為“溶出”,即在富集結(jié)束后,一般靜止30s或60s后,在工作電極上施加一個(gè)反向電壓,由負(fù)向正掃描,將汞齊中金屬重新氧化為離子回歸溶液中,產(chǎn)生氧化電流,記錄電壓-電流曲線,即伏安曲線。曲線呈峰形,峰值電流與溶液中被測(cè)離了的濃度成正比,可作為定量分析的依據(jù),峰值電位可作為定性分析的依據(jù)。

進(jìn)展
:示波極譜法又稱“單掃描極譜分析法”。一種極譜分析新方法。它是一種快速加入電解電壓的極譜法。常在滴汞電極每一汞滴成長(zhǎng)后期,在電解池的兩極上,迅速加入一鋸齒形脈沖電壓,在幾秒鐘內(nèi)得出一次極譜圖,為了快速記錄極譜圖,通常用示波管的熒光屏作顯示工具,因此稱為示波極譜法。其優(yōu)點(diǎn):快速、靈敏。


6. 電感耦合等離子體法

(1)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)


高頻感應(yīng)電流產(chǎn)生的高溫將反應(yīng)氣加熱、電離,利用元素發(fā)出的特征譜線進(jìn)行測(cè)定譜線強(qiáng)度與重金屬量成正比。ICP-AES法靈敏度高,干擾小,線性范圍寬,可同時(shí)或順序測(cè)定多種金屬元素(Cd,Hg)。


(2)電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)


 

將電感耦合等離子體與質(zhì)譜聯(lián)用,利用電感耦合等離子體使樣品汽化,將待測(cè)金屬分離出來,從而進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行測(cè)定,通過離子荷質(zhì)比進(jìn)行無機(jī)元素的定性分析、半定量分析、定量分析,同時(shí)進(jìn)行多種元素及同位素的測(cè)定,具有比原子吸收法更低的檢出限,是痕量元素分析領(lǐng)域中最先進(jìn)的方法,單價(jià)格昂貴,易受污染。

7. 高效液相色譜法(HPLC)

高效液相色譜是色譜法的一個(gè)重要分支,以液體為流動(dòng)相,采用高壓輸液系統(tǒng),將具有不同極性的單一溶劑或不同比例的混合溶劑、緩沖液等流動(dòng)相泵入裝有固定相的色譜柱,在柱內(nèi)各成分被分離后,進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的分析。目前很多研究者將高效液相色譜法用于重金屬離子的檢測(cè),并取得了一定的研究進(jìn)展。痕量金屬離子與有機(jī)試劑形成穩(wěn)定的有色絡(luò)合物,然后用高效液相色譜法分離,紫外可見檢測(cè)器檢測(cè),可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定。但是絡(luò)合劑選擇有限,給該方法帶來一定的局限性。

8. 酶分析法


酶分析法的基本原理是重金屬離子對(duì)于某些酶的活性中心具有特別強(qiáng)的親和力,與之結(jié)合后會(huì)改變酶活性中心的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),引起酶活性下降,從而使底物—酶系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的變化,諸如試顯色劑的顏色、電導(dǎo)率、pH值和吸光度等發(fā)生變化,這些變化可以直接用肉眼加以辨別或者是通過電信號(hào)、光信號(hào)被檢測(cè)到,從而可以判斷重金屬的存在或者測(cè)定其濃度。目前已經(jīng)有多種酶用于重金屬離子的測(cè)定,如脲酶、磷酸酯酶、過氧化氫酶、葡萄糖氧化酶等,最常用的是脲酶。

9. 免疫分析法


免疫分析法是一種特異性和靈敏度都較高的分析方法,在環(huán)境分析領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用價(jià)值,用其分析重金屬離子要進(jìn)行兩方面的工作:一是選擇合適的化合物與重金屬離子結(jié)合,獲得一定的空間結(jié)構(gòu),產(chǎn)生反應(yīng)原性;二是將與重金屬離子結(jié)合的化合物連接到載體蛋白上,產(chǎn)生免疫原性。其中選擇合適與重金屬離子結(jié)合的化合物是能否制備出特異性抗體的關(guān)鍵。

10. 生物傳感器

生物傳感器利用生物識(shí)別物質(zhì)與待測(cè)物質(zhì)結(jié)合,發(fā)生的變化通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成易于捕捉和檢測(cè)到的電信號(hào)或者光信號(hào)等,通過檢測(cè)電信號(hào)、光信號(hào)或者其它信號(hào)等來判斷待測(cè)物質(zhì)的量。酶生物傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、DNA傳感器、細(xì)胞傳感器等在重金屬檢測(cè)方面都有應(yīng)用。
編輯:songjiajie2010

 
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