氫化物發(fā)生---原子熒光法分析砷含量

1、氫化物發(fā)生--原子熒光法分析砷含量,山西省地方病防治研究所 程曉天,氫化物發(fā)生--原子熒光分析（HG---AFS）是上世紀(jì)70年代才開始發(fā)展的分析技術(shù)，經(jīng)過三十幾年的發(fā)展，已成為成熟的高靈敏度的分析技術(shù)。特別是由于它在利用其他分析技術(shù)難以解決的砷、硒、鉍等元素的分析中，靈敏度高，基體干擾少，操作簡(jiǎn)單，相對(duì)于發(fā)射光譜法，原子吸收法等具有明顯的優(yōu)勢(shì)，受到了廣大分析和研究人員的重視。我國(guó)儀器分析工作者，開發(fā)了實(shí)用性很強(qiáng)

2、的高效低消耗的氫化物原子熒光分析儀器，達(dá)到并在很多方面超過了國(guó)際先進(jìn)水平。由于儀器發(fā)展很快，標(biāo)準(zhǔn)方法的研制就相對(duì)滯后，舊的標(biāo)準(zhǔn)方法很快就不能適應(yīng)新型儀器的應(yīng)用。在地方性砷中毒的防治研究中，我們山西省地方病防治研究所比較早的應(yīng)用了氫化物發(fā)生--原子熒光分析法測(cè)砷，作了一定量的工作，現(xiàn)在把我們的一些做法和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與各位同行作一下交流，歡迎大家提出寶貴意見。,主要內(nèi)容,一、生活飲用水中無機(jī)砷含量的測(cè)定--原子熒光法 二、氫化物發(fā)生--原子熒

3、光法分析尿中砷三、尿樣消解帶來的干擾問題四、氫化物發(fā)生--原子熒光法分析過程中需注意的 問題 五、氫化物發(fā)生--原子熒光法與常規(guī)方法比較,一、 生活飲用水中無機(jī)砷 含量的測(cè)定--原子熒光法,1、原理,生活飲用水中無機(jī)砷以三價(jià)砷As（Ⅲ）和五價(jià)砷As（Ⅴ）兩種價(jià)態(tài)存在，在酸性介質(zhì)中，用硫脲和抗壞血酸使As（Ⅴ）還原為As（Ⅲ），即可進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)，在原子熒光儀的氫化物發(fā)生系統(tǒng)中，

4、酸與KBH4反應(yīng)，產(chǎn)生大量新生態(tài)氫，新生態(tài)氫與As（Ⅲ）反應(yīng)將As（Ⅲ）進(jìn)一步還原為AsH3氣體，由氬氣將AsH3和新生的氫氣載入石英爐原子化器，在原子化器中氫氣燃燒使砷原子化。原子態(tài)的砷在特征波長(zhǎng)的空心陰極燈照射下，產(chǎn)生電子躍遷，由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，當(dāng)激發(fā)態(tài)的電子返回基態(tài)時(shí)即產(chǎn)生熒光，其熒光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與樣品中的砷含量呈正比，由此我們可以進(jìn)行定量分析。,,硫脲,抗壞血酸,AsO33-,,新生態(tài)氫,,AsH3,,原子化器,As,,,,

5、空心陰極燈照射,產(chǎn)生熒光,測(cè)定,AsO43-,KBH4+H++3H2O H3BO3+K++8H·AsO33-+6H· +3H+ AsH3 +3H2O2AsH3 2As +3H2,,,,,氬氫火焰,,原子化,,,,還原劑（硼氫化鉀）,,載氣（氬氣）,,載流（鹽酸）,反應(yīng)塊,,AsH3,,一級(jí)氣液分

6、離器,,,二級(jí)氣液分離器,,,,原子化器,,,測(cè)定,(或樣品待測(cè)液),,,空心陰極燈,2、儀器,AFS系列原子熒光儀及配套分析軟件,3、試劑（本方法所用試劑如未特殊說明均為分析純,水為去離子水 ）,■ 3.1 砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（0.1mg/ml）：稱取經(jīng)105℃干燥2h的As2O3（優(yōu)級(jí)純）0.1320g于50 ml燒杯中，加入NaOH溶液（40g/L）10 ml溶解，加入濃鹽酸10ml，轉(zhuǎn)移到1000 ml容量瓶中定容，搖允。（此標(biāo)準(zhǔn)

7、儲(chǔ)備溶液可以由標(biāo)準(zhǔn)物中心購(gòu)買）?！?3.2 砷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液（0.1µg/ml）：臨用前將砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋。（如果為操作方便有時(shí)也可將該溶液繼續(xù)稀釋為更低濃度。）■ 3.3 硫脲（5%）---抗壞血酸（5%）溶液： 稱取5g硫脲和5g抗壞血酸，溶于100ml水中（臨用前配）。,,■ 3.4 KBH4(2%)—NaOH(0.5%) (還原劑)溶液： 稱取 2.5gNaOH和10gKBH4溶于500ml水中（此溶液于4℃

8、冰箱可保存一周）?！?3.5 5%(v/v)鹽酸（載流）：取50ml濃鹽酸（優(yōu)級(jí)純以上）溶于1000ml水中?！?3.6 鹽酸（1+1）： 濃鹽酸（優(yōu)級(jí)純以上）與水等體積混合?！?3.7 氬氣（載氣）：純度大于99.99%,4.1標(biāo)準(zhǔn)系列制備：在容量瓶或比色管中加入砷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液、鹽酸（1+1）、硫脲（5%）--抗壞血酸（5%）溶液和去離子水，配制含砷分別為0，1.0，2.0，4.0，8.0，16.0µg/L，含鹽酸

9、5%(v/v) ，含硫脲、抗壞血酸各1%的標(biāo)準(zhǔn)系列，0 µg/L的溶液為試劑空白，需配制100ml（用容量瓶），其余幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)可配制10ml（或5ml）（用10ml刻度管）?；靹?，放置20--30分鐘，待測(cè)。如樣品濃度過高可將標(biāo)準(zhǔn)系列向高濃度方向延伸，也可以用儀器的稀釋重測(cè)功能。（如樣品含量過高，標(biāo)準(zhǔn)系列的最高點(diǎn)可以延長(zhǎng)至砷含量為32.0µg/L，但不能太高，因?yàn)殡m然原子熒光法線性范圍寬，但畢竟是微量分析，濃度太高對(duì)

10、儀器系統(tǒng)和低濃度樣品的分析都會(huì)產(chǎn)生影響，而且曲線會(huì)發(fā)生彎曲。）,4、分析步驟與計(jì)算,4.2 樣品處理：取水樣0.5—3.5 ml于10 ml比色管中（如果樣品含量過高還需將樣品稀釋后再取樣。），加入鹽酸(1+1)0.5 ml，硫脲（5%）---抗壞血酸（5%）溶液1 ml，加水至5 ml，充分混允，放置20-30分鐘（如室溫較低需放置30分鐘），待測(cè)。,4.3測(cè)定：以鹽酸（5%）(v/v)為載流，KBH4(2%)—NaOH(0.5%)溶

11、液為還原劑，氬氣為載氣，開機(jī)測(cè)定。4.3.1儀器參考條件：燈電流：60mA; 光電倍增管負(fù)高壓：270mv；原子化器高度：80；載氣流量：400ml/min；屏蔽氣流量：1000ml/min；進(jìn)樣體積：0.5ml。（一般情況下，儀器的默認(rèn)條件都很好，不需改變，只有在儀器性能或燈不太好是才需改變測(cè)試條件。）4.3.2開機(jī)：輸入相應(yīng)的文件名，選擇儀器條件，提供相應(yīng)的參數(shù)，如：標(biāo)準(zhǔn)系列濃度、樣品稀釋倍數(shù)、結(jié)果濃度單位、測(cè)定重復(fù)次數(shù)等。4

12、.3.3測(cè)定步驟：測(cè)定之前，儀器運(yùn)行20分鐘預(yù)熱，根據(jù)儀器提供的分析軟件測(cè)定，先測(cè)試劑空白和標(biāo)準(zhǔn)系列，最后測(cè)定樣品。4.3.4計(jì)算：測(cè)定完畢，由儀器自動(dòng)計(jì)算樣品含量并打印結(jié)果。,5、說明： 本方法的線性范圍為 0--200µg/L，在此范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)大于0.9995，最低檢測(cè)濃度為0.06µg/L.如果取3 ml樣品，最低檢出限為0.1µg/L。6、注意： 配制KBH4要先將NaOH溶于

13、水再加KBH4,否則KBH4一旦溶于水就會(huì)有氫氣產(chǎn)生造成損失。,二、氫化物發(fā)生--原子熒光法 分析尿中砷,1、 原理,尿樣中的砷經(jīng)濕法消解后，以五價(jià)砷的形式存在，加入鹽酸和硫脲-抗壞血酸溶液，將五價(jià)砷還原為三價(jià)砷。在HG---AFS測(cè)定過程中，硼氫化鉀和鹽酸反應(yīng)生成的新生態(tài)氫，三價(jià)砷與新生態(tài)氫反應(yīng)生成砷的共價(jià)化合物砷化氫氣體，由氬氣載入HG---AFS儀器的原子化器中，分解成原子態(tài)砷，在編碼空心陰極燈的發(fā)射光激發(fā)下產(chǎn)生

14、原子熒光，其熒光強(qiáng)度在固定條件下與被測(cè)液中的砷濃度成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較可以達(dá)到定量分析的目的。,2、儀器與試劑,2.1儀器 AFS系列原子熒光光度計(jì)及配套分析軟件；自控電熱消解儀及配套特制具有刻度和磨口塞的消解管。 2.2氬氣 純度大于99.99%,2.3試劑 （本方法所用試劑如未特殊說明均為分析純，水為去離子水）2.3.1 HNO3（1+1）：濃硝酸（超純）與水等體積混合。2.3.2 H

15、2O2（30%）（超純）。2.3.3 硫脲（5%）---抗壞血酸（5%）溶液： 稱取5g硫脲和5g抗壞血酸，溶于100ml水中（臨用前配）。2.3.4 KBH4(2%)—NaOH(0.5%) (還原劑)溶液： 稱取 2.5gNaOH和10gKBH4溶于500ml水中（此溶液于4℃冰箱可保存一周）。2.3.5 5%(v/v)鹽酸：取50ml濃鹽酸（優(yōu)級(jí)純以上）溶于1000ml水中。2.3.6 鹽酸（1+1）： 濃鹽酸（優(yōu)級(jí)

16、純以上）與水等體積混合。2.3.7 砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1mg/ml）：稱取經(jīng)105℃干燥2h的As2O3（優(yōu)級(jí)純）0.6602g溶于5 ml NaOH溶液（200g/L）中，用酚酞作指示劑，以1mol/L硫酸溶液中和至中性，再加入15ml 1mol/L硫酸，轉(zhuǎn)移到500 ml容量瓶中定容，搖允。（此標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液可以由標(biāo)準(zhǔn)物中心購(gòu)買）。2.3.8 砷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液（0.1µg/ml）： 臨用前將儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋。,3、分析步驟,3

17、.1采樣 樣品采集于經(jīng)分析實(shí)驗(yàn)室常規(guī)處理干凈的塑料瓶中，冰箱冷凍（-20℃）或冷藏（4℃）保存,分析前融化搖勻。3.2 尿樣處理 取1ml尿樣于消解管中，加入0.25ml硝酸（1+1），0.5ml過氧化氫。同時(shí)做3個(gè)以上樣品空白。放置過夜，次日于消解儀上緩慢加熱至120℃，恒溫大約30分鐘，再升溫至150℃，消解至無色透明，然后加熱至180℃蒸發(fā)趕酸至濕鹽狀態(tài)（溶液體積應(yīng)小于0.2 ml）。如有個(gè)別樣品在接近0.5ml時(shí)仍能看到顏

18、色，可補(bǔ)加少量過氧化氫，使有機(jī)物完全破壞，并繼續(xù)消解至濕鹽狀態(tài)。稍冷，加入1ml水，再蒸發(fā)至濕鹽狀態(tài)。稍冷，加入1ml 鹽酸(1+1)，再加熱大約1分鐘，消解趕酸完畢。冷卻后加入5ml水、2ml硫脲抗壞血酸溶液，再加水至10ml定容，混勻，放置20--30分鐘，待測(cè)。此待測(cè)體系中含有鹽酸5%(v/v)、硫脲、抗壞血酸各1%。,3.3 標(biāo)準(zhǔn)系列制備：在容量瓶或比色管中加入砷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液、鹽酸（1+1）、硫脲（5%）---抗壞血酸（5%）溶液

19、和去離子水，配制含砷0，1.0，2.0，4.0，8.0，16.0µg/L，含鹽酸5% (v/v) ，含硫脲、抗壞血酸各1%的標(biāo)準(zhǔn)系列，0 µg/L的溶液為試劑空白，需配制100ml（用容量瓶），其余幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)可配制10ml（用10ml刻度管）?；靹?，放置20--30分鐘，待測(cè)。如樣品濃度過高可將標(biāo)準(zhǔn)系列向高濃度方向延伸，也可以用儀器的稀釋重測(cè)功能。（如樣品含量過高，標(biāo)準(zhǔn)系列的最高點(diǎn)可以延長(zhǎng)至砷含量為32.0µ

20、;g/L，但不能太高，因?yàn)殡m然原子熒光法線性范圍寬，但畢竟是微量分析，濃度太高對(duì)儀器系統(tǒng)和低濃度樣品的分析都會(huì)產(chǎn)生影響，而且曲線會(huì)產(chǎn)生彎曲。）,3.4 測(cè)定：以鹽酸（5%）(v/v)為載流， KBH4(2%)—NaOH(0.5%)為還原劑，氬氣為載氣，開機(jī)測(cè)定。 3.4.1 儀器參考條件：燈電流：60mA; 光電倍增管負(fù)高壓：270mv；原子化器高度：80；載氣流量：400ml/min；屏蔽氣流量：1000ml/min；進(jìn)樣體積：0

21、.5ml。 3.4.2開機(jī)：輸入相應(yīng)的文件名，選擇儀器條件，提供相應(yīng)的參數(shù)，如：標(biāo)準(zhǔn)系列濃度、樣品稀釋倍數(shù)、結(jié)果濃度單位、測(cè)定重復(fù)次數(shù)等。 3.4.3 測(cè)定步驟：測(cè)定之前，儀器運(yùn)行20分鐘預(yù)熱，根據(jù)儀器提供的分析軟件測(cè)定，先測(cè)試劑空白和標(biāo)準(zhǔn)系列，最后測(cè)定樣品。測(cè)定完畢，儀器自動(dòng)計(jì)算并打印結(jié)果。,4、說明,4.1 線性范圍和相關(guān)系數(shù)：本方法的線性范圍為 0---200µg/L，在此范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)大于0.9995。4.2

22、 檢出限：如果取1ml樣品，則本方法的最低檢出限為0.6µg/L。4.3 注意：配制KBH4要先將NaOH溶于水再加KBH4,否則KBH4一旦溶于水就會(huì)有氫氣產(chǎn)生造成損失。,本方法靈敏度高，取樣量少，線性范圍寬，準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)單，節(jié)約了試劑和時(shí)間，選用以毒性較低且容易趕盡的過氧化氫為主消解尿樣，消解過程產(chǎn)生的有毒氣體少，減少了污染，有利于操作者健康。從2003年就開始在地方性砷中毒的防治研究的各項(xiàng)課題中進(jìn)行應(yīng)用，其結(jié)果與臨

23、床檢查、水砷含量有很好的一致性。最近，我們按照生物樣品標(biāo)準(zhǔn)方法研制指南的要求進(jìn)行了驗(yàn)證，靈敏度、精密度、準(zhǔn)確度等指標(biāo)都很好，結(jié)果滿意。,三、尿樣消解帶來的干擾問題,水樣分析中基體干擾很小，但尿樣的分析由于需要消解，所帶來得基體干擾必須引起注意。我們所做的就是在能夠保證完全消解的基礎(chǔ)上盡量少加硝酸等消解試劑（由于氫化物發(fā)生--原子熒光法：靈敏度高，使得少取樣、少加消解試劑成為了可能），而在消解完成后盡量趕盡消解試劑。,我們最初預(yù)試方法時(shí)，

24、發(fā)現(xiàn)樣品空白低于試劑空白。如果試劑含砷，應(yīng)該是正干擾，這種負(fù)干擾應(yīng)該是試劑殘留造成的，為了搞清干擾原因， 我們用標(biāo)準(zhǔn)曲線2µg/L的點(diǎn)，模擬干擾過程，在標(biāo)準(zhǔn)待測(cè)液中加入可能存在的殘留。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在尿樣消解過程中有可能帶來如下基體干擾：,1、過氧化氫殘留：如果存在過氧化氫殘留可能帶來負(fù)干擾。隨著待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)液中加入過氧化氫量的增加，負(fù)干擾越大。而且配置好的待測(cè)液，在幾十分鐘后會(huì)產(chǎn)生沉淀。隨著加入過氧化氫量的增加，出現(xiàn)有這樣的現(xiàn)象：即

25、少量沉淀—沉淀增多—沉淀消失。這種沉淀可能是過氧化氫氧化硫脲、抗壞血酸的中間產(chǎn)物。 2、硝酸根殘留：硝酸根的存在基本不影響測(cè)定，但隨著待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)液中加入硝酸量的增加，會(huì)增大待測(cè)體系酸度，使熒光值增大，產(chǎn)生正干擾。這種由酸度帶來的正干擾應(yīng)該是很小的，因?yàn)槲覀冇玫南跛崃亢苄?，而且絕大部分被消耗掉了。 3、亞硝酸根殘留：如果存在亞硝酸根殘留可能帶來負(fù)干擾。在待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)液中加入亞硝酸根，產(chǎn)生的負(fù)干擾和過氧化氫是相似的，而且也會(huì)產(chǎn)生沉淀。消解

26、過程中一定會(huì)產(chǎn)生亞硝酸根，要注意這種負(fù)干擾的產(chǎn)生。,分析過程中可能還有其他氮氧化物物質(zhì)殘留，我們沒有再詳細(xì)研究，這里也沒有考慮試劑含砷帶來的正干擾，因?yàn)槲覀冇玫脑噭┘兌群芨摺?但通過少加和盡量趕盡的方法，再多做幾個(gè)樣品空白，基本能克服這些基體干擾，我們的驗(yàn)證工作可以說明這一點(diǎn)。硝酸殘留的影響，有許多報(bào)道，結(jié)果不一致，這里只是在我們的分析條件下作的結(jié)果。,四、氫化物發(fā)生--原子熒光法 分析過程中需注意的問題,1、防止污染：

27、 玻璃或塑料器皿一定要洗干凈，用過后馬上洗，長(zhǎng)時(shí)間接觸高砷的器皿很容易被污染。而且有些玻璃器皿本身含砷，特別是做試劑空白的容量瓶，一定要注意有無砷污染。用耐酸堿的塑料管要好一些。 2、試劑純度要高： 試劑中長(zhǎng)含微量砷（如鹽酸、過氧化氫、高氯酸等），硼氫化鉀純度要高分析用去離子水質(zhì)量要高。,,3、待測(cè)溶液酸度要與載流相一致。 4、樣品空白很重要，需多做幾個(gè)。5、測(cè)定過程要帶標(biāo)樣，防治數(shù)據(jù)漂移。6、標(biāo)準(zhǔn)系列濃度不

28、可太高，對(duì)儀器系統(tǒng) 和低濃度樣品的分析都會(huì)產(chǎn)生影響， 而且曲線會(huì)發(fā)生彎曲。,五、氫化物發(fā)生--原子熒光法 與常規(guī)方法比較,砷的測(cè)定方法很多，比較常用、而且已成為國(guó)標(biāo)法的有銀鹽法（DDCAg法）、新銀鹽法、砷斑法、 氫化物發(fā)生原子吸收法(HG-AAS法)、氫化物發(fā)生--原子熒光法等。,1、砷斑法：半定量法，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，只能用于水樣的大面積篩查。（近幾年我們使用的半定量試劑盒就是這種方法

29、。）2、銀鹽法（新銀鹽法）：分光光度法，儀器價(jià)格較低，但靈敏度低、取樣量大、操作復(fù)雜、容易帶來分析誤差，而且所用試劑成本高。3、氫化物發(fā)生原子吸收法：光路復(fù)雜、光源不如原子氫化物發(fā)生---原子熒光法，氣相干擾較氫化物發(fā)生---原子熒光法大，檢出限、線性范圍等均不如氫化物發(fā)生---原子熒光法。4、氫化物發(fā)生---原子熒光法：光源好、靈敏度高、基體干擾少、線性范圍寬、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單，質(zhì)量可靠，應(yīng)用軟件也比較成熟。,結(jié)