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重金屬的分析方法
時(shí)間:2022-07-07 14:03:49   訪客:636

  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熒光光譜(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。也有的采用X熒光光譜(XRF)分析,優(yōu)點(diǎn)是無損檢測(cè),可直接分析成品,但檢測(cè)精度和重復(fù)性不如光譜法。*新流行的檢測(cè)方法--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)。
 

  (一)原子吸收光譜法(AAS)
 

  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。
 

  原子吸收分析過程如下: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。
 

  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。現(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。
 

  (二)紫外可見分光光度法(UV)
 

  其檢測(cè)原理是:重金屬與顯色劑—通常為有機(jī)化合物,可于重金屬發(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)。
 

  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。大多當(dāng)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)。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。
 

  (三)原子熒光法(AFS)
 

  原子熒光光譜法是通過測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激以下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度,以此來測(cè)定待測(cè)元素含量的方法。
 

  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。在國(guó)標(biāo)中,食品中砷、汞等元素的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)中已將原子熒光光譜法定為**法。
 

  氣態(tài)自由原子吸收特征波長(zhǎng)輻射后,原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)會(huì)躍遷到高能態(tài),同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的能量輻射,即原子熒光。原子熒光的發(fā)射強(qiáng)度If與原子化器中單位體積中該元素的基態(tài)原子數(shù)N成正比。當(dāng)原子化效率和熒光量子效率固定時(shí),原子熒光強(qiáng)度與試樣濃度成正比。
 

  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。
 

  (四)電化學(xué)法—陽極溶出伏安法
 

  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)。
 

  陽極溶出伏安法測(cè)定分兩個(gè)步驟。**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)金屬離了的濃度成正比。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)。
 

  示波極譜法又稱“單掃描極譜分析法”。一種極譜分析新力一法。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。
 

  (五)X射線熒光光譜法(XRF)
 

  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。
 

  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,并在教外層產(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
 

  (六)電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)
 

  ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象,其溶液的檢出限大部份為ppt級(jí),實(shí)際的檢出限不可能優(yōu)于你實(shí)驗(yàn)室的清潔條件。必須指出,ICP-MS的ppt級(jí)檢出限是針對(duì)溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘模羯婕肮腆w中濃度的檢出限,由于ICP-MS的耐鹽量較差,ICP-MS檢出限的優(yōu)點(diǎn)會(huì)變差多達(dá)50倍,一些普通的輕元素(如S、 Ca、 Fe 、K、 Se)在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾,也將惡化其檢出限。
 

  ICP-MS由作為離子源ICP焰炬,接口裝置和作為檢測(cè)器的質(zhì)譜儀三部分組成。
 

  ICP-MS所用電離源是感應(yīng)耦合等離子體(ICP),其主體是一個(gè)由三層石英套管組成的炬管,炬管上端繞有負(fù)載線圈,三層管從里到外分別通載氣,輔助氣和冷卻氣,負(fù)載線圈由高頻電源耦合供電,產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場(chǎng)。如果通過高頻裝置使氬氣電離,則氬離子和電子在電磁場(chǎng)作用下又會(huì)與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子,形成渦流。強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高溫,瞬間使氬氣形成溫度可達(dá)10000k的等離子焰炬。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中,然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū),等離子體的高溫使樣品去溶劑化,汽化解離和電離。部分等離子體經(jīng)過不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng),在真空系統(tǒng)內(nèi),正離子被拉出并按照其質(zhì)荷比分離。在負(fù)載線圈上面約10mm處,焰炬溫度大約為8000K,在這么高的溫度下,電離能低于7eV的元素完全電離,電離能低于10.5ev的元素電離度大于20%。由于大部分重要的元素電離能都低于10.5eV,因此都有很高的靈敏度,少數(shù)電離能較高的元素,如C,O,Cl,Br等也能檢測(cè),只是靈敏度較低。


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