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70年代才開始發(fā)展的分析技術，經過三十幾年的發(fā)展，已成為成熟的高靈敏度的分析技術。特別是由于它在利用其他分析技術難以解決的砷、硒、鉍等元素的分析中，靈敏度高，基體干擾少，操作簡單，相對于發(fā)射光譜法，原子吸收法等具有明顯的優(yōu)勢，受到了廣大分析和研究人員的重視。我國儀器分析工作者，開發(fā)了實用性很強

2、的高效低消耗的氫化物原子熒光分析儀器，達到并在很多方面超過了國際先進水平。由于儀器發(fā)展很快，標準方法的研制就相對滯后，舊的標準方法很快就不能適應新型儀器的應用。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用了氫化物發(fā)生--原子熒光分析法測砷，作了一定量的工作，現(xiàn)在把我們的一些做法和經驗教訓與各位同行作一下交流，歡迎大家提出寶貴意見。,主要內容,一、生活飲用水中無機砷含量的測定--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、 生活飲用水中無機砷 含量的測定--原子熒光法,1、原理,生活飲用水中無機砷以三價砷As（Ⅲ）和五價砷As（Ⅴ）兩種價態(tài)存在，在酸性介質中，用硫脲和抗壞血酸使As（Ⅴ）還原為As（Ⅲ），即可進行測定。測定時，在原子熒光儀的氫化物發(fā)生系統(tǒng)中，

4、酸與KBH4反應，產生大量新生態(tài)氫，新生態(tài)氫與As（Ⅲ）反應將As（Ⅲ）進一步還原為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)的砷在特征波長的空心陰極燈照射下，產生電子躍遷，由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，當激發(fā)態(tài)的電子返回基態(tài)時即產生熒光，其熒光強度在一定范圍內與樣品中的砷含量呈正比，由此我們可以進行定量分析。,,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,產生熒光,測定,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）,反應塊,,AsH3,,一級氣液分

6、離器,,,二級氣液分離器,,,,原子化器,,,測定,(或樣品待測液),,,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 砷標準儲備液（0.1mg/ml）：稱取經105℃干燥2h的As2O3（優(yōu)級純）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，轉移到1000 ml容量瓶中定容，搖允。（此標準

7、儲備溶液可以由標準物中心購買）?！?3.2 砷標準應用液（0.1µg/ml）：臨用前將砷標準儲備液逐級稀釋。（如果為操作方便有時也可將該溶液繼續(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)級純以上）溶于1000ml水中?！?3.6 鹽酸（1+1）： 濃鹽酸（優(yōu)級純以上）與水等體積混合。■ 3.7 氬氣（載氣）：純度大于99.99%,4.1標準系列制備：在容量瓶或比色管中加入砷標準應用液、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%的標準系列，0 µg/L的溶液為試劑空白，需配制100ml（用容量瓶），其余幾個標準點可配制10ml（或5ml）（用10ml刻度管）?；靹颍胖?0--30分鐘，待測。如樣品濃度過高可將標準系列向高濃度方向延伸，也可以用儀器的稀釋重測功能。（如樣品含量過高，標準系列的最高點可以延長至砷含量為32.0µg/L，但不能太高，因為雖然原子熒光法線性范圍寬，但畢竟是微量分析，濃度太高對

10、儀器系統(tǒng)和低濃度樣品的分析都會產生影響，而且曲線會發(fā)生彎曲。）,4、分析步驟與計算,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。,4.3測定：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，開機測定。4.3.1儀器參考條件：燈電流：60mA; 光電倍增管負高壓：270mv；原子化器高度：80；載氣流量：400ml/min；屏蔽氣流量：1000ml/min；進樣體積：0.5ml。（一般情況下，儀器的默認條件都很好，不需改變，只有在儀器性能或燈不太好是才需改變測試條件。）4.3.2開機：輸入相應的文件名，選擇儀器條件，提供相應的參數(shù)，如：標準系列濃度、樣品稀釋倍數(shù)、結果濃度單位、測定重復次數(shù)等。4

12、.3.3測定步驟：測定之前，儀器運行20分鐘預熱，根據(jù)儀器提供的分析軟件測定，先測試劑空白和標準系列，最后測定樣品。4.3.4計算：測定完畢，由儀器自動計算樣品含量并打印結果。,5、說明： 本方法的線性范圍為 0--200µg/L，在此范圍內相關系數(shù)大于0.9995，最低檢測濃度為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KBH4一旦溶于水就會有氫氣產生造成損失。,二、氫化物發(fā)生--原子熒光法 分析尿中砷,1、 原理,尿樣中的砷經濕法消解后，以五價砷的形式存在，加入鹽酸和硫脲-抗壞血酸溶液，將五價砷還原為三價砷。在HG---AFS測定過程中，硼氫化鉀和鹽酸反應生成的新生態(tài)氫，三價砷與新生態(tài)氫反應生成砷的共價化合物砷化氫氣體，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)下產生

14、原子熒光，其熒光強度在固定條件下與被測液中的砷濃度成正比，與標準系列比較可以達到定量分析的目的。,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)級純以上）溶于1000ml水中。2.3.6 鹽酸（1+1）： 濃鹽酸（優(yōu)級

16、純以上）與水等體積混合。2.3.7 砷標準儲備液（1mg/ml）：稱取經105℃干燥2h的As2O3（優(yōu)級純）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，轉移到500 ml容量瓶中定容，搖允。（此標準儲備溶液可以由標準物中心購買）。2.3.8 砷標準應用液（0.1µg/ml）： 臨用前將儲備液逐級稀釋。,3、分析步驟,3

17、.1采樣 樣品采集于經分析實驗室常規(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。同時做3個以上樣品空白。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)（溶液體積應小于0.2 ml）。如有個別樣品在接近0.5ml時仍能看到顏

18、色，可補加少量過氧化氫，使有機物完全破壞，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。此待測體系中含有鹽酸5%(v/v)、硫脲、抗壞血酸各1%。,3.3 標準系列制備：在容量瓶或比色管中加入砷標準應用液、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%的標準系列，0 µg/L的溶液為試劑空白，需配制100ml（用容量瓶），其余幾個標準點可配制10ml（用10ml刻度管）。混勻，放置20--30分鐘，待測。如樣品濃度過高可將標準系列向高濃度方向延伸，也可以用儀器的稀釋重測功能。（如樣品含量過高，標準系列的最高點可以延長至砷含量為32.0µ

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

21、.5ml。 3.4.2開機：輸入相應的文件名，選擇儀器條件，提供相應的參數(shù)，如：標準系列濃度、樣品稀釋倍數(shù)、結果濃度單位、測定重復次數(shù)等。 3.4.3 測定步驟：測定之前，儀器運行20分鐘預熱，根據(jù)儀器提供的分析軟件測定，先測試劑空白和標準系列，最后測定樣品。測定完畢，儀器自動計算并打印結果。,4、說明,4.1 線性范圍和相關系數(shù)：本方法的線性范圍為 0---200µg/L，在此范圍內相關系數(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KBH4一旦溶于水就會有氫氣產生造成損失。,本方法靈敏度高，取樣量少，線性范圍寬，準確可靠，操作簡單，節(jié)約了試劑和時間，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課題中進行應用，其結果與臨

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準方法研制指南的要求進行了驗證，靈敏度、精密度、準確度等指標都很好，結果滿意。,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。,我們最初預試方法時，

24、發(fā)現(xiàn)樣品空白低于試劑空白。如果試劑含砷，應該是正干擾，這種負干擾應該是試劑殘留造成的，為了搞清干擾原因， 我們用標準曲線2µg/L的點，模擬干擾過程，在標準待測液中加入可能存在的殘留。結果發(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干擾。隨著待測標準液中加入過氧化氫量的增加，負干擾越大。而且配置好的待測液，在幾十分鐘后會產生沉淀。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、抗壞血酸的中間產物。 2、硝酸根殘留：硝酸根的存在基本不影響測定，但隨著待測標準液中加入硝酸量的增加，會增大待測體系酸度，使熒光值增大，產生正干擾。這種由酸度帶來的正干擾應該是很小的，因為我們用的硝酸量很小，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干擾。在待測標準液中加入亞硝酸根，產生的負干擾和過氧化氫是相似的，而且也會產生沉淀。消解

26、過程中一定會產生亞硝酸根，要注意這種負干擾的產生。,分析過程中可能還有其他氮氧化物物質殘留，我們沒有再詳細研究，這里也沒有考慮試劑含砷帶來的正干擾，因為我們用的試劑純度很高。 但通過少加和盡量趕盡的方法，再多做幾個樣品空白，基本能克服這些基體干擾，我們的驗證工作可以說明這一點。硝酸殘留的影響，有許多報道，結果不一致，這里只是在我們的分析條件下作的結果。,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，長時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量要高。,,3、待測溶液酸度要與載流相一致。 4、樣品空白很重要，需多做幾個。5、測定過程要帶標樣，防治數(shù)據(jù)漂移。6、標準系列濃度不

28、可太高，對儀器系統(tǒng) 和低濃度樣品的分析都會產生影響， 而且曲線會發(fā)生彎曲。,五、氫化物發(fā)生--原子熒光法 與常規(guī)方法比較,砷的測定方法很多，比較常用、而且已成為國標法的有銀鹽法（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，操作簡單，實用性強，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，儀器價格較低，但靈敏度低、取樣量大、操作復雜、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、自動化程度高、操作簡單，質量可靠，應用軟件也比較成熟。,結