基于原子光譜法的元素形態(tài)分析技術(shù)研究

趙軒妤

【摘 要】元素形態(tài)分析對于環(huán)境分析、化學(xué)分析、生物分析具有重要的意義和作用，當(dāng)前，常用技術(shù)是色譜分離聯(lián)用光譜監(jiān)測，但是考慮到聯(lián)用技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性問題，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室難以推廣。非色譜分離法也可以實(shí)現(xiàn)對元素形態(tài)的分析，本文對原子光譜法的幾種非色譜分離技術(shù)進(jìn)行了評價(jià)，并對其在元素形態(tài)分析中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】原子光譜法 元素形態(tài)分析技術(shù) 非色譜分離技術(shù)

近年來，分析化學(xué)領(lǐng)域得到了長足的進(jìn)步，其中，形態(tài)分析作為其中的重要領(lǐng)域，發(fā)展迅猛。其中，尤其是聯(lián)用技術(shù)，以色譜分離技術(shù)和電感耦合等離子-質(zhì)譜的聯(lián)用為典型代表，促進(jìn)了分析化學(xué)的發(fā)展，但是，由于多種因素的干擾，聯(lián)用技術(shù)難以在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室推廣。因此，較為簡單、廉價(jià)、易于推廣的形態(tài)分析方法應(yīng)運(yùn)而生，通過其應(yīng)用，可以有效降低元素形態(tài)信息中的費(fèi)用消耗，樣品效率也得到有效提升。雖然其并不完美，但是仍然在水樣、食品和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

1 液相萃取

1.1 溶劑萃取

溶液萃取是分析化學(xué)中的最為歷史悠久的富集和分離技術(shù)之一，在螯合劑（絡(luò)合劑）的作用下，對某種化學(xué)元素進(jìn)行選擇性螯合（絡(luò)合），從而獲取目標(biāo)元素。常用的螯合劑主要包括PAN、APDC、DDTP、TAN、5-Br-PADAP等，萃取劑主要包括MIBK、甲苯、苯、二氯甲烷、三氯甲烷等。該方法設(shè)備簡單、成本低廉、分離效率高，但是手工操作繁重，有機(jī)溶劑有毒、易燃、易揮發(fā)的性質(zhì)難以控制。隨著技術(shù)的進(jìn)步，有機(jī)溶劑的使用率不斷降低，避免了對環(huán)境的污染，其應(yīng)用也一直處于重要位置。

1.2 濁點(diǎn)萃取

該技術(shù)的原理是非離子型表面活性劑溶液的濁點(diǎn)現(xiàn)象和膠束增溶效應(yīng)，在這種萃取技術(shù)下，金屬離子在螯合劑的作用下，與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成疏水性的螯合物，與表面活性劑的疏水基團(tuán)結(jié)合，被萃取進(jìn)入表面活性劑相，經(jīng)過離心、分離、稀釋、溶解，對表面活性劑相進(jìn)行分析物的分析與測定。在該技術(shù)下，根據(jù)不同元素的離子化學(xué)性質(zhì)，能夠有效實(shí)現(xiàn)萃取分離，完成元素形態(tài)分析。

1.3 微萃取技術(shù)

隨著新技術(shù)的發(fā)展，微型化逐漸成為主流趨勢。單滴微萃取和分散液液微萃取均是目前常用的萃取方法。前者在操作過程中需要選擇一定量的樣品溶液，放置于萃取容器，并用密封膜進(jìn)行密封，然后用電磁攪拌器進(jìn)行攪拌，用微量注射器進(jìn)行萃取劑的吸取，并將其固定在萃取容器的上方位置，注射器將萃取劑推入萃取容器，進(jìn)行萃取，在萃取過程中加入一定數(shù)量的螯合劑能夠有效增加萃取效果。而分散液液微萃取是新世紀(jì)以來的一項(xiàng)新興技術(shù)，在有機(jī)萃取劑的作用下，促使溶液形成微滴，從而使得萃取劑與樣品的接觸面積大大增加，提高了萃取的富集效果。在該種方法下，可以通過差值法來進(jìn)一步測定元素的含量，根據(jù)不同價(jià)態(tài)的元素不同的特點(diǎn)，可以獲得準(zhǔn)確的含量值。

2 固相萃取

在固相萃取中，選擇吸附材料對于萃取效果意義重大。在這一過程中，常用的萃取劑往往包括硅膠、有機(jī)聚合物等，這些材料具有比表面積大、吸附容量大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在元素形態(tài)分析中應(yīng)用廣泛。

2.1 螯合型材料

將螯合或絡(luò)合反應(yīng)與固相萃取相結(jié)合，是常見的固相萃取方法，在螯合基團(tuán)與金屬離子的配位作用下，溶液中的金屬離子可以直接得到螯合，通過化學(xué)反應(yīng)在基體上形成螯合基團(tuán)，并成功與金屬離子鍵合，對于吸附劑的應(yīng)用選擇性具有明顯的推動(dòng)性。在這種方法下，比較容易實(shí)現(xiàn)的就是利用硅膠等已有基體進(jìn)行操作，在表面引入螯合基團(tuán)，操作更加便捷，在元素形態(tài)分析中的實(shí)踐性更強(qiáng)。

2.2 納米材料

納米材料是新興的材料，是隨著科技的進(jìn)步發(fā)展而來的微觀結(jié)構(gòu)，該種材料在一維方向具有納米尺度范圍，由于其比表面積大，相鄰原子之間缺乏原子的鍵入，不飽和性十分明顯，化學(xué)活性突出，因而具有明顯的吸附能力和容量。將其應(yīng)用于固相萃取，比較普遍的材料為碳納米材料以及納米ZrO2/B2O3，TiO2等。

2.3 分子印跡技術(shù)材料

隨著高分子合成、分子識別、分子設(shè)計(jì)、仿生學(xué)等的發(fā)展，分子印跡逐漸發(fā)展，并逐漸成為了制備分子識別功能材料的核心技術(shù)。在這一技術(shù)下，能夠保證材料按照模板分子進(jìn)行制作，對于共存元素的消除以及避免對目標(biāo)物的干擾具有劃時(shí)代的意義。這一特點(diǎn)也應(yīng)用于元素形態(tài)分析方面，在合成固相萃取吸附劑的過程中，通過印跡技術(shù)材料形成印跡聚合物，利用其高選擇性實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)分子的識別和吸附，國內(nèi)外很多研究報(bào)道已經(jīng)證明了其效果的顯著性。

2.4 生物材料

在固相萃取技術(shù)下，生物材料也常常作為吸附劑應(yīng)用于萃取工作的實(shí)踐中，這是因?yàn)樯镂讲牧现幸话愣紩哂邪被?、羥基、羧基、酰胺基等多種官能團(tuán)，這些基團(tuán)的存在使得生物材料對金屬離子具有了明顯的吸附性能，因而能夠在固相萃取中得到大力推廣。目前，應(yīng)用日漸成熟的該種材料主要有酵母、藻類、纖維素、細(xì)菌等。

3 其他萃取方法

在實(shí)踐中，以氫化物為基礎(chǔ)對元素形態(tài)進(jìn)行測定也是常用的方法，其中硼氫化鈉或硼氫化鉀是常用的還原劑，在氣態(tài)氫化物的檢測中作為常用還原劑應(yīng)用廣泛。將氫化物發(fā)生技術(shù)與原子熒光光譜相結(jié)合，可以輕松實(shí)現(xiàn)對元素形態(tài)的分析。此外，共沉淀法也是常用的方法，通過共沉淀劑的使用，促進(jìn)被測對象的共沉淀分離或富集，有效實(shí)現(xiàn)萃取結(jié)果；而蒸餾法也是形態(tài)分析中的常用方法，主要是利用了沸點(diǎn)的不同，對元素進(jìn)行有選擇性地蒸餾和分離，簡單可行，但是需要在整個(gè)過程中嚴(yán)格控制溫度和壓力。

4 結(jié)語

元素形態(tài)分析作為分析化學(xué)的重要領(lǐng)域，發(fā)展迅猛，其中，尤其以色譜分離技術(shù)和電感耦合等離子-質(zhì)譜的聯(lián)用技術(shù)為典型代表，標(biāo)志著元素形態(tài)分析的現(xiàn)階段最高成就，但是，卻無法克服經(jīng)濟(jì)性和普及性方面的問題，因此，需要借助非色譜分離技術(shù)進(jìn)行樣品的處理。現(xiàn)階段，多種元素形態(tài)分析方法的使用，實(shí)現(xiàn)了對多元素的快速測定，對于提高元素信息準(zhǔn)確性、靈敏度等具有重要意義，但是大量有機(jī)溶液的使用不符合綠色化學(xué)的基本準(zhǔn)則，所以離子液體、超臨界流萃取等新技術(shù)的發(fā)展前景更被人們所看好。

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