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液相色谱-原子荧光光谱联用无机砷形态分析

2021-06-30 16:32:21 来源: 食品安全导刊

　　液相色谱-原子荧光光谱联用无机砷形态分析
　　
　　本文主要采用液相色谱与原子荧光光谱联用技术，针对不同的样品基质，进行砷的形态分析方法综述分析。
　　
　　环境中污染物的效应机制以及污染物的载流、迁移等均和污染物所对应的形态息息相关。因此，对于污染物的检测分析逐渐转移至对污染物形态的研究分析。目前，污染物的形态分析已经成为环境化工领域的研究重点。研究资料显示，一定比例的砷元素可参与人体机体代谢；可以一定程度提高机制免疫；具有抑制皮肤老化、促进生长发育等的功能。此外，相关数据显示，缺乏砷元素会抑制动物的生长和繁殖。但在砷元素的形态分析过程中由于缺少高灵敏度、高选择性的检测技术，直接选用“原位”形态分析技术还不能解决砷元素的形态分析问题[1]。液相色谱-原子荧光光谱联用由于具有较高的灵敏性和可靠性，在砷元素形态分析研究中发挥着重要的作用，本文采用液相色谱与原子光谱联用技术，针对不同的样品基质，阐述测定砷形态的分析原理、影响因素和最佳条件，旨在为后续的研究提供切实可行的参考路径。
　　
　　原子光谱的检测方法
　　
　　联用技术是目前元素形态分析的主要手段，高效液相色谱与高灵敏度的原子光谱联用，极大地提高了元素形态分析检测的能力。常用的原子光谱的检测仪器有：原子吸收光谱、原子发射光谱、电感耦合等离子体质谱仪和原子荧光光谱[2]。
　　
　　砷的形态分析方法
　　
　　一般在研究生物形态的多样性和可利用性因素时，都会对砷的存在状态进行特性分析。目前，测量砷的生物含量大小的主要途径有：原子光谱法、极谱法和色谱法等，不同的测量方法其适用范围均有所不同。随着检测技术发展，目前对砷元素存在状态和检测均转变为对砷形态的测定及分析，尤其是在线联用技术对元素砷的形态分析具有显著的影响。本文为研究方便，分别从高效液相色谱、多维分离技术、接口技术以及检测技术等方面展开叙述分析。
　　
　　高效液相色谱 由于在相同的外界环境下，砷元素的不同形态所带的电荷不同，造成砷形态表达过程中色谱分布的相流动比例不同。因此，通过色谱分离技术实现各种砷形态的分离。常用的分离模式有离子交换色谱法和离子对色谱法。
　　
　　多维分离技术 多维分离技术一般根据样本中组分比例进行分离，一般采用HPLC和CE分离技术相结合的方式，通过不同比例的分离模式来干预样本中组分状态，实现元素的纯化和分离。目前，在砷形态分离中多维分离的方法是采用SEC和IEC的联用。
　　
　　在综合考虑SEC和IEC的检测效率、分离效率以及流动相的比例等因素下，通常先采用SEC分离模式对样品进行预分离，以除去样品中大量存在的基体干扰，随后再进行IEC模式来分离砷元素。
　　
　　美国Chatter等通过SEC-RPC联用技术分析出大蒜中砷元素的形态；McSheehy等利用高效液相色谱发生机制，减少砷不同形态之间的相互转变，促使检测结果更加可靠。此外，还根据不同的分布形态选择不同的流动相比例，促使达到最佳的分离状态。有关文献表明，目前砷的形态分析主要依靠反相离子对色谱原理和离子交换原理实现多维度的分离技术的应用，其中离子交换色谱常用于分离有机砷和共价键结合的砷化物，实现不同形态砷在分离过程中不会发生转变[3]。
　　
　　接口技术 目前，砷形态分析的最佳的途径主要依靠高效的分离系统和灵敏的检测系统，这就需要强大的接口技术实现分离技术和灵敏检测技术的互通有无。高效液相色谱的流动速度和原子光谱的检测器匹配度较高，检测系统可直接与色谱分离系统有效联用。
　　
　　此系统不仅需要保证内部电流的稳定性，还需要考虑液流的稳定性和匹配度；而适当的补充液补给可以提高雾化流速。此外，在砷形态分析中常用的接口技术有：氢化物喷雾技术、气动喷雾、热喷雾、超声波喷雾技术和水力高压喷雾技术等[4]。
　　
　　2.4 检测技术
　　
　　原子荧光光谱是使用频率最高的一种光谱分析技术。基态原子受到具有特征波长的光源辐射后，其中一些自由原子被激发而转变为电子激发态，由于电子激发态的不稳定性，当又回到较低能态时，就会产生灵敏度较高的原子荧光光谱线。
　　
　　原子吸收光谱因具有检出限低、灵敏度高、操作简单等优点而被广泛使用。原子吸收有三种常用测量模式，分别是：石墨炉原子吸收、氢化物原子吸收和火焰原子吸收。其中石墨炉原子吸收是当前最常用的一种原子吸收检测模式，但因其在检测过程中需要应用到程序升温这一操作而不能与色谱等一系列分离仪器联用，因此较少出现在元素砷的形态分析应用中。
　　
　　液相色谱-原子荧光光谱联用无机砷形态分析
　　
　　原理分析
　　
　　将100 μL样品溶液加入PRP-X 100中，然后利用KH2PO4，pH为酸性的缓冲溶液洗脱，不同砷化合物经过色谱分离后在发生装置与盐酸及还原剂进行混合，因此两者的流速可以设置为     ，当挥发物到达气液分离装置后，则会被输送至检测器中，具体采用的系统流程如图1所示。
　　
　　因素分析
　　
　　盐酸载流的影响 由于不同的盐酸载流速度和不同的盐酸浓度对砷形态影响机制不同，在联用系统中，盐酸的载流速度和盐酸的浓度也会对砷的反馈机制产生影响。选择恰当的盐酸浓度和流速对于形成气态氢化物具有积极的影响。较高的盐酸浓度会稀释液相中的蒸发馏分，从而弱化砷的反馈机制；此外，盐酸的浓度不仅会影响氢化物的发生机制，还会影响原子火焰状态。根据具体反馈机制和参量影响数据可知，盐酸的体积浓度呈现不同的表达机制和荧光信号反馈，当盐酸载流达到且体积浓度为10%时，此时的砷信号的灵敏度和反馈机制达到最优。
　　
　　硼氢化钾浓度 硼氢化钾的浓度可以间接影响荧光信号表达的灵敏度。本文为进一步验证分析硼氢化钾浓度对于荧光信号表达的影响，设置浓度和流速为控制变量，研究不同变量下砷形态的最佳氢化物反馈机制的数据。当硼氢化钾浓度和流速持续走低时，此时砷的氢化物的发生条件并不具备，当随着硼氢化钾的浓度和流速增大到一定程度时，则此时设备的反馈是基线漂移，噪音比较大，严重影响实验的反馈效率和荧光信号的表达。当硼氢化钾的浓度达到时，此时的砷信号的灵敏度和反馈机制达到最优。
　　
　　其它影响因素 除了盐酸载流、硼氢化钾浓度引发对荧光反馈机制的影响外，电流、负高压以及辅助气流量等均对荧光信号有影响。通过对比分析，最佳的参量配比如下所示：灯电流采用100 mA，辅助电流为60 mA，负高压为350 V；辅助气流量为 。
　　
　　元素砷的迁移规律、生物特性以及环境反馈机制均和砷的形态息息相关，仅仅对总砷含量研究分析，难以实现对砷状态的评估分析。为准确评估分析砷元素的存在状态，本文主要归纳了采用液相色谱与原子光谱联用技术，针对不同的样品基质，测定砷形态的分析原理、影响因素和最佳条件，以便后续更好的研究。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]姜泓, 丁敬华, 张颖花,等. 透析-高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱联用系统研究无机砷与牛血清白蛋白的结合平衡[J]. 高等学校化学学报, 2008(03):64-68.
　　
　　[2]徐章, 胡红云, 陈敦奎,等. 磷酸提取-高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱法分析垃圾焚烧飞灰中无机砷形态[J]. 分析化学, 2015, 43(004):490-494.
　　
　　[3]于卓然. 液相色谱与氢化物发生原子荧光光谱联用分析海洋藻类中砷的形态[D].上海师范大学,2018.
　　
　　[4]林燕奎, 王丙涛, 颜治,等. 食用菌中的总砷和砷形态分布研究[J]. 食品科技, 2012(05):295-299.
　　
　　作者简介：杜伟，男，硕士研究生，助理工程师，食品检验。
　　
　　杜伟
　　
　　忻州市综合检验检测中心；山西省杂粮产品质量检验中心
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