離子色譜的幾個(gè)熱門應(yīng)用

離子色譜的幾個(gè)熱門應(yīng)用

1．溴酸鹽

1．1飲用水中的溴酸鹽
         2005年2月5日中華人民共和國(guó)建設(shè)部公告第311號(hào)，發(fā)布行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T206-2005，規(guī)定城市供水中溴酸鹽的含量不得超過(guò)10μg/L，自2005年6月1日起實(shí)施。
         目前，離子色譜法測(cè)定飲用水中溴酸鹽的方法主要采用三種不同的檢測(cè)器：抑制型電導(dǎo)檢測(cè)、柱后衍生光度檢測(cè)和質(zhì)譜檢測(cè)。柱后衍生檢測(cè)的靈敏度較高，但衍生裝置比較復(fù)雜，操作煩瑣，衍生條件難以控制，并且有些衍生試劑對(duì)人體有害，故相對(duì)限制了其應(yīng)用。質(zhì)譜檢測(cè)具有較高的靈敏度和較好的選擇性，但儀器設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用昂貴，難以普及。傳統(tǒng)的抑制型電導(dǎo)檢測(cè)以Na₂CO₃為淋洗液，因水負(fù)峰大而限制進(jìn)樣體積，從而限制了方法的相對(duì)靈敏度。樣品中碳酸根的峰在氯離子峰之前，干擾溴酸鹽的檢測(cè)。IonPac AS19分析柱是Dionex公司發(fā)展的用于檢測(cè)鹵素含氧酸鹽的一種新型的氫氧根選擇性離子交換柱。該柱容量高、親水性強(qiáng)，用KOH或NaOH為淋洗液，化學(xué)抑制產(chǎn)為是水，背景低、無(wú)水負(fù)峰、可大體積進(jìn)樣（1mL）。已成功應(yīng)用用于自來(lái)水、瓶裝純凈水和瓶裝礦泉水中溴酸鹽的分析。某一瓶裝飲用水中溴酸鹽的分離及加標(biāo)色譜圖如圖1（略）所示。目前，IonPac AS19分析柱分離溴酸鹽的方法已被用作我國(guó)疾病預(yù)防與控制系統(tǒng)（CDC）建立的飲用水中溴酸鹽分析的首選方法。
1．2面粉中的溴酸鹽
        我國(guó)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB2760-1992規(guī)定，品質(zhì)改良劑溴酸鉀可用于面包、餅干，最大允許量為50 mg/kg，GB2760-1996規(guī)定則修訂為將面粉處理劑中溴酸鉀的最大使用量降為30 mg/kg，并在備注中規(guī)定“最終食品中不得檢出”。2005年6月20日，我國(guó)衛(wèi)生部發(fā)布第9號(hào)公告，宣布自2005年7月1日起全面禁止使用溴酸鉀作為面粉處理劑�；�于飲用水中溴酸鹽的分析方法，幾個(gè)有關(guān)單位已合作建立了用離子色譜法測(cè)定面粉中溴酸鹽的方法，方法正在審批中。以IonPac AS19分析柱分離，KOH或NaOH為淋洗液，大體積進(jìn)樣，直接電導(dǎo)法檢測(cè)，該方法的檢測(cè)限為0.02 mg/kg。應(yīng)用該方法測(cè)定了多種面粉中溴酸鹽的含量，發(fā)現(xiàn)高筋面粉和特級(jí)面粉中普遍含有溴酸鹽，而普通面粉和用小麥磨制的面粉中均不含有溴酸鹽。圖2是兩個(gè)不同的面粉中溴酸鹽的分離色譜圖（略）。

2．高氯酸鹽

        2002年，美國(guó)EPA規(guī)定兒童和成人飲用的飲用水中高氯酸鹽的含量分別不得高于0.3μg/L和1μg/L。然而，我國(guó)關(guān)于高氯酸鹽污染的研究?jī)H限于牟世芬等人開展的少量研究工作，我國(guó)北京的少數(shù)自來(lái)水廠可檢測(cè)出較低濃度的高氯酸根。關(guān)于我國(guó)高氯酸鹽的整體污染狀況的研究基本上沒(méi)有開展，也沒(méi)有任何標(biāo)準(zhǔn)限制飲用水中高氯酸鹽的最高允許濃度。
         高氯酸鹽的分析方法主要是離子色譜法。自1997開始，分析工作者們相繼使用IonPac AS5、IonPac AS11和IonPac AS16色譜柱對(duì)高氯酸進(jìn)行了分離，電導(dǎo)法檢測(cè)。美國(guó)EPA關(guān)于飲用水測(cè)定的314.0號(hào)標(biāo)準(zhǔn)方法采用了IonPac AS16色譜柱。該方法可對(duì)2 ng/mL濃度以上飲用水和地下水中的高氯酸鹽進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。隨著高氯酸鹽環(huán)境問(wèn)題和分析方法研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)在使用IonPac AS16色譜柱和抑制電導(dǎo)法分析某些飲用水和環(huán)境樣品時(shí)，高氯酸的檢出存在假陽(yáng)性，究其原因，人們發(fā)現(xiàn)樣品中含有的對(duì)氯苯磺酸與高氯酸根共洗脫。為解決這一問(wèn)題，Dionex公司研究開發(fā)了另一種高氯酸根分析專用柱IonPac AS20，該色譜柱在固定相的填料結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，極大的降低了固定相和分析對(duì)象之間的π-π相互作用，降低了固定相對(duì)對(duì)氯苯磺酸的吸附，使其保留時(shí)間提前，從而消除了對(duì)氯苯磺酸對(duì)高氯酸根測(cè)定的干擾。該方法已為美國(guó)EPA接受作為標(biāo)準(zhǔn)方法（US EPA mehod 314.1）。同時(shí)，為了更好地與質(zhì)譜檢測(cè)器聯(lián)用，Dionex公司還開發(fā)了Dionex IonPac AS21色譜柱，該色譜柱可使用揮發(fā)性的甲基胺作淋洗液，因而可直接與質(zhì)譜檢測(cè)器聯(lián)用，提高測(cè)定的靈敏度。

3．砷化合物和硒化合物

        環(huán)境中元素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的毒性不僅與元素總量有關(guān)，還與元素存在的化學(xué)形態(tài)密切相關(guān)。例如，無(wú)機(jī)砷的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于甲基砷，而砷甜菜堿、砷膽堿、砷糖和砷脂則毒性很小甚至沒(méi)有毒性。所以，元素的形態(tài)分析比元素的總量分析更有意義。大部分砷化合物和硒化合物都是離子型化合物，選擇合適的淋洗液，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)溶液的pH值，目標(biāo)化合物可以以陰離子或陽(yáng)離子形式存在。目前，砷化合物和硒化合物的分離方法主要是離子色譜法和反相離子對(duì)色譜法。其測(cè)定方法包括直接電導(dǎo)法、光度法、電化學(xué)法和元素檢測(cè)法等。除元素檢測(cè)法外，其他三種檢測(cè)方法選擇性差、只能測(cè)定某一種或幾種化合物，所以應(yīng)用受到局限。元素特效檢測(cè)器，如原子吸收檢測(cè)器（AAS）、原子熒光檢測(cè)器（AFS）和電感耦合等離子體－質(zhì)譜檢測(cè)器（ICP-MS）等在砷和硒元素的測(cè)定中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。Agilent公司已經(jīng)開發(fā)出商品化的色譜與電感耦合等離子體－質(zhì)譜聯(lián)用裝置用于元素的形態(tài)分析。
        目前戴安公司正與北京瑞利分析儀器有限公司合作開發(fā)離子色譜儀與原子熒光光譜儀的聯(lián)用系統(tǒng)，旨在建立砷、硒、汞等氫化物發(fā)生元素的形態(tài)分析聯(lián)用裝置。此聯(lián)用裝置的關(guān)鍵部件有兩個(gè)，其一是兩個(gè)儀器的硬件連接，即接口部分，通過(guò)內(nèi)徑較細(xì)的聚四氟乙烯管（PTFE）將兩個(gè)儀器結(jié)合在一起。接口部分采用紫外光照射來(lái)提高有機(jī)化合物向無(wú)機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化率，并對(duì)消解部分進(jìn)行溫控，提高測(cè)定結(jié)果的重現(xiàn)性。其二，儀器的軟件控制。目前開發(fā)的聯(lián)用裝置的軟件能夠控制原子熒光儀的各項(xiàng)參數(shù)，能記錄色譜分離的信息，并進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理。離子色譜儀的淋洗液梯度和流速仍通過(guò)離子色譜儀的控制面板來(lái)設(shè)定和操作。此外，原子熒光的蠕動(dòng)泵流速應(yīng)該與液相色譜泵的流速相匹配。此聯(lián)用裝置已用于砷化合物、硒化合物和汞化合物的形態(tài)分析，今后將推廣到硒、鍺、鉛等氫化物發(fā)生元素的形態(tài)分析中。
3．1 砷化合物
        砷是一種有毒元素。高劑量暴露和低劑量長(zhǎng)期暴露均會(huì)引起砷中毒。砷的毒性與砷的賦存形態(tài)密切相關(guān)，不同形態(tài)的砷毒性相差甚遠(yuǎn)。無(wú)機(jī)砷，包括三價(jià)砷和五價(jià)砷，具有強(qiáng)烈毒性。甲基砷，如一甲基砷、二甲基砷，毒性較弱。而廣泛存在于水生生物體內(nèi)的砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）、砷糖（AsS）和砷脂（AsL）等，則被認(rèn)為毒性很低或是無(wú)毒。
        離子色譜與原子熒光聯(lián)用分析砷化合物的條件如下。分離部分包括GS50四元微孔梯度泵（Dionex）和IonPac AS16分析柱（2×250mm）及IonPac AG16保護(hù)柱（2×50mm），以NaOH溶液進(jìn)行梯度淋洗，流速為0.25 mL/min，進(jìn)樣體積為25μL。AF-610D原子熒光光譜儀（北京瑞利分析儀器公司），高強(qiáng)度As空心陰極燈的燈電流為60 mA，負(fù)高壓為270 V，氬氣流速為550 mL/min。原子熒光的蠕動(dòng)泵將10 %(v/v) HCl和4%(m/v)KBH4/0.5%(m/v) KOH溶液泵入，流速分別為2.0 mL/min和2.5 mL/min。150μg/L的四種砷化合物在離子色譜與原子熒光聯(lián)用系統(tǒng)的色譜分離圖如下圖所示。

3．2 硒化合物
         硒是人和動(dòng)物所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，被WHO列為人和動(dòng)物所必需的14種微量元素之一，對(duì)于腫瘤及癌細(xì)胞具有促進(jìn)分化、抑制分裂的雙向調(diào)節(jié)作用。自然界中的硒以四種氧化態(tài)存在，－2（硒化物）、0（元素硒）、＋4和＋6。在環(huán)境樣品如水和沉積物中，硒主要以亞硒酸鹽（SeO₃^2-，Se(IV)）、硒酸鹽（SeO42-，Se(VI)）、三甲基硒、二甲基二硒等形式存在；環(huán)境中的微生物和植物可以將無(wú)機(jī)硒通過(guò)生物甲基化過(guò)程轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒化合物；動(dòng)物體內(nèi)的有機(jī)硒化合物通常和生物體內(nèi)的氨基酸、蛋白質(zhì)和糖結(jié)合成為硒代胱氨酸（SeCys）、硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代脲氨酸、硒蛋白、硒多糖等。這些不同形態(tài)的硒化合物的營(yíng)養(yǎng)學(xué)性質(zhì)和毒理學(xué)性質(zhì)相差很大。人體內(nèi)硒貧乏或過(guò)量的界限是相當(dāng)小的，文獻(xiàn)報(bào)道，在正常情況下每千克體重含硒量應(yīng)該在0.1～0.3mg范圍內(nèi)，而且導(dǎo)致有機(jī)體中毒的劑量及其生物藥效性很大程度上取決于硒元素的賦存形態(tài)。例如，六價(jià)硒酸過(guò)量會(huì)導(dǎo)致有機(jī)生物體的中毒反應(yīng)，而有機(jī)的硒代胱氨酸則有延緩衰老的功效。
         離子色譜與原子熒光聯(lián)用分析硒化合物的條件如下。分離部分包括GS50四元微孔梯度泵（Dionex）和AminoPac PA10分析柱（2×250mm），以H₂O、NaOH和NaAc梯度淋洗液，流速為0.25 mL/min，進(jìn)樣體積為250 μL。AF-610D原子熒光光譜儀（北京瑞利分析儀器公司），高強(qiáng)度Se空心陰極燈的燈電流為110 mA，負(fù)高壓為300 V，氬氣流速為800 mL/min。原子熒光的蠕動(dòng)泵將6M HCl和1.5%(m/v)KBH4/0.2%(m/v) KOH溶液泵入，流速分別為2.0 mL/min和2.5 mL/min。離子色譜儀與原光子熒光儀的接口通過(guò)PTFE管（5m×0.5mm）相連，并用15W紫外燈照射，促進(jìn)6M HCl將有機(jī)硒化合物還原為Se(IV)。100μg/L的五種硒化合物在離子色譜與原子熒光聯(lián)用系統(tǒng)的色譜分離圖如圖4所示(略)。Se(VI)在本試驗(yàn)條件下未能被檢測(cè)，其出峰順序在SeCys之后。水份儀| 氣體檢測(cè)儀| 氣體分析儀| 一氧化碳檢測(cè)器| 燃燒氣體檢測(cè)儀| 泄露氣體檢測(cè)儀| 毒性氣體| 氧氣檢測(cè)| VOC檢測(cè)儀| 煙氣分析儀| 臭氧檢測(cè)儀| 折射計(jì)|