專利名稱：高效液相色譜－原子熒光光譜砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及儀器分析領(lǐng)域，具體設(shè)涉及砷形態(tài)分析聯(lián)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
砷是一種有毒元素，一次過量攝入砷可引起急性中毒；長(zhǎng)期低劑量暴露可引起慢性砷中毒，誘發(fā)各種皮膚病并可導(dǎo)致肝腎功能受損。砷的毒性與其存在的化學(xué)形態(tài)密切相關(guān)，不同形態(tài)的砷，其毒性相差甚遠(yuǎn)。無(wú)機(jī)砷形態(tài)(包括三價(jià)砷As3+和五價(jià)砷As5+)具有強(qiáng)烈毒性，相比而言，甲基砷形態(tài)(包括一甲基砷MMA和二甲基砷DMA)的毒性較弱，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、砷脂AsL等更為復(fù)雜的砷化合物形態(tài)可以被迅速排出體外，通常被認(rèn)為毒性很低或是無(wú)毒的。不同形態(tài)砷化合物的毒性不同，在生物體的代謝機(jī)制也不同，使砷總量的測(cè)定已經(jīng)不能滿足環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域的研究需要，建立一種快速、準(zhǔn)確、靈敏的砷形態(tài)分析方法已顯得非常必要。
早期砷形態(tài)分析多采用分光光度法、原子吸收光譜法通過樣品前處理利用進(jìn)行直接測(cè)定，如選擇合適的絡(luò)合劑與某一形態(tài)砷化合物絡(luò)合，通過液液萃取或固相萃取使不同形態(tài)的砷分離，然后利用分光光度法或原子吸收光普法分別進(jìn)行單獨(dú)測(cè)定；也可以利用電化學(xué)的方法直接測(cè)定三價(jià)無(wú)機(jī)砷，但砷的電化學(xué)行為受電解質(zhì)的組成、濃度等因素的影響，方法的靈敏度和穩(wěn)定性均不理想；隨著氫化物發(fā)生裝置的出現(xiàn)，人們通過選擇不同的酸度使三價(jià)無(wú)機(jī)砷和五價(jià)無(wú)機(jī)砷分別在不同的實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)生氫化物，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同價(jià)態(tài)的砷進(jìn)行分離的目的。以上早期砷形態(tài)分析的方法多局限于對(duì)無(wú)機(jī)砷形態(tài)的分析，且不同形態(tài)的砷含量采用差減法計(jì)算所得，這樣容易導(dǎo)致分析結(jié)果偏差較大；同時(shí)，因?qū)嶒?yàn)條件需要嚴(yán)格控制，實(shí)際操作困難，方法的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性不容易把握。近幾年來，一些聯(lián)用裝置被用于了砷形態(tài)的分析。這些聯(lián)用裝置將高效分離系統(tǒng)通過特殊的接口裝置與高選擇性、高靈敏的光譜檢測(cè)儀器結(jié)合，大大提高了砷形態(tài)分析的準(zhǔn)確性和靈敏度。采用的分離手段主要包括高效液相色譜HPLC、氣相色譜GC和毛細(xì)管電泳CE等色譜分離技術(shù)。在這些分離手段中高效液相色譜HPLC以其對(duì)砷化合物的分離效果好、易于和其他檢測(cè)器聯(lián)用而被廣泛應(yīng)用；在檢測(cè)手段方面，作為測(cè)定砷的靈敏、特效的光譜儀器如原子吸收光譜儀AAS、原子熒光光譜儀AFS、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS通常被用作砷形態(tài)分析系統(tǒng)的檢測(cè)器。電感耦合等離子體質(zhì)譜靈敏度高、選擇性好，但其價(jià)格和儀器運(yùn)行的費(fèi)用昂貴；原子吸收光譜的價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)用較低，但測(cè)定砷的靈敏度不高。相比之下，原子熒光光譜的儀器價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)用均較低廉，且分析的靈敏度較原子吸收測(cè)定砷的靈敏度高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，氫化物發(fā)生系統(tǒng)可以使被測(cè)元素與基體分離，很大程度上降低了干擾，提高了靈敏度。氫化物發(fā)生原子熒光光譜作為砷的特效、靈敏的檢測(cè)手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域。
實(shí)用新型內(nèi)容在液相色譜與原子熒光光譜聯(lián)用系統(tǒng)中，聯(lián)用接口技術(shù)是整個(gè)聯(lián)用系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)化合物分離和各項(xiàng)分析指標(biāo)的關(guān)鍵。本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一整套用于砷形態(tài)分析的高效液相色譜和原子熒光光譜聯(lián)用的成熟、穩(wěn)定接口技術(shù)，建立快速、準(zhǔn)確、靈敏砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是不同形態(tài)的砷化合物在一定條件下解離常數(shù)不同，進(jìn)而在離子交換色譜柱上的保留行為不同。選擇合適的陰離子交換柱為液相色譜分離柱可以實(shí)現(xiàn)不同砷化合物之間的相互分離。樣品中被分析的組分(既不同形態(tài)的砷化合物)經(jīng)過高效分離系統(tǒng)(包括高效液相色譜泵，液相色譜進(jìn)樣閥，液相色譜柱)分離后，經(jīng)紫外光在線降解后，通過柱后設(shè)置的三通閥被鹽酸載流以一定流速推動(dòng)進(jìn)入氫化物發(fā)生器，并在此與還原劑(硼氫化鉀溶液)混合，產(chǎn)生砷的氣態(tài)氫化物，隨后經(jīng)過自行設(shè)計(jì)的氣液分離器的分離，再經(jīng)載氣導(dǎo)入二級(jí)氣液器進(jìn)一步分離后，進(jìn)入原子化器檢測(cè)，熒光信號(hào)由自行開發(fā)的工作站記錄、處理。


附圖1為本實(shí)用新型砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)裝置示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)氣液分離器示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型裝置由以下幾部分組成高效液相色譜泵1，液相色譜進(jìn)樣閥(帶有定量環(huán))2，液相色譜柱3，紫外光降解系統(tǒng)7，三通閥4和8，原子熒光光譜儀11，計(jì)算機(jī)及工作站12，氫化物發(fā)生裝置9，氣液分離器10，蠕動(dòng)泵13。各部分之間通過合適孔徑的聚四氟乙烯(PTFE)導(dǎo)管連接。
本實(shí)用新型在線聯(lián)用系統(tǒng)接口裝置采用的氣液分離器如圖2所示，氫化物發(fā)生器9產(chǎn)生的氣液混合物由入口20進(jìn)入氣液分離器，載氣由載氣入口19通過多孔玻璃球23進(jìn)入氣液分離器，多孔玻璃球被廢液液面25剛剛沒過，積液26體積約為2mL。載氣通過沒于液面下的多孔玻璃球進(jìn)入氣液分離器可以使未充分反應(yīng)的液體26在載氣氣流的輕微攪動(dòng)下進(jìn)一步充分反應(yīng)，提高氫化物發(fā)生效率。經(jīng)氣液分離器分離的氣體被載氣通過帶出口21的磨口活塞24導(dǎo)入二級(jí)氣液分離器進(jìn)一步分離后，進(jìn)入原子化器檢測(cè)。廢液由廢液出口22及時(shí)排入廢液瓶17。
紫外光降解系統(tǒng)7由紫外燈管5和經(jīng)過彎曲并平行附著在紫外燈管5上的石英管6組成，石英管6的近出口通過轉(zhuǎn)接頭與導(dǎo)管銜接。紫外光降解裝置進(jìn)行包裝屏蔽，以防止紫外光外露。紫外光降解系統(tǒng)7可根據(jù)實(shí)際樣品中砷形態(tài)分析的需要決定是否使用。如果只進(jìn)行無(wú)機(jī)砷(As3+和As5+)、一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)的分離分析，可不使用紫外光降解系統(tǒng)7，經(jīng)液相色譜柱3分離的分析組分被直接導(dǎo)入三通閥8產(chǎn)生氫化物進(jìn)行檢測(cè)；通過紫外光降解可以分離測(cè)定更復(fù)雜的砷化合物形態(tài)，如砷甜菜堿(AsB)和砷膽堿(AsC)。
在使用本實(shí)用新型進(jìn)行砷形態(tài)分析時(shí)，樣品通過進(jìn)樣閥2進(jìn)樣，被液相色譜泵1以一定流速(1mL/min)流動(dòng)相載入液相色譜柱3并進(jìn)行分離，被分離的組分進(jìn)入紫外光降解系統(tǒng)7，經(jīng)過石英毛細(xì)管6，在過硫酸鉀(K2S2O8)16存在的情況下被紫外光5降解或被直接導(dǎo)入三通閥8由鹽酸載流14以一定流速載入氫化物發(fā)生器9與硼氫化鉀(KBH4)溶液15以合適比例動(dòng)態(tài)混合產(chǎn)生氣態(tài)氫化物，產(chǎn)生的氣態(tài)氫化物經(jīng)過氣液分離器10進(jìn)行氣液分離后，被載氣(氬氣)18導(dǎo)入原子熒光光譜儀11，經(jīng)二級(jí)氣液分離器(北京瑞利AF-610A自帶)分離后，進(jìn)入原子化器檢測(cè)，熒光信號(hào)由計(jì)算機(jī)和工作站12記錄和處理。
在分析過程中，蠕動(dòng)泵13用來實(shí)現(xiàn)鹽酸(HCl)載流14、硼氫化鉀(KBH4)溶液15和過硫酸鉀(K2S2O8)溶液16維持恒穩(wěn)流速。通過選擇合適的鹽酸(HCl)載流14和硼氫化鉀(KBH4)溶液15的流速和濃度配比及合適的載氣18的流量確保原子熒光光譜儀11中的原子化器產(chǎn)生穩(wěn)定的火焰。氣液分離器10分離的廢液被導(dǎo)入廢液瓶17。
選用美國(guó)戴安公司(Dionex)的高效液相色譜泵P680HPLC Pump，陰離子交換柱IonPac AS 11及AG 11，進(jìn)樣20μL，以氫氧化鈉溶液為流動(dòng)相，流動(dòng)相的流速為1mL min-1，梯度洗脫，三價(jià)無(wú)機(jī)砷(As3+)、五價(jià)砷(As5+)、一甲基砷(MMA)、二甲基砷(MMA)四種不同的砷形態(tài)化合物在10min之內(nèi)完全洗脫并基線分離。砷甜菜堿(AsB)可以經(jīng)過紫外光在線降解系統(tǒng)被有效降解。砷甜菜堿(AsB)在IonPac AS 11上的保留時(shí)間與二甲基砷(DMA)的保留時(shí)間一致，可以通過采用降解系統(tǒng)和不采用降解系統(tǒng)兩種方式來實(shí)現(xiàn)二甲基砷(DMA)和砷甜菜堿(AsB)的分別測(cè)定。以10％(v/v)的鹽酸為載流，流速為2mL min-1；2％(m/v)硼氫化鉀(溶于0.2％(m/v)氫氧化鉀溶液)為還原劑，流速為4mL min-1；2％(m/v)過硫酸鉀(溶于1％(m/v)氫氧化鈉溶液)為氧化劑，流速為1mL min-1；原子熒光光譜儀AF-610A(北京瑞利分析儀器公司)。該實(shí)用新型砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)對(duì)三價(jià)無(wú)機(jī)砷(As3+)、五價(jià)砷(As5+)、一甲基砷(MMA)和二甲基砷(MMA)、砷甜菜堿(AsB)五種不同的砷形態(tài)化合物的檢出限分別為1.31ng mL-1，2.11ngmL-1，1.89ng mL-1，2.56ng mL-1，3.82ng mL-1。
本實(shí)用新型在線聯(lián)用系統(tǒng)的接口技術(shù)可適用于不同的液相色譜分離柱和相應(yīng)的流動(dòng)相來實(shí)現(xiàn)對(duì)砷化合物的分離。
權(quán)利要求1.一種砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)，高效液相色譜和原子光譜儀順序連接；其特征是高效液相色譜與紫外光在線降解系統(tǒng)一端連接，該紫外光在線降解裝置另一端與氫化物發(fā)生裝置連接，氫化物發(fā)生裝置與氣液分離器連接，氣液分離器與原子熒光光譜儀連接；其中高壓液相色譜泵上設(shè)有進(jìn)樣閥，并與色譜柱進(jìn)樣口相連；色譜柱出口與三通閥中一個(gè)進(jìn)口相連，同時(shí)裝有過硫酸鉀的瓶經(jīng)過泵連接該三通閥中另一個(gè)進(jìn)口；該三通閥的出口與聚四氟乙烯消解管入口相連，聚四氟乙烯消解管纏繞在紫外燈上，組成紫外光降解系統(tǒng)；聚四氟乙烯消解管出口連接該三通閥的一個(gè)進(jìn)口，同時(shí)裝有鹽酸的瓶經(jīng)過泵連接該三通閥的另一個(gè)進(jìn)口；該三通閥的出口連接氫化物發(fā)生裝置的一個(gè)進(jìn)口，同時(shí)裝有硼氫化鉀與氫氧化鉀混合溶液的瓶經(jīng)過泵連接氫化物發(fā)生裝置的另一個(gè)進(jìn)口；氫化物發(fā)生裝置的出口連接氣液分離器側(cè)面上端進(jìn)口，氬氣瓶連接氣液分離器側(cè)面下端進(jìn)口；氣液分離器下端出口連接廢液缸，氣液分離器上端出口連接原子熒光檢測(cè)器，原子熒光檢測(cè)器通過信號(hào)連接線與計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)，其特征是氫化物發(fā)生系統(tǒng)的氣液分離器由帶有氣體出口的磨口玻璃活塞和玻璃氣液分離器主體構(gòu)成，磨口活塞直接插入氣液分離器主體上端開口；氣液分離器側(cè)面入口和下部出口與氣液分離器主體整合為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷形態(tài)分析在線聯(lián)用系統(tǒng)，其特征是氣液分離器主體下部設(shè)有一多孔玻璃球。
專利摘要本實(shí)用新型涉及環(huán)境及生物樣品中砷的形態(tài)分析，具體涉及到高效液相色譜與氫化物發(fā)生原子熒光光譜在線聯(lián)用砷形態(tài)分析系統(tǒng)。聯(lián)用系統(tǒng)包括高效液相色譜泵，液相色譜進(jìn)樣閥，液相色譜柱，三通連接裝置，紫外光在線降解裝置，蠕動(dòng)泵，氫化物發(fā)生器，氣液分離器，原子熒光光譜儀。樣品中不同形態(tài)的砷化合物在液相色譜柱上分離，被分離的組份經(jīng)紫外光在線降解后，通過三通被酸載流推動(dòng)進(jìn)入氫化物發(fā)生裝置與還原劑反應(yīng)產(chǎn)生氣態(tài)氫化物，經(jīng)過氣液分離器被載氣導(dǎo)入原子熒光光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，信號(hào)由自行開發(fā)的工作站記錄并進(jìn)行處理。本實(shí)用新型砷形態(tài)分析聯(lián)用系統(tǒng)分析快速、靈敏、準(zhǔn)確，便于操作，裝置成本和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)低廉。本新型聯(lián)用系統(tǒng)適用于環(huán)境及生物樣品中砷形態(tài)分析。
文檔編號(hào)B01D15/00GK2788181SQ200420073019
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者江桂斌, 苑春剛, 何濱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心