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各種重金屬檢測(cè)方法的原理介紹及發(fā)展?fàn)顩r閱讀：3463發(fā)布時(shí)間：2015-8-10
各種重金屬檢測(cè)方法的原理介紹及發(fā)展?fàn)顩r：
通常認(rèn)可的重金屬檢測(cè)方法有：紫外可分光光度法（UV）,、原子吸收法（AAS）、原子熒光法（AFS）,、電感耦合等離子體法（ICP）,、Ｘ?zé)晒夤庾V（XRF）、電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）,。日本和歐盟國家有的采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）分析,，但對(duì)國內(nèi)用戶而言，儀器成本高,。也有的采用Ｘ?zé)晒夤庾V（XRF）分析,，優(yōu)點(diǎn)是無損檢測(cè)，可直接分析成品,，但檢測(cè)精度和重復(fù)性不如光譜法,。流行的檢測(cè)方法--陽極溶出法，檢測(cè)速度快,，數(shù)值準(zhǔn)確,，可用于現(xiàn)場(chǎng)等環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)。 ?。ㄒ唬┰游展庾V法（AAS） 原子吸收光譜法是20世紀(jì)50年代創(chuàng)立的一種新型儀器分析方法,，它與主要用于無機(jī)元素定性分析的原子發(fā)射光譜法相輔相成，已成為對(duì)無機(jī)化合物進(jìn)行元素定量分析的主要手段,。 原子吸收分析過程如下：1,、將樣品制成溶液（空白）；2,、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液（標(biāo)樣）,；3、依次測(cè)出空白及標(biāo)樣的相應(yīng)值,；4,、依據(jù)上述相應(yīng)值繪出校正曲線；5,、測(cè)出未知樣品的相應(yīng)值,；6、依據(jù)校正曲線及未知樣品的相應(yīng)值得出樣品的濃度值。 現(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)技術(shù),、化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展和多種新型元器件的出現(xiàn),，使原子吸收光譜儀的精密度、準(zhǔn)確度和自動(dòng)化程度大大提高,。用微處理機(jī)控制的原子吸收光譜儀,，簡(jiǎn)化了操作程序，節(jié)約了分析時(shí)間?，F(xiàn)在已研制出氣相色譜—原子吸收光譜（GC-AAS）的聯(lián)用儀器,，進(jìn)一步拓展了原子吸收光譜法的應(yīng)用領(lǐng)域。 ?。ǘ┳贤饪梢姺止夤舛确ǎ║V） 其檢測(cè)原理是：重金屬與顯色劑—通常為有機(jī)化合物,，可于重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成有色分子團(tuán),，溶液顏色深淺與濃度成正比。在特定波長(zhǎng)下,，比色檢測(cè),。 分光光度分析有兩種，一種是利用物質(zhì)本身對(duì)紫外及可見光的吸收進(jìn)行測(cè)定,；另一種是生成有色化合物,，即“顯色”，然后測(cè)定,。雖然不少無機(jī)離子在紫外和可見光區(qū)有吸收,，但因一般強(qiáng)度較弱，所以直接用于定量分析的較少,。加入顯色劑使待測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為在紫外和可見光區(qū)有吸收的化合物來進(jìn)行光度測(cè)定,，這是目前應(yīng)用zui廣泛的測(cè)試手段。顯色劑分為無機(jī)顯色劑和有機(jī)顯色劑,，而以有機(jī)顯色劑使用較多,。大多當(dāng)數(shù)有機(jī)顯色劑本身為有色化合物，與金屬離子反應(yīng)生成的化合物一般是穩(wěn)定的螯合物,。顯色反應(yīng)的選擇性和靈敏度都較高,。有些有色螯合物易溶于有機(jī)溶劑，可進(jìn)行萃取浸提后比色檢測(cè),。近年來形成多元配合物的顯色體系受到關(guān)注,。多元配合物的指三個(gè)或三個(gè)以上組分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度測(cè)定的靈敏度,，改善分析特性,。顯色劑在前處理萃取和檢測(cè)比色方面的選擇和使用是近年來分光光度法的重要研究課題。 （三）原子熒光法（AFS） 原子熒光光譜法是通過測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激以下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度,，以此來測(cè)定待測(cè)元素含量的方法,。 原子熒光光譜法雖是一種發(fā)射光譜法，但它和原子吸收光譜法密切相關(guān),，兼有原子發(fā)射和原子吸收兩種分析方法的優(yōu)點(diǎn),，又克服了兩種方法的不足。原子熒光光譜具有發(fā)射譜線簡(jiǎn)單,，靈敏度高于原子吸收光譜法,，線性范圍較寬干擾少的特點(diǎn)，能夠進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定,。原子熒光光譜儀可用于分析汞,、砷、銻,、鉍,、硒、碲,、鉛,、錫、鍺,、鎘鋅等11種元素?，F(xiàn)已廣泛用環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)藥,、地質(zhì),、農(nóng)業(yè)、飲用水等領(lǐng)域,。在國標(biāo)中,，食品中砷、汞等元素的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)中已將原子熒光光譜法定為*法,。 氣態(tài)自由原子吸收特征波長(zhǎng)輻射后,，原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)會(huì)躍遷到高能態(tài)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的能量輻射,，即原子熒光,。原子熒光的發(fā)射強(qiáng)度If與原子化器中單位體積中該元素的基態(tài)原子數(shù)N成正比。當(dāng)原子化效率和熒光量子效率固定時(shí),，原子熒光強(qiáng)度與試樣濃度成正比,。 現(xiàn)已研制出可對(duì)多元素同時(shí)測(cè)定的原子熒光光譜儀，它以多個(gè)高強(qiáng)度空心陰極燈為光源,，以具有很高溫度的電感耦合等離子體（ICP）作為原子化器,，可使多種元素同時(shí)實(shí)現(xiàn)原子化,。多元素分析系統(tǒng)以ICP原子化器為中心，在周圍安裝多個(gè)檢測(cè)單元,，與空心陰極燈一一成直角對(duì)應(yīng),，產(chǎn)生的熒光用光電倍增管檢測(cè)。光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)放大后,，由計(jì)算機(jī)處理就獲得各元素分析結(jié)果,。 （四）電化學(xué)法—陽極溶出伏安法 電化學(xué)法是近年來發(fā)展較快的一種方法,，它以經(jīng)典極譜法為依托,，在此基礎(chǔ)上又衍生出示波極譜、陽極溶出伏安法等方法,。電化學(xué)法的檢測(cè)限較低,，測(cè)試靈敏度較高，值得推廣應(yīng)用,。如國標(biāo)中鉛的測(cè)定方法中的第五法和鉻的測(cè)定方法的第二法均為示波極譜法,。 陽極溶出伏安法是將恒電位電解富集與伏安法測(cè)定相結(jié)合的一種電化學(xué)分析方法。這種方法一次可連續(xù)測(cè)定多種金屬離子,，而且靈敏度很高,，能測(cè)定10-7-10-9mol/L的金屬離子。此法所用儀器比較簡(jiǎn)單,，操作方便，是一種很好的痕量分析手段,。我國已經(jīng)頒布了適用于化學(xué)試劑中金屬雜質(zhì)測(cè)定的陽極溶出伏安法國家標(biāo)準(zhǔn),。 陽極溶出伏安法測(cè)定分兩個(gè)步驟。*步為“電析”,，即在一個(gè)恒電位下,，將被測(cè)離子電解沉積，富集在工作電極上與電極上汞生成汞齊,。對(duì)給定的金屬離子來說,，如果攪拌速度恒定，預(yù)電解時(shí)間固定,，則m=Kc,，即電積的金屬量與被測(cè)金屬離了的濃度成正比。第二步為“溶出”,，即在富集結(jié)束后,，一般靜止30s或60s后，在工作電極上施加一個(gè)反向電壓,，由負(fù)向正掃描,，將汞齊中金屬重新氧化為離子回歸溶液中，產(chǎn)生氧化電流，記錄電壓-電流曲線,，即伏安曲線,。曲線呈峰形，峰值電流與溶液中被測(cè)離了的濃度成正比,，可作為定量分析的依據(jù),，峰值電位可作為定性分析的依據(jù)。 示波極譜法又稱“單掃描極譜分析法”,。一種極譜分析新力一法,。它是一種快速加入電解電壓的極譜法。常在滴汞電極每一汞滴成長(zhǎng)后期,，在電解池的兩極上,，迅速加入一鋸齒形脈沖電壓，在幾秒鐘內(nèi)得出一次極譜圖,，為了快速記錄極譜圖,，通常用示波管的熒光屏作顯示工具，因此稱為示波極譜法,。其優(yōu)點(diǎn)：快速,、靈敏。 ?。ㄎ澹射線熒光光譜法（XRF） X射線熒光光譜法是利用樣品對(duì)x射線的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來定性或定量測(cè)定樣品中成分的一種方法,。它具有分析迅速、樣品前處理簡(jiǎn)單,、可分析元素范圍廣,、譜線簡(jiǎn)單，光譜干擾少,，試樣形態(tài)多樣性及測(cè)定時(shí)的非破壞性等特點(diǎn),。它不僅用于常量元素的定性和定量分析，而且也可進(jìn)行微量元素的測(cè)定,，其檢出限多數(shù)可達(dá)10-6,。與分離、富集等手段相結(jié)合,，可達(dá)10-8,。測(cè)量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀,，在幾分鐘之內(nèi)可同時(shí)測(cè)定20多種元素的含量,。 x射線熒光法不僅可以分析塊狀樣品，還可對(duì)多層鍍膜的各層鍍膜分別進(jìn)行成分和膜厚的分析,。 當(dāng)試樣受到x射線,，高能粒子束,，紫外光等照射時(shí)，由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞,，將原子內(nèi)層電子逐出形成空穴,，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)離子壽命很短,，當(dāng)外層電子向內(nèi)層空穴躍遷時(shí),，多余的能量即以x射線的形式放出，并在教外層產(chǎn)生新的空穴和產(chǎn)生新的x射線發(fā)射,，這樣便產(chǎn)生一系列的特征x射線,。特征x射線是各種元素固有的，它與元素的原子系數(shù)有關(guān),。所以只要測(cè)出了特征x射線的波長(zhǎng)λ,，就可以求出產(chǎn)生該波長(zhǎng)的元素。即可做定性分析,。在樣品組成均勻,，表面光滑平整，元素間無相互激發(fā)的條件下,，當(dāng)用x射線（一次x射線）做激發(fā)原照射試樣,，使試樣中元素產(chǎn)生特征x射線（熒光x射線）時(shí)，若元素和實(shí)驗(yàn)條件一樣,，熒光x射線強(qiáng)度與分析元素含量之間存在線性關(guān)系,。根據(jù)譜線的強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析 （六）電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS） ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象,，其溶液的檢出限大部份為ppt級(jí),，實(shí)際的檢出限不可能優(yōu)于你實(shí)驗(yàn)室的清潔條件。必須指出,，ICP-MS的ppt級(jí)檢出限是針對(duì)溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘模羯婕肮腆w中濃度的檢出限,，由于ICP-MS的耐鹽量較差,，ICP-MS檢出限的優(yōu)點(diǎn)會(huì)變差多達(dá)50倍，一些普通的輕元素（如S,、 Ca,、Fe 、K,、 Se）在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾,，也將惡化其檢出限。 ICP-MS由作為離子源ICP焰炬,，接口裝置和作為檢測(cè)器的質(zhì)譜儀三部分組成,。 ICP-MS所用電離源是感應(yīng)耦合等離子體（ICP）,，其主體是一個(gè)由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負(fù)載線圈,，三層管從里到外分別通載氣,，輔助氣和冷卻氣，負(fù)載線圈由高頻電源耦合供電,，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場(chǎng),。如果通過高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場(chǎng)作用下又會(huì)與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子,，形成渦流,。強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達(dá)10000k的等離子焰炬,。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中,，然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū)，等離子體的高溫使樣品去溶劑化,，汽化解離和電離,。部分等離子體經(jīng)過不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng)，在真空系統(tǒng)內(nèi),，正離子被拉出并按照其質(zhì)荷比分離,。在負(fù)載線圈上面約10mm處,焰炬溫度大約為8000K,在這么高的溫度下,電離能低于7eV的元素*電離，電離能低于10.5ev的元素電離度大于20%,。由于大部分重要的元素電離能都低于10.5eV,，因此都有很高的靈敏度，少數(shù)電離能較高的元素,，如C,，O，Cl,，Br等也能檢測(cè),，只是靈敏度較低。
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