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东北大学硕士学位论文摘要 流动注射在线分离富集动力学光度法测定铬的形态分布 摘要 近年来，大量废弃物的肆意排放导致了严重的环境污染问题，其中重金属的污 染对人类造成了一系列的危害，它不仅对入体有致癌作用，还严重破坏了生态平衡 导致诸多物种的灭亡，此外，由于重金属的毒性可能因金属形态的不同而有明显差 异，因此金属的形态分析越来越引起人们的关注。本文阐述了铬对人体的危害及其 测定的意义，介绍了目前测定铬及其形态分布的主要分析方法，并讨论了流动注射 分析技术。 建立了流动注射在线离子交换预浓集与催化动力学光度法联用的技术，用于测 定水中痕量铬( v i ) 及铬的形态分布。实验基于铬( v d 经过自制的微型离子交换柱，被 7 1 7 型强碱性阴离子交换树脂吸附，然后用洗脱液n a n 0 3 将其洗脱，直接引入k b r 0 3 与茜素绿的氧化还原反应体系，铬f v i ) 在此体系中起到显著的催化作用，加快反应 的速度，最终以铬( v d 的浓度与吸光度变化的线性关系为定量依据进行测定。对实 验参数进行了单因素优化，在选定的最佳条件下，进样体积1 2i n l ，富集时问1 2 0s ， 使最终的富集倍数达到2 6 5 倍。本方法最突出的特点是通过分离预浓集与催化动力 学体系相结合，使用非常简单的仪器，得到了较低的检出限即o 0 5 耻gr 1 ，使其测 定铬( v i ) 的灵敏度超过了火焰原予吸收法0 7 a a s ) ，并能接近甚至达到石墨炉原子吸 收( e t a a s ) 和电感耦合等离子体质谱法o c p - m s ) 的水平。 利用标准物质g b w 0 8 6 0 8 对本方法进行检验，测量值与标准值相符，证明方法 准确、可靠。该法可用于多种水体( 河水、湖水、雨水、自来水) 中铬含量的测定及 形态分布的研究。 关键词：流动注射；在线离子交换预浓集；催化动力学光度法； 铬形态分析 一 东北犬学硕士学位论文 a b s t r a c t d e t e r m i n a t i o na n ds p e c i a t i o no fc h r o m i u m b yh y p h e n a t m g f l o wi n j e c t i o no n - l i n ep r e c o n c e n t r a t i o n w i t hc a t a l y t i cs p e c t r o p h o t o m e t r y a b s t r a c t t h el a r g ea m o u n to fw a s t ed i s p o s a lh a sr e s i l l t e di ns e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n o v a l t h el a s td e c a d e s a m o n gv a r i o u sp o l l u t i o ns o u r c e s h e a v ym e t a l st e n dt oc a u s ea s e r i e so fr i s k s ，i n c l u d i n gc a r c i n o g e n i ce f f e c t st oh u m a nh e a l t h , e c o l o g i c a lt h r e a t sa n d e x t i n c t i o no f s p e c i e s n o w a d a y s ，t h eg r o w i n ga w a r e n e s so f t h es t r o n gd e p e n d e n c eo f t h e t o x i c i t yo fh e a v ym e t a l su p o nt h e i rc h e m i c a lf o r m sh a sl e dt oa l li n c r e a s i n gi n t e r e s ti n m e t a ls p e c i a f i o na n a l y s i s h at h ep r e s e n tt h e s i s ，t h ed e t r i m e n t a le f f e c t so fc h r o m i u mo i l h u m a nh e a l t hw e r ed e s c r i b e d s o m em a j o rd e t e c t i o na n ds p e c i a t i o nt e c h n i q u e sf o r c h r o m i u mw e r er e v i e w e d t h ed e v e l o p m e n t so ff l o wi n j e c t i o na n a l y s i sw e r ea l s o d i s c u s s e d a h i 曲s e n s i t i v ec h r o m i u ms p e c i a t i o np r o c e d u r e 谢ms p e e t r o p h o t o m e t r i ed e t e c t i o n w a sd e v e l o p e db yh y p h e n a t i o no ff l o wi i l ；e c t i o no n - l i n ep r c c o n c a n t r a t i o nw i t hac a t a l y t i c i n d i c a t o rr e a c t i o n c h r o m i u m ( v d 、】v a sr e t a i n e do nah o m em a d em l n i - c o l u m np a c k e d w i t hp o l y s t y r e n ea n i o ne x c h a n g er e s i n ( s t r o n gb a s i c7 1 7r e s i n ) ，w h i c hw a sa f t e r w a r d s e l u t e dw i t has m a l lv o l u m eo fn a n 0 3s o l u t i o n ，1 1 1 ee l u t e dc r ( v dw a st h e nd i r e c t e dt o c a t a l y z et h ed e e o l o r a t i o no f 函i 撕ne y a n i n e 掣咖( a c g ) 抽t h ep r e s e n c eo fp o t a s s i u m b r o m a t ea s o x i d i z i n gr e a g e n t n l ep r o c e d u r ew a se s t a b l i s h e db a s e do n t h el i n e a r r e h t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fc h r o m i u m ( v r ) a n dt h ea b s o r b e n c ec h a n g e u n d e rt h eo p t i m a le x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s w i mas a m p l i n gv o l u m eo f1 2m la n da l o a d i n g t i m e o f l 2 0s ，a n e n r i c h m e n t f a c t o r o f 2 6 5 w a s a c h i e v e d f o r t h e p r e c o n c e n l x a t i o n t h i sh y p h e n a t i o ns y s t e mi n c o r p o r a t i n gv e r ys i m p l ei n s t r u m e n t a t i o n , w h i l ep r o v i d e sa f a v o r a b l ed e t e c t i o nl i m i tf o ro f v i ) t h em o s td i s t i n c tf e a t u r eo ft h i sp r o c e d u r ew a s c h a r a c t e r i z e db yi t so v e r a l ld e t e c t i o nl i m i t , i e ，0 0 5g gr 1 ，w h i c hi sm u c hs u p e r i o rt o t h o s ea c h i e v e db yf a a s ，a n dc o m p a r a b l et 0t h o s eo b t a i n e db ye l e c t r o t h e r m a la t o m i c a b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y ( e t a a s ) a n di n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m am a s ss p e c t r o m e t r y ( i c p - m s ) n l ep r o c e d u r ew a sv a l i d a t e dw i t hac e r t i f i e dr e f e r e n c em a r t i a l ( o b w o b 6 0 8 ) i tw a s a l s oa p p l i e d t o t h es p e c i a t i o n o f c h r o m i u m i n a s e r i e s o f s u r f a c e w a t e rs a m p l e s k e yw o r d s ：f l o w 蛳e c t i o n ；o n - l i n ea n i o ne x c h a n g es e p a r a t i o na n dp r e c o n c e n t r a f i o n ； c a t a l y t i cs p e c t r o p h o t o m e t r y ；c h r o m i u ms p c c i a t i o n 一i 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签红霍吩 日期：石ti 7 - 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名：4 7 , 奢- 签字日期：卅一易 i 一 导师签名：至吏等 签字日期：埘f 、7 东北大学硕士学位论文 第一章概述 第一章概述 1 1 流动注射分析技术 在溶液化学分析中，最成熟、最基本的分析方法为手工分析方法，它虽然至今 仍在广泛地使用，但存在着操作繁杂、实际消耗量大、所需时间较长、环境污染较 大等缺点。为了克服手工分析的缺点和困难，人们从2 0 世纪4 d 年代开始根据不同 的分析要求，模拟手工分析过程设计了各种各样的机械式程序分析器，用以解决实 验室中溶液处理的低效率，但由于其通用性较差、结构复杂、价格昂贵等因素的制 约，难于在分析实践中加以广泛应用。因此，在各种自动分析仪发展的同时，又出 现了一种性能更为优越的溶液化学分析技术一一空气泡间隔式连续流动分析 ( s e g m e n t e dc o n t i n u o u sf l o wa n a l y s i s ，s c f a ) ，s c f a 仍然维持了传统操作最终都要达 到物理与化学平衡的观念，实际上，之所以在液流中加入气泡也正是为了利用其搅 拌与壁垒的双重功能来创造实现两种平衡的条件。这一措施虽然有效，却从另一方 面，即平衡条件的制约，限制了其进一步提高效率。 1 9 7 5 年丹麦学者j r u z i e k a 和e 且h a n s e n 1 1 首次提出了流动注射分析( f l o w i n j e c t i o na n a l y s i s ，v i a ) 这一溶液处理新方法，使得自动分析技术有了根本性突破。 f i a 是一种基于将液体试样注入到个适当液体的无气泡间隔的连续液流的方法。 被注入的样品形成一个区带，然后被传送到检测器，检钡4 器连续记录输出信号( 如吸 光度、电极电位等) 从而达到完成自动分析过程的目的。简言之，试样注入、受控分 散和高精度的重现三者有机结合才是f i a 的熏要特点。f i a 摆脱了传统观念的束缚， 在非平衡动态条件下进行分析。从发展趋势看，流动分析在分析科学发展中的重要 性将在下述方面有所体现：( 1 ) 试样前处理在分析方法中目前仍常是“瓶颈”环节， 流动分析将为改变这种状况提供有效的途径。( 不同分析手段和仪器的联用在近 十年来分析科学的发展中显示出巨大的生命力，流动分析在很多情况下将成为联用 的重要的组成部分或接口手段。( 3 ) 现代工业生产中，对自然和生命现象的观测越 来越多地要求提供完整过程中化学成分动态变化的实时信息，虽然各类传感器分析 系统可部分满足这神要求，但基于流动分析的分析体系将具备更广泛豹适应性。( 4 ) 流动分析在分析体系的微型化、试样处理与检测集成化和实时提供分析信息等方面 的优越性将被利用来为生命科学研究提供强有力的工具【2 】。 东北大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 1 流动注射分析的特点 f i a 比常规手工分析、程序分析器和连续流动分析等有更多的优点踟，主要表 现如下： ( 1 ) 操作简便：f i a 可省去对大量器皿的洗涤、加试齐| 及混匀等手工操作，极 大地减轻了劳动强度。 ( 2 ) 分析速度快【4 j ：f i a 分析一般在5 - 2 0s 内可得到一次结果，一般每小时可获 得1 2 0 - 1 5 0 次分析结果，最高可达7 0 0 个样h - 1 。 ( 3 ) 设备简单、价廉：简单的f l a 设备所占的空间仅相当于一台英文打字机， 而国产的自动化f i a 仪器( 不包括检测器) 的价格仅数千美元。 ( 4 ) 高精度：_ 般f i a 的测定精度可达o 5 - 1 r s d ，多数优于相应的手工操 作，即使是很不稳定的反应产物或经过很复杂的在线处理，测定精度仍可达 1 5 - 3 r s d 。 ( 5 ) 低消耗：f i a 是一种良好的微量分析技术，一般每次测定仅需样品溶液 2 5 3 0 0m ( 亦可增大) ，试剂消耗约 0 0 - - 3 0 0 阻( 亦可视情况增大) 。它可在常规条件 下进行微量分析，并能获得高精度的分析结果。 ( 6 ) 分析系统封闭，利于环境保护：由于样品与试剂用量甚微又在封闭系统中 完成测定，因此大大减轻了环境污染，减少了对人体的危害。试剂与样品在管道中 进行化学反应不与大气接触，不受空气中c 0 2 和0 2 等的影响，对某些特殊分析极 为有利。 易实现自动化：新的f i a 分析方法的建立实际上是一种在线自动分析仅的 理论基础。 ( 8 ) 应用范围广嘲：f i a 技术可与分光光度计、离子计、原子吸收仪和等离子发 射光谱仪等联用互相取长补短，达到多种分析的目的。 1 1 2 流动注射分析的原理 在流动注射分析中，将注样阀中一定体积的试样注入以一定流速连续流动的载 流中后，在流经反应器时与载流在一定程度上相混，与载流试剂反应的产物在流经 流通式检测器时得到检测，记录仪读出为一峰形信号，一般以峰高为读出值绘制校 正曲线及计算分析结果 6 1 ，图1 1 所示为基本的f l a 原理图。 - 2 一 东北大学硕士学位论文 第一章概述 液体传输 样品注入混合反应信号检测 w 圈1 1 流动注射分析原理图 f i g 1 1 s c h e m a t i cf i g u r eo f f l o wi n j e c t i o na n a l y s i ss y s t e m c ：载流；s ：样品： d ：检测器；w ：废液 c ：c a r r i e r ； s ：s a m p l e ； d ：d e t e c t o r ；w ：w a s t e 如图1 1 所示，基本的f i a 实验装置很简单，一台液体驱动装置把载流和试剂 溶液泵入反应管道及检测器；一个注样阀，用来把一定体积的界限明确的试样注入 到载流中；反应管道，用来使试样与载流中的试剂由于分散而实现重现的混合，并 发生化学反应；个设在适当检测器的流通池，使在反应过程中形成的可供检测的 产物流过其中时由检测器测出信号。 1 2 流动注射与催化动力学分光光度联用技术 流动注射分析可以同各种检测器相连，从而完成不同的分析任务。与f i a 联用 的光学检测器一般有分光光度、原子光谱、化学发光检测器等：电化学检测器有电 导、安培和电位检测器等。新型检测系统的应用不仅拓宽了流动注射的应用范围， 而且给整个流动分析技术注入了活力。流动注射( f d 进样与原子吸收光谱( a a s ) 的结 合即为一个成功的例子 7 1 。对汞、砷、硒、铋等主要通过蒸气发生a a s 测定的元素 的f i - a a s 系统，由于其试剂消耗大大降低，分析速度及抗干扰能力显著提高，已 完全取代了传统的自动间歇式蒸气发生系统。近来在此领域值得重视的发展动向是 f i - a a s 仪器的专用化，如可实现在线微波消化的ha a s 测汞仪已进入市场【引。f i 进样与原子荧光光谱( a f s ) 联用也具有独特的优点1 9 】，在采用蒸气发生法测定砷、锑、 铋、汞、硒、碲等元素时，由于在f 1 条件下连续低剂量以固定流速引入还原剂使氢 气发生强度较间歇法下降，并稳定在一定水平上，因此形成的氩一氢焰较间歇法中断 续形成的火焰更紧凑、透明、稳定，噪声明显降低，从而使绝对检出限改善1 0 - 5 0 3 东北大学硕士学位论文 第一章概述 倍，相对检出限改善2 5 1 0 倍。近来f 1 与电感耦合等离子质谱分析( i c p m s ) 结合 的效果显示出f 1 可能成为另一个最终达到标准化的进样方式1 1 0 1 。最近k a r l b e r g 1 1 l 与方肇伦等l l2 】相继独立报道了f i 进样的毛细管电泳( c e ) 系统，改善了c e 的总体性 能，扩展了其应用领域。此外，f i 进样还提供了方便地引入在线分离预浓集的可能 性【1 3 】。 流动注射系统中可以采用多种仪器分析检测手段形成高效率的分析系统，在与 f i a 联用的各种检测器中，分光光度检测器因其结构简单、操作方便、价格低廉， 历史最为悠久，应用也最为普遍。与此同时，随着催化科学和技术的发展，人们对 催化现象的认识和应用也在不断地更新。对于催化作用，概括来说就是对化学反应 速率的一种作用，反应物种以外的少量其它组分能引起反应速率的显著变化，而这 些物种在反应终了时，不因反应而改变其数量和化学性质，这类作用就是催化作用f 1 4 j 。 催化动力学光度分析法因所需设备简单、灵敏度较一般分光光度法高等优点而引人 注目，但是在手工操作中必须严格控制反应时间和反应温度以保证分析结果的准确 性和重现性。将f 埝技术和催化动力学光度分析结合，取长补短，在很大程度上克 服了上述手工操作的局限性，下面就催化反应机理和f i 一催化光度法联用技术及应 用进行详细介绍。 1 2 1 流动注射催化动力学分析法的特点 与非流动的间歇操作催化动力学光度法相比，f 1 催化动力学光度法的优点为： ( 1 ) 保持原有非流动间歇操作方法的灵敏度高、检出限低的特点。因反应时间 短和试样带分散引起的灵敏度下降一般可通过提高试剂浓度和停流反应加以补偿。 ( 2 ) 反应时间短有利于抑制或减少副反应和干扰反应的影响。 ( 3 ) 在f i 进样条件下由于反应时间和温度容易控制，因而显著地提高了分析结 果的重现性。 显著地提高了分析速度。手工操作时每小时仅能分析2 - 6 个样，而在h 条 件下可达2 0 - 3 0 0 个样h 。 催化动力学分光光度法测定大致可分为微分与积分两种方式。按具体方法分类 则有正切法、固定时间法、固定浓度法等几种最常见的方法。在f t 条件下，从注样 ( 或试样同试剂汇合) 开始到h 信号峰开始出现所需的时间是可以严格控制和重现 的，因而在f i a 中多以固定时间法完成测定。h a 催化动力学光度法也有某些局限 性，即对于那些很慢的或温度要求很高的反应由于流路的复杂化采用h 方式就未必 东北大学硕士学位论文 第一章概述 合适。 1 2 2 流动注射催化动力学分析法的应用及进展 催化反应f 1 分光光度中个代表性的例子是方肇伦和徐淑坤 1 5 1 提出的天然水 中镅的测定。方法基于在酸性条件下m o ( v 1 ) 对h 1 0 2 氧化的催化作用，在3 5 0n r n 下测定形成的三碘化物。在注样2 0 0m 时钼的检出限为0 7 峙l ，精度达o 8 3 一1 9 r s d ，分析速度为9 0 个样h 1 ，比手工法快2 0 倍。在参数优化过程中，有两点值 得注意：( 1 ) 为提高测定速度，与手工法相比，大大增加了反应试剂的浓度。该法 中所用的溶液的浓度为2 ，比手工法高约1 - 2 个数量级，在这样高的浓度下由 于反应明显加速，在手工法测定条件下是无法准确计时的。( 2 ) 与一般f i a 不同， 在f i a 催化反应中加大试剂的浓度后，在增加反应速度、提高灵敏度的同时也可能 加速非催化反应过程的发生，而后一反应构成了催化分析的基线吸光度和噪声信号， 记录的净信号实际上应该是催化和非催化反应信号的差值，因此在优化过程中既要 考虑提高反应的灵敏度，也要考虑保持适当信噪比。 在催化分析中活化剂明显增加了催化动力学测定的灵敏度，也可用于活化剂本 身的测定。在f i a 中，a g 催化过硫酸钾氧化靛蓝二磺酸钠0 c ) 的过程中，记入活 化剂邻菲咯啉后反应速度可提高到2 - 3 数量级n 6 1 ，蝴基嘧可j 掘糊定5n gm r l 的银。在弱酸性介质中，p 一甲氧基苯胺同二乙氨基苯( d m a ) 反应形成原色偶氮胺蓝 的类似物( w i a _ , n i n eb l u eb ) 一n 一对甲氧基苯”，n 一二甲基一对苯二胺( m d p ) ，在h 2 0 2 存在下痕量的三价铁将m d p 氧化为m d b 。以苯和2 ，2 _ 联吡啶( b p y ) 为活化剂极大 地加速了该反应地进行，这一反应可用来测定0 - 1 4n gm 1 4 的f e 0 1 0 。n a k a n o 等i l ” 提出一个利用3 一甲基屯苯并噻唑酮腙0 v m t n ) 同d m a 的偶合反应，h 2 0 2 为氧化剂 测定锰的f i 催化光度分析方法。加入柠檬酸盐为活化剂加速了锰的催化反应的进 行。柠檬酸盐的另一个作用是可抑制m n 0 d 的水解并使吸收峰信号变锐。同一作者 的小组又以苯为活化剂成功地测定了某些生物组织中4 - 3 0n gm l m n ( n ) ，结果同推 荐值一致在k a w a s h i m a 等提出的测c o o i ) 的灵敏方法中，n 一苯基一对苯二胺 科- p h e n y l - p 越i 锄丑c n e d i 蛐1 i n e ) 在p h = 1 1 时被h 2 0 2 氧化形成黄色产物，这一黄色声 物在酸性溶液中转化为吸光度更高酶蓝绿色化合物仉。= 7 4 5r i m ) 。在f i a 条件下， 该文作者通过加一路酸性载流将介质由碱性转化为酸性，又以t r i o n 为活化剂，加 速了c o ( ) 的催化反应和黄色产物的形成过程。在取样频率3 0 个样h - 1 时成功地测 定了海水中0 0 4 - 0 2n gm r l c o o ) 。在c 0 0 1 ) 的浓度为o 0 8 和o 1 6n gm 1 4 时方法的 5 东北大学项士学位论文 第一章概述 r s d 分别为4 o 和3 2 。此外，以t r i o n 为活化剂，利用4 一氨基氨替比林同d m a ， 邻苯二胺同b r 0 3 的反应亦分别用于天然水和河水中v f v ) 的测定【1 ”9 1 。 f i 催化光度法也可用于非金属元素的测定。k a w a k u b o 等嗍将氯丙嗪与h 2 0 2 指示剂反应用于碘化物的测定，检出限为31 1 9 ，比手工法低6 0 倍。c h a n d r a w a n s h i l 2 1 】 将r 催化f c ( m ) 一s c n 反应用于水中纳克级总碘化物的测定。使用了氯化十六烷基 毗啶作为活化荆，和通常的- s c 盯催化法相比较灵敏度可提高3 倍。此外， 有人使用了偶氮氯膦- p n 2 - ( 4 - c h l o r o - 2 - p h o s p h o n o p h c n y l a z o ) 7 - ( 6 - n i t r o p h e n y l a z o ) 一l ， 8 - d i h y d r o x y n a p h t h a l e n c - 3 ，6 - d i s u l f o n i ca c i d ( c h l o r o p h o s p h o 船p n ) 与k b t 0 3 反应测 定土壤和水中o 一5 01 1 9m r l 亚硝酸根的报道。y o n e h a r a 等 2 3 1 使用4 ，4 - 四甲替二氨 基二苯甲烷与氯胺t 的反应测定水中痕量的碘化物。在这一反应中，游离的碘催化 作用很小，而碘酸盐则无催化作用，因此不干扰测定。y o n e h a r a 2 4 利用b r 对h 2 0 2 氧化儿茶酚紫的催化作用测定了天然水中的痕量溴，测定波长5 5 0n i n ，线性范围 1 0 - 6 0 0n gm ，回牧率在9 0 一1 0 7 之间，对2 0 和1 0 5r i gm o 的b r r s d 分别为 2 5 和1 4 。i 的浓度高于2 0 0n gm l 。1 时产生干扰，通过适当稀释样品加以消除。 e r e m i n a 2 5 1 基于f 对z r ( r v ) 同氯化磺酚s ( s u l p h o c h l o r o p h e n 0 1 ) 反应的催化作用将这一 反应用于雨水和雪水中0 0 2 - 2 0m g1 1 氟的分析，测定波长在6 4 0n l l l ，采样频率为 9 0 个样h 1 。c a ( n ) 的浓度 2 0m gl 。1 和s 0 4 2 。的浓层4 0m gl 。1 时干扰测定。 对于某些催化反应在f i 条件下因滞留时间短、灵敏度难以满足要求时可采用停 流的方式加以补偿。q u m t e r o 等阅在用m n 0 0 对过碘酸盐氧化孔雀绿的催化反应测 定 恤( 】d 时采用停流技术，并使用了氨三乙酸作活化剂提商了方法的灵敏度。 z o l o t o v 2 7 】采用m n f n ) 对过碘酸盐氧化n ，n - 二乙氨基苯的催化反应，以试样溶液为 载流注入试剂再与停流技术结合，测定了o 0 2 1 0n gm r l 的m n o r ) 。张贵珠等应用 溴酸钾与罗丹明b 的氧化反应，停流5 0s ，成功地测定了o 2 4 - 9 0n gm r l 的亚硝酸 根。王术皓幽】利用v ) 对溴酸钾对孔雀绿的反应有极大的催化活性、在室温下即可 迅速褪色的性质，停流6 0s ，建立了测定v f v ) 的方法。线性范围2 0 - 2 0 0n gm l ， 方法的相对标准偏差在2 6 - 3 3 之间。常见的共存离子包括1 0 0 倍的f c ( ! i i ) ， c o r n ) ，n o ：。和m n ( i d 不干扰测定，已用于花生、大米、面粉等食6 自币钒的分析： 停流法是h 光度分析中一项很有特色的技术。这是因为f i a 装置简单，借助电 子计时器或微处理器，可以根据要求控制泵和阀的起动和停止，随意选择延长时间 和停泵时间，和传统的停流方法相比有更大的灵活性。f i a 中停流法的第一目的是 提高分析方法的灵敏度。停流等于增加了反应时间，使化学反应趋于完全。载流或 东北大学硕士学位论文 第一章概述 试剂的完全停止流动，试样带将停止分散( 即稀释) ，此时试样带的轴向分散可以忽 略而径向分散是主要的。借助于分子扩散，使试样与试剂进一步混合，而宏观上流 通池内待测物浓度保持恒定，化学反应趋于完全。范世华等冽利用f i 停流技术和长 光路吸收池改善了吡啶巴比妥酸测定c n 的分析方法，在室温下测定了3 - 3 0 0l a gl 。1 的c n ，采样频率为6 0 个样k 1 。停流法的第二个作用是用于自动扣除空白和消除 测定中某些干扰。此时的测定是以停流期间监测的化学反应为基础。停流法消除空 白值干扰的一个常提及的例子是酒中s 0 2 含量的测定 3 0 1 ，该法以w e s t - g e a k e 法为 基础，由甲醛催化盐酸副品红和s 0 2 反应形成的紫红色络合物在5 8 0 姗处产生最 大吸收，由于红葡萄酒的颜色与反应产物的颜色相似，这类空自的干扰在普通的光 度分析中很难克服。采用f i 停流光度分析法可以方便地解决这一难题，因为干扰信 号在停流时保持恒定，试样带停在流通池时可以铡出s 0 2 和副品红反应引起的吸光 度的增量，从而消除干扰背景。在试样注入2 3s 后即可得出分忻读数，以t 0 4 个样h - 1 的速度分析了葡萄酒中的s 0 2 含量。停流法的第三个应用是在梯度部位上停流测定 反应速率，读出停流后的峰吸光度增加值。当采用单道流路时，在峰轮廓上试剂与 试样的浓度比沿时间轴逐渐变化，反应速率也随之改变，此时可以选择试样带的“某 一段”优化试样与试剂的比例，以期获得最佳的分析效果。特别是在酶法分析中样 品和试剂既昂贵，量又很少，试样与试剂比值的优选就更有实际意义，既节约了昂 贵的样品和试剂，又简化了稀释手续。此外，试样带在进入流通池前停流，既可以 增加反应时间，又能避免某些光化学反应对测定产生的不良影响，和般的f i a 方 法相比，停流法又可降低反应试剂的消耗。 1 3 流动注射光度法在线分离预浓集 自七十年代中期以来，流动注射作为一种在非平衡状态下实现快速迸样的连续 流动分析方法得到迅速的发展。其中f l 在线分离预浓集技术是发展最快的领域之 一，它使许多传统溶液处理基本操作得以在线、快速、微量、密闭、自动地完成， 十分有利于痕量物质的分析p l 】。在f i 光度法分析方法中基于在线分离的方法包括： 气体扩散、溶液渗析、萃取分离、离子交换分离等几个方面。 1 3 1 气体扩散分离 f i 气体扩散分离光度法是将待测组分转化为气体，扩散通过一疏水膜进入受体 液中，然后用光度计检测的方法。1 9 7 9 年b a a d e n h u i j s e n 等1 3 2 1 首次报道的f i 气液分 - 7 - 东北大学硕士学位论文 第一章概迷 离系统使用二甲基硅橡胶膜分离测定了血浆中的c 0 2 ，文中所用装置简单、灵活， 以后的气液分离基本上都是沿着这条路径向前发展的。在光度分析法中，目前多数 使用的是含有酸碱指示剂的p h 缓冲液作受体液。在实际测定中，应仔细地考虑指 示剂的种类、组成、缓冲液的浓度，以获得稳定的基线、适当的灵敏度和线性范围。 v a n d e rl i n d e n ! 列研究了影响分析方法的灵敏度和线性范围的因素后指出：缓冲溶液 的浓度低，则分析线性范围窄。如果受体液中没有缓冲液，仅是指示剂溶液，则分 析的灵敏度最高。 f i 气体扩散分离系统的主要功能是使待测组分与试样集体分离，从而显著地提 高分析方法的选择性。因为在室温下仅气态的组分能通过输水性的微孔膜，在室温 下易挥发的物质又是有限的，这样，既可以排除各种离子的干扰，又可以消除试液 颜色变化和包括s c l f l i e r e n 效应在内的影响。范世华等1 3 4 1 也报道了血浆中c 0 2 含量 的测定方法，采用f i 气体扩散分离将血浆中的蛋白质和其他大分子物质分离出去， 明显简化了手工操作，提高了分析速度。f i 气体扩散分离系统的第二个功能是可用 于气态的待测组分的在线预浓集。一个常引用的鲥孑曙废水中氰化物总量的测定刚，在 该系统流路中，受体液流沟槽也是进样阀的采样环的一部分，这个气体扩散装置不 仅从试样中分离了待测物，而且又成为一个预浓集的工具。s c h u l z e p 6 】使用了一个类 似的预浓集系统用于氨的测定，1 0r a i n 的浓集时间内将方法的灵敏度提高1 0 倍。 方肇伦等【3 7 】曾报道过一个更为灵活的f i 气体扩散预浓集系统用于超痕量的n h a - n 的测定，当浓集时间为3m i l l 时，检出限为l 喀l ，浓集倍数为印倍。许多作者使 用不同的试剂来改善f 1 气体扩散分析方法的灵敏度和选择性。s o n n e 和d a s g u p t a 3 s 在s 0 3 2 和s 2 0 3 2 - 存在下测定了s 。p a c e y 等d g 报道过一个选择性很强的测二氧化氯 的方法，借助于气体扩散分离，消除了过渡元素的干扰，使二氧化氯测定的选择性 高出氯气5 4 0 0 倍之多。f i 气体扩散光度检测也可用于分析某些有机组分。牛奶中 的酮体测定就是个例子。在1 0 0 ( 2 下牛奶样品经脱线处理，乙酰乙酸脱去羟基成 丙酮，在室温下扩散透过p t f e 膜进入含有羟基氯化铵和甲基橙的受体液中完成测 定 4 0 l 。p e t e r s s o n l 4 1 1 首先报道了全血中尿素的测定方法。其中一个主要进展是酶反应 器和气体扩散装置的集成佬嗍。将全氟羟基键引入到酶的游离氨基上，尿酶被吸附 固定在扩散膜上，尿素同膜接触被转化为氨进入酸碱指示剂液流。该法中由于试液 与酶接触时间短，明显地降低了酶的消耗。 一8 东北大学硕士学位论文 第一章概迷 1 3 2 渗析分离 在线渗析法与气体扩散法十分相似，但所用的分离膜是亲水性渗析膜，利用该 膜选择性地通过待测离子，消除大分子物质、悬浮物以及其他杂质离子的干扰，因 此非常适合于食品、医疗、农业以及环保等方面的常规分析【4 3 “l 。最早的渗析技术 光度分析应用始见于r u z i c k a 等的报道阳。他们用该项技术测定了人体血清中的无 机磷酸根离子和氯离予。这两种组分在人体血液中浓度很高。采用f i 渗析技术，避 免了血清中蛋白质的影响。同时又在线稀释了待测缀分，避免了手工操作的繁琐耗 时等弊端。v a ns t a d v n 和b a s s o n 使用f i 渗析法澳4 定了尿和血清中的s 0 4 2 【4 7 l 和c a 2 + 。 范世华【4 8 】将渗析用于牛奶中c l 。的测定也得到良好的效果。这项技术亦可用于分离 蛋白质和其它组分后测定血清和尿中的葡萄糖和尿素 4 9 1 。k o u p p a r i s 研究组i s 0 首先 把f i 系统与渗析装置联用，利用连续动力学渗析法研究了牛血清蛋白和药物之间的 相互作用和牛奶中的药物溶出度研究。 1 3 3 溶剂萃取分离 溶剂萃取是分析化学常用的分离方法之一，但所用的有机萃取剂对环境的污染 和对分析人员健康的损害在一定程度上限制了这种技术的应用。将经典的溶剂萃取 方法流动注射化，使整个操作过程在密闭系统中完成，既减少了有机溶剂的消耗， 避免了试剂与环境间的相互污染，又为复杂的手工操作能自动完成提供了良好的途 径。分光光度计作为f i 溶剂萃取中常用的检测手段之，优点如下：( 1 ) 很多在光 度分析中使用的有机试剂既能与待测物形成可被萃取的组分。同时又能作为化学反 应的显色剂。( 2 ) 光度分析中使用的玻璃或石英玻璃材质制成的流通池不易被有机 溶剂腐蚀。f 3 ) 溶剂萃取两相分离后，原来水相中因试样或载流基体折射差异产生 的信号干扰效应将不复存在。( 4 ) 使用流通池为检测器，流通池在流路中的位置、 液流的流速、流动方向可不受限制。在f i 溶剂萃取光度分析中经常遇到的问题是液 流驱动所用的泵管遭受有机溶剂的腐蚀。目前市售的一些能耐有机溶剂腐蚀的泵管 价格昂贵，难于为用户接受。至今比较流行的做法是通过把水泵入密封瓶置换出不 溶于水的有机溶剂的方法完成f i 萃取分析中有机试剂的输送，当然这会增加操作的 复杂性。使用柱塞泵则没有上述问题，但提供的通道数少且价格贵，这两种泵结合 是一个解决问题的方法，近来我们采用聚四氟乙烯管作为泵管，效果较好口”。l i 等【5 2 l 利用8 一羟基喹啉、氯仿作试剂测定饮用水中的p b 0 1 ) ，测得线性范围卜1 0 0m g r 1 ， 东北大学硕士学位论文 第一章概述 检出限为o 9 9n gn i l 1 。a g u d o 等【5 3 1 用甲基蓝、氯仿、四氯化碳作试剂测定了环境水 中的阴离子表面活性剂，测定波长6 5 0n l n ，检出限为8 0l a gm l 。b u m s 等【5 司也将 溶赉j 萃取技术用于流动注射体系测定了钢铁样中的m o ( v i ) 含量，取样量仅为2 5 0 山， 测得线性范围0 1 1 1 0n a gr 1 。 1 3 4 离子交换分离预浓集 与溶剂萃取相比，以离子交换分离来实现连续流动化要容易得多。这是因为传 统的离子交换或吸附操作多数是在填充柱中完成的，而试样与洗脱剂均需流过柱子。 实现f i 在线操作仅需要把柱子微型化、在线化，再用泵去驱动试剂与试样，而无需 特殊的分离器。在f l a 诞生不久，1 9 8 0 年b e r g a m i n 掣5 5 l 就已经将微型离子交换柱 用在f i 光度系统中用于浓集铵离子。由于在线离子交换预浓集系统常较手工操作的 效率提高数十倍，比较耐用，易于组装，操作也易于掌握，因此应用较为广泛。 微型填充柱是f i 在线吸着系统中分离的最常用手段，与脱线的问歇操作使用的 填充柱相比在设计上有如下特点：( 1 ) 柱体积小，一般容量仅数百微升，报道的最 小体积仅9 回。( 2 ) 柱两端备有出入管道可与溶液驱动系统连接提供进样动力， 不靠重力使试样流过填充柱。( 3 ) 柱内体积始终全部填满吸着剂，避免出现空段， 因此操作中显著缩胀的吸着剂不能作为填充剂。由于f i a 在线柱预浓集与一般脱线 操作相比有若干特殊性，所以对所使用的柱内填充物也有着特殊的要求，方肇伦曾 对在线柱预浓集中使用的填充材料进行过综述 5 7 1 ：以重金属预浓集为主要目的的离 子交换剂多带有螯合功能团，可选择性地配合多种重金属。我国生产的5 0 1 树脂带 水杨酸螯舍基团，d - 4 0 1 树脂具有与c h e l e x - 1 0 0 相同的功能团，但均无后者的胀缩 缺点，是性能较好的在线柱内离子交换填充剂。另一报道较多的离子交换荆是8 一羟 基喹啉经偶氮基固定化在多孔玻璃上的c p c , - s q ，其特点是绝无胀缩之弊，且由于 功能团均固定在玻璃表面，故动力学特性优于前述其他交换剂，但缺点是交换容量 小，仅适于干扰较低的试样。除颗粒状离予交换剂外还有纤维状螯合离子交换剂作 f i 在线柱中填充物。 f i 在线离子交换预浓集系统流路分为直线流路与环线流路两种，直线流路虽然 设计简单，但迸样体积受限，效率较低，基体干扰严重。相比之下，环内柱复线流 路 s s l 应用广泛，效率较高，且避开了直线流路的所有缺点。图1 2 所示为流动注射 在线离子交换预浓集系统流路图。 一l o 东北大学硕士学位论文 第一章概述 w ( a ) c p 2o r 1 v c 圈1 - 2 流动注射在线离子交换预浓集系统流路图 f i g 1 2 f l o wi n j e c f i o nm a n i f o l df o r t h eo n - l i n ei o n - e x c h a n g ep r e - c o n c e n l r a t i o ns y s t e m a ：装( 进烯阶段 b - 洗脱阶段； s ：试样；b ：缓冲液； e ：洗脱液； c ：锥形填充柱；p l ，p 2 ：泵；v ：阀； d ：检测器：w ：废液 d ：s a m p l h ：l gs t a g e ；b ：e l u t i o ns t a g e ；s ：s a m p l e ；b ：b u f f e rs o l u t i o n ；e ：e l u e n ts o l u t i o n ； c ：c o n ep a c k e dc o l u m n ；p i 见：p u m p ； v v a l v e ；d ：d e t e c t o r ；w _ w a s t g 以分光光度计为检测器的h 离子交换在线浓集有许多成功应用的报道。s e k e r k a 和l e d m e r i 删使用a m b e r l i t ei r a - 7 4 3 离子交换树脂