痕量重金屬分析,如何簡單化?

2021-01-21 儀器信息網

重金屬離子是日常生活中會經常遇到的有毒有害元素。它有可能出現在江河湖泊中、土壤中、玩具中、飲用水中和食物中。尤其是飲用水和食物中的重金屬元素,更是有可能給人們的身體健康帶來巨大危害。關於重金屬的含量,國家制定了嚴格的標準,如GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》和GB 2762-2012《食品安全國家標準食品中汙染物限量》,對飲用水和食品中的重金屬含量均進行了嚴格規定。但是如何快速、簡單、經濟地實現痕量重金屬元素的檢測依舊是一個較大的問題。


圖1. 常見重金屬及有害元素對人體的損害

對於重金屬元素的檢測,實驗室大多採用以下幾種方法進行:原子吸收法、原子螢光法、ICP-AES、ICP-MS、分光光度法等。可以看到,除了分光光度法外,其餘測試方法大多為大型實驗室分析儀器設備。在擁有高靈敏度,良好的重複性和準確性等優點之外,它們也呈現出諸如採購成本高、體積大、操作和使用複雜、日常運營費用高等問題。在一些大型檢測機構和中心實驗室,這些缺點往往可以克服,但對於中小型檢測網點,要採購和使用這些專業設備是相當困難的。分光光度法相對比較簡單,使用成本也較低,雖然也能夠實現重金屬離子的檢測,但其檢測限往往很高,對於痕量重金屬的分析往往無能為力。

溶出伏安法又稱反向溶出極譜法,是一個比較傳統的檢測技術。早期人們往往需要使用電化學工作站來進行類似的重金屬分析,其過程相對複雜,需要有豐富的電化學經驗;測試條件和測試方法也需要進行探索;此外,測試過程中經常用到滴汞電極(或汞膜),對操作人員和環境有較大的毒害作用。

隨著技術的發展,基於溶出伏安法的重金屬分析儀得到了很好的發展。一方面實現了測試過程的「傻瓜化」,廠商往往會將測試方法內置在檢測儀器裡,並配套相應的測試試劑和樣品前處理方法,使得沒有經驗的操作人員也能很容易地掌握和操作;另一方面,無汞測量技術的開發,使得傳統的汞膜測試技術逐漸被替代,使陽極溶出伏安法的測試安全性得到了提升。


飲用水是相對比較乾淨的檢測體系,幹擾物質相對較少,樣品可以不經預處理直接測試。在正常進行標定後,一般只需取20 ml水樣,添加一定量的電解質溶液(不同廠商的原理、配方可能大不相同),然後選擇相對應的測試程序進行自動檢測即可。對於痕量濃度的重金屬離子,完成測試一般需要3-5分鐘。


相對於飲用水環境下的重金屬檢測,食品中的重金屬含量檢測則要複雜得多。主要是因為要涉及到較為複雜的樣品預處理。目前,幹法消解和溼法消解是最常用的樣品預處理方法。但是,在食品分析中使用幹法消解,還是溼法消解,一直以來都存有較大的爭議。不可否認,兩者有著不同的優缺點,對於不同的檢測元素,以及不同的樣品,往往需要選擇不同的樣品前處理方式。

幹法消解的主要優點是不使用或只使用很少量的強酸和強氧化劑,對操作者的毒害以及周邊環境的汙染都較小。比較適合不是那麼專業的操作人員(化學品安全培訓不到位),以及缺乏足夠防護措施的實驗室使用(並不是每個實驗室都標配有合格的通風櫥的)。

幹法消解的缺點也非常明顯:一方面是操作時間相對長,需要進行高溫操作,能耗較高;另一方面一些具有揮發性的元素,如汞,就不適合用幹法消解。




溼法消解的主要優點是簡單快速,適用於絕大多數樣品。

溼法消解的主要缺點在於安全問題,建議有一定化學品安全操作經驗的人員和有條件的實驗室採用。

1)消化過程會產生大量酸霧,對於防護工作不到位的操作人員(或缺乏安全意識的操作人員),很容易造成傷害。2)溼法消解一般會用到濃硝酸、濃硫酸、雙氧水和高氯酸等危險化學品,這些危險化學品的存儲和使用管理較為嚴格。3)在使用高氯酸作為氧化劑時,必須嚴格控制溫度和消解過程,否則會引發爆炸。


相對於大型實驗室儀器(AAS、ICP-AES等等),基於溶出伏安法的重金屬分析儀是一件非常不起眼的小儀器。作為電化學設備,它也不是很完美,存在一些諸如重複性較差,容易受到樣品中有機物以及具有氧化還原活性物質的幹擾等這樣那樣的缺陷。

但是它體積小、重量輕、採購和使用成本低,操作和維護簡單方便,可以幫助缺少專業培訓的操作人員和缺少專業配置的實驗室完成相對比較困難的痕量重金屬的檢測任務,得到比較可靠的檢測結果。讓痕量重金屬的分析,實現簡單化!




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