复杂基体样品中砷元素的检测与形态分析

摘要

砷元素在自然界中含量较为丰富，普遍存在于人类生活的环境之中，占地壳中所有元素含量第20位，海水中第14位，人类身体中第12位。在美国、智利、孟加拉国、墨西哥、阿根廷、波兰、加拿大、匈牙利、日本、尼泊尔、印度等国家的饮用水中均发现高浓度砷的存在。在中国的台湾、新疆、内蒙古、宁夏、吉林、青海等地区同样面临严峻的饮用水砷污染问题。急性和慢性砷中毒已经严重影响人类的生存和健康。如何快速准确的检测砷元素，已经成为关系人类生存和健康的重要研究方向。
　　砷元素以多种形态存在，并且毒性与存在形态密切相关。常见砷形态毒性大小的顺序依次为:砷化氢＞As(Ⅲ)离子＞As(Ⅴ)离子＞有机胂化合物。因此，仅掌握实际样品中砷元素的总浓度对于分析和评价砷元素的毒性与影响是不充分的，必须对实际样品中砷元素的形态进行分析，掌握样品中具体的砷元素形态分布。
　　目前，砷元素的检测方法对于实现砷元素的实时监测和现场测定均存在一定困难，其中灵敏度高的检测仪器一般体积庞大，不便于携带;而体积较小的检测仪器，灵敏度又较低，有待进一步提高。另一方面，对于砷的形态分析方法来说，灵敏度较高的砷元素形态分析仪器价格昂贵，并且实际样品中的杂质与基体加速了形态分析仪器的损耗并产生严重干扰，导致灵敏度高的形态分析方法不适于常规分析和推广使用。针对上述问题，本论文一方面以发光二极管与光电二极管等电子器件搭建简单灵敏的砷元素检测器，实现砷元素检测装置的微型化;另外，通过提高砷元素氢化物发生效率，从而改善现有砷元素形态分析手段的灵敏度，并利用固相萃取方法实现砷元素与基体杂质的分离，进一步提高形态分析的灵敏度并减少基体杂质的干扰。
　　论文的第一部分介绍了砷元素的存在形式、毒性、检测方法和形态分析现状。
　　第二部分以发光二极管为光源，光电二极管为检测器，多孔聚丙烯膜管为砷化氢气体吸收检测通道，构建了氢化物蒸汽发生、I--I3-溶液吸收显色的砷元素检测装置，该仪器构造简单、便于携带，适用于环境水样中的砷元素定量分析。
　　第三部分建立了基于液相色谱的梯度氢化物发生一火焰原子吸收光谱分析装置。本研究提出了梯度氢化物发生技术，对于不同砷形态均可提供最优的氢化物发生条件，有效地实现了三价砷(As(Ⅲ))、五价砷(As(Ⅴ))、一甲基胂(MMA)、二甲基胂(DMA)与三甲基氧化胂(TMAO)氢化物发生效率的最大化。
　　第四部分以二氧化锰颗粒为固相萃取载体，进行多种砷元素形态的预富集，进一步提高了液相色谱-梯度氢化物发生-火焰原子吸收光谱法的灵敏度，减少了样品基体及杂质对色谱柱的污染，满足了复杂基体中砷元素形态分析的需要。

目录

声明

摘要

第一章 砷元素及其分析现状

1．1 砷元素的存在形式

1．2 砷元素的毒性

1．2．1 急性砷中毒

1．2．2 慢性砷中毒

1．2．3 致癌作用

1．3 砷元素的检测

1．3．1 比色法

1．3．2 电化学方法

1．3．3 化学发光方法

1．3．4 原子光谱方法

1．3．5 质谱法

1．4 砷元素的形态分析

1．4．1 无机砷的形态分析

1．4．2 多种砷的形态分析

1．5 选题思路和研究内容

参考文献

第二章 便携式砷元素检测装置的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 装置组装

2．2．3 实验步骤

2．2．4 注意

2．2．5 数据分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 装置构造

2．3．2 实验条件优化

2．3．3 共存离子的影响

2．3．4 系统分析性能

2．3．5 样品测定与方法对照

2．4 本章小结

参考文献

第三章 梯度氢化物发生提高砷形态分析灵敏度

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器

3．2．2 试剂

3．2．3 样品处理

3．2．4 总砷测定

3．2．5 砷的形态分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 色谱分离条件

3．3．2 氢化物发生条件

3．3．3 系统分析性能

3．3．4 样品分析与应用

3．4 本章小结

参考文献

第四章 固相萃取-梯度氢化物发生提高砷形态分析的灵敏度

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器

4．2．2 试剂

4．2．3 样品处理

4．2．4 微柱制备

4．2．5 砷形态在线预富集

4．3 结果与讨论

4．3．1 MnO2微柱富集砷形态

4．3．2 MnO2的氧化作用

4．3．3 纤维微柱选择性吸附分离As(Ⅲ)

4．3．4 As(Ⅴ)、MMA、DMA对As(Ⅲ)预富集的影响

4．3．5 系统分析性能

4．3．6 样品分析与应用

4．4 本章小结

参考文献

致谢

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