濁點(diǎn)萃取分離富集方法在金屬離子形態(tài)分析中的應(yīng)用

濁點(diǎn)萃取分離富集方法在金屬離子形態(tài)分析中的應(yīng)用

金屬離子的毒性和環(huán)境破壞密切相關(guān)。因此,金屬離子的形態(tài)分析近年來(lái)受到分析工作者的廣泛關(guān)注。通常,金屬離子形態(tài)分析需要有效的分離手段與高靈敏度的元素選擇性檢測(cè)手段相結(jié)合。即便如此,分離檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度往往還是達(dá)不到實(shí)際樣品分析的要求。因此,預(yù)分離富集步驟常被應(yīng)用于金屬離子的形態(tài)分析之中。濁點(diǎn)萃取技術(shù)利用表面活性劑獨(dú)特的濁點(diǎn)性質(zhì),可以將數(shù)十或數(shù)百毫升樣品中的疏水性微量或痕量成分轉(zhuǎn)移到數(shù)百微升的表面活性劑濃縮相中。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微量或痕量金屬離子及其形態(tài)的預(yù)富集。與常規(guī)溶劑萃取相比,濁點(diǎn)萃取技術(shù)具有以下突出優(yōu)點(diǎn):①選擇合適的螯合劑,可以實(shí)現(xiàn)不同形態(tài)金屬離子的同時(shí)富集,不易引起形態(tài)的變化;②相分離操作簡(jiǎn)便、濃縮倍率高,容易實(shí)現(xiàn)同種金屬元素不同離子形態(tài)的分步富集;③方法不使用大量有毒有害的有機(jī)溶劑,對(duì)環(huán)境和人員友好。要達(dá)到同種金屬元素不同離子形態(tài)的分離分析,一般可采用兩種方式:一個(gè)在濁點(diǎn)萃取過(guò)程中利用同種金屬元素不同形態(tài)離子化學(xué)性質(zhì)的差異,采取順序濁點(diǎn)萃取后分別測(cè)定,實(shí)現(xiàn)元素各形態(tài)分離分析的目的;另一個(gè)是采用廣譜的螯合劑將待測(cè)金屬元素的不同形態(tài)組分一次萃取到表面活性劑濃縮相中,然后以色譜或電泳等手段進(jìn)行分離測(cè)定。1金屬離子形態(tài)的區(qū)分高靈敏度的元素型檢測(cè)手段如火焰原子吸收光譜法(FAAS)、石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)、電熱蒸發(fā)進(jìn)樣-原子吸收光譜法(ETV-AAS)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、電熱蒸發(fā)進(jìn)樣-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(EVT-ICP-AES)等均不能直接區(qū)分金屬離子的形態(tài)。為此,有必要利用不同形態(tài)的金屬離子與螯合劑反應(yīng)條件或萃取條件的不同,實(shí)現(xiàn)分步萃取分離,即所謂的順序濁點(diǎn)萃取。順序濁點(diǎn)萃取分析常采用以下3種方式:①先不經(jīng)預(yù)富集直接測(cè)定金屬離子各種形態(tài)的總量,然后選擇性濁點(diǎn)萃取其中一種形態(tài)進(jìn)行測(cè)定,通過(guò)差減法計(jì)算出另一種形態(tài)的含量;②將樣品中不同形態(tài)(價(jià)態(tài))的組分氧化或還原成能被萃取的同一種形態(tài),經(jīng)濁點(diǎn)萃取后測(cè)得總量,然后選擇性地萃取其中某一組分,再用差減法計(jì)算另一形態(tài)組分;③采用不同螯合劑或萃取步驟,分別選擇性萃取不同形態(tài)組分,并進(jìn)行單獨(dú)測(cè)定。采用上述順序濁點(diǎn)萃取測(cè)定不同形態(tài)的金屬離子,前處理操作相對(duì)簡(jiǎn)便,不涉及色譜分離技術(shù),易于實(shí)現(xiàn)。但也存在不足之處,如差減法可能會(huì)由于不同形態(tài)含量差別過(guò)大導(dǎo)致計(jì)算誤差。另外,方法比較適用于兩種不同價(jià)態(tài)金屬離子且易于通過(guò)氧化或還原進(jìn)行價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)換的體系,諸如鉻(Ⅵ)/鉻(Ⅲ)、錫(Ⅵ)/錫(Ⅱ)、銻(Ⅴ)/銻(Ⅲ)等相對(duì)比較簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)金屬離子形態(tài)分析。1.1濁點(diǎn)萃取的檢測(cè)鉻是自然界廣泛存在且與人類日常生活密切相關(guān)的金屬元素,它在自然環(huán)境中不同的存在方式對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來(lái)不同的作用。因此,倍受廣大分析化學(xué)工作者的關(guān)注。濁點(diǎn)萃取進(jìn)行鉻形態(tài)分析時(shí),一般都是采用順序濁點(diǎn)萃取,即以一定的螯合劑和表面活性劑體系選擇性萃取某一形態(tài),然后將另一形態(tài)氧化或還原后再濁點(diǎn)萃取以測(cè)得總值,二者之差即是另一形態(tài)的分量,通過(guò)采用不同螯合劑或控制介質(zhì)條件對(duì)不同形態(tài)進(jìn)行分步萃取和測(cè)定。也有報(bào)道直接以較靈敏的檢測(cè)手段測(cè)定鉻的總值,但這一方式對(duì)于總鉻來(lái)說(shuō)沒(méi)有起到富集的作用。表1列舉了近幾年來(lái)濁點(diǎn)萃取應(yīng)用于鉻形態(tài)分析的報(bào)道。1.2錫形態(tài)分離因子的檢測(cè)Zhu等以1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)為螯合劑,TritonX-100和十二烷基磺酸鈉(SDS)混合表面活性劑體系濁點(diǎn)萃取錫(Ⅵ),將錫(Ⅱ)留在溶液中,濃縮相經(jīng)2.0mol·L-1硝酸溶液稀釋后用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定,從而達(dá)到錫形態(tài)分離的目標(biāo)。錫(Ⅵ)的檢出限可達(dá)0.51μg·L-1,富集因子可達(dá)50。錫(Ⅱ)的量以總錫量與錫(Ⅵ)的差值計(jì)算,但文獻(xiàn)中未指明總錫量的測(cè)定步驟。Gholivand等則利用α-多金屬氧酸鹽在pH1.2時(shí)僅與錫(Ⅱ)螯合,而在pH3.6時(shí)與兩種形態(tài)同時(shí)反應(yīng)的特點(diǎn),通過(guò)控制酸度分別對(duì)總錫量和錫(Ⅱ)萃取富集,用火焰原子吸收光譜法測(cè)定,富集因子可達(dá)100,錫(Ⅱ)、錫(Ⅵ)的檢出限分別為8.4,12.6μg·L-1,方法應(yīng)用于合金、果汁及廢水樣中錫形態(tài)的測(cè)定。1.3銻的測(cè)定Fan采用N-苯甲?；诫芎蚑ritonX-114體系萃取銻(Ⅲ),用L-半胱氨酸還原銻(Ⅴ)以萃取總銻,濃縮相經(jīng)甲醇稀釋后FAAS測(cè)定,差減法計(jì)算銻(Ⅴ)的量。Li等利用APDC與銻(Ⅲ)的螯合反應(yīng)濁點(diǎn)萃取銻(Ⅲ),析相后,不經(jīng)離心分離,萃取混合液經(jīng)棉花填充的小柱吸附表面活性劑濃縮相后,再以100μL乙腈洗脫,洗脫液用ETV-ICP-AES測(cè)定。然后以L-半胱氨酸還原測(cè)定總銻,再以差減法計(jì)算銻(Ⅴ)的量,方法的靈敏度更高。Souza等利用二乙基二硫代磷酸(DDTP)在酸性介質(zhì)中選擇性萃取銻(Ⅲ)實(shí)現(xiàn)形態(tài)分析,用GFAAS測(cè)定,檢出限達(dá)0.08μg·L-1,方法成功應(yīng)用于水樣和血漿中銻(Ⅲ)和銻(Ⅴ)的測(cè)定。Jiang等利用在pH4.5～7時(shí)APDC對(duì)銻(Ⅲ)的選擇性萃取達(dá)到與銻(Ⅴ)分離的目的。同樣采用L-半胱氨酸還原銻(Ⅴ)測(cè)定銻的總量,用ETV-AAS測(cè)定,銻(Ⅲ)的檢出限達(dá)0.02μg·L-1。方法成功應(yīng)用于食品接觸材料浸出液中銻形態(tài)的測(cè)定。Li等采用二乙基二硫代氨基甲酸鈉(DDTC)和TritonX-114濁點(diǎn)萃取,利用pH6時(shí)硒(Ⅵ)和銻(Ⅲ)與DDTC形成疏水性螯合物進(jìn)入TritonX-114濃縮相中,硒(Ⅵ)和銻(Ⅴ)留在水溶液相中,采用ETV-ICP-MS法測(cè)定硒(Ⅵ)和銻(Ⅲ)。樣品溶液以L-半胱氨酸還原硒(Ⅵ)和銻(Ⅴ)至硒(Ⅵ)和銻(Ⅲ),然后同上方法濁點(diǎn)萃取測(cè)定總硒和總銻,以差減法計(jì)算硒(Ⅵ)和銻(Ⅴ)的結(jié)果。1.4濁點(diǎn)萃取法檢測(cè)鐵形態(tài)Paleologos等利用TritonX-100和TritonX-45混合表面活性劑濁點(diǎn)萃取葡萄酒中與丹寧絡(luò)合的鐵及其它水不溶鐵,上層的游離鐵以APDC進(jìn)行螯合后濁點(diǎn)萃取,濃縮相以FAAS檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了葡萄酒中不同形態(tài)鐵的測(cè)定。該研究組還將流動(dòng)注射分析-光度法和FAAS結(jié)合開(kāi)展鐵形態(tài)的研究,以APDC同時(shí)螯合濁點(diǎn)萃取鐵(Ⅲ)和鐵(Ⅱ),并以FAAS測(cè)定兩種形態(tài)的總量,然后以流動(dòng)注射分析-光度法測(cè)定鐵(Ⅱ),總量減去鐵(Ⅲ)即為鐵(Ⅱ)的值。這一方法避免了其它類似分步形態(tài)分析方法需對(duì)某一形態(tài)進(jìn)行氧化或還原的步驟,同時(shí)因?yàn)椴捎昧肆鲃?dòng)注射分析技術(shù),方法相對(duì)簡(jiǎn)便快速,該法成功應(yīng)用于環(huán)境水樣中鐵形態(tài)的測(cè)定。1.5濁點(diǎn)萃取法檢測(cè)甲基汞Li等基于Hg2+與I-形成的HgI42-能與甲基綠絡(luò)合生成憎水性的離子締合物,經(jīng)濁點(diǎn)萃取后與含有甲基汞的上層清液分離,用ICP-AES測(cè)定無(wú)機(jī)汞。上層清液中的甲基汞與APDC螯合后濁點(diǎn)萃取再測(cè)定甲基汞,從而實(shí)現(xiàn)汞形態(tài)的分離檢測(cè)。Meeravali等利用鉈(Ⅲ)-二亞乙基三胺五乙酸(DTPA)螯合物和SDS/TritonX-114混合表面活性劑體系濁點(diǎn)萃取鉈(Ⅲ),濃縮相以ICP-MS檢測(cè)鉈(Ⅲ)量。上層清液中的鉈(Ⅰ)經(jīng)溴水氧化后按相同方式濁點(diǎn)萃取、測(cè)定,實(shí)現(xiàn)鉈形態(tài)的分析,濃縮因子和檢出限分別可達(dá)125,0.02μg·L-1。肖宇等建立了非螯合物濁點(diǎn)萃取-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定水樣中痕量鉈(Ⅲ)的方法,檢出限達(dá)0.018μg·L-1。2降反相分離和紫外檢測(cè)當(dāng)金屬離子存在多種形態(tài)時(shí),采用順序濁點(diǎn)萃取會(huì)因繁瑣的分步萃取分離富集而導(dǎo)致形態(tài)的變化、損失,或者因各形態(tài)組分含量差別過(guò)大而造成計(jì)算結(jié)果偏差。因此,采用廣譜的螯合劑將各種形態(tài)同時(shí)進(jìn)行預(yù)富集,采用色譜或電泳等技術(shù)進(jìn)行分離后,再以一定的方法檢測(cè),是更為理想的方法。因黏度較大的表面活性劑濃縮相不適合在毛細(xì)管通道中直接進(jìn)行遷移分離,且因大量的表面活性劑和螯合劑的存在可能干擾紫外檢測(cè),故在采用毛細(xì)管電泳分離時(shí)需要將表面活性劑濃縮相中的待測(cè)物反萃取到介質(zhì)簡(jiǎn)單的水溶液相,再用毛細(xì)管電泳分離較為合適。由于濁點(diǎn)萃取后的濃縮相不易氣化,不適合于采用氣相色譜法進(jìn)行分離。高效液相色譜不需要將待測(cè)組分衍生為易揮發(fā)性物質(zhì)、流動(dòng)相選擇方便且容易與不同檢測(cè)器進(jìn)行連接,因此,迄今為止,高效液相色譜法(HPLC)與濁點(diǎn)萃取聯(lián)用的報(bào)道最多。Tang等報(bào)道了以DDTC為螯合劑,TritonX-114作為表面活性劑同時(shí)濁點(diǎn)萃取鉻(Ⅵ)和鉻(Ⅲ),以含0.05mol·L-1乙酸鈉-乙酸的甲醇-水-乙腈(65+21+14)溶液作為流動(dòng)相,用反相C18柱進(jìn)行分離,以二極管陣列檢測(cè)器(PAD)在波長(zhǎng)254nm處檢測(cè),鉻(Ⅵ)和鉻(Ⅲ)的檢出限分別為5.2,3.4μg·L-1。同樣,Wang等以1-(2-噻唑偶氮)-2-萘酚(TAN)為螯合劑,TritonX-114作為表面活性劑同時(shí)濁點(diǎn)萃取鉻(Ⅵ)和鉻(Ⅲ),以甲醇-水(69+31)溶液作為流動(dòng)相,反相C18柱進(jìn)行分離,紫外光譜檢測(cè)器檢測(cè),鉻(Ⅵ)和鉻(Ⅲ)的檢出限分別為3.5,7.5μg·L-1。這兩種方法均成功將鉻形態(tài)的濁點(diǎn)萃取富集手段應(yīng)用到HPLC的分離,但由于紫外光譜檢測(cè)器靈敏度的限制,方法的檢出限達(dá)不到原子光譜法的水平。Yu以APDC為螯合劑,TritonX-114作為表面活性劑同時(shí)濁點(diǎn)萃取汞(Ⅱ)、甲基汞(MeHg)、乙基汞(EtHg)和苯基汞(PhHg)等4種形態(tài)的汞,以含200mmol·L-1乙酸的甲醇-水-腈(65+15+20)溶液作為流動(dòng)相,用反相C18柱在18min內(nèi)實(shí)現(xiàn)4種形態(tài)的基線分離。在鹽酸和過(guò)硫酸鉀存在下,色譜柱流出液經(jīng)氧化后引入氫化物發(fā)生-原子熒光光譜儀檢測(cè)。MeHg、EtHg、PhHg和汞(Ⅱ)的富集因子分別為29,43,80,98,檢出限在2～9ng·L-1之間[以汞(Ⅱ)計(jì)]。方法成功應(yīng)用于實(shí)際魚(yú)樣中汞形態(tài)的測(cè)定。該研究將濁點(diǎn)萃取便捷、環(huán)保、抗干擾的優(yōu)點(diǎn)與HPLC高效分離及AFS高靈敏度檢測(cè)有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)4種汞形態(tài)的痕量檢測(cè),思路新穎。Yin以PAN為螯合劑,TritonX-114為表面活性劑同時(shí)濁點(diǎn)萃取MeHg、EtHg、PhHg和汞(Ⅱ)等4種形態(tài)的汞,然后以L-半胱氨酸溶液反萃取得到4種形態(tài)汞的L-半胱氨酸螯合物,引入毛細(xì)管電泳進(jìn)行分離,紫外檢測(cè)。對(duì)10mL樣品中MeHg、EtHg、PhHg和汞(Ⅱ)等4種形態(tài)汞的濃縮倍率可達(dá)17,15,45,52;檢出限依次為45.2,47.5,4.1,10.0μg·L-1。采用該技術(shù)可消除因表面活性劑濃縮相憎水成分高對(duì)毛細(xì)管電泳分離檢測(cè)穩(wěn)定性的影響。但因毛細(xì)管電泳紫外檢測(cè)靈敏度低,這一方法的檢出限相對(duì)較高。ICP-MS具有靈敏度高、線性范圍寬、檢測(cè)速度快等突出優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)與HPLC的聯(lián)用是金屬離子形態(tài)分析最為有效和靈敏的方法之一。本工作組采用DDTC作為螯合劑濁點(diǎn)萃取汞(Ⅱ)、MeHg和PhHg等3種形態(tài)的汞,以HPLC-ICP-MS進(jìn)行檢測(cè),檢出限達(dá)6～13ng·L-1[以汞(Ⅱ)計(jì)],方法成功應(yīng)用于環(huán)境水樣及生物樣品中上述3種形態(tài)汞的測(cè)定。但研究發(fā)現(xiàn)EtHg在常規(guī)濁點(diǎn)萃取過(guò)程中存在一定程度的分解,分解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為更為穩(wěn)定的Hg(DDTC)2而引起對(duì)汞(Ⅱ)測(cè)定的正干擾。為此,在檢測(cè)實(shí)際樣品中不