離子色譜的幾個(gè)熱門(mén)應用

1．溴酸鹽

1．1飲用水中的溴酸鹽
         2005年2月5日中華人民共和國建設部公告第311號，發(fā)布行業(yè)產(chǎn)品標準《城市供水水質(zhì)標準》CJ/T206-2005，規定城市供水中溴酸鹽的含量不得超過(guò)10μg/L，自2005年6月1日起實(shí)施。
         目前，離子色譜法測定飲用水中溴酸鹽的方法主要采用三種不同的檢測器：抑制型電導檢測、柱后衍生光度檢測和質(zhì)譜檢測。柱后衍生檢測的靈敏度較高，但衍生裝置比較復雜，操作煩瑣，衍生條件難以控制，并且有些衍生試劑對人體有害，故相對限制了其應用。質(zhì)譜檢測具有較高的靈敏度和較好的選擇性，但儀器設備和運轉費用昂貴，難以普及。傳統的抑制型電導檢測以Na₂CO₃為淋洗液，因水負峰大而限制進(jìn)樣體積，從而限制了方法的相對靈敏度。樣品中碳酸根的峰在氯離子峰之前，干擾溴酸鹽的檢測。IonPac AS19分析柱是Dionex公司發(fā)展的用于檢測鹵素含氧酸鹽的一種新型的氫氧根選擇性離子交換柱。該柱容量高、親水性強，用KOH或NaOH為淋洗液，化學(xué)抑制產(chǎn)為是水，背景低、無(wú)水負峰、可大體積進(jìn)樣（1mL）。已成功應用用于自來(lái)水、瓶裝純凈水和瓶裝礦泉水中溴酸鹽的分析。某一瓶裝飲用水中溴酸鹽的分離及加標色譜圖如圖1（略）所示。目前，IonPac AS19分析柱分離溴酸鹽的方法已被用作我國疾病預防與控制系統（CDC）建立的飲用水中溴酸鹽分析的首選方法。
1．2面粉中的溴酸鹽
        我國《食品添加劑使用衛生標準》GB2760-1992規定，品質(zhì)改良劑溴酸鉀可用于面包、餅干，最大允許量為50 mg/kg，GB2760-1996規定則修訂為將面粉處理劑中溴酸鉀的最大使用量降為30 mg/kg，并在備注中規定“最終食品中不得檢出”。2005年6月20日，我國衛生部發(fā)布第9號公告，宣布自2005年7月1日起全面禁止使用溴酸鉀作為面粉處理劑�；�于飲用水中溴酸鹽的分析方法，幾個(gè)有關(guān)單位已合作建立了用離子色譜法測定面粉中溴酸鹽的方法，方法正在審批中。以IonPac AS19分析柱分離，KOH或NaOH為淋洗液，大體積進(jìn)樣，直接電導法檢測，該方法的檢測限為0.02 mg/kg。應用該方法測定了多種面粉中溴酸鹽的含量，發(fā)現高筋面粉和特級面粉中普遍含有溴酸鹽，而普通面粉和用小麥磨制的面粉中均不含有溴酸鹽。圖2是兩個(gè)不同的面粉中溴酸鹽的分離色譜圖（略）。

2．高氯酸鹽

        2002年，美國EPA規定兒童和成人飲用的飲用水中高氯酸鹽的含量分別不得高于0.3μg/L和1μg/L。然而，我國關(guān)于高氯酸鹽污染的研究?jì)H限于牟世芬等人開(kāi)展的少量研究工作，我國北京的少數自來(lái)水廠(chǎng)可檢測出較低濃度的高氯酸根。關(guān)于我國高氯酸鹽的整體污染狀況的研究基本上沒(méi)有開(kāi)展，也沒(méi)有任何標準限制飲用水中高氯酸鹽的最高允許濃度。
         高氯酸鹽的分析方法主要是離子色譜法。自1997開(kāi)始，分析工作者們相繼使用IonPac AS5、IonPac AS11和IonPac AS16色譜柱對高氯酸進(jìn)行了分離，電導法檢測。美國EPA關(guān)于飲用水測定的314.0號標準方法采用了IonPac AS16色譜柱。該方法可對2 ng/mL濃度以上飲用水和地下水中的高氯酸鹽進(jìn)行準確測定。隨著(zhù)高氯酸鹽環(huán)境問(wèn)題和分析方法研究的不斷深入，人們發(fā)現在使用IonPac AS16色譜柱和抑制電導法分析某些飲用水和環(huán)境樣品時(shí)，高氯酸的檢出存在假陽(yáng)性，究其原因，人們發(fā)現樣品中含有的對氯苯磺酸與高氯酸根共洗脫。為解決這一問(wèn)題，Dionex公司研究開(kāi)發(fā)了另一種高氯酸根分析專(zhuān)用柱IonPac AS20，該色譜柱在固定相的填料結構上進(jìn)行了改進(jìn)，極大的降低了固定相和分析對象之間的π-π相互作用，降低了固定相對對氯苯磺酸的吸附，使其保留時(shí)間提前，從而消除了對氯苯磺酸對高氯酸根測定的干擾。該方法已為美國EPA接受作為標準方法（US EPA mehod 314.1）。同時(shí)，為了更好地與質(zhì)譜檢測器聯(lián)用，Dionex公司還開(kāi)發(fā)了Dionex IonPac AS21色譜柱，該色譜柱可使用揮發(fā)性的甲基胺作淋洗液，因而可直接與質(zhì)譜檢測器聯(lián)用，提高測定的靈敏度。

3．砷化合物和硒化合物

        環(huán)境中元素對生態(tài)系統的毒性不僅與元素總量有關(guān)，還與元素存在的化學(xué)形態(tài)密切相關(guān)。例如，無(wú)機砷的毒性遠遠大于甲基砷，而砷甜菜堿、砷膽堿、砷糖和砷脂則毒性很小甚至沒(méi)有毒性。所以，元素的形態(tài)分析比元素的總量分析更有意義。大部分砷化合物和硒化合物都是離子型化合物，選擇合適的淋洗液，適當的調節溶液的pH值，目標化合物可以以陰離子或陽(yáng)離子形式存在。目前，砷化合物和硒化合物的分離方法主要是離子色譜法和反相離子對色譜法。其測定方法包括直接電導法、光度法、電化學(xué)法和元素檢測法等。除元素檢測法外，其他三種檢測方法選擇性差、只能測定某一種或幾種化合物，所以應用受到局限。元素特效檢測器，如原子吸收檢測器（AAS）、原子熒光檢測器（AFS）和電感耦合等離子體－質(zhì)譜檢測器（ICP-MS）等在砷和硒元素的測定中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。Agilent公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出商品化的色譜與電感耦合等離子體－質(zhì)譜聯(lián)用裝置用于元素的形態(tài)分析。
        目前戴安公司正與北京瑞利分析儀器有限公司合作開(kāi)發(fā)離子色譜儀與原子熒光光譜儀的聯(lián)用系統，旨在建立砷、硒、汞等氫化物發(fā)生元素的形態(tài)分析聯(lián)用裝置。此聯(lián)用裝置的關(guān)鍵部件有兩個(gè)，其一是兩個(gè)儀器的硬件連接，即接口部分，通過(guò)內徑較細的聚四氟乙烯管（PTFE）將兩個(gè)儀器結合在一起。接口部分采用紫外光照射來(lái)提高有機化合物向無(wú)機化合物的轉化率，并對消解部分進(jìn)行溫控，提高測定結果的重現性。其二，儀器的軟件控制。目前開(kāi)發(fā)的聯(lián)用裝置的軟件能夠控制原子熒光儀的各項參數，能記錄色譜分離的信息，并進(jìn)行準確的數據處理。離子色譜儀的淋洗液梯度和流速仍通過(guò)離子色譜儀的控制面板來(lái)設定和操作。此外，原子熒光的蠕動(dòng)泵流速應該與液相色譜泵的流速相匹配。此聯(lián)用裝置已用于砷化合物、硒化合物和汞化合物的形態(tài)分析，今后將推廣到硒、鍺、鉛等氫化物發(fā)生元素的形態(tài)分析中。
3．1 砷化合物
        砷是一種有毒元素。高劑量暴露和低劑量長(cháng)期暴露均會(huì )引起砷中毒。砷的毒性與砷的賦存形態(tài)密切相關(guān)，不同形態(tài)的砷毒性相差甚遠。無(wú)機砷，包括三價(jià)砷和五價(jià)砷，具有強烈毒性。甲基砷，如一甲基砷、二甲基砷，毒性較弱。而廣泛存在于水生生物體內的砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）、砷糖（AsS）和砷脂（AsL）等，則被認為毒性很低或是無(wú)毒。
        離子色譜與原子熒光聯(lián)用分析砷化合物的條件如下。分離部分包括GS50四元微孔梯度泵（Dionex）和IonPac AS16分析柱（2×250mm）及IonPac AG16保護柱（2×50mm），以NaOH溶液進(jìn)行梯度淋洗，流速為0.25 mL/min，進(jìn)樣體積為25μL。AF-610D原子熒光光譜儀（北京瑞利分析儀器公司），高強度As空心陰極燈的燈電流為60 mA，負高壓為270 V，氬氣流速為550 mL/min。原子熒光的蠕動(dòng)泵將10 %(v/v) HCl和4%(m/v)KBH4/0.5%(m/v) KOH溶液泵入，流速分別為2.0 mL/min和2.5 mL/min。150μg/L的四種砷化合物在離子色譜與原子熒光聯(lián)用系統的色譜分離圖如下圖所示。

3．2 硒化合物
         硒是人和動(dòng)物所必需的營(yíng)養元素，被WHO列為人和動(dòng)物所必需的14種微量元素之一，對于腫瘤及癌細胞具有促進(jìn)分化、抑制分裂的雙向調節作用。自然界中的硒以四種氧化態(tài)存在，－2（硒化物）、0（元素硒）、＋4和＋6。在環(huán)境樣品如水和沉積物中，硒主要以亞硒酸鹽（SeO₃^2-，Se(IV)）、硒酸鹽（SeO42-，Se(VI)）、三甲基硒、二甲基二硒等形式存在；環(huán)境中的微生物和植物可以將無(wú)機硒通過(guò)生物甲基化過(guò)程轉化為有機硒化合物；動(dòng)物體內的有機硒化合物通常和生物體內的氨基酸、蛋白質(zhì)和糖結合成為硒代胱氨酸（SeCys）、硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代脲氨酸、硒蛋白、硒多糖等。這些不同形態(tài)的硒化合物的營(yíng)養學(xué)性質(zhì)和毒理學(xué)性質(zhì)相差很大。人體內硒貧乏或過(guò)量的界限是相當小的，文獻報道，在正常情況下每千克體重含硒量應該在0.1～0.3mg范圍內，而且導致有機體中毒的劑量及其生物藥效性很大程度上取決于硒元素的賦存形態(tài)。例如，六價(jià)硒酸過(guò)量會(huì )導致有機生物體的中毒反應，而有機的硒代胱氨酸則有延緩衰老的功效。
         離子色譜與原子熒光聯(lián)用分析硒化合物的條件如下。分離部分包括GS50四元微孔梯度泵（Dionex）和AminoPac PA10分析柱（2×250mm），以H₂O、NaOH和NaAc梯度淋洗液，流速為0.25 mL/min，進(jìn)樣體積為250 μL。AF-610D原子熒光光譜儀（北京瑞利分析儀器公司），高強度Se空心陰極燈的燈電流為110 mA，負高壓為300 V，氬氣流速為800 mL/min。原子熒光的蠕動(dòng)泵將6M HCl和1.5%(m/v)KBH4/0.2%(m/v) KOH溶液泵入，流速分別為2.0 mL/min和2.5 mL/min。離子色譜儀與原光子熒光儀的接口通過(guò)PTFE管（5m×0.5mm）相連，并用15W紫外燈照射，促進(jìn)6M HCl將有機硒化合物還原為Se(IV)。100μg/L的五種硒化合物在離子色譜與原子熒光聯(lián)用系統的色譜分離圖如圖4所示(略)。Se(VI)在本試驗條件下未能被檢測，其出峰順序在SeCys之后。水份儀| 氣體檢測儀| 氣體分析儀| 一氧化碳檢測器| 燃燒氣體檢測儀| 泄露氣體檢測儀| 毒性氣體| 氧氣檢測| VOC檢測儀| 煙氣分析儀| 臭氧檢測儀| 折射計|