介质阻挡放电气相富集砷技术研究及其在农产品检测的应用

发布时间：2020-07-28 10:12

【摘要】：砷(As)是自然界中广泛存在的一种元素,无机砷已被世界卫生组织(WHO)列为IA类致癌物。在农产品中As的含量一般为μg/kg级,这就对As的分析仪器提出了更高要求。原子荧光光谱仪(AFS)是我国具有自主知识产权的原子光谱仪器,具有较好的分析灵敏度和抗干扰能力。但是与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)相比,其分析灵敏度依然有不小的差距,特别针对一些低As含量样品时,其检出能力就显得捉襟见肘。石英管、石墨炉、钨丝等装置是一类常用于提高原子光谱灵敏度的气相富集技术(GPE),但受限于加热装置和高温过程,装置难以小型化,且能耗大。而常温常压的介质阻挡放电(DBD)技术可以有效解决上述问题。本论文首次将DBD用于As的气相富集,构建了非原位氢化物发生-介质阻挡放电-原子荧光光谱仪(HG-DBD-AFS),并开展了DBD富集系统的机理研究,在此基础上又构建了原位HG-DBD-AFS系统,进一步提高了仪器的绝对灵敏度,并利用两套富集系统分别建立了农产品中痕量As的检测方法。1.构建了非原位HG-DBD-AFS仪器系统,建立了农产品中痕量As的检测方法。利用同轴型DBD放电装置,与HG进样系统和AFS检测器联用,构建非原位HG-DBD-AFS系统。利用该系统,对富集过程中气氛组成与流速、放电电压、吹扫时间等进行优化,最优条件为:捕获过程,O_2流速40mL/min,捕获电压9.2kV;释放前,Ar吹扫180s除去干扰物质;释放过程,H_2流速200mL/min,释放电压9.8kV。在优化条件下,非原位HG-DBD-AFS对As的检出限(LOD)为1.0ng/L(进样量为20mL),线性范围0.1~5μg/L,回归系数(R~2)0.995,富集倍数为8。建立了样品中痕量As的方法,水中痕量As的定量限(LOQ)为3.3ng/L,加标回收率为98%~103%,典型农产品样品多次测定的RSD为1.4%~3.6%(n=7),检测结果与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)无显著性差异(p0.05)。结果说明该方法可以用于农产品中痕量As的检测研究。2.研究了非原位DBD富集系统的工作机理,为进一步改良DBD装置提供了理论基础。利用原位光纤光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)等手段,对DBD富集过程中As的形态变化以及捕获/释放后As的空间分布情况进行了研究。初步得到了一些DBD富集机理结果:在氧气中捕获在石英表面的As应该是氧化态,切换到氢气中后砷可以原子态被释放,传输时可能以一种稳定的形态(很有可能是原子簇)被送入检测器;捕获后放电区管壁上的As浓度最高,表明As易于富集在放电能量高的区域;释放后放电区后端As有残留,造成了一定的分析灵敏度损失。因此,可以进一步改进DBD装置,以提高仪器的灵敏度。3.改进了DBD装置,构建了原位DBD富集系统,建立了农产品中痕量As的分析方法。根据上述研究结果,将DBD放电区后端去除制作成原位DBD富集装置,并对系统气氛条件进行优化。最优条件为:载气为流速600/200mL/min的Ar/H_2混合气体。捕获过程,空气流速50mL/min,捕获电压9.2kV;释放前,载气吹扫180s除去干扰物质;释放过程,H_2流速200mL/min,释放电压9.8kV。优化条件下,原位富集系统As的绝对检出限(LOD)可降低到2.8pg(进样量为2mL),线性范围0.1~8μg/L,线性回归系数(R_2)0.999,增敏倍数为7。并基于该技术建立了样品中痕量As的方法,水中痕量As的LOQ为9.2pg,加标回收率为100%~106%,典型农产品样品多次测定的RSD为3.2%~6.1%(n=7),检测结果与ICP-MS法无显著性差异(p0.05),表明构建的DBD预富集技术和建立的原位HG-DBD-AFS方法可以用于农产品中痕量As的测定。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O652.6;TS207.3
【图文】：

石英缝管

石英缝管装置示意图

装置设计,石英,富集

T型石英富集装置设计图

钨丝捕获Te的装置示意图

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