生物样品灰化装置的研发及其在原子光谱分析中的应用

发布时间：2020-07-28 08:45

【摘要】：原子光谱是应用最为广泛的元素分析方法。然而,由于样品前处理仪器与方法的局限性,一定程度上制约了其应用范围。本论文设计并负责搭建了小型手动生物样品灰化装置,建立了基于手动样品灰化技术的电感耦合等离子体光谱和质谱分析植物样品中多元素的新方法和石墨炉原子吸收光谱分析明胶胶囊中铬的新方法;在此基础上,进一步设计并负责搭建了全自动生物样品灰化装置,建立了基于全自动样品灰化技术的电感耦合等离子体光谱和质谱分析生物样品中多元素的新方法、冷阱捕集电感耦合等离子体质谱分析植物中砷、镉和铅的新方法;同时,针对传统灰化法及两种新装置对硒元素回收率均较差的问题,发现了硝酸钯作为新型硒灰化助剂能有效提高硒在灰化前处理中的回收率,并将其用于植物中硒的电感耦合等离子体质谱分析新方法的研究。该研究为原子光谱样品前处理提供了新技术、新方法,对于拓展原子光谱的应用范围有一定意义。全文共分四章,作者的主要贡献如下:1.小型手动生物样品灰化装置的研发及其应用基础研究采用聚焦红外辐射加热技术、流通式样管、多通道气体均分技术以及半密封的小容积加热腔体,设计并负责搭建了小型手动生物样品灰化装置,研究了该装置基本性能、样品灰化前处理条件与回收率之间的关系,并将其与电感耦合等离子体光谱和质谱以及石墨炉原子吸收光谱相结合,建立了检测植物样品中多种元素和明胶胶囊中铬的新方法。研究表明,该装置升温快速,在1 min内就能从室温加热至800?C;一次能够同时完成12个样品的灰化,且各个样品的灰化效果一致;装置体积小,其体积仅为普通实验室马弗炉的五分之一;在基于电感耦合等离子体光谱和质谱检测植物样品中36个元素的分析中,灰化在40 min内即能完成,方法检出限均在ng g~(-1)级,回收率在80%到115%之间,五次重复测定的相对标准偏差低于6%;在基于石墨炉原子吸收光谱测定明胶胶囊中铬的分析中,15 min即能完成整个灰化过程,方法检出限为0.02μg·g~(-1),对于两种明胶标准物质中铬的回收率分别为98%和103%。与传统的马弗炉灰化相比,该新型灰化装置体积更小,能效和灰化前处理效率更高;所建立的新分析方法具有快速、准确,能满足日常样品分析要求。2.全自动生物样品灰化装置的研发及其应用基础研究集样品的灰化、灰分的溶解、溶液的定容和均质为一体,采用聚焦红外辐射加热以及自主设计的双层样管和捕集冷阱,设计并负责搭建了全自动生物样品灰化装置。研究了该装置基本性能以及样品灰化前处理条件,并将其与电感耦合等离子体光谱和质谱相结合,建立了检测生物样品中多种元素的新方法。研究表明,该装置能够自动完成从样品碳化和灰化、元素捕集、灰分溶解到溶液的均质等整个灰化前处理过程;利用活性氧辅助,加速了样品低温碳化;样管采用双层管设计,降低污染风险;冷阱捕集技术提高挥发性元素回收率;该装置单次能同时处理12个样品,灰化效果一致;在基于电感耦合等离子体光谱和质谱测定生物样品中38种元素的分析过程中,灰化在40 min内即能完成;对8个生物标准物质进行测定,除个别结果外,测定值与参考值之间的相对偏差小于30%,5次重复测定的相对标准偏差低于15%;在基于冷阱捕集电感耦合等离子体质谱测定植物中砷、铅、镉的分析过程中,测定3种植物标准物质中3种元素的回收率在90%到107%之间,3次重复测定的相对标准偏差低于8%。该装置克服了小型手动生物样品灰化装置的缺点,能用于处理挥发性和非挥发性元素、实现了灰化前处理过程的全程自动化,并在样品处理效率大幅提高的同时可避免人工误差,使建立的新分析方法快速、高效、准确、自动化程度高。3.灰化助剂的研究及应用针对传统灰化法和两种新灰化装置对硒回收率均差的问题,研究了原子吸收基体改进剂作为灰化助剂对硒的捕集效果,建立了硝酸钯辅助、全自动样品灰化-电感耦合等离子体质谱法检测植物中硒的新方法。研究表明,硝酸镁、硝酸铑及硝酸镍对硒的捕集不超过50%,而硝酸钯作为灰化助剂,在优化条件下能够完全捕集硒;以硝酸钯为灰化助剂,建立的测定植物中硒的新方法的方法检出限为0.021?g g~(-1),对6种植物标准物质测定硒回收率在98%到107%之间,5次测定的相对标准偏差小于7%。与传统方法相比较,该法具有测定快速、准确的优点。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1
【图文】：

马弗炉,电热

[70]。这种具有相对简单结构的传统马弗炉（如图 1.1），是利用生的焦耳热，为设备提供持续热能[71]。高温合金和硅化合物通加热元件。镍铬合金和铝合金是两种常用的高温合金，最高加和 1250 C，而常用的硅化合物是碳化硅和二硅化钼，工作温0 C 和 1800 C。高温合金的耐腐蚀性差，特别是在含硫气氛它比硅化合物更耐机械损坏。通常，常规马弗炉的干灰化或氧坩埚中并通过热解除去有机物。典型的灰化温度为 450 至 550通常在低温下进行。此步骤主要是防止挥发性物质和易燃物质的温度急剧升高会导致：①样品中水分快速蒸发而引起样品飞脂肪的样品发泡膨胀溢出坩埚；③碳质和样品被泡沫和脂肪包发损失。元素的挥发损率取决于：①加热温度；②样本中元素化阶段的化学环境[72]。

马弗炉,微波,灰化

西北大学博士学位论文成功实现了工业沥青的前处理，并结合 ICP-OES 测定了 Ca、Fe、等[85]使用微波灰化结合 ICP-OES 分析了塑料中催化剂残留。Wa化原油，HCl 溶解残渣，结合 ICP-OES 测定了 Na、Mg、Ca、Fe元素。Kaya 等[94]报道了采用干灰化法、湿法消解和微波灰化对酸合 FAAS 测定了 Cu、Mn 和 Pb。Hinz[98]使用微波马弗炉对硫酸盐，效率高于传统方法。Zhang 等[97]使用微波马弗炉进行了植物样品植物样品与电热马弗炉比较两种灰化技术的效果，通过 ICP-OES定，发现微波灰化 40min 的效果与电热马弗炉灰化 4 h 的效果相当

氧瓶燃烧

第一章绪论后用于测定。氧瓶燃烧器皿主要为透明玻璃瓶（如图 1.3）。氧弹燃烧通常为不锈质（如图 1.4）。尽管这些系统操作简单，而且设备相对便宜，但一次只能处理一品。燃烧法的优点是使用高纯氧气，样品受到外源性污染的几率小。此外，有机可在几分钟内分解彻底[104]。

【参考文献】