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本文提出了以编结反应器(KR)为吸附介质的流动注射(FI)空气混合吸附预富集/不等流速络合法/吸力洗脱法与火焰原子吸收光谱(FAAS)联用的新技术,并将其应用于多种环境水样中(超)痕量金属及其形态的测定。本研究分为四部分:
第一部分简单介绍流动注射分析(FIA)的发展历史及其在分析化学中的地位,FIA的特点和基本原理,区带分散的影响因素及其作用规律。深入系统地总结了以KR为吸附介质的FI在线预富集分离与原子光(质)谱联用技术及其在环境和生物样品中(超)痕量元素(形态)分析中的应用的研究现状,并讨论了现有KR体系的优缺点及今后发展方向。
第二部分包括第二章到第四章:主要介绍FI—KR—FAAS新方法的研究:空气混合吸附预富集、不等流速络合法、吸力洗脱法。由于KR吸附力较弱,有机金属络合物在KR内壁上的吸附效率较低,虽然增加富集时间可以适当提高检测灵敏度,但范围有限。严秀平等人提出了MSP预富集,即在进样量一定的条件下,将常规的一步连续进样富集等时间的分成若干步重复进样富集。虽然提高了吸附效果和浓集系数(EF),但是使得富集时间大大延长,这就大大降低了样品输出率。第二章提出了空气混合吸附预富集方法。空气混合吸附预富集是指在进样过程中混合空气,即由原先的样品和络合剂二股进样,改为络合剂,样品,空气三股进样,空气的引入,大大提高了吸附效果,提高了EF。将空气混合吸附预富集与FMS联用应用于水样中多种金属元素的测定,取得了满意的结果。通常FI—KR吸附预富集过程中,样品溶液和络合剂等流速进行络合,样品溶液和络合剂混合之后,流速大大增加,不利于金属络合物在KR内壁的吸附,影响了EF的提高。因此,本文在第三章提出了不等流速络合新技术。不等流速络合法是指将络合剂和样品溶液分别由二个蠕动泵来输送,通过降低络合剂流速,使得样品和络合剂混合之后的流速基本不变,流速的降低,非常有利于金属络合物在KR内壁的吸附。由于络合剂浓度远远大于样品溶液浓度,所以降低络合剂流速,不会造成样品溶液络合不完全。反而使得EF大大增加。将不等流速KR吸附预富集与FAAS联用应用于水样中多种金属元素的测定,取得了满意的结果。传统的FI—KR体系中,洗脱过程是靠蠕动泵的推力实现的,被洗脱的分析物分散严重,无法得到一个尖锐的原子吸收峰值,使EF降低。因此,本文在第四章提出了吸力沈脱法,以简便、经济的方法克服了常规KR沈脱体系的被分析物分散严重问题。并且深入研究了吸力洗脱法的机理。吸力洗脱法是指在洗脱时,依靠蠕动泵的吸力实现洗脱,而不是依靠蠕动泵的推力。将吸力沈脱法用于环境水样中多种金属元素的测定,取得了满意的结果。
第三部分包括第五章到第九章:主要做了FI—KR—FAAS体系新方法的联用研究。不同新方法的联用能够发挥各自方法单独使用时的优点,克服不足,具体为:第五章将FI—KR不等流速络合法和空气混合吸附预富集联用,用火焰原子吸收光谱仪作为检测器,成功测定了河水中痕量铅、镉、钴、锌、铜、镍元素。二种方法的结合极大地提高了金属元素络合物在KR内壁的吸附效果。第六章将FI—KR空气混合吸附预富集与吸力洗脱法联用,用火焰原子吸收光谱仪作为检测器,成功测定了井水中痕量铅、镉、钴、锌、铜、镍元素。空气混合吸附预富集提高了金属离子络合物在KR内壁的吸附效果,吸力洗脱法降低了被分析物在洗脱过程中在KR内的分散,二种方法相结合,大大降低了金属元素的检出限,提高了吸光度峰值,大大提高了EF。第七章将FI—KR不等流速络合法与吸力洗脱法联用,用火焰原子吸收光谱仪作为检测器,成功测定了水样中痕量铅、镉、钴、锌、铜、镍元素。不等流速络合法降低了金属离子和络合剂汇合之后在KR中的流速,较慢的流速使金属离子络合物更有利于吸附在KR内壁,同时,吸力洗脱法降低了被分析物在洗脱过程中在KR内的分散,二种方法相结合,大大降低了金属元素的检出限,提高了吸光度峰值,大大提高了EF。第八章将FI—KR不等流速络合法,空气混合吸附预富集,吸力沈脱法三种方法结合起来,用火焰原子吸收光谱仪作为检测器,成功测定了饮用水中的痕量铅、镉、钴、锌、铜、镍元素。三种方法结合,最大限度的提高了金属元素络合物在KR内壁的吸附效果,降低了被分析物在洗脱过程中的分散,使得金属元素的检出限大大降低,能够满足绝大部分样品中痕量元素的检测需求。元素形态分析在环境和生物分析中特别重要,因为元素的毒性、有益作用及其在生物体内的代谢行为在相当大的程度上取决于该元素在试样中存在的化学形态,也在一定程度上与相关形态物质的溶解性和挥发性有关。铁是环境和生物体系中最重要的元素之一。它的环境与生物效应取决于其存在的价态,溶解性以及络合物的形成程度。因此,准确测量水环境中铁的氧化/还原态是很有必要的。第九章采用FI—KR与火焰原子吸收联用测定了水样中三价铁和二价铁的含量。建立了一种快速、高效、准确、环保的FI与FAAS联用非完全分离测定水样中痕量Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)的新方法。通过Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)在经过FI预富集,火焰原子吸收检测之后,EF的差异,从而求出Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)各自的浓度,实现价态分析。此法用于山泉水中痕量三价铁和二价铁的测定,获得了满意的结果。
第四部分做了总结和展望:对现有成果做了分析总结,并且提出了下一步工作的建议。