文档介绍：元素的形态分析
一、前言
1、形态及形态分析的定义
2、形态分析的重要性和必要性
3、形态分析的特点及要求
4、元素的毒性与生物可给(可利用)性
5、形态分析中的分离与检测技术
二、形态分析中的试样前处理
1、概述
2、试样的采集及储存
3、试样的前处理技术
4、形态分析中的标准参考物质
三、GC/SFE与原子光谱/质谱联用技术及元素形态分析
四、HPLC与原子光谱/质谱联用技术及元素形态分析
五、毛细管电泳(CE)与原子光谱/质谱联用技术及元素形态分析
六、非色谱分离技术在元素形态分析中的应用
七、环境水样中痕量元素的形态分布
八、土壤、沉积物和大气颗粒物中痕量元素的形态分析
一、前言
1、形态及形态分析的定义
概念:元素的化学形态(Chemical Species)、物理形态(Physical Species )及形态分析(Speciation Analysis)、分级分析(Fractionation),其定义为:
★化学形态(Chemical Species):某一元素在真实试样中可能存在的的特定状态或结构。
★物理形态(Physical Species ):某一元素在环境中存在的物理状态(固、液、气及大小(粒度)、吸附行为等)。
★形态分析(Speciation Analysis):是指某一待测物(元素)在真实试样中的原子和分子状态获得证实的过程。也可表述为:表征和测定某个元素在生物样品或环境中存在的不同化学形态和物理形态的过程。
★分级分析(Fractionation):指根据其物理性质(如颗粒大小、溶解度)或化学性质(如键和、反应活性)进行分级的过程。
该法常用在土壤和沉积物的物理形态分析中,也用于水和大气颗粒物的物理形态分析中。在土壤和沉积物中元素可以:
(1)存在于颗粒物表面的离子交换位;
(2)吸附在颗粒物表面;
(3)以沉淀物形式存在;
(4)以共沉淀形式存在,特别是与无定形铁和锰氧化物的形式存在;
(5)与有机分子形成配合物;
(6)形成被包裹态;
(7)进入矿物的晶格。
分级分析(提取或萃取)(物理形态分析)的代表性实验操作定义或方法:
Tessier法( Tessier etal.,Anal. Chem. 1979, 51:844)
按照该方法,沉积物或土壤中金属元素的形态分析可以分为:①可交换态;②碳酸盐结合态;③铁-锰氧化物结合态;④有机物结合态;⑤残渣态。
BCR法(Quevauviller Ph etal.,Intern. J Environ. Anal. Chem., 1993, 51:231)
即1992年欧共体(现欧盟)标准物质局(munity Bureau of Reference,BCR)组织35个欧洲实验室致力于土壤和沉积物中金属元素的物理形态分析方法的研究。他们提出了三步提取法(BCR法),及: ①水溶态、交换态及碳酸盐结合态; ②铁锰氧化物结合态; ③有机物及硫化物结合态。
土壤、沉积物及大气和水中的颗粒物用分级萃取分离以后,再进行不同级分中痕量元素的分析。
从不同的化学过程与生化过程的角度考虑,这种形态分析是极其重要的。
①可交换态:土壤或沉积物中的主体物质,如黏土矿物、铁锰氢氧化物及腐殖质等对痕量金属元素产生吸附,而这种吸附会随着土壤及沉积物中水环境变化,其中中离子的构成和强度等而改变,即产生新的脱附-吸附现象。
②碳酸盐结合态:有关研究显示,土壤和沉积物中痕量金属元素的浓度与其中的碳酸盐密切相关,且这一部分易受pH的影响。
③铁-锰氧化物结合态:众所周知,作为黏结物,铁及锰的氧化物存在于颗粒物之间,或成为颗粒物的膜,这些氧化物是痕量金属元素非常好的清除剂,且在缺氧条件下(低的氧化还原电位)热不稳定。
④有机物结合态:痕量金属可能被吸附或键合到生物体、生物体的碎屑、或有机物在矿物颗粒的膜上,以及是天然有机物(腐殖酸和富里酸)的络合性和胶溶性,还有某些生物体对特定痕量金属元素的富集现象。在氧化或某些条件下,这些生物体(有机物)会降解,导致金属元素的释放。
⑤残渣态:除去以上四部分,样品中的剩余固体部分主要为矿物或次生矿物,金属元素存在于它们的晶格结构中,这些金属元素在天然环境条件下是不会自动释放出来的。
表1 Tessier分级萃取方法(1g土壤)
步骤
元素
分级
试剂
体积
(ml)
温度(℃)
萃取时间
1
可交
换态
1mol/L CH3COONa(pH )
8
室温
搅拌1h
2
碳酸盐态
1mol/L CH3COONa,用醋酸调pH=
8
室温
搅拌,到完全萃取
3
Fe-Mn氧化物结合态
NH2OH·HCl(25%的HOAc(V/V)中)
20
96±