无色散原子荧光分析法进展及在中药微量元素分析中的应用

氢化物发生—无色散原子荧光分析法进展及在中药微量元素分析中的应用摘要根据国内外文献，对氢化物发生—无色散原子荧光分析法的进展进行了评述，列举了该方法应用于中药中砷、汞、铅、镉、锑等微量元素分析的实例，并对HG—AFS分析法在中药分析中的应用前景进行了展望。关键词荧光光谱法重金属氢化物发生中药分析TheDevelopmentofHG-AFSandApplicationofMicroHeavyMetalsinChineseHerbalMedicineAbstract:ThisworkisananalysisofthedevelopmentofHG-AFS,listontheapplicationofmicroheavymetalinChineseherbalmedicinesuchasAS,Hg,Pb,CdandSbandsoon.Atlast,prospecttheapplicationofmicroheavymetalinChineseherbalmedicine.Keywords:fluorescencespectrummethod,heavymetal,thehydrogen,theChineseherbalmedicineanalysis1.氢化物发生—无色散原子荧光分析技术的发展概况1969年Holak创立了氢化物发生—原子光谱分析的联用技术。1974年Tsujii和Kuga[1]将氢化物发生进样技术与无色散原子荧光仪相结合，首次实现了氢化物发生—无色散原子荧光光谱（HG—AFS）分析，并应用于砷的测定。此后，国内外原子光谱分析工作者做了大量的研究工作，但是国内外在这项技术发展趋势方面略有不同。在国外的工作中，由于用碘化物无电极灯作光源而受到铋的严重光谱干扰。此外，由于Tsujii[1]所提出的体系是在酸性溶液中加入金属锌做还原剂来生成AsH3，反映速度慢，操作麻烦，后改用NaBH4做还原剂，并提出用氩氢小火焰来进行氢化物的原子化。这虽然大大降低了火焰噪声，提高了灵敏度，但还要通入一定量的氢气来维持小火焰，装置比较复杂，因此在20世纪80年代中期，这种很有生命力的分析技术几乎被扼杀，长期以来没有商品仪器问世。直到20世纪90年代初期才开始重新被重视。国外已有商品仪器问世，文献数量也开始回升。20世纪70年代末，我国原子光谱工作者就致力于HG—AFS分析技术的开发，针对HG—AFS分析技术中的主要问题进行了一系列工作，使这种技术取得了长足进展。郭小伟，杨密云等首先针对国外碘化物无极放电灯所产生严重的光谱干扰，研制成功溴化物无极放电灯能较好地克服了铋的光谱干扰[2]，与此同时，采用KBH4与酸反应产生的氢气来产生氩氢小火焰，大大简化了装置。此后，郭小伟，张锦茂等合作研制成功了双道蒸气发生—无色散原子荧光光谱仪[3]，可同时测定两个可形成蒸气发生的元素，并应用于砷，锑的测定。20世纪80年代中期，在全面研究了脉冲供电空心阴极灯特性的基础上，开始确立以空心阴极灯作为激光光源，从而使此项分析技术更为成熟。在随后的研究工作中，流动注射分析技术，连续流动（间歇进样）技术，原子化机理研究，低温原子化技术和自动进样器等相继得到开发[4]，在应用方面取得了很好的成绩。与HG—AFS分析技术发展密切相连的是商品仪器的发展。在20世纪90年代初，英国PAS公司推出了HG—AFS的商品仪器，但该产品可测元素仅为四种（As,Se,Te,Sb）,且仪器价格十分昂贵。在国内，先后有西安无线电八厂，浙江温州分析仪器厂，江苏宝应分析仪器厂，北京地质仪器厂等单位生产商品仪器，近几年，北京海光公司推出的XDY系列和AFS系列，及北京瑞利分析仪器公司生产的AF系列，在性能上有很大改善，可检测的元素已发展到11种（As,Sb,Bi,Hg,Se,Te,Pb,Sn,Ge,Zn,In,TI），已被国内外用户所接受。由于原子荧光光谱法本质上是一种发射光谱，如果提高激发光源的强度，它的测定灵敏度会有很大提高。西北有色地质研究所在无电极灯的研制方面做了大量工作，并进行商品生产。此后，电子工业部十二所做了大量系统工作[5]，研制成功专供原子荧光用的特种空心阴极灯，并在九十年代初通过部级鉴定，已投入批量生产。HG—AFS分析与氢化物一原子吸收法相比具有仪器结构简单、灵敏度高、气相干扰少，适合于多元素分析等优点，特别是对于As,Sb,Bi,Hg,Se,Te,Pb,Sn,Ge,Zn,In,TI等主要荧光谱线介于200～290nm之间的元素，正好是日盲光电倍增管灵敏度最好的波段，又由于这些元素可形成气态的氢化物，不但能与大量的基体分离，大大降低了基体干扰，而且气体进样方式，极大地提高了进样效率。氢化物原子荧光法与其它分析方法相比具有快速、简便、灵活等特点，目前被广泛应用到食品、卫生、商检、化工等各种生产、生活领域。因此，HG—AFS技术已经相当成熟。2.HG—AFS在中药微量元素分析中的应用2.1As中药中砷的存在形式不一，消解后生成5价砷，由于产生氢化物反应的是砷(Ⅲ)，所以，常用还原剂(5%硫脲和5%抗坏血酸)将砷(Ｖ)还原为砷(Ⅲ)。由于预还原速度受温度影响较大，在室温低于15℃时，至少放置30min。砷与硼氢化物反应介质以盐酸最佳，酸度范围9～10mol/L，pH=7，通常选5%或10%酸度，要特别注意，盐酸中常含有砷使空白值偏高，所以，必须使用优级纯的试剂。硼氢化物的浓度对测定结果有较大影响，一般要大于2%。HG-AFS法测中药中砷的干扰主要是强氧化剂，其他干扰是过渡金属或贵金属，以及络合物的影响，如Ｆ-。消除的方法主要通过加入硫脲和抗坏血酸，它不仅作为预还原剂，同时可消除铜、钴、镍等金属干扰；加硼酸可消除Ｆ-的干扰；杨莉丽[6]等，用氢化物发生—原子荧光光谱法测定人参、当归等中草药中的微量砷，方法简便，砷在0～100μg/L范围内线性良好,相关系数ｒ为0=9998；检出限为0.103μｇ/Ｌ，相对标准偏差(80ｎｇ/ｍｌ标准溶液)为1.9%，回收率89%～112%。杨莉丽[7]等，还用树脂分离—氢化物发生—原子荧光光谱法测定中草药中不同形态的砷，各形态砷在0～100μg/ｌ范围内线性良好，相关系数ｒ为0.9996，检出限为89.1ng/L，相对标准偏差(20ｎｇ/ｍl标准溶液)为1.4%，回收率91.1%～109.3%。崔洪友{25}等采用双道氢化物发生法测定中成药六味地黄丸和参芍药片中的砷、汞，结果表明该法具有较高的平行性、重现性和准确性，此法分析六味地黄丸的平行形相对误差分别为砷≤4.2%,Hg≤4.3,重现性相对误差分别为As≤2.6%,Hg≤27.8%,分析参药片的平行性相对误差相对误差分别为As≤6.6%,Hg≤15.8%,重现性相对误差分别为As≤13.2%,Hg≤11.4%，与茶树叶标准物的结果基本符合，其误差As≤0.6,Hg≤17.6%.林钰[26]等也采取了氢化物发生法测定中药中痕量砷，对国家标准物质验证结果与推荐至一致，在选定的工作参数下绘制标准曲线，其相关系数为0.9993，检出限为0.36μg/L，相对标准偏差为0.89%。王静兰等[8]研究了HNO3、H2SO4、HClO4对原子荧光光度法测定砷时的影响，结果发现，当浓度较高时，3种酸对砷的回收均有影响，其中H2SO4，的回收率最低，其次是HNO3、HClO4，建议降低溶液中酸的残留量，可消除对砷回收的影响。Ｌ-半胱氨酸作为氢化物原子荧光光谱法的新颖增效试剂，近年来引起国内外原子光谱工作者的重视[9]。申治国[10]以Ｌ-半胱氨酸代替硫脲-抗坏血酸为预还原剂,测定痕量砷,在0～10ng/ml范围内标准曲线线性良好，ｒ0.9993，最低检出限为0.049μg/L，对4μg/L砷(Ⅲ)测定的相对标准偏差为0.64%(ｎ=11),并得出1000倍铜(Ⅱ)、铁(Ⅲ)、钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)对4μｇ/Ｌ的砷测定无明显干扰。谢永臻等对此也做出了较细致的研究。[30]目前，应用HG-AFS法测定中药中砷的报告较多，方法简便、灵敏度和准确度很高，是HG-AFS法的应用于中药微量元素分析中最成熟的方法。2.2汞氢化物发生原子荧光法测定汞的反应介质为盐酸或硝酸介质，酸度范围0.1～6mol/L。汞(Ⅱ)溶液在溶液中很不稳定，容易还原为Hg+，也容易因为器皿和溶液中胶体杂质的吸附而损失，因此，汞标准溶液需加入适当的保护剂，各种保护剂的稳定性实验表明，用0.2ＭH2SO4+0.05%K2Cr2O7作为保护剂，汞的损失最小。由于AFS测汞的灵敏度极高，所以要特别注意环境、容器及试剂的污染问题。测汞条件选择中，要注意汞的灯电流不宜过高，一般为20～25mA即可，硼氢化物的浓度适当低些(1%左右)，这样不仅稳定性好，而且可降低共存元素的干扰。孙汉文[11]用硝酸加高氯酸消解白芍、栀子等试样，生成二价汞，采用HG-AFS法测定，在0.026～50μg/L范围内，r=0.9993，最低检出限为0.026μg/L，相对标准偏差(2μg/L标准溶液)为0.71%，样品回收率在90%～96%之间。张丽娟、周勇义等采用微波消解，HG—AFS法测定牛黄清心丸、北京白凤丸等中成药中的汞，在0.0003～0.0012μg范围内，r=0.9996，检出限为0.009ng/ml，样品回收率在97.4%～117.4%之间[24]。杨莉丽[27]等以硫脲-柠檬酸-Fe3+作为增感剂，增强汞的荧光信号，此方法简便、快速、灵敏、抗干扰能力强，线性范围宽，相关系数为0.9992，方法检出限为5，748μg/L，回收率为90.4%-109。6%，相对标准偏差为0.65%-3。68%。由于汞的测定条件与砷的条件接近，酸度范围较宽，因此，通常可以与砷同测。砷、汞同测，不仅灵敏度高，而且大大提高了工作效率，虽然中药测定中应用较少，但是其他领域已得到广泛应用[12-17]。而且铅汞也可以同时测定[11]。2.3硒硒的反应介质为盐酸介质，酸度范围为0.1～6mol/L，实验证明[18]，在2～5mol/L盐酸介质中，硒的灵敏度影响不大，但测硒时倾向于使用较高的酸度，主要原因是较高酸度条件下，6价硒易还原为4价硒。由于产生氢化物反应的是4价硒，所以样品经硝酸+高氯酸(4+1)硝化后，将4价以下的无机和有机硒氧化为4价硒，然后在盐酸介质中将6价硒还原为4价硒，由此测定总硒浓度。测硒的干扰主要是过渡金属离子，如铜、铋产生的液相干扰，加入铁氰化钾作掩蔽剂和增加酸度可消除这些干扰。如北虫草中硒的测定[28]，硒的含量在0-100ng/ml，对应的荧光强度成良好的线性关系，相关系数为0.9997，相对标准偏差5.87%，在测定样品中分别加入高、中、低硒标准溶液20、10、5μg，回收率分别为105.8%，100。8%，99。8%。目前用HG-AFS法测定中药中硒的报道不多[18]，由于硒的存在形态较多，可以进行价态分析。测定硒时要注意，硝解温度不宜过高，保持溶液微沸即可，硝化至开始冒白烟即停止加热，以免造成硒的损失和高氯酸挥发量的不一致。2.4铅铅的HG-AFS方法目前有了很大的进展，由于铅的氢化物为PbH4(铅烷)，而溶液中铅一般以2价形态存在，因此铅的氢化物生成反应只有在氧化物或螯合剂存在下才有较高的效率。陶锐等提出了铁氰化钾体系，使铅烷的发生率大大提高。铅测定的反应介质为15%～20%HCl+2%Kfe(CN)6+0.4%H2C2O4，铅的氢化物发生条件对酸度要求十分苛刻，要求反应后废液pH值保持在8～9左右，所以要特别注意介质酸度的控制。铁、铜、钼等元素会干扰铅的测定，由于铅的氢化物发生反应酸度范围窄，硼氢化钾浓度要求高，因此无法通过提高酸度和降低硼氢化钾浓度减小或消除干扰，消除干扰的主要手段是使用干扰抑制剂，将分析样置于反应介质草酸中可消除铁元素带来的干扰，加入铁氰化钾不仅作为氧化剂，同时可消除铜元素的干扰。李云春等[19]在铁氰化钾、草酸体系测定中药中铅，线性范围0～100ng/ml，最低检出限0.42ng/ml，100ng/ml标准溶液的相对标准偏差