原子吸收光譜分析的間接測(cè)定技術(shù)的應(yīng)用及分類
所謂間接原子吸收光譜法,就是在進(jìn)行原子吸收測(cè)定之前,利用化學(xué)反應(yīng),使某些不能直接用原子吸收測(cè)定或靈敏度低的某些被測(cè)物質(zhì)與易于原子吸收測(cè)定的元素進(jìn)行定量反應(yīng),最后測(cè)定易于原子吸收測(cè)定元素的吸光度,間接求出被測(cè)物質(zhì)的含量。因此,利用間接原子吸收可以成功地測(cè)定非金屬元素、陰離子和有機(jī)化合物。
間接原子吸收光譜分析的特點(diǎn)如下:
(1)可以分析不能直接用原子吸收法測(cè)定的元素
①共振吸收線位于遠(yuǎn)紫外區(qū)的F、Cl、Br、IS、O、C、P、N、As、Se、Hg等元素
②多數(shù)陰離子如CIO4-、IO4-、NO3-、NO2-、SCN-、CN-、PO43-、SO42-等;
③有機(jī)化合物。
(2)提高一些元素的靈敏度主要用于稀土元素、錒系元素和一些高溫元素。間接原子吸收法與直接原子吸收法測(cè)定一些物質(zhì)的靈敏度比較見表1
表1 間接法和直接法靈敏度的比較
被測(cè)物質(zhì) |
測(cè)定元素 |
反應(yīng)類型 |
靈敏度/(μg/ml) |
倍數(shù) |
|
U |
Cu |
先氧化還原后絡(luò)合 |
間接法 |
直接法 |
|
Re
|
Cu
|
與新亞銅靈-銅(II)絡(luò)合 |
0.25 |
120 |
480 |
Sn |
Hg |
氧化還原,Hg(I)還原為Hg(I)冷原子吸收 |
0.13 |
10 |
77 |
Hg |
Zn |
與鋅-2,2′-吡啶絡(luò)合 |
0.001 |
2.4 |
2400 |
B |
Cd |
與鄰二氮雜菲-鎘絡(luò)合 |
0.005 |
50 |
10000 |
Se |
Cd |
與1,10-鄰菲羅啉-鎘絡(luò)合 |
0.006 |
0.5 |
83 |
S、SO42- |
Ba、Pb |
生成硫酸鋇或硫酸鉛沉淀 |
0.8 |
1.0 |
1.25 |
No2- |
Zn |
與鋅-二氮雜菲形成絡(luò)合物 |
0.007 |
ND |
|
CIO-4 |
Cu |
與新亞銅靈-銅(Ⅱ)絡(luò)合 |
0.025 |
ND |
|
CN- |
Fe、Ag |
絡(luò)合反應(yīng)或生成氰化銀沉淀 |
0.03 |
ND |
|
SCN- |
Cu |
與新銅試劑絡(luò)合 |
0.004 |
ND |
|
注:ND表示無(wú)法直接測(cè)定
(3)共存組分干擾大時(shí),選用間接原子吸收法可有較好的選擇性。
按照間接原子吸收光譜分析所利用的化學(xué)原理的不同,可分為以下幾種類型。
(1)利用絡(luò)合反應(yīng)的間接原子吸收分析
一些陰離子和有機(jī)化合物能與金屬離子生成絡(luò)合物(包括螯合物和離子締合物),然后可以進(jìn)行選擇性萃取,測(cè)定有機(jī)相中的金屬元素,從而可以間接確定陰離子或有機(jī)化合物的含量。例如,測(cè)定錸的化合物,在pH3~5的鹽酸羥胺溶液中,加入新亞銅靈-銅(Ⅱ),生成高錸酸與新亞銅靈-銅(I)絡(luò)合物,用乙酸乙酯萃取,空氣-乙炔火焰法測(cè)定有機(jī)相中銅,間接求計(jì)錸的含量。鹵素、硝酸根、高氯酸根、高錳酸根不干擾測(cè)定。方法靈敏度為0.13μg/mL,測(cè)定范圍0~5g/μmL.又如,氟與鐵生成絡(luò)合物,試樣中加入一定量鐵,反應(yīng)后再用硫氰酸銨絡(luò)合過量鐵,以MIBK萃取Fe(SCN)6,測(cè)定有機(jī)相中鐵可間接確定氟的含量,測(cè)定范圍為0.2~6.0μg/mL
(2)利用氧化還原反應(yīng)的間接原子吸收分析
利用氧化還原反應(yīng)。使被測(cè)物質(zhì)與易于用原子吸收法測(cè)定的某一種元素產(chǎn)生等物質(zhì)的量的較高或較低氧化態(tài)的金屬離子,該離子與其他物質(zhì)形成絡(luò)合物被萃取,或者直接被萃取,最后測(cè)定有機(jī)相中的金屬,間接求出被測(cè)物質(zhì)的含量。例如,碘化物(I-)能還原鉻(Ⅵ)到鉻(Ⅲ)過量的鉻(Ⅵ)在3mol/L HCl中可被甲基異丁基甲酮萃取,原子吸收測(cè)定水相中鉻(Ⅲ)或有機(jī)相中鉻(Ⅵ),可間接定量碘化物(I-)抗壞血酸在酸性介質(zhì)中將Cu(Ⅱ)還原為Cu(Ⅰ),后者與SCN-定量反應(yīng)生成 CuSCN沉淀:或先使Cu(Ⅱ)與新亞銅試劑作用生成[Cu(neocuproine)2]2+,用抗壞血酸將其還原為[Cu(neocuproine)2]+,NO3-存在用氯仿萃取。通過上述兩種方法間接測(cè)定沉淀與萃取液中銅,均可間接求計(jì)抗壞血酸含量。
(3)利用沉淀反應(yīng)的間接原子吸收分析
被測(cè)組分與可測(cè)元素生成沉淀,測(cè)定沉淀溶解液中或?yàn)V液中過量的可測(cè)元素,可間接確定被測(cè)組分的含量。例如,測(cè)定鎢酸根可在pH7~11的溶液中定量加入鉛鹽溶液,鎢酸根與鉛生成沉淀,測(cè)定濾液中過量鉛,鐵、錳、鉻存在時(shí)干擾,測(cè)定范圍在3~30μg/mL.丙二酰胺可溶于碳酸鈉溶液中,準(zhǔn)確加入過量銅,并加入吡啶(或二乙基胺),生成吡啶(或二乙基胺銅-丙二酰胺絡(luò)合物沉淀,測(cè)定沉淀或?yàn)V液中過量銅,可間接求出丙二酰胺含量。利用沉淀反應(yīng)還可以測(cè)定Cl-、SO42-等,陰離子方法要求沉淀的溶解度越小越好,測(cè)定濾液時(shí)沉淀僅需澄清,方法簡(jiǎn)便,無(wú)吸附、過濾損失,測(cè)定低含量試樣時(shí),也可得到較好的準(zhǔn)確度。
(4)利用置換反應(yīng)或分解反應(yīng)的間接原子吸收分析
利用BaSO4沉淀分析SO42-的方法,在實(shí)際應(yīng)用中不十分理想。以間接原子吸收光譜法測(cè)定可取得滿意結(jié)果。在含有SO42-的試液中,加入酸性鉻酸鋇溶液,生成硫酸鋇沉淀游離出鉻酸根離子。再加入氨水氯化鈣溶液,將過量的鉻酸鋇沉淀。溶液中剩余的鉻酸根與硫酸根為等物質(zhì)的量關(guān)系,用原子吸收光譜法測(cè)定溶液中鉻酸根即可間接求出硫酸根含量,方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確。此外,Al(Ⅲ)置換EDTA-Cu(Ⅱ)中的銅,Cu(Ⅱ)與PAN生成絡(luò)合物,經(jīng)有機(jī)溶劑萃取分離,測(cè)銅可間接計(jì)算出鋁含量。含有CN-的試液在(STTA)2Hg的CCl4溶液中,CN-可置換STTA,冷原子吸收間接測(cè)定被置換出的Hg,可確定CN-含量。高錳酸鉀分解葉酸,在2,9-二甲基-4,7-聯(lián)基苯-1,10-二氮雜菲存在下,加硫酸鎳生成2-氨基-4-羥基蝶啶-6-羰酸與鎳的螯合物,用甲基異丁基甲酮萃取,原子吸收測(cè)定鎳。
(5)利用雜多酸“化學(xué)放大效應(yīng)”的間接原子吸收分析
鉬酸鹽與多種元素形成雜多酸化合物。例如,與磷、鍺、砷、硅等生成二元雜多酸;鉬酸鹽與磷酸鹽又可與鉈、釩、鈮、鉭、鈦、鈰、鈾等生成三元雜多酸。它們被有機(jī)溶劑萃取后,原子吸收光譜測(cè)定其中的鉬,可間接求出上述各元素的相應(yīng)含量。
這類反應(yīng)的鮮明特點(diǎn)是,在雜多酸中鉬與被測(cè)元素的摩爾比很大。例如,硅鉬雜多酸鹽(NH4)4SiO412MoO2中,鉬硅摩爾比為12:1,這樣通過測(cè)定鉬間接推算硅,就可以提高測(cè)定硅的靈敏度。此外,加上有機(jī)溶劑的增感效應(yīng)和萃取富集,可使上述元素的間接原子吸收法靈敏度比直接法提高1~6個(gè)數(shù)量級(jí)。如果用石墨爐法測(cè)定雜多酸中的鉬,靈敏度還可提高。形成雜多酸間接原子吸收光譜法測(cè)定的元素及一些元素間接法與直接法靈敏度的比較見表2
表2 利用雜多酸間接原子吸收光譜法測(cè)定的元素
被測(cè)元素 |
生成的雜多酸 |
反應(yīng)條件 |
萃取劑 |
靈敏度/(mg/mL) |
|
間接法 |
直接法 |
||||
P(PO43-) |
磷鉬酸 |
pH1.9,0.96mol/LHCl |
正辛醇,乙酸丁酯,甲基異丁基甲酮,乙酸異丁酯 |
0.003 |
250 |
As |
砷鉬酸 |
pH0.9 |
乙酸丁酯+丁醇+乙酸戊酯(1:1:2,體積比) |
0.025 |
0.25 |
Ge |
鍺鉬酸 |
pH1.5 |
1-丁酯+乙醚(1:4,體積比) |
0.05 |
1.5 |
Si |
硅鉬酸 |
0.15mol/LHCl |
正丁醇 |
0.009 |
1.8 |
V |
磷釩鉬酸 |
0.4mol/L HNO3 |
正丁醇+氯仿(1:4,體積比) |
0.011 |
1.5 |
Ti |
鉈鉬磷雜多酸 |
0.5mol/L HClO4 |
0.1mol/LNaOH |
0.5 |
|
Nb |
磷鈮鉬酸 |
0.5 mol/LHCl |
正丁醇 |
0.015 |
20 |
Th |
磷釷鉬酸 |
0.1 mol/LHCl |
正丁醇 |
0.063 |
850 |
Ti |
磷鈦鉬酸 |
0.5 mol/LHCl |
正丁醇 |
0.013 |
1.9 |
Ce |
鈰鉬磷雜多酸 |
0.4 mol/L HNO3 |
乙酸丁酯 |
0.093 |
2.5 |
(6)利用干擾效應(yīng)的間接原子吸收分析
有些物質(zhì)如某些元素或化合物,當(dāng)它們本身屬于不適宜用原子吸收光譜法測(cè)定,但是它們對(duì)原子吸收光譜法易測(cè)元素的吸收信號(hào)有增感或抑制作用,其影響大小與該元素或化合物的濃度成比例。當(dāng)選擇一定量某種原子吸收法易測(cè)的元素,加入不同量該物質(zhì),進(jìn)行原子吸收光譜測(cè)定,以不同量該物質(zhì)為橫坐標(biāo),吸收度值為縱坐標(biāo)做工作曲線,便可對(duì)該物質(zhì)的未知含量進(jìn)行分析。例如,0.01~10μg/mL的鈦對(duì)一定量的鐵有不同程度的增感作用,通過測(cè)鐵可求得鈦含量。同樣,鋁在0.2~1.2μg/mL時(shí),對(duì)25μg鐵呈線性增感,測(cè)定鐵間接確定鋁含量。此外,還可利用氨對(duì)銀或鋯的增感效應(yīng),通過測(cè)定銀或鋯,間接求出氨的含量。在鹽酸羥胺存在下,釩在0~6μg/mL可以使鉻的信號(hào)成比例下降,在空氣乙炔火焰中測(cè)定鉻,間接定量釩的靈敏度為0.2μg/mL.此外,在N2O-C2H2火焰中,氟可以使鋯的吸收信號(hào)增強(qiáng),當(dāng)鋯的含量一定時(shí),不同氟含量信號(hào)增強(qiáng)程度不同,幾至幾百微克/毫升的氟與信號(hào)增強(qiáng)成線性關(guān)系,磷酸根的存在不干擾測(cè)定。在N2O-C2H2火焰中鈦對(duì)氟也有同類效應(yīng)。在低溫火焰中氟又可使鎂的吸收信號(hào)受到抑制,鎂為10μg/mL時(shí),氟化物在2~15μg/mL為線性關(guān)系,1000倍的鋁、乙酸根、草酸根不干擾測(cè)定,用類似的方法還可以測(cè)定磷酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽。葡萄糖濃度在10-6~10-5 mol/L范圍內(nèi),對(duì)鈣的吸收信號(hào)有增感效應(yīng)并成線性關(guān)系,可間接測(cè)定葡萄糖。利用EDTA的掩蔽作用可以使8-羥基喹啉銅的螯合物中的銅的吸光度減小,通過測(cè)銅確定EDTA含量。
(7)同位素分析
原子吸收光譜分析方法的應(yīng)用,還可以擴(kuò)展到對(duì)一些元素的同位素進(jìn)行分析。一般而言,空心陰極燈發(fā)射的譜線寬度為0.001~0.004nm。只要某元素譜線的同位素位移,大于光源發(fā)射線和和吸收線的寬度,見表3,就可以用原子吸收光譜法測(cè)定該元素的同位素組成(豐度)。但是,由于大多數(shù)元素的共振線的同位素位移很小,真正能用元素吸收光譜法測(cè)定同位素組成的元素,還只限于氫、氨、硼、鋰、汞、鉛和鈾等少數(shù)幾個(gè)元素。
表3 某些元素譜線的同位素位移
元素 |
同位素 |
共振線 |
同位素位移Δλ/nm |
|
Mg |
24 |
25 |
285.2 |
0.0002 |
K |
39 |
41 |
766.5 |
0.0004 |
Cu |
63 |
65 |
324.7 |
0.0002 |
Rb |
85 |
87 |
180.0 |
0.0001 |
Ag |
107 |
109 |
328.1 |
0.0002 |
Ba |
138 |
134 |
553.5 |
0.0005 |
|
238 |
236 |
424.4 |
0.015 |
U |
238 |
235 |
|
0.025 |
|
238 |
234 |
|
0.030 |
|
238 |
233 |
|
0.040 |
Li |
6 |
7 |
670.8 |
0.015 |
B |
10 |
11 |
249.8 |
0.002 |
Hg |
202 |
198 |
253.7 |
0.002 |
用原子吸收光譜法測(cè)定同位素組成的優(yōu)點(diǎn)是,不像在發(fā)射光譜那樣,需要高分辨率的光譜儀器,而只要測(cè)定共振線的吸收就可以了。具體分析方法有發(fā)射管法和吸收法兩種,前者是將被測(cè)試樣放在發(fā)射管中,后者則將被分析的樣品放在吸收管內(nèi)。