重金属及有害元素检测及研究

重金属及有害元素的检测及研究主要内容•1.重金属及有害元素的检测意义•2.重金属及有害元素的主要检测方法•3.重金属及有害元素的检测技术1.重金属及有害元素的检测意义现行标准中重金属及有害元素的检查•药典中已有重金属与有害元素检查项品种金银花、白芍、黄芪、西洋参、甘草、丹参、枸杞子、山楂、积雪草总苷、茵陈提取物、薄荷脑、紫雪散•阿胶中铬（Cr）含量检查的补充检验方法（国家食品药品监督管理局药品补充检验方法和检验项目批准件，编号2011012）•胶囊壳中铬（Cr）含量的检查（二部）•中药注射液中重金属与有害元素检查中药中重金属的来源•处方性重金属以治疗为目的，在处方中加入了含重金属的矿物药，如朱砂（含HgS）、雄黄等•非处方性（外源性）重金属本身不含重金属的常用中药，由于种植环境、炮制加工、储藏、运输及制剂生产过程等因素导致重金属污染，对于非处方性的污染则应严格控制重金属对人体的危害•汞中毒严重影响人的中枢神经系统，致使听力减弱、语言失控、四肢麻痹甚至白痴。•铅对神经系统、消化系统和造血系统等都有毒性作用。•砷、镉对人有致畸、致癌、致突变作用。•铬对人体有致突变、致癌作用。2.重金属及有害元素的主要检测方法常用的检测方法•容量法和比色法操作简单•原子吸收法应用广泛•原子荧光法灵敏度高•电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）•电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）灵敏度高，同时分析多种元素原子光谱检测法灵敏度范围示意图原子吸收光谱AAS•由待测元素灯发出的特征谱线通过供试品经原子化产生的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收，通过测定辐射光强度减弱的程度，求出供试品中待测元素的含量。原子吸收光谱AAS•选择性好。锐线光谱，谱线重叠的几率小，光谱干扰小，峰宽基本在1.2nm之内。•灵敏度高。火焰法，可达ppm级，石墨炉法可达ppb级。•测定精密度高。火焰法RSD2%,石墨炉法RSD5%。•分析范围广。可测定元素超过70种。•仪器及测定技术相对成熟及易于使用。按照原子化方式不同，分为四种测定方法•火焰原子吸收法（FAAS）:操作简便，重现性好，但由于其灵敏度和检测限的限制，一般只适用于常量元素或中药中残留含量相对较高的元素的测定（一般含量应在5ppm以上）。Cu、Na、K、Ca、Zn•石墨炉法（GFAAS)：应用最为广泛，其样品用量少，测定灵敏度高，采用适宜的基体改进技术和背景校正技术，可消除大部分杂质的干扰。Pb、Cd、Cu、Cr•氢化物发生法（HGAAS）:将待测元素在酸性介质中还原成沸点低、易受热分解的氢化物，再由载气导入由石英管、加热器等组成的原子吸收池，在吸收池中氢化物被加热分解，并形成基态原子，氢化物法具有比石墨炉法更好的检测限并且受干扰的程度比较低。As•冷原子发生法（CVAAS）：基于汞的独特性质，专用于汞的测定，其仪器装置与氢化物法基本一致。Hg原子荧光法•主要原理：利用硼氢化钾或硼氢化钠作为还原剂，将样品溶液中的待分析元素还原为挥发性共价气态氢化物(或原子蒸汽)，然后借助载气将其导入原子化器,在氩—氢火焰中原子化而形成基态原子。基态原子吸收光源的能量而变成激发态,激发态原子在去活化过程中将吸收的能量以荧光的形式释放出来,此荧光信号的强弱与样品中待测元素的含量成线性关系,因此通过测量荧光强度就可以确定样品中被测元素的含量。原子荧光法•选择性好、灵敏度高、线性范围宽，自动化程度高。•目前仅适用于As、Sb、Bi、Se、Te、Ge、Sn、Pb、Zn、Cd、Hg。•尤其适用于砷、汞的测定•仪器价格低廉电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）•可用于绝大多数金属元素•分析检测限低，线性范围宽•同时完成多元素的测定，具有极高的检测效率•是目前痕量元素分析领域中最先进的方法仪器方法的比较3.重金属及有害元素的检测技术样品前处理仪器分析质量保证消解方式火焰法空白试验酸的选用石墨炉法工作对照取样量氢化物法方法学冷原子法原子荧光样品前处理•前处理的目的将样品转变成溶液形式，以满足一般仪器分析的进样要求金属元素在样品中经常以不同的形态价态方式存在，测定前需转化为同一无机态中药有机成分复杂，对测定可能形成较强的基质干扰，需预先加以破坏、排除样品前处理•前处理应满足的条件充分消解待测元素无损失效率高防止试剂、环境的污染安全操作简便样品前处理•药典收录的三种前处理方法1.干法灰化样品→干燥→450～500℃高温灰化→放冷，加少量硝酸润湿→450℃继续灰化→放冷，以2%硝酸溶解灰化辅助剂设备简单，取样量大，无试剂污染时间长，挥发性的元素损失样品前处理•2.湿法消化硝酸-高氯酸4：1电热板控制温度设备简单，元素挥发损失小试剂用量大，空白值高，易受污染，效率低样品前处理•3.微波消解效率高可以消除环境对样品的污染元素挥发损失少酸用量很少，大幅降低空白值取样量小首选方法中压反应罐消解系统的消解方案特点：位数多，容量小（50~75mL），耐压能力弱原则：对称摆放，均匀加热；策略：预消解，分步消解经验：对2步消解法的样品应在第一次消解排气后，根据不同消解管的手感温度适当调整（以前放在外面的，第二次消解时放在靠内的位置）摆放的位置。高压\超高压反应罐消解系统的消解方案特点：位数偏少，消解管容量大，耐压能力强策略：直接消解参考的消解程序•直接消解法程序功率升温时间min温度℃持续时间min11600W5120521600W31701531600W21905•两步消解法：静置过夜或者采用预消解程序注：上述工作条件视样品、不同品牌消解设备而异，配合方法学验证即可。样品前处理•酸的选择高效、试剂污染少、安全硝酸：良好的氧化性酸，沸点低，最常用盐酸：非氧化性酸，溶解作用，和其他酸混合使用高氯酸：强氧化性，易爆，与硝酸配合使用，禁止用于微波消解氢氟酸：溶解硅酸盐，禁用玻璃容器过氧化氢：强氧化性，反应剧烈，试剂污染小硫酸：强氧化性，形成难溶盐，沸点高，一般不使用。•酸的纯度选择金属杂质ppm级、ppb级、ppt级样品前处理•取样量的确定根据方法灵敏度和限度确定取样量按限度制备的供试品溶液浓度应高于方法检测线至少一个数量级，且应在线性范围之内若取样量大，可先加少量硝酸与130℃以下浓缩后消解对于总固体含量较高，且取样量大的样品，建议增加预消解步骤石墨炉法•石墨炉法的升温步骤：1.干燥：通过加热使试样中的水分或溶剂蒸发掉。2.灰化：通过加热使试样中的基体灰化掉，只留下被测试样品。3.原子化：通过加热使试样由分子状态变成原子状态。4.净化：用比原子化阶段稍高的温度加热空烧石墨管，以此来除去石墨管内上一次测试时样品的残留，一般比原子化温度要高200～400℃。石墨炉法测定明胶空心胶囊中铬：干燥：105℃升温30s，氩气流量0.2L/min；灰化：1200℃恒温20s，氩气流量0.2L/min原子化：2500℃恒温3s，关闭氩气；净化：2700℃恒温3s，氩气流量0.2L/min。石墨炉法•背景校正技术由于样品成分复杂，其它分子吸收不可避免会对测定产生干扰，背景校正就是通过光学的手段，尽可能消除这种干扰。一般石墨炉法都要进行背景校正。氘灯背景校正：校正能力强，成本低，需引入第二光源，必需保证两个光路的完全准直。塞曼法背景校正：利用交变强磁场和偏振器进行背景校正，无需引入第二光源，校正能力强，但成本较高，灵敏度有所下降。石墨炉法•基体改进技术作用：往石墨炉或样品溶液中加入一种或几种化学物质，使基体形成难挥发的化合物，在原子化阶段之前驱除掉；或者降低待测元素的挥发性，以防止挥发过程中的损失。测定前，供试品溶液中加入等量的基体改进剂（1%磷酸二氢铵和0.2%硝酸镁的混合溶液）注意：对照品和供试品保持一致石墨炉法进样技术获得石墨炉法良好重现性和精密度的关键操作之一为进样方法的重现性，建议采用性能可靠的自动进样器进样，若采用手工进样，则需要较高而熟练的实验技术。原子荧光法•As的测定测定条件：负高压：270～340V，灯电流：40～60mA，载气流量：400～600ml/min，屏蔽气流量：800～1100ml/min，原子化高度：8～10mm掩蔽剂：10%硫脲-抗坏血酸（新配）还原剂：0.5%氢氧化钠＋2%硼氢化钠载流：5%盐酸掩蔽剂配制：硫脲5g加约40ml纯水，加热溶解，冷却，加5g抗坏血酸，溶解，加水至50ml，即得。原子荧光法•Hg的测定测定条件：负高压：230～300V，灯电流：20～40mA，载气流量：400～600ml/min，屏蔽气流量：800～1100ml/min，原子化高度：8～10mm掩蔽剂：20%硫酸溶液，5%高锰酸钾，5%盐酸羟胺还原剂：0.5%氢氧化钠＋2%硼氢化钠载流：5%盐酸举例•明胶空心胶囊中铬测定方法取样品0.5g，置聚四氟乙烯消解罐中，加硝酸8ml，浸泡过夜，再加入氢氟酸3滴，摇匀，置微波消解仪内进行消解，程序为：由室温经5min升至120℃，保持3分钟；经5min升至150℃，保持10分钟；再经10min升至180℃，保持25分钟。消解完成后，内罐置电热板上145℃缓缓加热赶酸至约1~2ml，放冷，用2%硝酸溶解并转移至50ml量瓶中稀释至刻度，摇匀，即得。同法同时制备试剂空白溶液。另取铬单元素标准溶液，用2%硝酸稀释制成每1ml含铬1.0ug的铬标准溶液，临用时，分别精密量取铬标准贮备液适量，用2%硝酸溶液稀释制成每0~80ng的对照品溶液。测定法：取供试品溶液与对照品溶液适量，以石墨炉为原子化器，照原子吸收分光光度法（《中国药典》2010年版（二部）附录IVD第一法，标准曲线法），在357.9nm的波长处测定，计算，即得。空白试验•试剂空白、方法空白水应为去离子水或用石英蒸馏器蒸馏的超纯水，试剂尽量使用优级纯，使用前应检查相关金属元素的含量每次测定必须随行空白试验，样品测定结果应扣除空白值后再行计算，若空白值过高，则测定结果不可信容器可选用软质玻璃、硬质玻璃、塑料，使用前应先用自来水冲洗干净，30%硝酸浸泡24小时以上，然后用蒸馏水冲洗工作对照•采用标准物质作为阳性对照物，检查消解和检测方法的可行性灌木枝叶（GBW07602(GSV-1)）茶叶（GBW10016(GSB-7)）•可以反映操作过程的污染和损失，但不能全完代表样品测定结果肯定可信（因为基质不同）。采用随行加标回收更有意义。方法学考察•进样精密度RSD≤5%（n=5）•重复性•标准曲线二次回归方程更为准确，相关系数要求≥0.995•仪器检测限3SA/S（SA：11次测定空白的标准偏差；S：标准曲线的斜率）•回收率：根据限度和标准曲线的范围确定加入量，三个浓度水平。回收率80-120%注意事项•建立标准操作规程，严格按照程序操作•安全防护措施特别声明：以上大部分是本人日常工作中的一些体会，有不对的地方请多包涵！谢谢！