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第15章 原子光谱在元素形态分析中的应用
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作者:尹洧15.1概述关于元素的化学形态,目前并无一个权威的定义,国内外不同学者对化学形态一词赋予了不同的定义。可以认为元素的化学形态是指元素以某种离子或分子存在的形式,包括状态(state)、形式(form)和物种(species)[1]。元素形态分析(analysisofelementalspeciation),根据国际理论化学与应用协会(IUPAC)的定义,“指确定分析物质的原子和分子组成形式的过程”。通常所谓形态分析是指确定某种组分在所研究系统中的具体存在形式及其分布。包括⑴元素价态分析,确定变价元素在被分析样品中以何种价态存在,或几种价态共存,确定各种价态的含量分布。⑵化学形态分析(speciesanalysis),确定元素在被分析样品中存在的物种形式。元素存在的物质形式可以是游离态,结合态(离子型结合态、共价结合态、络合配位态、超分子结合态等)与不同的结构态。⑶赋存状态分析,确定元素存在的物相,溶解态和非溶解态,胶态和非胶态,吸附态,可交换态等。
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第15章 原子光谱在元素形态分析中的应用
- 作者:尹洧15.1概述关于元素的化学形态,目前并无一个权威的定义,国内外不同学者对化学形态一词赋予了不同的定义。可以认为元素的化学形态是指元素以某种离子或分子存在的形式,包括状态(state)、形式(form)和物种(species)[1]。元素形态分析(analysisofelementalspeciation),根据国际理论化学与应用协会(IUPAC)的定义,“指确定分析物质的原子和分子组成形式的过程”。通常所谓形态分析是指确定某种组分在所研究系统中的具体存在形式及其分布。包括⑴元素价态分析,确定变价元素在被分析样品中以何种价态存在,或几种价态共存,确定各种价态的含量分布。⑵化学形态分析(speciesanalysis),确定元素在被分析样品中存在的物种形式。元素存在的物质形式可以是游离态,结合态(离子型结合态、共价结合态、络合配位态、超分子结合态等)与不同的结构态。⑶赋存状态分析,确定元素存在的物相,溶解态和非溶解态,胶态和非胶态,吸附态,可交换态等。[详细]
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2018-11-13 15:46
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第15章 原子光谱在元素形态分析中的应用(尹洧)
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- 作者:邓勃、尹洧11.1概述能源是国家实现可持续发展的的战略物资和必要条件。石油、天然气、油页岩等是重要的能源。以石油和天然气为原料的石油化工和轻工产品为国家的经济建设和人民的正常生活需要提供了丰富的物质资源。在油品炼制、石油加工的生产过程中,从原材料验收、生产过程的质量控制、产品出厂检验的各环节,都涉及金属与非金属元素的检测。石油及石油产品中金属和非金属元素含量的多少是评价炼油工艺及其产品质量的重要指标之一。目前从原油中鉴定出的金属与非金属元素约有30多种,主要有Fe、Na、Mg、Ni、V、Ca、Pb、Mo、Mn、Cr、Co、Ba、Zn、K、As、Al、B、Zr、Pd、Cd、Si等。这些元素当中,有些是石油中天然存在的,有些是在石油开采、加工储运及使用过程中引入的的污染(如催化剂中活性金属在反应过程中的损失,设备的腐蚀、磨损,导致金属进入石油产品),有些则是为提高产品收率,改善石油产品的性能,以添加剂形式特意加入油品中去的添加剂或填料(如润滑油中添加有机金属化合物改善防腐、抗氧化、抗磨、抗压等性能,汽油中添加烷基铅化合物或二茂铁、甲基环戊二烯三羰基锰等茂金属化合物以提高其抗爆性能)等。这些金属和非金属元素,其中某些元素(如As、Ni、V),在石油加工过程中是十分有害的杂质,当其在催化剂中含量达到一定水平将导致催化剂失活。对石油及其加工产品中痕量金属和非金属元素的分析检测,对判断催化剂的活性及其使用时间,合理选择添加剂的加入量,考查设备的磨损情况,科学合理、环保使用资源,改进加工工艺,保证和提高产品质量,开发新的石化产品都具有重要意义。原子光谱法由于高选择性、高灵敏度、低检出限、多元素的同时检测能力等优点,在痕量金属和非金属元素分析检测中起着重要的作用,是检测痕量元素的有效手段。早在上世纪六十年代初,Pforr和Aribot首先将ICP-AES法用于石油样品的测定,将油样用汽油稀释后导入等离子体进行光谱测定。1972年,S.Greenfiled和P.B.Smith用小型加热雾化器将微升级样品引入等离子体内,建立了同时测定无机、有机溶液中多元素的方法,检出限为l09~1010g,测定含量为109水平的样品,精密度RSD为5%。方法已成功用于油、有机化合物和血样中的痕量金属测定[1]。1976年V.A.Fassel等用4-甲基-2-戊酮稀释润滑油后直接将样液注入等离子体内,在1.5min内用ICP-AES同时测定了轴承磨损留在润滑油中15个痕量金属元素,检出限为0.0004~0.3μg/mL[2]。J.W.Robinson用原子吸收光谱法直接进样测定了汽油中的铅,不受汽油中硫、氮含量变动的影响和共存组分的干扰[3][详细]
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2018-11-13 15:46
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第13章 原子光谱在食品领域中的应用
- 作者:何洪巨、武彦文、高苹13.1概述“民以食为天,食以安为先”。食品是人类Z基本的生活资料,为人类提供维持生命和身体健康的营养与能量。因此,食品的品质直接关系到人类生存与生活的质量。为了保证食品的营养与安全,必须对食品的品质进行分析评价。食品按照种类可划分为谷类、薯类、淀粉类、豆类、蔬菜、水果类、畜禽类、肉类、乳、蛋类、菌藻与鱼虾蟹贝类、坚果、种子、油脂与调味品类[1]。食品中含有元素50多种,其中碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)是构成食品中水分和有机物的基本元素。除此之外,其他的元素统称为矿物质元素,这些元素从营养学角度可分为常量元素和微量元素两类。常量元素包括钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、磷(P)、氯(Cl)7种,它们在人体内的含量一般大于体重的0.01%,每日膳食需要量在100mg以上。另一类是微量元素,它们在代谢上同样重要,但含量相对较少。微量元素按照生物学在体内的含量小于0.01%,每日膳食需要量以微克至毫克计。根据FAO/WHO国际组织的专家委员会在1995年重新界定的必需微量元素的定义,认为维持正常人体生命活动必不可少的必需微量元素共有10种,即铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)、钴(Co)、钼(Mo)、硒(Se)、铬(Cr)、碘(I)、氟(F);人体可能必需的微量元素有4种,即硅(Si)、硼(B)、钒(V)和镍(Ni);具有潜在的毒性但在低剂量时可能具有功能作用的微量元素有7种,包括铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铝(Al)、锂(Li)、锡(Sn)。目前7种有毒元素尚未证实对人体具有生理功能,但其中部分元素只需极小的剂量即可导致人类机体呈毒性反应,而且这类元素容易在人体内蓄积,且半衰期都很长。随着有毒元素蓄积量的增加,机体会出现各种中毒反应,如致癌、致畸甚至死亡。因此,必须严格控制这类元素在食品中的含量[2]。此外,微量元素的需求量也必须严格控制在一定浓度范围内,只要在这个特定范围内才能维持人体组织结构的正常功能,当其浓度低于这个范围时,组织功能就会减弱或不健全,甚至会受到损害;当其浓度高于这个范围,则可能引起不同程度的毒性反应,严重的会导致死亡。不同微量元素的浓度范围不同,有些元素比较宽,有些元素却很窄,例如硒的正常需要量和中毒量之间相差不到10倍。人体对硒的每日安全摄入量为50~200μg,如低于50μg会导致心肌炎、克山病等,并诱发免疫功能低下和老年性白内障;但如果摄入量在200~1000μg之间则会导致中毒;如果每日摄入量超过1mg则可导致死亡。另外,微量元素的功能形式、化学价态与化学形态也非常重要,例如铬,Cr(Ⅵ)对人体的毒害很大,而适量的Cr(Ⅲ)对人体则是有益的[3]。通常,食品中的矿物质元素主要来自以下几种途径:(1)食品本身天然存在矿物质元素,由地质、地理、生物种类、品种等自然条件决定。(2)食品生产中人为添加的营养强化剂、食品添加剂等所引入的微量元素。(3)在食品生产、加工、包装、储存过程中使用各种人工合成化学品和新材料引入食品内的微量元素。(4)环境包括土壤、空气、水源污染,以及农药、化肥的过量使用,通过生物链在动、植物体内富集的有毒元素[4]。[详细]
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2018-11-13 15:46
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第5章 原子光谱联用技术(中)
- 作者:刘霁欣、杨晟杰、郑建明、秦德元、孙华峰、游小燕、张晓红、赵婷5.4.3原子荧光光谱与色谱联用5.4.3.1引言原子荧光光谱(atomicfluorescencespectroscopy,AFS)分析具有高度的元素专一性和高的灵敏度,但其没有价态或形态的分辨能力。当今分析化学不仅要求测定元素总量,而且要求对元素的不同价态、形态给出一个全面的分析结果,这就要求将AFS与各种分离技术联用来实现。冷阱分离和色谱分离是其中主要的两类联用分离技术,但冷阱的分离能力相对较低,且使用不便,近年来已较少应用;而色谱分离则因其使用灵活、分离能力强而得到了广泛的重视,成为当前与AFS联用的主流分离技术。色谱与AFS联用的Zda特点在于,对含有特定元素的化合物具有高度的专一性和高的灵敏度。布拉曼蒂(E.Bramanti)等[37]比较了与色谱联用时AFS检测(图5-24a)和紫外检测(图5-24b)的结果,AFS对含Hg的四种形态Hg2+、甲基汞、乙基汞、苯基汞都有很好的灵敏度,并且没有其它化合物的干扰;而紫外检测仅对其中的乙基汞和苯基汞有较差的灵敏度,并且有有机化合物干扰。图5-24AFS检测和紫外检测结果的比较早在1977年,范隆(J.C.VanLoon)等人[38]就已经开展了色谱和AFS联用的工作,但早期的AFS采用直接进样技术,虽然检测元素种类较多,但干扰重、灵敏度低,并不能完全体现出AFS联用技术的优势,所以发展较慢。直到蒸气发生进样技术引入到AFS中之后,消除了基体干扰,大大提高了AFS检测的灵敏度,AFS和色谱联用才得到了快速的发展,特别是液相色谱和AFS的联用,已经成为了检测As、Se、Sb、Sn等元素不同化学形态的Z灵敏手段之一,其检测能力甚至接近于价格昂贵的电感耦合等离子体-质谱。图5-25给出了常见的色谱、AFS联用的各结构单元:前处理单元、色谱单元、接口单元、蒸气发生单元和AFS单元,其中前处理单元和蒸气发生单元是可选的,用于改进整套系统的分析性能,而其它单元则是必须的。在整个联用系统中,接口单元是其中Z重要的部件,它的作用在于连接、匹配色谱单元和蒸气发生单元/AFS单元,既要保证样品的无损导入,又要保证较小的死体积、YZ色谱峰的展宽。通常情况下,接口单元要具备以下功能:(1)必须确保色谱单元的流出物能够无损的通过接口单元。对于气相色谱而言,大多数情况下接口单元必须保温,以防高沸点的被分析物在接口单元冷凝造成损失;(2)色谱单元和蒸气发生单元/AFS单元的流量通常是不匹配的,所以接口单元必须通过一些方法使二者达到匹配;(3)使用蒸气发生单元时,经常需要对被分析物进行后处理,以便蒸气发生反应能够顺利进行。图5-25色谱、AFS联用示意图色谱、AFS联用系统通常按色谱进行分类,大致可分为AFS与气相色谱联用、AFS与液相色谱联用、AFS与毛细管电泳联用三个大类。下面就对这三类联用系统分别作详细介绍。[详细]
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第12章 原子光谱在环境领域中的应用(尹洧、王辉)
- 12.1概述环境污染主要是指由于人类的生产、社会和生活活动引起的环境质量下降,导致人类及其他生物难以正常生存和可持续发展的现象。而环境监测就是通过各种方法分析测定有关数据,从而确定环境质量或污染程度,并进而采用合理可行的方法治理污染,以达到改善环境质量的目的。环境样品的种类和成分是多样性的。就样品状态来说,有液态、气态和固态;就种类来说,有水和废水、大气和废气、气溶胶、大气颗粒物、飞灰、土壤、固体废物(危险废物)、沉积物(污泥)等。环境样品具有以下几个特点:1.成分复杂,干扰多。2.被测物的浓度比较低,一般在10-6~10-9g的浓度水平。3.样品随时间与空间的变动性,影响因素较多。4.同种元素以不同的物相和不同的价态形式存在、易受环境影响而变化、迁移。5.样品采集后,往往要加入保护剂,以防运输过程中被测物的流失和变化。6.不同的监测目的有不同的监测方法,环境质量监测、污染源监测和应急监测有着不同的目的,应采取不同的前处理方法和监测方法。如应急事故监测则要求响应速度快,监测方法灵敏度高、准确性好、选择性强、分辨率高。对于一些现场的应急监测还需要仪器小型便携、操作简便。为了能够及时准确反映所监测系统或区域内的环境质量及其变化,往往还需要监测技术自动化、标准化、计算机化,**是采用在线监测并配合远程传输系统,及时将监测结果传输到领导决策部门和环保管理部门。12.2环境监测中应用的原子光谱标准分析方法采用原子光谱法进行环境监测都是建立在水溶液检测的基础上的。大气中颗粒物中的金属污染物可以转换到溶液中,土壤和固体废物中的金属污染物也可以经过样品消解后,转换到溶液中,Z后都可以采用水溶液的监测方法进行测定。目前,原子光谱法已成为环境中重金属污染物测定的主要方法之一。在我国现行的环境监测标准分析方法中,就有多种监测项目是应用原子光谱法的,涉及到地表水、集中式生活饮用水源地、地下水、海水、农灌水、渔业水、废水、空气、危险废物焚烧设施、固体废物浸出液、危险废物浸出液、土壤、沉积物等。等离子体原子发射光谱具有检出限低、选择性好、准确度和精密度高、分析速度快、线性范围宽等优点,在环境监测中获得广泛的应用[1]。美国EPA和日本JIS都把电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)列为标准方法系列,如美国采用ICP-AES测定土壤中Cu、Zn、Mn、Ni、Cr、V和全K,采用微波辅助消解ICP-AES测定定沉积物重金属Al、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Ti、V和Zn[2],我国也发展了多个元素的环境监测统一方法[3]。在水质、气质、固废、土壤等环境监测中,还经常将ICP-AES与色谱、质谱联用[1,4]。[详细]
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- LIBS可以实现微空间分辨率、低元素检测极限的实时快速测量,因此对于含特定特征元素的、形体非常微小的微生物识别和分类具有独到的优势。此外,菌落的颜色、质地、细胞的成分都会作用于激光脉冲激发时呈现的等离子体发射光谱,作为分类鉴定的依据(Lightigo团队,2018)。Sivakumar等人曾通过Mg、P、K、Na、Ca等关键元素的特征谱线峰值差异,判断大肠杆菌是否已经死亡;Multari等人曾通过LIBS技术在鸡肉、牛肉馅、蛋壳、莴苣、腊肠等食物上检测到致病性大肠杆菌;等等。[详细]
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2016-04-21 00:00
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