声波测定（通用3篇）
声波测定 篇1
铜元素广泛存在于水、土壤、空气之中,棉麻类天然植物从中吸收这种元素,从而在纤维内部富集。另外,人为施加的含有铜元素的农药、肥料等也是这些植物纤维中金属元素的主要来源之一。而且,在纺织品加工过程中,各种助剂、染料的使用也可能带人铜元素的污染。过量铜元素的吸收会抑制人体内许多酶的活性,使细胞膜受到严重损伤。肝豆状核变性是一种铜代谢障碍隐性遗传病,实质上是属于慢性铜中毒[1]。因此,在各国制定的生态纺织品相关法规和相应标准中,都严格限量纺织品中的铜含量。
我国的标准GB/T17593.1-2006中规定了游离铜元素的测试方法。但是传统的样品前处理方法有耗时比较长,萃取速度慢,效率低的缺点。超声波辅助萃取法是利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、扰动效应、高加速度、击碎和搅拌作用等多级效应,使能量从外部向内部传递,增大物质分子的运动频率和速度,增加溶剂穿透力,提高传质速率,从而加速目标成分的分散、溶解[2,3]。使用传统经典前处理萃取方法需要几十分钟乃至数小时才能完成的萃取过程,超声波辅助技术几分钟即可完成,大大节省分析时间,提高测定效率。本试验就是采用了超声波辅助萃取技术,利用原子吸收光谱法来测定棉织品中的游离铜含量
1 试验部分
1.1 主要试验仪器
TAS-986原子吸收分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;HB3120U超声波清洗器,汉邦科技有限公司;SHZ-B水浴恒温振荡器,上海跃进医疗器械厂;AYJ1-0501-u艾科浦超纯水系统,重庆颐洋企业发展有限公司;所有玻璃器皿均用10%HCl 浸泡24h,用超纯水洗涤3次,备用。
1.2 药品材料
试剂:L-组氨酸盐酸盐一水合物(分析纯),上海润捷化学试剂有限公司;磷酸二氢钠二水合物(分析纯),上海试剂有限公司;氯化钠(分析纯),宜兴市第二化学试剂厂;氢氧化钠(分析纯),上海润捷化学试剂有限公司;铜离子标准液(SIGMA-ALDRICH Production),浓度1000mg/L,使用时稀释成相应浓度,用于建立标准工作曲线。
棉纺织材料:纯棉坯布,精练棉坯布。
1.3 酸性汗液的制备
根据GB/T3922-1995第6章规定,称取0.5g L-组氨酸盐酸盐一水合物,5g氯化钠,2.2g磷酸二氢钠二水合物溶于超纯水中,定容至1000mL,用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调整试液的pH值至5.5,备用。
1.4 待测样品处理
分别取未前处理纯棉坯布和前处理纯棉坯布代表样品,剪碎至5mm×5mm以下,各称取4g,精确至0.01g,置于具塞三角瓶中,分别加入80mL酸性汗液,将纤维充分浸湿后分别用传统恒温水浴振荡萃取和超声波辅助萃取进行试验。
传统方法:在恒温(37±2)℃水浴振荡60min后取出,静置冷却至室温,过滤后供分析。
超声波辅助萃取法:在超声波清洗机中恒温(37±2)℃水浴处理,分别萃取10min、20min、30min、40min、50min、60min后取出,静置冷却至室温,过滤后供分析。
2 结果与讨论
利用超声波辅助萃取法分别在不同的萃取时间下测试游离铜含量,并与传统方法进行比较,具体测试结果如下表1。
由以上表中数据可知,利用超声波辅助萃取法对纯棉织物进行处理时,未前处理纯棉坯布需要30min就可以达到传统萃取法的测试要求,而精练纯棉坯布只要20min就能达到传统方法的测试要求。这是由于未前处理的纯棉坯布中有不溶于水的蜡状物质和纺织加工过程中施加的浆料及沾上的油污等,在短时间内阻止了汗液的渗透和萃取,因此需要更长的时间来逐步溶解到水溶液中;而精练坯布由于去除了这部分物质,就使汗液较容易渗透到纤维内部来萃取游离铜元素。因此,利用超声波辅助萃取法处理未前处理纯棉坯布需30min左右,萃取精练纯棉坯布只需20min就可达到目的,大大节省了分析时间,提高了效率。
纤维素纤维在成长过程中,不断地吸收、富集土壤、水及周围环境中的铜元素,因此未经过前处理的纯棉坯布中含有更多的积聚的游离铜,而经过染整中的前处理后,使棉纤维溶胀,含有的部分游离铜元素和一些杂质一起溶解到前处理液中,使得经过前处理的纯棉坯布含有更少的铜元素,所以在实验中也可以看到未前处理坯布的游离铜含量大概是精练纯棉坯布的2倍左右。
3 结 论
利用超声波辅助萃取法对未前处理和精练纯棉坯布进行了汗液萃取,用原子吸收光谱法测出滤液的游离铜含量分别为160μg/kg左右和70μg/kg左右。实验表明,传统萃取法要60min萃取时间,而本方法只需20~30min ,而且结果与传统方法基本接近,大大节省了时间,提高了效率。
摘要：利用超声波辅助萃取法对未前处理和已前处理纯棉坯布进行了汗液萃取,用原子吸收光谱法测出滤液的游离铜含量。实验表明,传统萃取法要60min萃取时间,而本方法只需2030min,大大节省了时间,提高了效率。
关键词：超声波,萃取,游离铜,棉
参考文献
[1]杨凤华,余娟,邵国建.生物样品中铜的石墨炉原子吸收检测及其在肝豆状核变性诊断中的应用[J].疾病监测,2009,24(7):538-540.
[2]李婷,侯晓东,陈文学,等.超声波萃取技术的研究现状及展望[J].安徽农业科学,2006,34(13):3188-3190.
[3]马勤,陆嘉星,张贵荣.原子吸收光谱的样品前处理方法进展[J].化学世界,2007(7):431-436.
声波测定 篇2
水果是人类基本的生活消费品,但在生长、采摘及运输等过程中易受到铅、镉、砷等重金属的污染,这些有毒元素在水果内积蓄,再通过食物链转移至人体,长期摄入会危害人类健康;铜和锌等元素虽然是人体的必需元素,但若浓度超过一定值,同样也会对人体造成危害[1]。
金属的测定方法如AAS、ICP-AES、ICP-MS等通常要求将固体样品消解,常用的消解方法有微波消解法、湿式消解法、干灰化法,但这些方法要求浓酸、高温、高压以消解固体样品中的元素,且此消解过程一般需要(6～14)h[2],因此有必要建立一种更为简便快速的样品预处理方法。超声波辅助提取法利用超声波辐射压强产生的强烈空化、机械搅动、乳化、扩散、击碎等多级效应,增大物质分子运动频率和速度,增强溶剂穿透力,加速目标成分进入溶剂,缩短了操作时间[3]。因此超声波提取在食品[4]和工业品[5]等方面有比较广泛的应用,但在重金属提取方面的应用较少。现在研究的目的是优化超声波提取重金属元素的条件,如超声时间、温度、提取剂和样品量等,建立一种分析速度快、回收率高且适用于水果中重金属含量的测定方法。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
水果(市售);超纯水;盐酸、硝酸、高氯酸、30%过氧化氢(优级纯);镉、铬、铜、铅、锌标准溶液 国家环境保护总局标准样品研究所;标准物质GBW10019苹果 国家标准物质中心;所用玻璃及聚乙烯仪器均用硝酸溶液(1∶9)浸泡24 h,去二次离子水冲洗,晾干后备用。
AA320N 原子吸收分光光度计及GA 3202 石墨炉系统 上海精密科学仪器有限公司;KQ—100DB型超声波清洗器(温度(30～80)℃,频率40 kHz,超声电功率100 W,容量4 L) 昆山市超声仪器有限公司;Milli—Q超纯水设备,美国Millipore公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品前处理方法
取市售水果(苹果、葡萄、香蕉、白梨、桔子)先用流水洗净,取可食用部分(去皮和核),再用去离子水清洗,晾干,捣碎匀浆,于聚乙烯瓶中4 ℃保存备用。
1.2.2 超声辅助提取法[6]
称取0.1g标准品于离心管中,加5 mL HNO3-HClO4(2∶1, v/v)预超声10 min,立即放入超声浴中(在最大功率40 kHz),70 ℃超声12 min,以3 000 r/min离心10 min,取上层清液;残渣用2 mL超纯水清洗,再超声2 min,以3 000 r/min离心10 min,同样取上层清液且与酸浸出液合并,最后用超纯水定容至10 mL,于聚乙烯瓶中4 ℃保存备用,同时作空白试验。
1.2.3 湿式消解法
称取0.5 g样品于聚四氟乙烯烧杯中,加10 mL HNO3-H2O2(2∶1, v/v)加盖浸泡过夜,于电热板上加热消解,直至消化液呈无色透明或略带黄色,将过量的酸蒸发近干,冷却,转移至50 mL容量瓶中超纯水定容,于聚乙烯瓶中4 ℃保存备用,同时作空白试验。
1.2.4 原子吸收光谱法测定金属含量
经超声提取法与湿式消解法处理水果样品,用火焰原子吸收光谱法测定Cu和Zn的含量,石墨炉原子吸收光谱法测定Cd、Cr和Pb的含量。工作条件[7]见表1和表2。
2 结果与分析
2.1 超声提取法条件和参数的优化
2.1.1 预超声时间的选择
准确称取0.1g标准品加酸后,在室温下放置(0～14) min,再放入超声浴中提取,研究不同预超声时间对金属元素回收率的影响,结果如图1所示。曲线上每点表示6次平行测定结果的平均值,为了在一张图上清晰地反应每种元素的变化规律,Cd和Cr的测定结果加倍处理(如图标示)。所检测金属元素经预超声处理后,均比未处理前回收率高;当预超声时间10 min时,所有检测元素的回收率最大放置过长时间对金属元素回收率没有影响。优选预超声时间为10 min。
2.1.2 超声时间的选择
在选定的预超声时间下,其它条件不变,考察不同超声时间(0～14 min)对金属元素回收率的影响,结果如图2所示。当超声时间在(0～8) min内,所有金属元素的回收率随着时间增加而增大,达到最大回收率时,各元素需要超声的时间为Cd和Zn 8 min;Cr和Pb 10 min;Cu 12 min。优选超声时间为12 mim。
2.1.3 超声浴温度的选择
控制其它变量在最佳条件下,考察不同超声浴温度(30 ℃～80 ℃)对金属回收率的影响,结果如图3所示。对于样品中所有检测的重金属元素,高温可以提高回收率,达到最大回收率时,各元素需要超声的温度为Cr和Zn 50 ℃;Cd和Pb 60 ℃,Cu 70 ℃。优选温度为70 ℃。
2.1.4 样品量的选择
控制其它变量在最佳条件下,考察(0.05～0.30) g样品量对金属回收率的影响,结果如图4所示。当样品量大于0.15 g时各元素的回收率明显减少,本实验样品量/提取剂体积选择0.1 g/5 mL。
2.1.5 提取剂的选择
不同类型和浓度的提取剂,是影响超声提取效率的重要因素。分别用HNO3和HNO3-HCl(2∶1,v/v)、HNO3-HClO4(2∶1,v/v)提取标准品,其它变量在最佳条件下,结果如图5所示。样品经HNO3处理后,重金属回收率较低,说明样品中的有机物不能被HNO3完全氧化。用HNO3-HCl和HNO3-HClO4提取金属,回收率基本一致,三种提取剂的实验结果不存在显著性差异。本实验选择HNO3-HClO4(2∶1, v/v)作为提取剂。
2.2 超声提取法和湿式消解法的比较
比较超声提取法(最佳条件见表3)和湿式消解法对标准物质GBW10019苹果的消解效果,结果见表4。结果显示,由表可见,两种消解方法的测定结果与参考值均符合较好,但湿法耗时长,空白值较高,消解过程中形成的酸雾危害人体健康且安全性较差,而超声提取法更为简单速度、安全性好、污染少、试剂消耗少、残渣少。
/(mg·kg-1)
注:(1)标准值±标准偏差(n=6)
2.3 标准曲线和检出限
在用原子吸收光度法测定Cd、Cr、Cu、Pb和Zn系列浓度标准溶液,绘制标准曲线,各元素吸光度与浓度呈良好线性关系,相关系数均在0.9936以上。连续平行测定11次空白溶液,计算3倍标准偏差,得各元素的检出限为0.007～0.011 mg/L,结果见表5。
2.4 精密度和加标回收试验
对样品进行平行11次测定,计算各元素的相对标准偏差为(RSD)为(1.7～6.1)%。为考察方法的准确度,进行了六种元素的加标回收试验,在样品中加入一定量的标准溶液,在最佳超声提取条件下处理样品,原子吸收光度法测定其含量,并计算加标回收率在(91.6～110.0)%,结果见表6。
2. 5 样品的测定
在最佳超声提取条件下,平行3次测定水果样品中各金属元素的含量,结果见表7。在检测的5种水果中,镉、铬、铜和锌的平均含量低于国家限量标准,只有苹果中的铅超标1.70倍。铅是一种积累性有毒金属元素,摄入过量的会对神经、造血和消化等多个系统造成危害,尤其是对婴儿的智力和身体发育影响更为严重。
/(mg·kg-1)
注:(1)平均值±标准偏差(n=6);(2)超标;(3)ND表示未检出;(4)葡萄0.2 mg/kg
3 结论
在优化的超声提取条件下,用超声波提取水样品中Cd、Cr、Cu、Pb和Zn等金属元素,方法简单快速、回收率较高,与常规消解法相比较,两种方法的提取效率相当,但超声消解法缩短了湿式消解法中消解、加热、干燥、冷却和分离等步骤的时间,降低了浓酸的消耗和污染,避免了高温高压的过程,提高提取率以及简化提取操作,因此超声提取适用于水果等样品中重金属元素的提取。
摘要：优化了超声波辅助提取水果中重金属的条件,建立了原子吸收光谱法测定水果中Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量的方法。各元素的线性关系良好(r=0.993 6～0.999 8),检出限为0.007～0.011 mg/L,相对标准偏差(RSD)为1.7%～6.8%,加标回收率为91.6%～110.0%。在优化的超声提取条件下分析标准物质GBW10019,并与湿法消解结果相比较,两种方法的测定值与参考值均符合较好,但超声提取法速度较快、安全性较好、污染小、试剂消耗少、残渣少。
关键词：超声提取法,金属元素,水果
参考文献
[1] Toxic M T.Essential trace elemental contents in species from theBlack Sea,Turkey.Food and Chemical Toxicology,2009;47:1785—1790
[2] Kazi T G,Jamali M K,Arain M B,et al.Evaluation of an ultrasonicacid digestion procedure for total heavy metals determination in envi-ronmental and biological samples.Journal of Hazardous Materials,2009;161:1391—1398
[3]郭孝武.超声提取分离.北京:化学工业出版社,2008
[4]黄伟敏,南江,王星,等.超声提取西洋参叶多糖工艺及稳定性研究.食品工业科技,2011;32(11):339—344
[5]曹丹,吴丽燕,游雄,等.超声萃取气相色谱-质谱联用法测定塑料中邻苯二甲酸酯类增塑剂及其不确定度评估.科学技术与工程,2009;5:23—26
[6] Kazi T G,Afridi H I,Jamali M K,et al.Effect of ultrasound agita-tion on the release of heavy elements in certified reference material ofhuman hair(CRM BCR 397).Journal of AOAC International,2006;89(5):1410—1416
[7]蔡艳荣,刘媛,李玲玲.原子吸收光谱法测定水果中10种元素含量及分布.卫生研究,2011;40(3):361—364
[8] GB 2762—2005食品中污染物限量.北京:中国标准出版社,2005
[9] GB 15199—1994食品中铜限量卫生标准.北京:中国标准出版社,1994
声波测定 篇3
本方法针对的是矿物油, 即总石油烃 (TPH) 的测定。用于测量土壤中沸点较高 (170℃~430℃) 、碳数在C10~C35的石油烃类, 包括柴油烃类、煤油类等。
国际国内对于土壤中的总石油烃 (TPH) 特别是土壤中沸点较高 (170℃~430℃) 、碳数在C10~C35的石油烃类的标准方法及文献均为红外分光光度法为主, 本文使用方法参照美国马萨诸塞州的州方法操作, 使用超声波萃取[3], 气相色谱法分析。
1 方法原理
土壤用二氯甲烷萃取后, 用带氢火焰离子化检测器 (FID) 的气相色谱仪检测。以正构烷烃C10~C35混合物作为标准样品, 对相同色谱条件下样品中C10到C35之间的所出的色谱峰进行积分, 从而获得定量结果。
2 实验部分
2.1 样品制备
因土壤样品含有较多的水分, 所以, 为准确称重, 须干燥处理。但只可采取自然风干或真空冷冻干燥等方式, 不可直接于日光下曝晒或高温烘干, 以防所测组分的损失。空白样品为经环己烷提取的石英砂。
样品制备:取土壤样品约100g, 自然风干, 粉碎后过80~100目筛, 装棕色玻璃瓶待用。
2.2 仪器与试剂
气相色谱仪:安捷伦Agilent7890A气相色谱仪 (美国) , FID检测器, 数据处理系统。
色谱柱:HP~5;柱长30m;内径0.32mm;膜厚0.25μm。
分液漏斗:1000m L, 活塞上不得使用油性润滑剂, 使用聚四氟乙烯活塞。
试剂:纯水, 二氯甲烷 (农残级) , 正构烷烃标准溶液液:含C10~C35等正构烷烃的混合物 (美国Supelco公司) 。
2.3 样品萃取
称取土样 (如15g) 至烧杯中, 再加入40m L二氯甲烷, 用超声波处理器萃取5min (萃取功率>4 0 0W, 恒定) , 取出上清液, 重复上述步骤共3次, 合并上清液;最后用萃取液冲洗萃取探头、样品容器各3次, 上清液、冲洗液及萃取后的土壤样, 过5~8厘米厚无水硫酸钠层, 进行固液分离, 收集滤液于氮吹管中。氮吹浓缩仪设置温度30℃, 小流量氮气将萃取液浓缩至近干, 用二氯甲烷定容至约1.0m L。用滴管转移至2m L样品瓶中, 待分析。
2.4 标准曲线的配制
根据样品实际情况配制至少5个浓度的标准使用液, 其中一点的浓度应略高于方法检出限, 其余4点的浓度能覆盖实际水样中总石油烃 (TPH) 的浓度, 或在GC的线性范围之内。
2.5 色谱条件
载气 (氮气) 流速:2m L/min;空气流速:3 0 0 m L/m i n;氢气流速:3 0 m L/m i n, 尾吹气流速:28m L/min。分流进样, 分流比1∶5;进样量:1μL。柱温程序:40℃保持0.5min, 以15℃/min的速率升至290℃, 保持5min。进样口温度:300℃;检测器温度:300℃。
2.6 结果与计算
用注入正构烷烃标准使用液的方法来校准仪器系统, 标准使用液的分析条件与样品的完全相同。利用其平均响应因子和石油烃类的色谱峰总面积, 计算样品中石油烃类的浓度。
在绘制标准曲线时, 每个正构烷烃响应因子的相对标准偏差 (%RSD) 应≤20%, 方可认定所制定的标准曲线合格, 可以使用每个正构烷烃响应因子的平均值进行计算。
2.6.1 每个正构烷烃的响应因子
用下列公式计算每个正构烷烃的响应因子:
其中:Fi为第i个正构烷烃的响应因子;
C i为注射进色谱柱中的烷烃的质量 (ng) ;
Ai为第i个正构烷烃的峰面积。
2.6.2 每个正构烷烃的平均响应因子
用下列公式计算5个浓度 (1.00mg/L、2.50mg/L、5.00mg/L、10.0mg/L、20.0mg/L) 校正标准中每个正构烷烃响应因子的平均值:
其中:Fi, mean为第i个正构烷烃的平均响应因子;
n为标准使用液系列的浓度水平数, 本方法中, n为5。
2.6.3 T PH校正标准响应因子
其中:Fa为TPH校正标准响应因子;
m为用于计算的正构烷烃的数目。
2.6.4 样品定量积分范围及土样中石油烃类浓度
样品中TPH的积分时间段是正构烷烃校正标准中C10的色谱峰起始时间至C35的色谱峰结束时间。以峰面积定量, 峰的积分条件与正构烷烃校正标准的完全相同。
石油烃类浓度 (mg/kg) =[ (Ax/Fa) (Vt/V i) ]/M土
其中:Ax为样品中C10~C35之间所有色谱的面积;
Fa为T PH校正标准响应因子, 1/μg;
Vi为GC的进样体积, μL;
Vt为浓缩后待进样的提取物体积m L;
M土为土样质量g。
3 结果与讨论
3.1 标准色谱图及标准响应因子
10.0mg/L石油烃类标准色谱图见图1, 正构烷烃的峰面积及各自的响应因子见表1。
3.2 检出限、精密度和准确度
方法检出限按下述公式计算:MDL=S×t (n~1, 0.99) (如果连续分析7个样品, 在9 9%的置信区间, t 6, 0.9 9=3.1 4 3) , 其中:S为平行测定的标准偏差, t (n~1, 0.99) 为置信度为99%、自由度为n~1时的t值。n为重复分析的样品数。
样品体积为15g, 浓缩至1.0m L进样时, 本方法检出限为0.4mg/kg。
3.3 准确度
在实验室配制的7个空白土壤样品15g中加入石油烃类标准物质0.5μg, 做回收率试验, 结果表明石油烃类加标回收率在80.0%~97.7%。
3.4 实际样品测定
实验中分别选取土壤中石油烃类标准样品 (基体为土壤, 《土壤环境污染状况专项》课题样品) , 进行实际样品测定试验, 结果见表2。
分析结果表明, 本方法测定土壤实际样品准确度及精密度均达到要求。
3.5 质量保证和控制
(1) 所用的色谱分离条件要保证正构烷烃中组分与溶剂二氯甲烷基线分离, 最后一个C35峰应在较短时间 (30min) 内出峰。
(2) 在绘制标准曲线时, 每个正构烷烃响应因子的相对标准偏差 (%RSD) 应≤20%, 方可认定所制定的标准曲线合格, 可以使用每个正构烷烃响应因子的平均值进行计算。
用下列公式计算浓度校正标准中每个正构烷烃响应因子的相对标准偏差:
其中:SD为标准偏差;
Fi, mean为每个正构烷烃的响应因子的平均值。
(3) 第i个正构烷烃的平均响应因子Fi, mean与TPH校正标准响应因子Fa的相对偏差应在±20%之内, 用下列公式计算计算Fi, mea n与Fa的相对偏差:
如果有D%超出±20%时, 需对GC进行检查, 尤其检查样品进样歧视方面的问题, 如进样衬管受污染或存在活化点、色谱柱在进样口安装得不合适、进样技术有问题 (尤其是手动进样时) 、色谱柱受污染、进样口有裂缝等。另外, 正构烷烃混合标样未完全溶于溶剂也会造成D%超出±20%[4]。
综上所述, 气相色谱法测定土壤中沸点较高 (170℃~430℃) 、碳数在C10~C35的石油烃类, 前处理方法简便, 定量结果准确, 灵敏度高。国内尚未见类似方法的报道。
摘要：建立了利用超声波萃取和GC-FID技术, 对土壤中的石油烃类进行分析。通过对检出限、精密度、准确度的测定, 该方法操作简单、结果准确。
关键词：土壤,总石油烃,超声波萃取,气相色谱
参考文献
[1]魏复盛, 徐晓白, 阎吉昌, 等.水和废水监测分析方法指南 (下册) [M].北京:中国环境科学出版社, 1997:416.
[2]GB/T16488～1996, 水质、石油类和动植物油的测定[S].
[3]EPA3550C Ultrasonic Extraction US.