同一元素的不同形態具有不同的物理化學性質和生物活性，如：無機砷化合物的毒性比較大，有機砷化合物的毒性較小或者基本沒有毒性。因此，對于某些元素，只了解總量是不夠的，我們在了解總量的同時，更希望了解某元素的形態組成，“元素形態分析”作為一個嶄新的應用研究領域應運而生。痕(微)量元素的化學形態信息在環境科學、生物醫學、中醫醫學、食品科學、營養學、微量元素醫學以及商品中有毒元素限量新標準等研究領域中起著非常重要的作用。

　　經過近三十多年發展，元素形態分析目前已經成為分析科學領域的一個重要分支。元素形態分析，傳統化學法用的比較少，使用較多的是儀器聯機分析方法，其實質是分離技術與檢測技術的聯用。所使用的聯機分析法主要是液相色譜(LC)、氣相色譜(GC)、毛細管電泳(CE)、離子色譜(IC)等分離設備和電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)、電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)、原子熒光(AFS)、原子吸收(AAS)等元素檢測儀器聯用。隨著有機質譜的發展，GC-MS和LC-MS/MS也越來越多地應用于元素形態分析。

　　AFS是中國具有自主知識產權的分析儀器，具有分析靈敏度高、線性范圍寬、光譜干擾及化學干擾少、儀器結構簡單、成本低廉、易于維護等優點。LC-AFS是近幾年快速發展起來的一種聯用技術，主要儀器生產廠商有7家：北京吉天儀器有限公司、北京瑞利分析儀器有限公司、北京普析通用儀器有限責任公司、北京海光儀器公司、北京金索坤技術開發有限公司、北京銳光儀器有限公司、北京凱迪瑞分析儀器有限公司。將來，相信還會有更多的儀器廠家加入到這個行列當中。

　　日前，儀器信息網編輯就原子熒光形態分析技術與市場、標準等問題，采訪了相關專家及儀器廠商。

原子熒光形態分析技術的優勢與不足

　　就像前言中所說，目前元素形態分析多用儀器聯機分析方法。其中，國內外比較認可LC-ICP-MS聯用方法。ICP-MS方法靈敏度高、選擇性強、檢出限佳、可以時測定多種元素，是元素形態分析的有力檢測工具。但是，ICP-MS儀器主要依靠進口、成本高、運行費用也高，目前，將其作為形態分析的常規檢測手段尚不具備條件。

　　As、Hg、Se、Sb等元素的主要熒光譜線介于200～290nm之間，正好是日盲光電倍增管靈敏度最好波段，即處于AFS最佳的檢測波長范圍之內。另一方面，這些元素可以形成氣態化合物，與大量的基體相分離，從而大大降低了基體干擾;而且，與溶液直接噴霧進樣相比，蒸氣發生進樣技術(VG)能將待測元素充分預富集，進樣效率近乎100%。

　　AFS與LC的聯用具有優勢互補的特點，可以得到很低的檢出限，可實現對As、Hg、Se、Sb等元素價態的分析測試。被測元素的不同價態組分存在物理和化學性質差異，其在色譜柱中的保留時間不同，液相色譜分離系統實現不同價態分離，接口裝置將色譜柱分離出來的不同價態被測元素組分，以及參與氫化物反應的其它試劑，通過液體輸送設備帶入反應管路中實現化學反應;另外，一些不能直接發生氫化物反應或反應效率較低的有機價態元素，可通過在線紫外消解裝置，轉化為可進行氫化物反應的無機價態元素;最后，原子熒光檢測系統將被測元素定量轉化為可被檢測的光譜信號。

　　LC-AFS其最大特點在于對含有特定元素的化合物具有高度的專一性和較高的靈敏度，具有與ICP-MS相似的分析性能(檢出限、精密度和靈敏度)。有相關專家在As形態分析的分析性能上對比了ICP-MS和AFS兩種檢測器，發現AFS可以獲得與ICP-MS相當的靈敏度。與ICP-MS相比較，LC-AFS在采購成本、使用成本上具有極大優勢;并且具有操作簡單、容易上手的特點。

　　但是，任何儀器方法都不可能是完美無缺的，LC-AFS也有其不足之處。北京瑞利說到：“AFS所測量元素及其形態范圍很有限，長期運行的穩定性也不太理想。”海光指出：“進樣量不匹配，即液相色譜進樣量只有幾十微升，而AFS通常進樣量是毫升級，所以LC-AFS聯用的檢出限比AFS的低數十倍，需要進一步提高AFS靈敏度。”普析指出：“對檢測條件和樣品前處理方法也比較苛刻，影響因素較多。”

原子熒光形態分析技術的應用

　　隨著LC-AFS技術的不斷發展，LC-AFS在檢測As、Hg、Se、Sb四種元素的形態和價態方面比較成熟，Te和Ge元素也有涉及，但是應用較少。LC-AFS技術應用領域與行業越來越廣泛，涵蓋了食品衛生檢測、環境樣品檢測、地質冶金樣品檢測、水樣品檢測、農產品檢測、臨床檢驗、教育及科研等領域。

　　1、食品中的As形態分析

　　A、大米和菠菜中As形態的測試(植物性)

表1 大米和菠菜測定結果(普析SA7)

圖1 As(III)、DMA、MMA、As(V)標準色譜圖

　　B、蔬菜中As形態測定

表2 蔬菜中As形態測定結果(吉天儀器)

　　b 將樣品用HNO3+HClO4+H2SO4消解后測得的砷含量。

圖2 砷形態標準溶液譜圖

圖3 海帶中的As形態譜圖

　　C、大蝦、魚粉中As形態的測試(動物性)

表3 大蝦和魚粉測定結果(普析SA7)

圖4 大蝦中AsB、DMA測量色譜圖

圖5 大米中As(III)、DMA色譜圖

　　2、魚樣中Hg形態分析

圖6 汞形態標準溶液譜圖(吉天儀器)

圖7 魚樣中的汞形態

　　測定結果：

　　[MetHg]=104μg/kg，[Hg2+]=3.7μg/kg，Total [Hg]=110μg/kg

原子熒光形態分析儀器市場規模較小 相關標準缺失

　　目前，中國原子熒光形態分析儀器市場規模還較小，據統計年銷售量在200臺左右。主要是國家級別的實驗室、省一級的檢測機構以及相關科研院所用于研究工作，并沒有普及到基層實驗室。任何儀器的大規模應用都要依靠標準的實施，LC-AFS相關的國家限量標準較少，從法規上對產品廠商的約束較少，使得原子熒光形態分析儀器不能作為一種常備的分析儀器得到普及，大多作為課題研究的工具，因此形態分析相關國家標準的缺失成為LC-AFS相關市場需求沒有完全激發的最主要原因。

　　中國有關原子熒光形態分析的方法標準主要有：GB/T5009.17-2003 食品中總汞及有機汞的測定;GB/T5009.11-2003食品中總砷及無機砷的測定;SN/T3034-2011出口水產品中無機汞、甲基汞和乙基汞的測定 液相色譜-原子熒光光譜聯用等。還有一些標準正處于準備或征詢意見階段。其中，北京瑞利與中國疾控中心營養與食品安全所合作，開展液相色譜-原子熒光聯用技術測定食品中砷、汞形態的研究，樣品類型涉及所有的海產品和日常膳食;制定的《GB5009.11-****食品安全國家標準食品中總砷及無機砷的測定》正處于征求意見中。

　　對于一些元素形態或價態的分離及檢測方法的研究與測試標準的制定已刻不容緩。北京吉天說到：“目前，迫切需要儀器廠商與相關單位通力合作，推動相關標準的制定。”普析說到：“在食品、衛生、農業等領域還有大量的LC-AFS的應用文獻。隨著時間的推移和方法技術的成熟，相信經過相關權威部門和儀器廠商的不斷努力，使其與AFS一樣，會有更多的國家標準和行業標準發布實施。”

　　對于制約原子熒光形態分析儀器推廣的其他原因，韋超指出：“形態分析聯用技術的成本較高，如ICP-MS儀器單價就要一百萬人民幣以上，國產形態聯用分析儀器也在二十萬元以上，同時技術難度較大，分析人員需要具備較高的專業素養。以上兩個原因導致形態分析聯用技術的市場還處于培育階段。”

　　北京瑞利提到：“技術上抄襲模仿較多，原始創新較少，能夠上升到理論層面而開發的核心技術更是少之又少;ICP-MS的價格在逐年下降，原子熒光的應用范圍、所測元素和檢出能力又比較有限，其成本優勢所占的比重在逐年降低。”北京吉天認為：“形態質控樣種類太少也是制約形態分析普及的一大瓶頸，因為，目前只有少量的無機砷和甲基汞的質控樣，導致測量的準確性和可靠性難以得到保證。”

原子熒光形態分析儀器的市場前景?

　　“考慮到我國經濟貿易的蓬勃發展和人民群眾對食品安全環境保護的日益關注，形態分析聯用技術市場的發展前景還是十分樂觀的，一旦相關技術法規、限量標準得以確立完善，聯用儀器開發生產形成規模化，將會帶來爆發性增長。”韋超說到。

　　2015年中國藥典擬增訂元素形態及其價態測定法，其中包括汞元素形態及其價態測定法和As形態及其價態測定法，擬增訂方法為高效液相色譜法-電感耦合等離子體質譜測定法。2009年歐盟實施玩具安全新指令2009/48/EC，其中化學安全性能于2013年7月20日生效。該指令要求對Cr(III)和Cr(VI)分別進行限制，其中Cr(III)、Cr(VI)限量在各類樣品中的要求分別如下：一類樣品(37.5、0.2 mg/kg);二類樣品(9.4、0.005 mg/kg);三類樣品(460、0.02 mg/kg)。

　　2015版中國藥典、歐盟指令2009/48/EC給出的參考檢測方法都是LC-ICP-MS，但是，藥典、歐盟的標準中同樣都指出，只要分析方法經過驗證，檢出限低于標準的限量，該方法即可應用。那么，對于原子熒光形態分析儀器生產企業來說，原子熒光形態分析方法是否有機會進入這兩個領域?

　　“既然2015版中國藥典、歐盟實施玩具安全新指令2009/48/EC曾提出，儀器公司可以申請等效方法。作為國產儀器，原子熒光具有其獨有優勢，完全有機會進入這兩個領域，而且也相當期待進入此領域，這樣可以填補國產分析儀器在這方面的空白。只要原子熒光在分析方法上可以達到上述應用領域的要求，至少可以和LC-ICP-MS方法等效，將來極有可能將原子熒光儀器推向國際市場，”海光儀器認為，“作為原子熒光形態分析儀器生產企業，今后我們將持續關注這兩個領域的動態，著手準備開展前期研究工作。”

　　“從其色譜、質譜條件與系統適用性試驗可以看出，高效液相色譜法-原子熒光光譜法完全符合2015年中國藥典相關要求，滿足其測試條件。但是，由于藥典中原子熒光光譜法測量砷元素和汞元素的方法未能寫入其中，如想把其價態測定的方法寫入藥典，就需要先把原子熒光法測量砷汞的方法寫入藥典。”普析說到，“而對于歐盟實施玩具安全新指令2009/48/EC，原子熒光形態分析儀目前還不能測量Cr的形態。”|

　　北京吉天也非常看好原子熒光形態分析方法在藥物分析領域的前景。“藥物如雄黃中的砷形態、朱砂中的汞形態，以及藥物在動物體內新陳代謝過程中各種元素形態的轉化，都是很有研究價值的領域，我們已經與相關單位進行合作取得了一些成果。”對歐盟玩具安全新指令2009/48/EC指令中Cr(III)、Cr(VI)用原子熒光形態分析方法，北京吉天不是很看好，“該方法最困難的地方在于如何將Cr(III)、Cr(VI)從樣品中有效的提取出來，目前看來沒有很理想的方法，各種方法的提取率千差萬別。而且，RoHs樣品基體復雜，干擾重，重現性和穩定性都無法很好保證。此外，Cr的原子化溫度在1000℃以上，現有的原子熒光的原子化器溫度只有200℃左右，氫化物的發生效率也很低，需要加入特定的增敏劑，所以Cr的氫化物發生效率和原子化溫度也是需要解決的問題。”

　　“GB/T 29783-2013 電子電氣產品中六價鉻的測定 原子熒光光譜法，已經進入實施階段，但是并不被歐盟所認可，歐盟僅認可二苯碳酰二肼方法。在藥典方法中，原子熒光無論是總量分析和形態分析中的干擾問題和長期穩定性的問題始終沒有得到有效解決。”北京瑞利介紹到，“因此，這兩個領域的應用前景取決于儀器制造廠商自身在儀器性能和分析方法上的積極改進，只有解決了干擾問題和長期穩定性的問題，才能在應用層面得到廣大用戶的認可。”

　　總的來說，就像普析所說的：“我國在元素形態分析領域有三個方面要做，第一，盡快建立不同元素的形態分析的國家、行業標準;第二，建立針對不同樣品的標準操作程序(SOP)，并通過與國際相關實驗室比對，取得一致的數據;第三，研究形態標準物質。”(撰稿人：劉豐秋)