專(zhuān)利名稱：活性物質(zhì)的物種化同位素稀釋質(zhì)譜法及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用和測(cè)量的物質(zhì)相同物種形成形式的富集物種化(speciated)同位素示蹤物的方法，而不考慮不完全提取，或者轉(zhuǎn)化，部分破壞及不穩(wěn)定性的存在。
在包括環(huán)境、生物、藥物和工業(yè)樣品的許多環(huán)境中，以及在標(biāo)準(zhǔn)的參考材料中，需要對(duì)關(guān)心的核素進(jìn)行定量確定。例如，某些形式的元素或者分子種類(lèi)表現(xiàn)出不同于其它元素或分子種類(lèi)的毒性或者化學(xué)性能。除電化學(xué)方法之外，其余的現(xiàn)有技術(shù)都主要依賴于物理分離和時(shí)間。這些技術(shù)不能確定物質(zhì)轉(zhuǎn)換(從一個(gè)物質(zhì)形式變換為另一物質(zhì)形式)是否被丟失、產(chǎn)生或者被改變或者被完全恢復(fù)。這種技術(shù)不能用于確定一種物質(zhì)向另一物質(zhì)的轉(zhuǎn)變，存儲(chǔ)過(guò)程中的破壞或產(chǎn)生，測(cè)量過(guò)程中的處理和樣品制備，或者不能用在在測(cè)量過(guò)程中是不完全的或者是可變的分離中。
這種測(cè)量的臨界性的一個(gè)例子是應(yīng)考慮鉻。雖然Cr(Ⅲ)是人體健康必不可少的微量元素，但是對(duì)人類(lèi)和絕大多數(shù)其它動(dòng)物來(lái)說(shuō)Cr(Ⅵ)是有毒的，并且還是致癌物質(zhì)。從而，這兩種物質(zhì)之間的差別，即該元素的氧化狀態(tài)的不同可能非常重要。雖然色譜法可用于以時(shí)間分辨力的方式使Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分離，但是由于每種物質(zhì)可與其周?chē)h(huán)境反應(yīng)，甚至與分離劑反應(yīng)，因此色譜分離只是處理結(jié)束時(shí)記錄事件狀態(tài)的瞬象。在分析過(guò)程中，每種物質(zhì)可與許多其它試劑反應(yīng)，并被轉(zhuǎn)換。于是，對(duì)時(shí)間分辨力來(lái)說(shuō)，沒(méi)辦法確定當(dāng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，或者當(dāng)實(shí)際獲取樣品時(shí)，在每種物質(zhì)中實(shí)際存在多少鉻。
對(duì)于特殊的方法，通常需要特定的物質(zhì)。例如，在某些化合物形式下，鋇是有毒的，但是它還通常以液體漿料形式的硫酸鋇的形式應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷x射線檢驗(yàn)。利用同位素示蹤的硫酸鋇，可實(shí)現(xiàn)鋇轉(zhuǎn)化為另一物質(zhì)的身體處理的構(gòu)象和評(píng)價(jià)。這些研究已經(jīng)完成了，但是物種化同位素稀釋測(cè)量還沒(méi)有應(yīng)用于這種分析。
對(duì)于鉛來(lái)說(shuō)，由于這種元素的地球上唯一的并且自然產(chǎn)生的同位素組分差別，已進(jìn)行了某些同位素追蹤。同位素比可與特定源相匹配，以確定鉛的起源。這些測(cè)量不是物種化測(cè)量，但是依賴于要檢測(cè)的天然物質(zhì)的同位素比差別。該技術(shù)還用于鉛陶器釉，以確定藝術(shù)對(duì)象的起源，但是在這種情況下，還確定了自然產(chǎn)生的同位素比。，鉛是唯一可行的，依據(jù)同位素比方法，就起源而論要評(píng)價(jià)的非放射性元素，因?yàn)槠渫凰乇入S著最初礦床中與鉛混合的鈾的數(shù)量而改變。對(duì)于不同的鉛礦床，鈾衰減為不同的鉛同位素產(chǎn)生獨(dú)特的同位素比。
現(xiàn)代分析儀器的發(fā)展集中在越來(lái)越低的濃度的精確確定上。技術(shù)已解決了較多，較少，微量及超微量元素的確定。在各個(gè)分析水平下，這些技術(shù)主要涉及被分析物的體相濃度。
我的在先美國(guó)專(zhuān)利5414259公開(kāi)了一種測(cè)量存在于特定樣品中的元素物質(zhì)，而不是其整體元素濃度的方法的方法。該專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容作為參考包含于此。
由于各種原因，包括例如在環(huán)境科學(xué)，醫(yī)藥，生物過(guò)程監(jiān)視，營(yíng)養(yǎng)學(xué)及工業(yè)中系統(tǒng)的表征和評(píng)價(jià)，希望測(cè)量物質(zhì)。由于這些過(guò)程中的化學(xué)性質(zhì)因物質(zhì)而不同，因此在物種形成水平測(cè)量微量元素的存在。例如，Cr(Ⅲ)是人類(lèi)健康所必不可少的微量元素，而Cr(Ⅳ)對(duì)人類(lèi)和其它動(dòng)物來(lái)說(shuō)是有毒的，并且是致癌物質(zhì)。這些形式的每一種都是一種鉻，并且都與其獨(dú)特的化學(xué)反應(yīng)相聯(lián)系。差別在于元素的氧化態(tài)。可能感興趣的其它物質(zhì)的例子是無(wú)機(jī)離子并且與有機(jī)分子共價(jià)結(jié)合的組合物，例如汞和甲基汞。其它一些是具有不同配合基的不同螯合物，另一些是完全不同的有機(jī)分子。在化學(xué)文獻(xiàn)中描述了許多物質(zhì)，并且為了確定在化學(xué)處理和測(cè)量過(guò)程中，物質(zhì)濃度方面的變化及相關(guān)豐度是否已改變，非常需要一種區(qū)別多數(shù)物質(zhì)的通用比較方法。
元素物種形成的方法已為人們所知。參見(jiàn)Allen，H．E．；Huang，C．P．；Bailey，G．W．；Bowers，A．R．“金屬物種形成和土壤的污染”；Lewis PublisherBoca Raton，F(xiàn)lorida，1995；Batley，G．E．“示蹤元素物種形成分析方法和問(wèn)題”；CRC PressBoca Raton，F(xiàn)lorida，1989；Das，A．K．；Chakraborty，R．；Cervera，M．L．；de la Guardia，M．Mikrochim．Acta 1996，122，209-246；Kramer，J．R．；Allen，H．E．“金屬物種形成理論、分析和應(yīng)用”；Lewis PublishersChelsea，Michigan，1991；Krull，I．S．“示蹤金屬分析和物種形成”；ElsevierOxford，1991；Van Loon，J．C．；Barefoot，R．R．Analyst(London)1992，117，563-570；Vela，N．P．；Olson，L．K．；Caruso，J．A．Anal．Chem．1993，65，585a-597a。在該文獻(xiàn)中識(shí)別了導(dǎo)致物種形成分析方面的錯(cuò)誤的幾個(gè)具體問(wèn)題。目前，只能按照例行程序并精確地進(jìn)行總的元素濃度的整體測(cè)量。對(duì)于物種形成方法來(lái)說(shuō)，存在幾個(gè)潛在的問(wèn)題。許多物質(zhì)是活性的，并且在采樣，存儲(chǔ)和測(cè)量步驟中被轉(zhuǎn)化或變換為其它物質(zhì)。另外，在這些過(guò)程中，物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)，在數(shù)值測(cè)量之前，可被改變?cè)S多次。此外，這些傳統(tǒng)方法不校正物質(zhì)與分離劑之間的可能反應(yīng)。從而，雖然借助這些方法實(shí)現(xiàn)的分析既精確又可再現(xiàn)，但是這種分析的結(jié)果并不是完全可靠的。例如，加利福尼亞州已頒布了關(guān)于水中、土壤中和被污染廢物中Cr(Ⅳ)的分析的法規(guī)，即使進(jìn)行這些測(cè)量的方法并不完全精確。出于調(diào)整目的，環(huán)境解決方案必須關(guān)于總的鉻極頻繁地分析樣品，并假定所有的鉻處于+6氧化態(tài)。這可能是安全的，但是這是一種簡(jiǎn)單的解決方案，并浪費(fèi)大量的金錢(qián)在不必要的糾正上。也應(yīng)用了其它一些精度未知的方法，例如US EPARCRA(United States Environmental Protection Agency’s ResourceConservation and Recovery Act)方法3060(使Cr(Ⅳ)和土壤和固體物質(zhì)分離的堿抽提方法)和7196(量化Cr(Ⅵ)的紫外線-可見(jiàn)光測(cè)色方法)。這些方法具有偏差，并且在各種樣品本體中是不精確的，沒(méi)有任何方法來(lái)評(píng)價(jià)它們自身的精度，并需要另一方法來(lái)驗(yàn)證它們。到現(xiàn)在為止，仍然不存在評(píng)價(jià)這些方法中的偏差的驗(yàn)證方法或途徑。雖然一些方法對(duì)某些本體是精確的，對(duì)其它本體是無(wú)效的，到目前為止，沒(méi)有告知對(duì)于具體的本體，哪種方法是合適的途徑，并且不存在驗(yàn)證方法的方法。
傳統(tǒng)的方法并不精確地分析物質(zhì)濃度。例如，最近的一篇論文中報(bào)道的結(jié)果指出抽提過(guò)程中的退化。為了消解退化，使用更短的抽提時(shí)間來(lái)抽提錫物質(zhì)。已知的方法并不提供校正物質(zhì)退化或者校正或評(píng)價(jià)抽提效率低的手段。參見(jiàn)Donard，O．F．X．；Lalere，B．；Martin，F(xiàn)．；Lobinski，R．Anal．Chem．1995，67，4250-4254。這類(lèi)方法被用于獲取物質(zhì)濃度的一致，這里假定持久精度是精確的，并在標(biāo)準(zhǔn)參考材料的確認(rèn)中忽略系統(tǒng)誤差。這些情況下，標(biāo)準(zhǔn)材料方面的誤差，及標(biāo)準(zhǔn)材料確認(rèn)中使用的方法的驗(yàn)證方面的誤差是可再現(xiàn)的，并且是可轉(zhuǎn)換的，往往會(huì)包括在分析技術(shù)中及包括在使用它們確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)中。由于在這些方法中不存在評(píng)價(jià)方法協(xié)議和由這些協(xié)議產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的精度的附加自由度，不能評(píng)價(jià)系統(tǒng)偏差。
在分析檢測(cè)之前，傳統(tǒng)的分析方法要求完全抽提。為了在抽提效率和物質(zhì)退化之間實(shí)現(xiàn)這種平衡，需要一種不受這些定量限制的技術(shù)。分解本體，以使物質(zhì)與樣品分離，同時(shí)保持物質(zhì)自身，是一項(xiàng)需要大量準(zhǔn)備的復(fù)雜任務(wù)。由于絕大多數(shù)檢測(cè)器不能區(qū)分物質(zhì)，因此還需要把一種物質(zhì)與另一物質(zhì)分開(kāi)。分析過(guò)程中諸如Cr(Ⅳ)之類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換已為人們所知。例如，EPA方法3060A(SW-846 EPA Method3060AAlkaline Digestion of Hexavalent Chromium，Test Methods forEvaluating Solid Waste，第三次修訂本；U．S．EnvironmentalProtection AgencyWashington，DC，1997)使用堿浸提來(lái)保持Cr(Ⅵ)，并試圖在抽提過(guò)程中阻止Cr(Ⅵ)Cr還原為(Ⅲ)(James，B．R．；Petura，J．C．；Vitale，R．J．；Mussoline，G．R．Environ．Sci．&Tech．1995，29，2377-2381；Vitale，R．J．；Mussoline，G．R．；Peura，J．C．；James，B．R．J．of Environ．Qual．1994，23，1249-1256；Vitale，R．J．；Mussoline，G．R．；Peura，J．C．；James，B．R．Am．Environ．Lab．1995，7，1)。成功的程度取決于本體，并且不知道該方法適用于哪些本體。從而通常采用該方法時(shí)存在已知的不精確性。EPA方法7196A(SW-846EPA Method 7196AChromium，Hexavalent(colorimetric)，TestMethods for Evaluating Solid Waste，第三次修訂本；U．S．Environmental Protection AgencyWashington，DC，1996)，一種用于Cr(Ⅵ)的UV-Vis檢測(cè)方法，已廣泛用于通過(guò)在pH值=2的情況下檢測(cè)顯紫色的絡(luò)合物，Cr(Ⅵ)-二苯卡巴肼，量化Cr(Ⅵ)(Nazario，C．L．；Menden，E．E．J．Am．Leather Chem．Assoc．1990，85，212-224)。但是，當(dāng)該方法應(yīng)用于具有絡(luò)合物本體的樣品時(shí)，存在幾個(gè)問(wèn)題(Harzdorf，A．C．Int．J．Environ．Anal．Chem．1987，29，249-261；Milacic，R．；Stupar，J．；Kozuh，N．；Korosin，J．Analyst(London)1992，117，125-130)。諸如Fe2+和一些有機(jī)物之類(lèi)的共存本體組分可通過(guò)在測(cè)量過(guò)程中還原Cr(Ⅵ)而干擾Cr(Ⅵ)(SW-846 EPA Method 7196AChromium，Hexavalent(colorimetric)，TestMethods for Evaluating Solid Waste，第三次修訂本；U．S．Environmental Protection AgencyWashington，DC，1996)。對(duì)于具體的本體和樣品類(lèi)型，已知的方法不驗(yàn)證這些方法。對(duì)于關(guān)于其它活性物質(zhì)的物種形成測(cè)量的其它方法，存在類(lèi)似的問(wèn)題。
關(guān)于物種形成測(cè)量的方法主要涉及感興趣的物質(zhì)與相同元素的其它物質(zhì)形式的物理分離，及該子樣品的分析(Fong，W．；Wu，J．C．G．Spectrosc．Lett．1991，24，931-941；Beceiro Gonzalez，E．；BermejoBarrera，P．；Bermejo Barrera，A．；Barciela Garcia，J．；BarcielaAlonso，C．J．Anal．At．Spectrom．1993，8，649-653；Peraniemi，S．；Ahlgren，M．Anal．Chim．Acta 1995，315，365-370；Beceiro Gonzalez，E．；Barciela Garcia，J．；Bermejo Barrera，P．；Bermejo，B．Fresenius’J．Anal．Chem．1992，344，301-305)。該方法通常假定在后續(xù)處理和分析步驟中，物質(zhì)轉(zhuǎn)換是可忽略的。但是，情況并不必須是這樣。感興趣的物質(zhì)與本體的剩余部分的分離可使分析過(guò)程并復(fù)雜，并延長(zhǎng)分析過(guò)程。例如，在提交給元素分析器，例如ICP-MS之前，色譜法可分離混合物中的兩種不同形式的Cr。由于每種物質(zhì)可與其它周?chē)h(huán)境，甚至與分離劑反應(yīng)，因此色譜分離之后的檢測(cè)只是該時(shí)間時(shí)的物質(zhì)分布的確定，并包含所有變更的濃度漂移。在存儲(chǔ)和分析步驟中，每種物質(zhì)可與其它樣品組分和試劑反應(yīng)，并被轉(zhuǎn)換(Behne，D．Analyst(London)1992，117，555-557)，于是，當(dāng)初始獲取樣品時(shí)，或者在完全抽提方法中的任意處理步驟之前，沒(méi)有確定以每種物種形成形式實(shí)際存在的鉻的數(shù)量的可靠方法。這樣的問(wèn)題導(dǎo)致限制這些測(cè)量在環(huán)境決策方面的應(yīng)用，以及用于其它目的，例如在法庭上應(yīng)用的偏差和不精確性。
關(guān)于鉻和物種形成的分析摘要數(shù)據(jù)庫(kù)(Royal Society ofChemistry，England)表示出已用于物種化鉻分析的各種不同途徑。這些途徑主要是電化學(xué)法，提取法和色譜法。電化學(xué)法可根據(jù)相應(yīng)物質(zhì)的不同還原電位，區(qū)分簡(jiǎn)單混合物中兩種不同形式的鉻，但是本體組分，尤其是殘留的有機(jī)化合物可使樣品復(fù)雜化，干擾測(cè)量，并在實(shí)際的環(huán)境樣品中完全遵守該測(cè)量(Hassan，S．S．M．；Abbas，M．N．；Moustafa，G．A．E．Talanta 1996，43，797-804；Paniagua，A．R．；Vazquez，M．D．；Tascon，M．L．；Sanchez Batanero，P．Electroanalysis(N．Y．)1993，5，155-163；Achterberg，E．P．；Van den Berg，C．M．G．Anal．Chim．Acta 1994，284，463-471)。對(duì)于更復(fù)雜的樣品本體，色譜法可在檢測(cè)前使Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)物理分開(kāi)(Michalke，B．Fresenius’J．Anal．Chem．1996，354，557-565；De Smaele，T．；Moens，L．；Dams，R．；Sandra，P．LC GC Int．0 1996，9，138-140，142；Pobozy，E．；Wojasinska，E．；Trojanowicz，M．J．Chromatogr．，A 1996，736，141-150；Tomlinson，M．J．；Wang，J．；Caruso，J．A．J．Anal．At．Spectrom．1994，9，957-964)。另外，還可采用提取法。但是這兩種常規(guī)的物種形成方法都不能校正測(cè)量之前或者測(cè)量過(guò)程中發(fā)生的任意物質(zhì)轉(zhuǎn)換。
鉻物質(zhì)的分析被選為本公開(kāi)的例子。由于Cr(Ⅵ)的環(huán)境測(cè)量，以及其它類(lèi)型的緣故，SIDMS是重要的。另外，在環(huán)境樣品中，只有兩種鉻氧化態(tài)是主要的，+3(Cr3+)和+6(CrO2-4和Cr2O2-7)，從而降低了可能反應(yīng)的數(shù)目。每種物質(zhì)的反應(yīng)化學(xué)已被徹底研究。一般參見(jiàn)(Harzdorf，A．C．Int．J．Environ．Anal．Chem．1987，29，249-261；Serfass，E．J．；Muraca，R．F．In ChromiumChemistry of chromiumand its compounds；Udy，M．J．，Ed．；Reinhold PublishingCorporationNew York，1956；Vol．I，PP 53-75；Weckhuysen，B．M．；Wachs，I．E．；Schoonheydt，R．A．Chem．Rev．1996，96，3327-3349)，并為本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知。另外，由于Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的毒性顯著不同，因此Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)之間的區(qū)別是非常重要的。已知Cr(Ⅲ)是葡萄糖新陳代謝方面的重要營(yíng)養(yǎng)素，而Cr(Ⅵ)對(duì)人和動(dòng)物具有很大的毒性，導(dǎo)致某些類(lèi)型的癌癥(Paustenbach，D．J．；Meyer，D．M．；Sheehan，P．J．；Lau，V．Toxicology and Industrial Health1991，7，159-196；Nriagu，J．O．；Nieboer，E．In Advances inEnvironmental Science&Technology；Nriagu，J．O．，Ed．；John Wiley&SonsNew York，1988；Vol．20；Burrows，D．Chromium Metabolismand Toxicity；CRC Press，Inc．Boca Raton，F(xiàn)L，1983)。毒性方面的差別對(duì)于被污染點(diǎn)的環(huán)境補(bǔ)救的類(lèi)型和費(fèi)用非常重要。Cr(Ⅲ)的存在可能不需要任何環(huán)境清除，而Cr(Ⅵ)的存在需要進(jìn)行補(bǔ)救。本發(fā)明的程序適用于含有可相互轉(zhuǎn)化的兩種物質(zhì)的樣品，每種物質(zhì)也可被消滅或者增加。雖然本公開(kāi)只采用了兩種特定物質(zhì)，但是SIDMS既不限于這兩種物質(zhì)的測(cè)量，也不限于該單個(gè)特定物質(zhì)的測(cè)量。
盡管存在前述現(xiàn)有知識(shí)和程序，仍然非常需要一種準(zhǔn)確地量化感興趣的活性物質(zhì)的方法，該方法補(bǔ)償物質(zhì)的不完全提取，分離，離析或者退化，以及現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)不足，例如需要驗(yàn)證準(zhǔn)確性未知的手段。
通過(guò)為溶液提供獨(dú)特的一套方法，本發(fā)明已解決了前述問(wèn)題。
在補(bǔ)償物質(zhì)轉(zhuǎn)化和不完全分離的情況下，該方法提供樣品中所含的一種或多種物質(zhì)的量化。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，預(yù)先確定的穩(wěn)定同位素被轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于同一樣品中要測(cè)量的物質(zhì)的物種化富集同位素。含有要測(cè)量的物質(zhì)的樣品被摻入示蹤物，并使同位素示蹤物質(zhì)和要測(cè)量的物質(zhì)均衡。使所有物質(zhì)與樣品分離，并測(cè)定要測(cè)量的每種物質(zhì)的同位素比。隨后把同位素比用于數(shù)學(xué)去卷積物質(zhì)濃度，同時(shí)修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化和／或不完全分離。該方法可同時(shí)應(yīng)用于一種以上的要測(cè)量物質(zhì)。樣品可以是含水樣品，例如含有水溶液的物質(zhì)，或者可以是固體樣品，例如其中具有一種或多種物質(zhì)的土壤本體。該方法可用于量化Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)，以及擁有金屬的多種同位素的其它物質(zhì)或者配位體或分子。
可借助諸如時(shí)間分辨色譜法之類(lèi)的色譜法，或者諸如溶劑穩(wěn)定性之類(lèi)的其它適當(dāng)提取手段，或者其它適當(dāng)?shù)姆蛛x手段實(shí)現(xiàn)分離。諸如ICP質(zhì)譜儀之類(lèi)的質(zhì)譜儀，或者其它適當(dāng)?shù)馁|(zhì)譜儀可用于測(cè)定同位素比。
本發(fā)明的方法還可用于確認(rèn)傳統(tǒng)的物種形成分析方法或者其它物種形成分析方法。該方法還可用于分析物質(zhì)并證明標(biāo)準(zhǔn)物料，以及用于制備物種化示蹤標(biāo)準(zhǔn)物料。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過(guò)利用物質(zhì)的同位素示蹤物添加，分離和同位素稀釋餾分測(cè)量，測(cè)定樣品中感興趣物質(zhì)的數(shù)量，從而測(cè)量元素物質(zhì)，離子物質(zhì)，分子物質(zhì)或者絡(luò)合物物質(zhì)的方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種不考慮物質(zhì)的不完全提取，溶解性，分離，離析或退化，實(shí)現(xiàn)感興趣物質(zhì)的準(zhǔn)確量化的方法。
本發(fā)明的又一目的是為特定的本體類(lèi)型，及為保存物質(zhì)的程序變動(dòng)提供一種用于確認(rèn)準(zhǔn)確性未知的其它方法的方法。
本發(fā)明的又一目的是提供這樣一種方法，該方法通過(guò)標(biāo)記物的利用，簡(jiǎn)化對(duì)物質(zhì)不完全分離的修正，標(biāo)記物把同位素示蹤物質(zhì)和要測(cè)量的物質(zhì)結(jié)合在一起。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種方法，該方法將允許測(cè)量并修正物質(zhì)的相轉(zhuǎn)化，不溶性轉(zhuǎn)變及揮發(fā)性形式，同時(shí)保持量化物質(zhì)的能力。
本發(fā)明的又一目的是提供一種根據(jù)樣品的未知餾分，實(shí)現(xiàn)該樣品中特定物質(zhì)的定量物種化測(cè)量的方法。
本發(fā)明的又一目的是提供這樣一種方法，該方法允許物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并修正這些轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明的又一目的是提供這樣一種方法，該方法不僅修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化，而且還提高測(cè)量的精度和檢測(cè)極限。
本發(fā)明的另一目的是提供這樣一種方法，該方法允許不考慮樣品的測(cè)量，處理，存儲(chǔ)或采樣過(guò)程中發(fā)生的轉(zhuǎn)化，準(zhǔn)確地量化樣品中感興趣的活性物質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是提供對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品編碼，通過(guò)進(jìn)行SIDMS測(cè)量，修正退化，并且通過(guò)保持其當(dāng)前的新同位素比和濃度，修正物質(zhì)，從而允許在物質(zhì)顯著退化之后，應(yīng)用這些物質(zhì)的方法。
本發(fā)明的另一目的是允許制備物種化標(biāo)準(zhǔn)樣品，該樣品先前已以允許在存儲(chǔ)和可能的退化之后，使用這些標(biāo)準(zhǔn)樣品的物種化形式，摻入獨(dú)立的穩(wěn)定同位素。
本發(fā)明的另一目的是借助SIDMS，通過(guò)評(píng)估，允許評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)樣品中的物質(zhì)，從而關(guān)于單一或多個(gè)物質(zhì)的當(dāng)前濃度，確認(rèn)這些標(biāo)準(zhǔn)樣品的當(dāng)前完整性。
本發(fā)明的又一目的是提供這樣的方法，該方法可用于確認(rèn)其它物種化分析方法，所述其它物種化分析方法可和本發(fā)明的方法一起被應(yīng)用。
本發(fā)明的另一目的是提供分析物質(zhì)，以便允許證明包括物種化示蹤標(biāo)準(zhǔn)物料在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)物料的方法。
參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的下述說(shuō)明，將更徹底地理解本發(fā)明的這些和其它目的。


圖1(a)-1(f)是用于同時(shí)測(cè)定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的同位素身份-同位素?cái)?shù)量的柱狀圖。
圖2(a)和2(b)表示了含有Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的溶液的未摻入同位素示蹤物樣品和摻入同位素示蹤物樣品的相應(yīng)分離。
圖3表示了死寂時(shí)間修正對(duì)利用質(zhì)譜法測(cè)得的同位素比的影響。
圖4是表示水樣品的三份等分試樣的制備和處理的流程圖。
圖5是表示利用本發(fā)明的方法和另一方法處理土壤樣品的流程圖。
圖6表示了土壤本體對(duì)利用本發(fā)明的方法和另一方法測(cè)定的Cr(Ⅵ)的回收率的影響。
圖7(a)-7(c)表示了在相對(duì)于酸化步驟的不同時(shí)間間隔測(cè)定的摻入土壤提取液中的Cr(Ⅵ)的還原的一系列曲線圖。
圖8是時(shí)間-關(guān)于不同程度不完全分離的百分率的曲線圖。
圖9(a)和9(b)表示了當(dāng)關(guān)于不完全分離修正時(shí)，關(guān)于Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的柱狀圖。
圖10是在包括應(yīng)用微波能在內(nèi)的不同條件下，Cr(Ⅲ)的氧化的柱狀圖。
這里就含有要定量分析的物質(zhì)的樣品而論采用的術(shù)語(yǔ)“物質(zhì)”指的是各種元素物質(zhì)，各種離子物質(zhì)，各種分子物質(zhì)，各種螯合物物質(zhì)，各種絡(luò)合物物質(zhì)，例如金屬有機(jī)物質(zhì)及適用于在本發(fā)明的分析下的化學(xué)定量物質(zhì)的其它物質(zhì)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“同位素元素物質(zhì)比”或者“同位素比”指的是“物質(zhì)”的同位素比。
比起我的在先美國(guó)專(zhuān)利5414259，Speciated Isotope Dilution MassSpectrometry(SIDMS)來(lái)，本發(fā)明是一個(gè)改進(jìn)，該專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容作為參考包含于此。SIDMS提供允許以超出傳統(tǒng)的度量方法的能力的準(zhǔn)確性，再現(xiàn)性及可防御性進(jìn)行這些測(cè)量的新方法。和試圖防止物質(zhì)在分析過(guò)程中發(fā)生變化的傳統(tǒng)方法相反，SIDMS允許發(fā)生轉(zhuǎn)換物質(zhì)的反應(yīng)，并通過(guò)數(shù)學(xué)方法修正這些轉(zhuǎn)換。該方法還是評(píng)價(jià)更傳統(tǒng)方法中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換的診斷工具，允許評(píng)價(jià)并驗(yàn)證這些方法。這種新方法被制定為第一EPA Reference Method 6800，將以(SW-846 EPA Method6800Elemental and Speciated Isotope Dilution Mass Spectrometry，Test Methods for Evaluating Solid Waste，第四修訂版；1998)的形式出版。為了舉例說(shuō)明本發(fā)明的SIDMS分析方法及改進(jìn)的驗(yàn)證效率及標(biāo)準(zhǔn)原理，將公開(kāi)同時(shí)測(cè)定水中，鉻鐵礦處理殘余物(COPR)中，及土壤提取物中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的例子。雖然許多物質(zhì)分離方法的質(zhì)譜儀可應(yīng)用于SIDMS，但是為了便于說(shuō)明，將討論分離Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)物質(zhì)的離子交換色譜法，測(cè)量用于證明的同位素比的感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，以及微波抽提的應(yīng)用。ICP-MS的易操作性使該方法適用于許多分析實(shí)驗(yàn)室。
傳統(tǒng)的同位素稀釋以向樣品中添加已知量的富集同位素為基礎(chǔ)。添加的同位素與樣品中的天然元素的均衡改變測(cè)量的同位素比。利用示蹤物和天然元素的已知同位素豐度，加入樣品中的示蹤物的數(shù)量及均衡后改變的同位素豐度，可計(jì)算元素的濃度，該均衡通常包括所有物質(zhì)的破壞。常規(guī)IDMS(隔離稀釋質(zhì)譜法)的方程式表示如下RM=AxCxWx+AsCsWsBxCxWx+BsCsWs………1]]>這里，RM是同位素A與同位素B的實(shí)測(cè)同位素比；Ax和Bx是樣品中同位素A和B的原子百分率；As和Bs是示蹤物中同位素A和B的原子百分率；Cx和Cs分別是樣品中和示蹤物中元素的濃度；Wx和Ws分別是樣品和示蹤物的重量。通過(guò)重新整理方程式1，可如下計(jì)算樣品的濃度Cx=(CsWsWx)(As-RMBsRMBx-Ax)......2]]>IDMS已被證明是一種用于確定各種本體中的全部金屬的高精度技術(shù)(Lagerwaard，A．；Woittiez，J．R．W．；de Goeij，J．J．M．Fresenius’J．Anal．Chem．1995，351，786-789；Van Raaphorst，J．G．；Haremaker，H．M．；Deurloo，P．A．；Beemsterboer，B．Anal．Chim．Acta 1994，286，291-296；Fassett，J．D．；Paulsen，P．J．Anal．Chem．1989，61，643a-644a，646a，648a-649a)。比起其它校準(zhǔn)方法來(lái)，IDMS具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在示蹤物和樣品的均衡之后，被分析物的部分損失不會(huì)影響測(cè)量的精度。由于物理和化學(xué)干擾對(duì)同一元素的所有同位素具有相同的影響，因此物理和化學(xué)干擾對(duì)測(cè)定的影響較小。在ICP-MS上可以高精度，通常相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤0．5％測(cè)量以IDMS量化要測(cè)量的主要參數(shù)，同位素比?？蓽y(cè)量和修正諸如質(zhì)量偏差和死寂時(shí)間修正之類(lèi)的其它修正。通常質(zhì)譜法中的偏差是可測(cè)量并可預(yù)測(cè)的，并且在某些質(zhì)譜儀中，對(duì)于諸如熱離子化質(zhì)譜儀(TIMS)之類(lèi)的儀器，可以萬(wàn)分之一以內(nèi)的精度測(cè)量質(zhì)量比。于是，IDMS被認(rèn)為是“決定性的”分析方法。由于其精度高以及決定性的測(cè)量能力，IDMS是標(biāo)準(zhǔn)參考材料(SRM)的驗(yàn)證及原子重量確定中使用的基本方法(Moore，L．J．；Kingston，H．M．；Murphy，T．J．；Paulsen，P．J．Environ．International1984，10，169-173)。該方法也是確定總的元素濃度的EPA Method 6800的一部分。該EPA方法計(jì)劃由US Government Printing Office在1998年制版。
本發(fā)明的SIDMS方法采用了不同于傳統(tǒng)的物種形成方法的獨(dú)特的物種形成分析途徑。傳統(tǒng)的物種形成方法試圖使各種物質(zhì)保持靜態(tài)，同時(shí)使測(cè)量已知。但是，物種形成抽提，隔離和分析方法總是在轉(zhuǎn)換已發(fā)生后才測(cè)量物質(zhì)。SIDMS已設(shè)計(jì)成解決關(guān)于物質(zhì)轉(zhuǎn)換的修正，這是其它已知方法不能實(shí)現(xiàn)的。在SIDMS中，利用呈相應(yīng)物質(zhì)形式的富集不同同位素的示蹤物“標(biāo)記”每種物質(zhì)。這樣，在加入示蹤物之后發(fā)生的轉(zhuǎn)換是可跟蹤的，并可通過(guò)數(shù)學(xué)方法修正。SIDMS在保持IDMS的諸如較小的物理和化學(xué)干擾之類(lèi)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，它還能夠修正物質(zhì)的退化或者物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換。作為診斷工具，SIDMS還允許物質(zhì)變化過(guò)程，并且允許評(píng)價(jià)和驗(yàn)證其它更多的傳統(tǒng)物種形成分析方法。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5414259。
利用物種形成IDMS，可用已被化學(xué)轉(zhuǎn)換為單一物質(zhì)的一種或多種分離的同位素向樣品中加入示蹤物，這是SIDMS和傳統(tǒng)的IDMS之間的一個(gè)主要區(qū)別。隨后使示蹤物和天然發(fā)生的活性物質(zhì)均衡，并和天然發(fā)生的物質(zhì)同時(shí)，借助其它方式從樣品物質(zhì)中提取示蹤物，或者使示蹤物和樣品物質(zhì)分開(kāi)。利用同一元素的高度富集的不同同位素標(biāo)記選擇的天然發(fā)生的物質(zhì)。用化學(xué)方法不能把富集同位素的物質(zhì)和相同的“天然”物質(zhì)分開(kāi)。一旦均衡，富集同位素的物質(zhì)和天然物質(zhì)都經(jīng)歷相同的反應(yīng)。諸如抽提或者質(zhì)譜法之類(lèi)的傳統(tǒng)分離方法被用于分離物質(zhì)。傳統(tǒng)上，每種物質(zhì)與其它物質(zhì)完全分隔開(kāi)，并在獨(dú)立的溶液中被析出。橫跨色譜峰，對(duì)每種物質(zhì)估算同位素比，以便在加入示蹤物和分析之間的時(shí)間，確定各種物質(zhì)之間的交叉程度。于是，在采樣和分析程序中的每一步驟，能夠修正物質(zhì)的退化，或者可使不同物質(zhì)互換。這便于精確地回算不同化學(xué)物質(zhì)的原始樣品濃度，這是以前不能進(jìn)行的修正。我的美國(guó)專(zhuān)利5414259公開(kāi)了沒(méi)有采用物種形成同位素稀釋的情況下進(jìn)行估算的研究。該專(zhuān)利還公開(kāi)了物質(zhì)轉(zhuǎn)化的修正。
SIDMS不要求物質(zhì)之間的完全分離。由于ICP-MS并不特定于物質(zhì)，可如同已轉(zhuǎn)化為另一物質(zhì)的物質(zhì)那樣處理未分辨的物質(zhì)。于是，設(shè)計(jì)用于修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化的相同程序和方程式可用于修正如不完全抽提和離析中的不完全分離。
SIDMS具有超出先前公開(kāi)的應(yīng)用范圍之外的應(yīng)用及改進(jìn)的效率。首先，SIDMS可有效修正諸如抽提和色譜法之類(lèi)的常規(guī)分離方法中物質(zhì)的不完全分離。其次，SIDMS可用作在關(guān)于偏差和精度對(duì)其它方法進(jìn)行評(píng)價(jià)之后，允許使用這些其它方法的驗(yàn)證方法。第三，SIDMS可用作結(jié)合到物種形成標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的精確制備和評(píng)估中的方法。
本發(fā)明通過(guò)把SIDMS擴(kuò)展到修正物質(zhì)的不完全分離，提供了一種新的應(yīng)用，并改進(jìn)了SIDMS的應(yīng)用的效率。SIDMS不要求物質(zhì)之間的完全分離。由于質(zhì)譜儀并不特定于某些物質(zhì)，因此分離的使用足以離析物質(zhì)。通常，在現(xiàn)有技術(shù)中，抽提和色譜法都已被應(yīng)用。但是，沒(méi)有連同物質(zhì)的退化和轉(zhuǎn)化的修正一起，修正分離效率。通過(guò)允許物質(zhì)的不完全分離，以及修正每種物質(zhì)相互之間的混合，SIDMS改進(jìn)了處理的效率。
另外，本發(fā)明允許制備具有先前標(biāo)記的同位素和天然物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，以驗(yàn)證其它物質(zhì)分析方法。允許確定獨(dú)立的分析程序技術(shù)的偏差，與該程序相關(guān)的偏差，以及本體中在這些其它方法中導(dǎo)致偏差的天然物質(zhì)的效果?？蓪?shí)現(xiàn)特定的其它方法的驗(yàn)證，并且它們的測(cè)量結(jié)果的檢驗(yàn)允許在未知偏差會(huì)妨礙這些方法應(yīng)用的場(chǎng)合使用它們的測(cè)量數(shù)據(jù)。
精度的測(cè)驗(yàn)需要關(guān)于物質(zhì)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)參考物料，并且SIDMS的應(yīng)用允許驗(yàn)證這些物料，并且在一些時(shí)間之后重新評(píng)估這些物料。通過(guò)制備物種化參考物料，當(dāng)驗(yàn)證時(shí)，并且在后續(xù)某些時(shí)刻，可借助SIDMS分析該物料，并利用SIDMS程序，確定物料的精確性。這允許在SIDMS分析之后，使用由于變化的物質(zhì)組成而導(dǎo)致不準(zhǔn)確的物料。準(zhǔn)確性會(huì)被局限于由質(zhì)量鑒別設(shè)計(jì)完成的同位素比測(cè)量的準(zhǔn)確性。
圖1(a)～1(f)表示了假想樣品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的同位素豐度。圖1(a)和1(b)中應(yīng)用SIDMS同時(shí)確定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的假想示例表示了在50μl的200ng／g Cr溶液中，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)物質(zhì)的初始天然同位素豐度，在該溶液中，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的濃度均為100ng／g。隨后向樣品中加入富集50Cr的Cr(Ⅲ)同位素示蹤物，和富集53Cr的Cr(Ⅵ)同位素示蹤物，在加入同位素示蹤物之前，上述同位素示蹤物被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物質(zhì)。隨后可在Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)物質(zhì)中測(cè)量改變后的同位素比。在圖1(c)和1(d)中，樣品中被加入100ng／g的50Cr(Ⅲ)(其中富集50Cr)和100ng／g的53Cr(Ⅵ)(其中富集53Cr)，并且在Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)之間不存在轉(zhuǎn)化。這些測(cè)得的同位素比被用在加同位素示蹤物時(shí)每種物質(zhì)的濃度的去卷積中。圖1(e)和圖1(f)中圖解說(shuō)明了Cr(Ⅲ)到Cr(Ⅵ)及Cr(Ⅵ)到Cr(Ⅲ)的20％相互轉(zhuǎn)化的例子。在圖1(e)和1(f)中，20％的Cr(Ⅲ)被轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅵ)，20％的Cr(Ⅵ)被轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅲ)。不同程度的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致不同的同位素豐度，從而相對(duì)同位素豐度的變化可用于確定物質(zhì)及轉(zhuǎn)化程度。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該過(guò)程涉及為關(guān)于其進(jìn)行定量測(cè)定的每種天然物質(zhì)提供同位素示蹤物。物種化測(cè)量以把富集的物種化同位素(“示蹤物”)轉(zhuǎn)換為和感興趣的物質(zhì)相同的物種化形式為基礎(chǔ)。可利用反向同位素稀釋方法校準(zhǔn)同位素示蹤物的濃度?？梢运芤旱男问教峁┖幸u(píng)價(jià)的物質(zhì)的樣品。把同位素示蹤物引入溶液中，并實(shí)現(xiàn)均衡。隨后借助色譜法或者其它已知方法分離物質(zhì)，之后，采用能夠?qū)崿F(xiàn)同位素的基線分辨率的質(zhì)譜儀測(cè)量包括50Cr(Ⅲ)與52Cr(Ⅲ)，以及53Cr(Ⅵ)與52Cr(Ⅵ)之比的同位素比。為要量分的每種物質(zhì)單獨(dú)進(jìn)行同位素測(cè)量。隨后采用測(cè)得的同位素去卷積物質(zhì)濃度和轉(zhuǎn)化。這可通過(guò)數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)。
為了更深入地了解本發(fā)明的SIDMS的應(yīng)用，將研究含水樣品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的確定。
例1步驟1同位素示蹤物制備和校準(zhǔn)為Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅳ)制備分別用于這兩種物質(zhì)的同位素示蹤物。對(duì)于Cr(Ⅲ)，使用了富集50Cr的示蹤物，對(duì)于Cr(Ⅳ)，使用了富集53Cr的示蹤物。利用使用天然鉻的反向同位素稀釋方法校準(zhǔn)這兩種示蹤物的濃度。
步驟2樣品收集和加入同位素示蹤物收集含水樣品，隨后加入雙同位素示蹤物50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)。為了得到較高的精度，利用在Kingston，H．M．；Pella，P．A．Anal．Chem．1981，53，223-227中描述的方法，按重量加入同位素示蹤物。
步驟3樣品物質(zhì)和示蹤物物質(zhì)均衡通過(guò)以水相形式混合樣品和同位素示蹤物，使樣品與同位素示蹤物均衡。
步驟4物質(zhì)的分離與感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)相連的陰離子交換色譜系統(tǒng)在不同體積的洗提液中物理分離Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)部分。圖2(a)表示了未加同位素示蹤物樣品的色譜圖，圖2(b)表示了加入同位素示蹤物的樣品的色譜圖。圖2(a)表示了含有具有天然同位素豐度的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的溶液的色譜圖，圖2(b)表示了加入同位素示蹤物50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)的相同溶液的色譜圖。
步驟5每種物種化組分的同位素比測(cè)量色譜峰上的每個(gè)樣品點(diǎn)含有物質(zhì)的同位素分布，允許對(duì)于每次注入重復(fù)測(cè)量同位素比。通過(guò)使用ICP-MS，獨(dú)立地完成Cr(Ⅲ)及Cr(Ⅵ)的同位素比測(cè)量。
步驟6物質(zhì)濃度和轉(zhuǎn)化的測(cè)定
采用測(cè)量的同位素產(chǎn)生同位素比，并關(guān)于物質(zhì)濃度和轉(zhuǎn)化，通過(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)物質(zhì)濃度進(jìn)行去卷積。關(guān)于加入雙同位素示蹤物的SIDMS的一組方程式(3)～(6)可用于明確計(jì)算水相樣品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的濃度，以及在加入同位素示蹤物之后發(fā)生的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)之間的轉(zhuǎn)化的數(shù)量。
雖然常規(guī)的IDMS需要一種物質(zhì)的至少兩種同位素，但是借助SIDMS同時(shí)確定兩種可相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì)需要采用至少三種同位素。由于Cr具有四種同位素，因此這種要求得到滿足。
最好，同位素示蹤物被高度富集，并且完全由保持無(wú)限期存儲(chǔ)時(shí)的形式的物質(zhì)組成。
同位素示蹤物應(yīng)能夠方便地加入樣品中。例如，可能必須以固體物料的形式把同位素示蹤物加入固體樣品本體中。這將要求在抽提或分析之前，使樣品均勻。但是，對(duì)于水相樣品，可以溶液形式制備同位素示蹤物，并通過(guò)混合樣品溶液和同位素示蹤物溶液，簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)同位素示蹤物的加入。
如果同位素示蹤物的化學(xué)形式與被分析物的相同，那么可使同位素示蹤物與天然物質(zhì)均衡。均衡速率最好應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于物質(zhì)轉(zhuǎn)化速率。由于SIDMS可修正在示蹤物和樣品之間的均衡后發(fā)生的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此應(yīng)在發(fā)生任何轉(zhuǎn)化之前實(shí)現(xiàn)均衡。
天然物質(zhì)的濃度應(yīng)高于同位素示蹤物的濃度，從而同位素示蹤物的添加引入最少量的穩(wěn)定劑，該穩(wěn)定劑會(huì)影響被分析物的自然穩(wěn)定性。最好采用各種手段來(lái)延遲物質(zhì)轉(zhuǎn)化。在極限情況下，例如95％轉(zhuǎn)化的情況下，物質(zhì)轉(zhuǎn)化可降低測(cè)定的準(zhǔn)確性和精度。
為了同時(shí)測(cè)定一種以上的物質(zhì)，建議除了監(jiān)測(cè)的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化之外，不存在歸因于副反應(yīng)的任何有意義的物質(zhì)損失。在該例中，我們酸化溶液，以防止由于水解導(dǎo)致Cr(Ⅲ)的損失。
使物質(zhì)和本體部分分開(kāi)，并且物質(zhì)之間相互分開(kāi)，以便能夠測(cè)量每種物質(zhì)的同位素比。在本發(fā)明中，不完全分離不會(huì)顯著降低該方法的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明提供數(shù)學(xué)去卷積，以便獨(dú)立于樣品不完全、損失、退化、不溶或者已發(fā)生的轉(zhuǎn)化，提供所需的量化結(jié)果。數(shù)學(xué)去卷積將采用測(cè)得的加入同位素示蹤物的物質(zhì)的比率，關(guān)于不完全分離，樣品損失和不溶性，退化及轉(zhuǎn)化，修正天然物質(zhì)的濃度。
具有4個(gè)變量的一組方程式允許Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的同時(shí)數(shù)學(xué)去卷積。另外，可如同已轉(zhuǎn)化為另一物質(zhì)的那些物質(zhì)那樣處理根據(jù)色譜法不完全分離或未分辨的物質(zhì)。于是，相同的程序和方程式可用于修正不完全分離。在后續(xù)例子中，獨(dú)立地證明了這種應(yīng)用。最好在下述條件下完成推導(dǎo)。首先，示蹤物同位素和天然物質(zhì)同位素已被均衡。其次，不存在物質(zhì)的選擇性損失，這種損失會(huì)選擇性地只影響一種形式的物質(zhì)，天然物質(zhì)或者加入同位素示蹤物的物質(zhì)。第三，只發(fā)生感興趣的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。第四，每種同位素示蹤物完全由一種物質(zhì)組成(這種情況下，50Cr(Ⅲ)示蹤物中的所有Cr是Cr(Ⅲ)，53Cr(Ⅵ)示蹤物中的所有Cr是Cr(Ⅵ))。雖然下面的方程式不是SIDMS的唯一表達(dá)式，不過(guò)這里已關(guān)于加入雙同位素示蹤物的例子優(yōu)化了這些方程式。也可采用其它方法。
這里，R50/52Ⅲ是加料樣品中Cr(Ⅲ)的50Cr與52Cr的實(shí)測(cè)同位素比。50Ax是樣品中50Cr的自然原子百分率。CxⅢ是樣品中Cr(Ⅲ)的濃度(微摩爾／克，未知)。Wx是樣品的重量(克)。 是同位素示蹤物(spike)50Cr(Ⅲ)中50Cr的原子百分率。CsⅢ是50Cr(Ⅲ)示蹤物中Cr(Ⅲ)的濃度(微摩爾／克)。
是50Cr(Ⅲ)示蹤物的重量(克)。
CxⅥ是樣品中Cr(Ⅵ)的濃度(微摩爾／克，未知)。
α是加入示蹤物(spiking)之后，氧化為Cr(Ⅵ)的Cr(Ⅲ)的百分率(未知)。
β是加入示蹤物之后，還原為Cr(Ⅲ)的Cr(Ⅵ)的百分率(未知)。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠解上述方程式求出 CxⅢ,CxⅥ,α和β。在求解該組方程式時(shí)，最好采用諸如Microsoft(MS)Excel之類(lèi)的電子表格。
迭代求解上述方程式的數(shù)學(xué)手段包括為了簡(jiǎn)化方程式3～6，假設(shè)CxⅢWx=NxⅢ,CxⅥWx=NxⅥ,CsⅢWs=NsⅢ,CsⅥWs=NsⅥ(7)在開(kāi)始迭代時(shí)，可把任意值賦給 和α。例如，把它們都賦值為0。隨后確定 和β的表達(dá)式。經(jīng)過(guò)仔細(xì)推導(dǎo)，得到下述方程式。
方程式8和9被重寫(xiě)為 解答為 這兩個(gè)值可用在下式中用于求解 和α 方程式13和14被重寫(xiě)為A3NxⅥ+B3α=C3(15)A4NxⅥ+B4α=C4(16)方程式15和16的解答為 隨著計(jì)算被反復(fù)進(jìn)行，變量NⅢx，NⅥx，α和β將收斂于恒定值，這些值是方程式的解。
本發(fā)明的SIDMS方法涉及向每種物質(zhì)中加入富集不同同位素的示蹤物。從而，這里公開(kāi)的同位素稀釋方法根本不同于把IDMS應(yīng)用于物種形成的先前論文中公開(kāi)的同位素稀釋方法(Van Raaphorst，J．G．；Haremaker，H．M．；Deurloo，P．A．；Beemsterboer，B．Anal．Chim．Acta1994，286，291-296；Tanzer，D．；Heumann，K．G．Anal．Chem．1991，63，1984-1989；Heumann，K．G．；Rottmann，L．；Vogl，J．J．Anal．At．Spectrom．1994，9，1351-1355；Nusko，R．；Heumann，K．G．Anal．Chim．Acta 1994，286，283-290)。在這些論文中，以相應(yīng)的物質(zhì)形式向不同的物質(zhì)中加入富集相同同位素的示蹤物，并根據(jù)測(cè)得的每種物質(zhì)的同位素比，使用傳統(tǒng)的IDMS方程式計(jì)算濃度。雖然通過(guò)應(yīng)用同位素稀釋技術(shù)，改進(jìn)了精度和檢測(cè)極限，但是這些早期方法不能修正物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。但是，除了提高精度和檢測(cè)極限之外，本發(fā)明的方法還能夠修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化和不完全分離。本發(fā)明的方法允許物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并可修正這樣的轉(zhuǎn)化，退化及不完全分離。
下述文章關(guān)心采用C-13和N-15同位素標(biāo)記的微量物的有機(jī)體IDMS和有機(jī)體測(cè)定，但是沒(méi)有物質(zhì)轉(zhuǎn)化的測(cè)定George N．Bowers，Jr；John D．Fassett；Edward White，V，“同位素稀釋質(zhì)譜法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)”Analytical Chemistry，Vol．65，No．12，June 15，pgs．475R-479R，1993；Michael J．Welch，Alex Cohen，Harry S．Hertz，Kwokei J．Ng，Rober Schaffer，Pieter Van Der Lijn和Edward WhiteV，“作為候選確定方法，用同位素稀釋質(zhì)譜法測(cè)定血清肌酸酐”，Analytical Chemistry，58，pgs．1681-1685，1986；Polly Ellerbe，AlexCohen，Michael J．Welch，和Edward White V，“作為候選確定方法，用同位素稀釋質(zhì)譜法測(cè)定血清尿酸”，Analytical Chemistry，62，pgs．2173-2177，1990；Polly Ellerbe，Stanley Meiselman，Lorna T．Sniegoski，Michael J．Welch，和Edward White V，“使用改進(jìn)的同位素稀釋質(zhì)譜確定方法測(cè)定血清膽固醇”，Analytical Chemistry，61，pgs．1718-1723，1989。
提供了結(jié)合各種各樣樣品，例如合成水樣品，飲用水，河水，COPR提出物和土壤提取物，應(yīng)用本發(fā)明的方法的補(bǔ)充例子。取決于本體，可調(diào)整分析過(guò)程，以便對(duì)于所有本體類(lèi)型，優(yōu)化該方法的性能，精度和準(zhǔn)確性。
例2和感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)一起采用該方法。采用配有水冷噴霧室和V形槽噴霧器的VG PlasmaQuad系統(tǒng)(VG，Winford，UK)。連續(xù)倍增乘法器被用作探測(cè)器。該儀器在下述條件下工作等離子體正向功率，1347W；冷卻氣體流速，12．5L／min；輔助氣體流速，2．0L／min；噴霧器流速0．71L／min；溶液攝入率，1mL／min。質(zhì)譜儀被設(shè)定為基準(zhǔn)分辨率。利用尖峰跳躍模式測(cè)量鉻同位素比50Cr／52Cr和53Cr／52Cr。儀器按兩種模式工作直接吸入模式和時(shí)間分辨模式(TRA)。對(duì)于直接吸入模式來(lái)說(shuō)，每個(gè)通道的停留時(shí)間是50Cr，5ms；52Cr，5ms；和53Cr，5ms；短的停留時(shí)間可改進(jìn)同位素測(cè)量的精度(Begley，I．S．；Sharp，B．，L．J．Anal．Atom．Spectrom．1994，9，171-176)。對(duì)于TRA模式，每個(gè)削波的掃描時(shí)間是0．057s，每個(gè)通道的相應(yīng)停留時(shí)間為5．7ms。直接吸入模式被用于測(cè)量死寂時(shí)間，并量化同位素示蹤物的總濃度。當(dāng)色譜法與ICP-MS相連時(shí)，使用TRA模式。對(duì)于直接吸入模式和TRA模式，每個(gè)尖峰均監(jiān)測(cè)三個(gè)點(diǎn)。
在同位素測(cè)量中進(jìn)行死寂時(shí)間修正(Russ，G．P．，III；Bazan，J．M．Spectrochim．Acta，Part B 1987，42b，49-62；Russ，G．P．I．InApplication of ICP-MS；Jarvis，K．E．，Gray，A．L．，Houk，R．S．，Eds．，1992，pp90-114)。利用直接吸入模式，每是測(cè)定探測(cè)器的死寂時(shí)間。由SRM 979，同位素豐度合格的標(biāo)準(zhǔn)樣品(Cr(NO3)3·9H2O，NIST，Gaithersburg，MD)制備Cr濃度不同的一組溶液。該組溶液每克分別含有約0，5，10，20，30，40，50，60和70ng的Cr。原始數(shù)據(jù)被輸出到MS Excel電子表格，并在MS Excel電子表格中被處理，該MS Excel電子表格采用MS Excel中的“Solver”工具查找修正死寂時(shí)間。找到引起利用不同濃度的溶液測(cè)得的同位素比的表觀死寂時(shí)間。實(shí)際上，利用不同濃度測(cè)得的同位素比的RSD達(dá)到最小值。在同位素比測(cè)量中按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行死寂時(shí)間修正和質(zhì)量偏差修正(Russ，G．P．，III；Bazan，J．M．Spectrochim．Acta，Part B，42b，49-62，1987；Jarvis，K．E．；Gray，A．L．；Houk，R．S．In handbook ofinductively coupled plasma mass spectrometry；Blakie Academic &ProfessionalLondon，1992，pp310-337)。同位素比被用于測(cè)定不會(huì)發(fā)生增益損失的計(jì)數(shù)速度范圍。如圖3中所示(該圖表示了作為計(jì)數(shù)速度函數(shù)的50Cr／52Cr比)，測(cè)得的同位素比取決于死寂時(shí)間。圖3中，利用配有連續(xù)倍增乘法器的ICP-MS測(cè)量死寂時(shí)間修正對(duì)同位素比的影響。當(dāng)計(jì)數(shù)速度超過(guò)5．8×105s-1時(shí)，發(fā)生增益損失。當(dāng)死寂時(shí)間為43．5ns時(shí)，同位素為常數(shù)，一直到5．8×105s-1的計(jì)數(shù)速度。在該計(jì)數(shù)速度下，開(kāi)始產(chǎn)生不可修正的增益損失。如果計(jì)數(shù)速度大于該值，則稀釋樣品溶液。
每隔4小時(shí)，用SRM 979標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定每個(gè)同位素對(duì)的質(zhì)量偏差因數(shù)。質(zhì)量偏差因數(shù)的測(cè)量總是以和測(cè)量樣品的模式相同的模式進(jìn)行。以質(zhì)量偏差修正之前，進(jìn)行死寂時(shí)間修正。
離子色譜法依據(jù)離子色譜法，使用CostaMetric 4100Bio／MS泵(ThermoSeparation Products，Riviera Beach，F(xiàn)L)和Cetac ANX 4605 Cr陰離子交換塔(CETAC Corporation，Omaha，NE)分離Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。陰離子交換塔的輸出口通過(guò)一段Teflon管與ICP-MS的噴霧器相連。由亞沸騰的蒸餾濃硝酸制備0．06M硝酸鹽洗提液。利用提純的濃縮氫氧化銨把洗提液的pH值調(diào)到3。流速為1．0毫升／分鐘。50μL記號(hào)的進(jìn)樣環(huán)管用于樣品注入。在各個(gè)點(diǎn)，在死寂時(shí)間修正后計(jì)算峰面積。死寂時(shí)間修正后的峰面積被用于計(jì)算同位素比。隨后對(duì)同位素比進(jìn)行質(zhì)量偏差修正。
在熱板上及在密閉室微波提取系統(tǒng)中，在Teflon容器中進(jìn)行提取。熱板是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室裝置(Fisher Scientific，Pittsburgh PA)，在裝有攪拌的特殊裝配的密閉室浸提／提取系統(tǒng)(Milestone，Inc．，Monro，CT)中完成微波提取。在鉻的提取中使用了實(shí)驗(yàn)室清潔(100級(jí))空氣及氬和氮?dú)猸h(huán)境。
試劑和物料在所有溶液的制備中，使用由Barnstead’s NANOpure UltrapureWater System(Dubuque，Iowa)制備的去離子水(18MΩcm-1)。由石英蒸餾鍋(Milestone，Sorisole(BG)，Italy)制備亞沸騰硝酸，并將其用于制備洗提液。通過(guò)使高純度氨氣作泡狀通過(guò)高純水，制備氫氧化銨。通過(guò)把KMnO4溶解在去離子水中，制備每克溶液約含10μg Mn的KMnO4溶液。另外，制備5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品，包括具有天然同位素豐度的natCr(Ⅲ)和natCr(Ⅵ)，富集50Cr的50Cr(Ⅲ)同位素示蹤物，富集53Cr的53Cr(Ⅵ)同位素示蹤物，及同位素豐度合格的標(biāo)準(zhǔn)溶液。在Class 100潔凈室或者清潔通風(fēng)柜中進(jìn)行所有溶液的制備和稀釋?zhuān)詼p少作廢率(blank)(Kingston，H．M．；Walter，P．J．；Chalk，S．；Lorentzen，E．；Link，D．In Microwave-EnhancedChemistryFundamentals，Sample Preparations and Applications；Kingston，H．M．，Haswell，S．J．，Eds．；American Chemical SocietyWashington，DC，1997，pp 257-279)。
由Cr金屬(99．995％，Aldrich Chemical Co．，Milwaukee，WI)制備natCr(Ⅲ)標(biāo)準(zhǔn)溶液，由K2Cr2O7(NIST SRM 136e，Gaithersburg，MD)制備natCr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液。通過(guò)把0．1000g的Cr金屬溶于極少量的6M HCl中制備每克溶液含1mg Cr的natCr(Ⅲ)標(biāo)準(zhǔn)備用溶液。用1％的HNO3把該溶液稀釋到100g。通過(guò)把0．2829g的K2Cr2O7溶于約80mL的去離子水中制備每克溶液含1mg Cr的natCr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)備用溶液，并用去離子水將其稀釋到100g。
從Isotec Inc．(Miamisburg，OH)購(gòu)買(mǎi)富集同位素的物料。表1列舉了分析得到的富集50Cr的金屬和富集53Cr的氧化物的同位素豐度。
表1 自然物質(zhì)和同位素富集物質(zhì)的鉻的同位素豐度
aIsotec Inc．Lot#2691。bIsotec Inc．Lot#2692。
利用富集50Cr的鉻金屬(Lot#2691，Isotec Inc．，Miamisburg，OH)作為原材料，制備每克溶液約含10μg Cr的50Cr(Ⅲ)同位素示蹤物。把4mg的該鉻金屬稱重加入30mL的Teflon容器中，并加入8mL的6M HCl。在熱板上逐漸加熱該容器，直到固體溶解，并且只保留1～2mL溶液為止。隨后冷卻該溶液，并轉(zhuǎn)移到500mL的Teflon瓶中。用1％的HNO3把該溶液稀釋至400g。通過(guò)反向同位素稀釋?zhuān)?zhǔn)50Cr(Ⅲ)同位素示蹤物的準(zhǔn)確濃度。
利用富集53Cr的三氧化二鉻(Lot#2691，Isotec Inc．，Miamisburg，OH)作為原材料，制備每克溶液約含10μg Cr的53Cr(Ⅵ)同位素示蹤物。把5．8mg的富集53Cr的三氧化二鉻稱重加入具有通氣蓋的30mL的Teflon容器中，并加入8mL的濃HClO4(最好67～70％)。在熱板上逐漸加熱該容器，直到在底部產(chǎn)生氣泡為止。該溶液最多被加熱6個(gè)小時(shí)，直到所有固體溶解，并且只保留1～2mL溶液為止。溶液冷卻后，加入10mL的去離子水，隨后加入50μL 30％的H2O2和4．5mL的濃NH4OH。再次緩慢加熱該容器，直到溶液沸騰為止，把所有Cr氧化為Cr(Ⅵ)。隨后使該溶液沸騰20分鐘，以除去多余的H2O2。隨后把冷卻后的溶液轉(zhuǎn)移到500mL的Teflon瓶中，并用去離子水稀釋至400g。通過(guò)反向同位素稀釋?zhuān)?zhǔn)53Cr(Ⅵ)同位素示蹤物的準(zhǔn)確濃度。
通過(guò)在500mL的Teflon瓶中把31mg的Cr(NO3)3·9H2O(SRM979)溶于1％HNO3中，制備同位素豐度合格的標(biāo)準(zhǔn)樣品(1g溶液約含10μg的Cr)。
依據(jù)反向同位素稀釋?zhuān)?0Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)示蹤物溶液的校準(zhǔn)在使用前，表征同位素示蹤物溶液，包括總濃度及物質(zhì)間分布的測(cè)定。借助反向常規(guī)同位素稀釋質(zhì)譜法，利用natCr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)樣品，校準(zhǔn)50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)示蹤物中Cr的總濃度。對(duì)于50Cr(Ⅲ)來(lái)說(shuō)，由于該溶液中的所有Cr均呈Cr(Ⅲ)形式，因此不需要更多的表征。由于在53Cr(Ⅵ)示蹤物的制備中涉及多個(gè)步驟，因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)Cr(Ⅲ)向Cr(Ⅵ)的轉(zhuǎn)化的完全性。
為了校準(zhǔn)53Cr(Ⅵ)示蹤物中Cr(Ⅵ)的濃度，把0．3g的10μg／gnatCr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)樣品和0．3g的53Cr(Ⅵ)示蹤物(標(biāo)稱濃度10μg／g)稱重加入聚乙烯瓶中。隨后用去離子水稀釋混合物成20g，并用70μL的濃HNO3把該溶液酸化到pH1．7。用色譜法把酸化后的溶液分成Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。測(cè)量Cr(Ⅵ)物質(zhì)中53Cr／52Cr的同位素比，并通過(guò)采用反向常規(guī)同位素稀釋?zhuān)糜谟?jì)算Cr(Ⅵ)濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明53Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)樣品中的所有Cr都呈Cr(Ⅵ)形式。
在標(biāo)準(zhǔn)EPA RCRA Method 3060a中使用下述溶液，從土壤本體中提取Cr(Ⅵ)。通過(guò)在500mL去離子水中溶解20gNaOH(98％)和30g無(wú)水Na2CO3(99．6％)，隨后稀釋成1L，制成提取溶液。
天然水樣品收集和分析收集并分析取自PA，Pittsburgh的Allegheny河的河水樣品。從Duquesne University實(shí)驗(yàn)室采集自來(lái)水，向用于回收率測(cè)定的樣品中添加natCr(Ⅵ)。隨后對(duì)所有樣品加入同位素示蹤物53Cr(Ⅵ)和50Cr(Ⅲ)，并酸化至pH 1．7～2．0。在注入前，使樣品濾過(guò)0．2μm的尼龍濾膜。在過(guò)濾前后，分析樣品，以評(píng)估由處理過(guò)程中的該步驟引起的轉(zhuǎn)化。
環(huán)境固體分析由Environmental Standards，Inc．(Valley Forge，PA)提供鉻鐵礦處理殘余物(COPR)樣品。從Pittsburgh，PA的一所住宅的院子中采集土壤樣品。在熱板上，并采用微波密閉容器系統(tǒng)進(jìn)行提取。隨后執(zhí)行方法3060A，以提取Cr(Ⅵ)把2．5±0．5g的每種固體樣品稱重加入250mL玻璃燒杯中，并加入50mL的0．28M Na2CO3／0．5MNaOH抽提溶液。在提取前，在不加熱的情況下，攪拌樣品5分鐘。隨后把樣品加熱到90-95℃，并攪拌1小時(shí)。冷卻后，使抽提溶液濾過(guò)0．4μm的聚碳酸酯膜(Poretics Co．，Livermore，CA)，并利用濃硝酸把pH調(diào)節(jié)為7．5±0．5。Teflon過(guò)濾組件(Norton Co．)被用于過(guò)濾樣品。隨后把提取物轉(zhuǎn)移到100mL聚丙烯容量瓶(Nalgene)中，并利用去離子水稀釋到容量瓶的體積。為了用SIDMS進(jìn)行分析，如相應(yīng)章節(jié)中所述那樣，對(duì)程序進(jìn)行輕微修改。還利用EPA RCRAMethod 7196A，結(jié)合二苯卡巴肼(DPC)使用顏色形成的UV-VIS比色程序，分析樣品提取物。
由于物種化參考物料的缺少，對(duì)樣品摻入天然Cr物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品，以確認(rèn)回收率。還對(duì)選擇的樣品進(jìn)行分析，以測(cè)定天然Cr物質(zhì)。為了評(píng)估SIDMS在修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面的能力，在加入同位素示蹤物之后，或者對(duì)樣品進(jìn)行處理，以誘發(fā)轉(zhuǎn)化，或者使之保持正常狀態(tài)，而不應(yīng)用任何方法，以延遲轉(zhuǎn)化。利用陰離子交換色譜法／ICP-MS測(cè)量每種物質(zhì)的同位素比。所有原始數(shù)據(jù)被輸出到MS Excel并被處理，把進(jìn)行死寂時(shí)間修正和質(zhì)量偏差修正后的同位素比應(yīng)用于SIDMS方程式3～6，以去卷積Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的初始濃度和它們之間的轉(zhuǎn)化，以及關(guān)于不完全分離進(jìn)行去卷積。
合成樣品為了證明本發(fā)明的SIDMS方法，人工合成并分析水樣品。本實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了SIDMS測(cè)量在具有均經(jīng)歷轉(zhuǎn)換的兩種物質(zhì)的的均勻水樣品中，測(cè)量這兩種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化的能力。在pH=3的條件下，充分混合被測(cè)數(shù)量的natCr(Ⅲ)和natCr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)樣品，以得到合成的Cr物種化溶液，立即對(duì)該溶液加入雙同位素示蹤物50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)。隨后把加入同位素示蹤物的樣品分成三份等分試樣。
如圖4中所示，合成水樣品的各個(gè)等分試樣被進(jìn)行不同處理，以誘發(fā)Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)間可變程度的轉(zhuǎn)化。向各個(gè)等分試樣中加入KMnO4，以氧化Cr(Ⅲ)。各個(gè)等分試樣含有濃度不同的KMnO4，以把不同量的Cr(Ⅲ)轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅵ)。由于低pH值下，Cr(Ⅵ)是不穩(wěn)定的，因此在加入KMnO4后約1小時(shí)時(shí)，用濃硝酸把這些溶液酸化至pH=1(用pH試紙測(cè)試)，以引發(fā)Cr(Ⅵ)的還原。
存放1天，4天和13天后測(cè)量各個(gè)等分試樣。表2列舉了測(cè)量結(jié)果。為了表示出本發(fā)明的方法和在先出版物中報(bào)道的在物種形成分析中也應(yīng)用同位素稀釋的那些方法(Van Raaphorst，J．G．；Haremaker，H．M．；Deurloo，P．A．；Beemsterboer，B．Anal．Chim．Acta 1994，286，291-296；Tanzer，D．；Heumann，K．G．Anal．Chem．1991，63，1984-1989；Heumann，K．G．；Rottmann，L．；Vogl，J．J．Anal．At．Spectrom．1994，9，1351-1355；Nusko，R．；Heumann，K．G．Anal．Chim．Acta 1994，286，283-290)之間的根本區(qū)別，采用本發(fā)明的方程式(方程式3～6)和常規(guī)的IDMS方程式(方程式2)計(jì)算濃度。使用SIDMS，計(jì)算初始溶液(加入同位素示蹤物時(shí))中的物質(zhì)濃度，以及最終溶液(測(cè)量時(shí))中的物質(zhì)濃度。測(cè)量時(shí)的濃度是其它傳統(tǒng)物種形成方法不能得到的結(jié)果，因?yàn)檫@些傳統(tǒng)方法不能追蹤測(cè)量前發(fā)生的轉(zhuǎn)化。
表2表明本發(fā)明的SIDMS方法成功地修正了每種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。如第5和第6列中所示，在存放過(guò)程中，各個(gè)等分試樣經(jīng)歷不同程度的轉(zhuǎn)化。由于向等分試樣1中加入的KMnO4少于向等分試樣2和3中加入的KMnO4，因此只有少量的Cr(Ⅲ)被氧化為Cr(Ⅵ)。由于低pH值下，Cr(Ⅵ)是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，因此存放時(shí)間越長(zhǎng)，更多的Cr(Ⅵ)被還原為Cr(Ⅲ)。要理解的是不管轉(zhuǎn)化程度的不同，借助SIDMS去卷積得到的濃度總是接近于制備的真實(shí)濃度。第7和第8列表示出測(cè)量時(shí)各個(gè)物質(zhì)的實(shí)際濃度。根據(jù)真實(shí)濃度和由SIDMS確定的轉(zhuǎn)化，計(jì)算這些濃度。當(dāng)和同一天的各個(gè)等分試樣的實(shí)際濃度相比時(shí)，可看出和等分試樣1相比，在等分試樣3中存在更多的Cr(Ⅵ)。該觀察結(jié)果和等分試樣3中被加入更多的KMnO4是一致的。對(duì)于在不同天數(shù)時(shí)測(cè)量的各個(gè)等分試樣來(lái)說(shuō)，在存放過(guò)程中，Cr(Ⅵ)的濃度變得越來(lái)越低。這和Cr(Ⅵ)在低pH值易于被還原的事實(shí)是一致的。
通過(guò)比較處理后1天和13天時(shí)等分試樣3的實(shí)際濃度，舉例說(shuō)明了SIDMS在數(shù)學(xué)去卷積物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化方面的能力的意義。由于KMnO4的加入，1天后23．8％的Cr(Ⅲ)被氧化成Cr(Ⅵ)，在同一天，傳統(tǒng)的物種形成方法將測(cè)得55．0ng／g的Cr(Ⅲ)和83．3ng／g的Cr(Ⅵ)。在13天后用相同的方法測(cè)量相同的溶液，得到72．5ng／g的Cr(Ⅲ)和65．8ng／g的Cr(Ⅵ)，對(duì)于每種物質(zhì)，相對(duì)誤差僅為4．1％和-4．2％。在13天的存放過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生太多的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)間的轉(zhuǎn)化?；诘确衷嚇拥奶幚?，已知在加入同位素示蹤物后和測(cè)量前，發(fā)生了兩個(gè)獨(dú)立的氧化還原反應(yīng)加入KMnO4后發(fā)生氧化反應(yīng)，在存放過(guò)程中，由于Cr(Ⅵ)在低pH值下的不穩(wěn)定性，發(fā)生還原反應(yīng)。雖然本發(fā)明的SIDMS表示出這些物質(zhì)轉(zhuǎn)換，但是常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)方法不會(huì)提供該信息。根據(jù)SIDMS結(jié)果，17．6％的Cr(Ⅲ)被氧化為Cr(Ⅵ)，在加入同位素示蹤物之后，22．1％的Cr(Ⅵ)被還原為Cr(Ⅲ)。由于Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的初始濃度分別為69．67ng／g和68．63ng／g，正負(fù)誤差幾乎相互抵消，導(dǎo)致測(cè)量時(shí)Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的實(shí)際濃度接近加入同位素示蹤物時(shí)它們的初始濃度。只可測(cè)量測(cè)量時(shí)的物質(zhì)濃度的傳統(tǒng)物種形成方法會(huì)導(dǎo)致關(guān)于這里描述的雙向物質(zhì)轉(zhuǎn)化的錯(cuò)誤結(jié)論。
本發(fā)明的物種化同位素稀釋方法根本不同于現(xiàn)有技術(shù)中把同位素稀釋技術(shù)應(yīng)用于物種形成的那些方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，用于所有物質(zhì)的同位素示蹤物具有相同的同位素豐度，常規(guī)的IDMS方程式被用于根據(jù)每種物質(zhì)的實(shí)測(cè)同位素比計(jì)算濃度(Van Raaphorst，J．G．；Haremaker，H．M．；Deurloo，P．A．；Beemsterboer，B．Anal．Chim．Acta1994，286，291-296；Tanzer，D．；Heumann，K．G．Anal．Chem．1991，63，1984-1989；Heumann，K．G．；Rottmann，L．；Vogl，J．J．Anal．At．Spectrom．1994，9，1351-1355；Nusko，R．；Heumann，K．G．Anal．Chim．Acta 1994，286，283-290)。雖然通過(guò)應(yīng)用同位素稀釋技術(shù)，提高了精度和檢測(cè)極限，但是這些方法不能解決物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。在這些方法中，在被完全分離之前，不允許不同物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化。表2的第9和10列列舉了利用IDMS方程式2得到的結(jié)果。這兩列表示出系統(tǒng)誤差。轉(zhuǎn)化程度越高，相對(duì)誤差越高。但是，除了提高測(cè)量的精度和檢測(cè)極限之外，本發(fā)明的SIDMS方法還能夠修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化。這允許物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并修正這些轉(zhuǎn)化。這些實(shí)驗(yàn)證實(shí)可準(zhǔn)確地修正Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)之間至少高達(dá)80％的轉(zhuǎn)化。
本例表明SIDMS可用于不考慮退化、樣品損失或轉(zhuǎn)化，進(jìn)行精確的定量測(cè)定。在實(shí)現(xiàn)該定量測(cè)定方面，SIDMS方法最好采用數(shù)學(xué)去卷積。
天然環(huán)境水樣品本發(fā)明的SIDMS方法已被用于測(cè)定真實(shí)的天然水樣品。在本實(shí)驗(yàn)中，從Allegheny River(Pittsburgh，PA)，普通的自來(lái)(飲用)水(Pittsburgh，PA)和去離子水采集真實(shí)的天然水樣品。采集后，在不過(guò)濾以便保持樣品中的所有本體組分的情況下，把各個(gè)樣品分成兩份等分試樣。一份等分試樣用于測(cè)定Cr(Ⅵ)的天然濃度。另一份等分試樣被立即摻入natCr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)樣品，以得到每克溶液約含50ng Cr(Ⅵ)的溶液。隨后兩份等分試樣均被加入雙同位素示蹤物50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)，并被充分混合。50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)的濃度均約為50ng／g。在加入同位素示蹤物之后，用濃硝酸把所有溶液酸化至pH1．7～2．0，以防止存放過(guò)程中Cr(Ⅲ)的損失(CETAC Cr speciationBooklet；Wiederin，D．，Gjerde，D．，Smith，F(xiàn)．，Eds．；CETACCorporationOmaha，NE，1994，pp25)。在測(cè)量前，把制備好的樣品在室溫下存放一天。
表3利用SIDMS，水樣品中Cr(Ⅵ)的測(cè)定
aCr(Ⅲ)的檢測(cè)極限是0．21ng／g(30值，N=10)。
bN／A=不適用cCr(Ⅵ)的DL是0．37ng／g(30值，N=10)。
95％置信區(qū)間表3列舉了制備的6個(gè)水樣品的結(jié)果。根據(jù)SIDMS測(cè)量和計(jì)算，在一天的存儲(chǔ)過(guò)程中，河水和飲用水中的大部分Cr(Ⅵ)被轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅲ)。但是，加入去離子水中的Cr(Ⅵ)保持相當(dāng)穩(wěn)定。舉例來(lái)說(shuō)，河水樣品中40．6％和30．2％的Cr(Ⅵ)被還原為Cr(Ⅲ)。在相同時(shí)間內(nèi)，去離子水中只有4．2％和4．1％的Cr(Ⅵ)被還原。這表明河水和飲用水本體中含有在酸化溶液中把Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)的還原組分。根據(jù)上述信息，在測(cè)量時(shí)，河水樣品中只留有35．7ng／g的natCr(Ⅵ)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于50．8ng／g的實(shí)際添加同位素示蹤物濃度。該35．7ng／g是將由其它傳統(tǒng)物種形成方法報(bào)告的濃度，假定在利用這些方法進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，不發(fā)生其它物質(zhì)轉(zhuǎn)化。使用本發(fā)明的SIDMS方法，可準(zhǔn)確地測(cè)定加入同位素示蹤物時(shí)，以及進(jìn)行測(cè)量時(shí)的Cr(Ⅵ)的濃度。
鉻鐵礦處理殘余物(COPR)已知COPR含有較高水平的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)(James，B．R．；Petura，J．C．；Vitale，R．J．；Mussoline，G．R．Environ．Sci．＆ Tech．1995，29，2377-2381；Vitale，R．J．；Mussoline，G．R．；Peura，J．C．；Jamea，B．R．J．of Environ．Qual．1994，23，1249-1256；Vitale，R．J．；Mussoline，G．R．；Petura，J．C．；James，B．R．Am．Environ．Lab．1995，7，1)。為了提取樣品，采用了EPA Method 3060A。該方法利用由0．28M的Na2CO3和0．5M的NaOH組成的熱堿溶液從土壤或者其它固體廢物提取Cr(Ⅵ)。浸提之后，過(guò)濾樣品提取物，并用濃硝酸把pH值調(diào)節(jié)到7．5±0．5，并稀釋到100mL。使用兩種方法量化提取的Cr(Ⅵ)。一種是本發(fā)明的SIDMS方法，另一種是EPA Method7196，該方法已被選作EPA Method 3060A中的檢測(cè)方法。根據(jù)Method7196A(SW-846 EPA Method 3060AAlkaline Digestion of HexavalentChromium，Test Method for Evaluating Solid Waste，第三修訂版；US Enviromental Protection AgencyWashington，DC，1997)，通過(guò)加入DPC，分析提取物，并用濃H2SO4(微量金屬級(jí)，F(xiàn)isher)把溶液的pH值調(diào)節(jié)為1．6～2．2。Cr(Ⅵ)與DPC反應(yīng)，產(chǎn)生可在540nm下用分光光度計(jì)測(cè)量的紫紅色絡(luò)合物。
就使用3060A和7196A方法測(cè)定Cr(Ⅵ)而論，幾個(gè)步驟會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。在提取過(guò)程中，Cr(Ⅲ)會(huì)被氧化成Cr(Ⅵ)。其次，在把pH值從12調(diào)到7．5的過(guò)程中，Cr(Ⅵ)會(huì)被還原為Cr(Ⅲ)。第三，樣品中的共存還原組分可導(dǎo)致使用Method 7196A(SW-846 EPAMethod 7196AChromium，Hexavalent(colorimetric)，Test Methodfor Evaluating Solid Waste，第三版；US Enviromental ProtectionAgencyWashington，DC，1996)Cr(Ⅵ)的回收率(recovery)較低。由于以水溶液的形式制備同位素示蹤物，因此不用本發(fā)明的SIDMS方法評(píng)估提取程序。由于和其它樣品相比，土壤樣品經(jīng)歷更為嚴(yán)重的還原本體影響，因此關(guān)于土壤樣品，評(píng)估中和程序。關(guān)于COPR樣品，只對(duì)照本發(fā)明的SIDMS方法評(píng)估利用Method 7196A進(jìn)行的量化。
在提取，過(guò)濾和pH值調(diào)節(jié)之后，把各個(gè)提取液分成兩份等分試樣。一份等分試樣被中和至7．5±0．5，并用于利用Method 7196A測(cè)定，另一份等分試樣被加入雙同位素示蹤物50Cr(Ⅲ)和53Cr(Ⅵ)，并酸化至pH=1．7～2．0，用于利用SIDMS方法測(cè)定，表4表示了利用這兩種方法量化三種COPR樣品的結(jié)果。這些樣品覆蓋了低、中、高濃度范圍的Cr(Ⅵ)。由于樣品異質(zhì)，對(duì)于兩種方法來(lái)說(shuō)，各個(gè)樣品的重復(fù)實(shí)驗(yàn)的精度并不理想。從而，給出每次重復(fù)的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)。比較各個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，兩種方法給出可比的結(jié)果。于是，對(duì)于COPR樣品，本發(fā)明的SIDMS方法給出與關(guān)于利用3060A提取法得到的Cr(Ⅵ)提取液的方法7196A相同的結(jié)果。
本發(fā)明的SIDMS方法提供關(guān)于本體效應(yīng)對(duì)Cr(Ⅵ)在酸化提取液中的穩(wěn)定性的影響的信息。由于本發(fā)明的SIDMS方法是一種獨(dú)立方法，借助該方法，允許測(cè)定已轉(zhuǎn)化或者未轉(zhuǎn)化的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的數(shù)量，因此本發(fā)明的SIDMS方法還使得能夠確認(rèn)EPA方法。在加入同位素示蹤物9天后，測(cè)量加入同位素示蹤物的COPR1提取液，9．1±1．5％的Cr(Ⅵ)被還原。加入同位素示蹤物1天后，測(cè)量COPR3提取液，60．0±5．8％的Cr(Ⅵ)被還原。同樣在加入同位素示蹤物1天后，測(cè)量COPR4提取液，14．5±1．6％的Cr(Ⅵ)被還原。Cr(Ⅵ)的天然濃度越低，酸化提取液中Cr(Ⅵ)的還原反應(yīng)進(jìn)行得越快。在本實(shí)驗(yàn)中，為了把最終溶液中Cr(Ⅵ)的濃度控制為適當(dāng)值，50ng／g～150ng／g，根據(jù)Cr(Ⅵ)的天然濃度，改變樣品量。假定所有這些樣品具有相同含量的還原本體，低濃度的樣品最終溶液應(yīng)含有大多數(shù)還原本體組分。COPR3表現(xiàn)出更快的Cr(Ⅵ)還原。據(jù)認(rèn)為還原本體組分不影響Method 7196A，因?yàn)閷?duì)于這些樣品來(lái)說(shuō)，Method 7196A的選擇性足夠高。降低被分析物濃度并增大本體濃度，可表現(xiàn)出本方法和Method 7196A之間的區(qū)別，如同在復(fù)雜的土壤樣品情況下，得到的情況一樣。摻入天然Cr(Ⅵ)的土壤提取物被用于證明Method7196A在量化Cr(Ⅵ)方面的可能偏差，在Method 7196A量化Cr(Ⅵ)方面，本體產(chǎn)生鉻物質(zhì)偏移方面的重大偏差以及Method 7196A方面的直接方法干擾。
土壤分析從院子采集的表土。把樣品在105℃下干燥4小時(shí)，隨后用手除去植物根莖及其它較大顆粒。經(jīng)過(guò)這些處理之后，把樣品密封在聚乙烯袋中，并存放在冷房(4℃)中。由于本實(shí)驗(yàn)中不關(guān)心Cr物質(zhì)的真實(shí)天然含量，因此不評(píng)估干燥過(guò)程中Cr物質(zhì)的可能變化。按照Method 3060A處理樣品。為本發(fā)明的SIDMS方法，改變提取后的程序，以便識(shí)別Method 7196A中pH調(diào)節(jié)和量化步驟中可能的Cr(Ⅵ)狀態(tài)變化。在土壤提取物中Cr(Ⅵ)的量化方面，設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)比較SIDMS和EPA Method 7196A。第一實(shí)驗(yàn)顯示出Method 7196A中的系統(tǒng)偏差。通過(guò)把SIDMS用作診斷工具，第二實(shí)驗(yàn)識(shí)別偏差源。圖5是第二實(shí)驗(yàn)的程序的流程圖。在第一實(shí)驗(yàn)中，只制備了圖5的溶液D和F，用于比較SIDMS和Method 7196A。
通過(guò)使用4個(gè)樣品，第一實(shí)驗(yàn)比較Method 7196A和SIDMS(本發(fā)明的方法)。樣本1-4含有從0，1．53，3．06和3．12克土壤浸提的土壤提取物。在用Method 3060A提取之后，每個(gè)樣品被摻入natCr(Ⅵ)，以致每克樣品溶液分別含有2．997，3．033，1．993和1．587μg Cr(Ⅵ)。這樣，各個(gè)樣品的本體(單位g 土壤)／Cr(Ⅵ)(單位μg Cr／g)比約為0，0．5，1．0和2．0。為了確保提取物具有不同的本體含量，使用了不同數(shù)量的土壤。對(duì)一部分加入同位素示蹤物的提取物采樣，以便進(jìn)行SIDMS分析，根據(jù)Method 3060A，用濃硝酸把剩余提取液的pH值調(diào)節(jié)為7．5±0．5。隨后依據(jù)Method 7196A分析調(diào)節(jié)pH值后的提取液。如圖5中所示，依據(jù)SIDMS分析溶液F，依據(jù)Method7196A分析溶液D。
復(fù)雜本體對(duì)其它方法的確認(rèn)的影響圖6中表示了每種方法的回收率，圖6比較了土壤本體對(duì)用Method7196A和本發(fā)明的SIDMS方法測(cè)定的Cr(Ⅵ)的回收率的影響。樣品1不含土壤本體，兩種方法得到的Cr(Ⅵ)的回收率彼此相似，并且接近100％。但是，如圖6中所示，土壤本體導(dǎo)致使用Method 7196A得到的Cr(Ⅵ)回收率較低。土壤本體／Cr(Ⅵ)之比越高，意味著Cr(Ⅵ)的回收率越低。樣品2-4含有數(shù)量逐漸增大的土壤本體。按照Method 7196A，在向樣品中加入DPC之后，把溶液酸化至pH=1．6～2．2，以產(chǎn)生可測(cè)量的紫紅色絡(luò)合物。顯色反應(yīng)包括同時(shí)發(fā)生的DPC向二苯卡巴肼的氧化，Cr(Ⅵ)向Cr(Ⅲ)的還原，以及借助二苯卡巴肼，Cr(Ⅲ)的螯合作用(Dionex In Dionex Ion ChromatographyRecipe Book；Dionex CorporationSunnyvale，CA，1990；Vol．Technical Note 26，pp7)。在高pH值下，例如pH=12，Cr(Ⅵ)相當(dāng)穩(wěn)定，從而共存于土壤提取液中的還原劑不會(huì)還原Cr(Ⅵ)。但是，當(dāng)溶液被酸化時(shí)，來(lái)自土壤本體的還原劑和DPC競(jìng)爭(zhēng)還原Cr(Ⅵ)。一些Cr(Ⅵ)不能和DPC反應(yīng)形成由UV-Vis方法測(cè)量的紫紅色產(chǎn)物。從而，由于一些Cr(Ⅵ)不形成可測(cè)量的產(chǎn)物，因此該方法導(dǎo)致回收率較低。在其它文獻(xiàn)中描述了這種詳細(xì)觀察結(jié)果(Lu，Y．；Huo，D．；Chalk，S．；Kingston，H．M．“Identification of Cr(VI)Biasesin EPA Method Pairs 3060A and 7196A”in progress)。
本發(fā)明的SIDMS方法指出利用Method 7196A量化這些樣品中的Cr(Ⅵ)的偏差的主要來(lái)源，并修正這種轉(zhuǎn)化。在SIDMS方法中，在酸化前，向樣品溶液中加入同位素示蹤物。雖然加入同位素示蹤物的樣品溶液被酸化至低pH值，1．7～2．0，由于借助SIDMS可修正加入同位素示蹤物后發(fā)生的任意轉(zhuǎn)化，因此由土壤本體引起的Cr(Ⅵ)還原被成功修正。對(duì)于某些樣品，在酸化之后，快速發(fā)生Cr(Ⅵ)的還原反應(yīng)。圖7(a)-7(c)是樣品4(圖6)的色譜圖。圖7(a)-7(c)圖解說(shuō)明了緊接加入同位素示蹤物樣品的酸化后的樣品。在酸化后6分鐘和16分鐘時(shí)得到圖7(b)和7(c)。這些圖只標(biāo)繪出同位素53Cr，它主要來(lái)自該樣品中的53Cr(Ⅵ)示蹤物。從圖7(a)-7(c)可看出，4．5％，20．2％和28．1％的Cr(Ⅵ)被還原為Cr(Ⅲ)。Cr(Ⅵ)的修正濃度分別為166，169和170ng／g，和摻入土壤提取液中的Cr(Ⅵ)的真實(shí)濃度相符，該真實(shí)濃度為170．9ng／g。
本發(fā)明的SIDMS方法可用作監(jiān)測(cè)物質(zhì)的診斷和確認(rèn)工具。為此，在處理前和處理后，向樣品中摻入同位素示蹤物。例如，在第二實(shí)驗(yàn)中，在pH調(diào)節(jié)前(樣品C和F)和pH調(diào)節(jié)后(樣品B和E)，向土壤提取液中加入同位素示蹤物，以檢查pH調(diào)節(jié)過(guò)程中物質(zhì)的可能變換。圖5表示了該實(shí)驗(yàn)中遵循的程序。樣品A、B和C被用于測(cè)定天然Cr(Ⅵ)。樣品D、E和F用于測(cè)定Cr(Ⅵ)的回收率。按照EPAMethod 3060A提取法獲得樣品A、B、D和須EPA Method 3060A中，需要pH調(diào)節(jié)步驟。樣品C和F省略了pH調(diào)節(jié)步驟，并被直接提交給SIDMS。為了比較結(jié)果，表5中所示的所有數(shù)值是原始提取液中的數(shù)值。當(dāng)與利用本發(fā)明的SIDMS方法獲得的結(jié)果相比時(shí)，Method7196A的偏差是顯然的。按照Method 7196A，不檢測(cè)被分析樣品中的天然Cr(Ⅵ)(A)；但是，本發(fā)明的SIDMS方法指出樣品中天然Cr(Ⅵ)的存在。由于Method 7196A的檢測(cè)極限不夠低，或者還原本體組分可能已干擾測(cè)量，Method 7196A一直不能檢測(cè)天然Cr(Ⅵ)。Method 7196A的檢測(cè)極限為0．01μg／g，提取液中的天然Cr(Ⅵ)為0．08μg／g，排除前一可能性。
如第一實(shí)驗(yàn)中所示，利用Method 7196A，還原性土壤本體組分允許更好的Cr(Ⅵ)回收率本體含量越高，回收率越低。對(duì)于Cr(Ⅵ)的測(cè)定來(lái)說(shuō)，即使對(duì)于潔凈溶液中的量化來(lái)說(shuō)，Cr(Ⅵ)濃度足夠高，但是在土壤提取液或者其它還原性本體中，Cr(Ⅵ)濃度仍可能不可檢測(cè)。對(duì)于土壤本體來(lái)說(shuō)，利用EPA Method 7196A測(cè)定的摻入的Cr(Ⅵ)的回收率(樣品D)，最高僅為71．6％，從而指出本體影響的重要。根據(jù)這一分析，在利用EPA Method 7196A的情況下，該樣品中有約57μg的Cr(Ⅵ)未檢測(cè)到，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤提取液中的天然Cr(Ⅵ)。于是，在EPA Method 7196A的情況下，本體影響導(dǎo)致Cr(Ⅵ)的不能測(cè)定，對(duì)于毒性評(píng)估來(lái)說(shuō)，這是危險(xiǎn)的缺陷。本發(fā)明的SIDMS方法至少在兩個(gè)方面改進(jìn)了Cr(Ⅵ)的量化(a)更低的檢測(cè)極限和(b)能夠修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化，這提供了更精確和可再現(xiàn)的測(cè)量。
本發(fā)明的SIDMS方法成功識(shí)別并修正在中和步驟時(shí)發(fā)生的Cr(Ⅵ)的還原。樣品F和樣品E的回收率分別為99．3％和95．2％。如果使用在Method 7196A中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)(85％～115％的回收率)，95．2％位于該標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。由于在樣品E和F中得到的Cr(Ⅵ)的濃度顯著不同，識(shí)別引起該差異的原因非常重要。如表5中所示，在F樣品中沒(méi)有找到Cr(Ⅲ)，但是在E樣品中檢測(cè)到5．1±3．3μg的Cr(Ⅲ)。如果把該數(shù)量的Cr(Ⅲ)看作是還原的Cr(Ⅵ)，這兩種溶液中Cr(Ⅵ)的總量是可比的。于是，Cr(Ⅵ)的還原發(fā)生于pH調(diào)節(jié)過(guò)程中。樣品B和C中天然Cr(Ⅵ)的測(cè)定也支持該結(jié)論，在pH調(diào)節(jié)前和pH調(diào)節(jié)后加入同位素示蹤物的情況下，依據(jù)SIDMS方法檢測(cè)到的天然Cr(Ⅵ)分別為9．5μg和7．7μg。雖然在95％置信區(qū)間下，這兩個(gè)數(shù)值不是明顯不同，但是由于還原性本體的緣故，和在pH調(diào)節(jié)之前向樣品中加入示蹤物相比，通過(guò)在pH調(diào)節(jié)之后向樣品中加入示蹤物，得到更低的濃度。于是，通過(guò)在不同階段向樣品中加入同位素示蹤物，可識(shí)別在各個(gè)步驟發(fā)生的物質(zhì)的變化。傳統(tǒng)的方法不能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈冎荒軠y(cè)定處理后的最終溶液中的物質(zhì)濃度。
修正不完全物質(zhì)分離和要求完全分離的傳統(tǒng)物種形成方法不同，本發(fā)明的SIDMS方法允許不完全物質(zhì)分離。物質(zhì)的不完全離析導(dǎo)致物質(zhì)混合物作為一種物質(zhì)被ICP-MS同時(shí)檢測(cè)。在傳統(tǒng)方法中，不完全分離將干擾準(zhǔn)確測(cè)量。但是，SIDMS將如同未溶解的或者共同洗提的物質(zhì)已相互轉(zhuǎn)化那樣，處理未溶解的或者共同洗提的物質(zhì)。計(jì)算加入同位素示蹤物時(shí)的初始物質(zhì)濃度的同樣SIDMS方程式也可修正不完全分離。該能力允許在分離中使用適度的實(shí)驗(yàn)條件，并避免需要使用其它物種形成方法為實(shí)現(xiàn)100％分離所需的極端條件。如果在本發(fā)明的SIDMS方法中存在不完全分離，轉(zhuǎn)化量將包括物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和不完全分離。
為了證實(shí)本發(fā)明的SIDMS方法可修正物質(zhì)的不完全分離，利用前面描述的程序新制備加入雙同位素示蹤劑的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)水溶液。該合成樣品含有1495ng／g的natCr(Ⅵ)，1499ng／g的53Cr(Ⅵ)，1517ng／g的natCr(Ⅲ)和1584ng／g的50Cr(Ⅲ)。本實(shí)驗(yàn)中，交換塔的輸出口與ICP-MS脫離，把洗提液收集到10mL的聚丙烯試管中。合成樣品被注入交換塔進(jìn)行分離，不過(guò)通過(guò)設(shè)定不同的分界時(shí)間點(diǎn)，每次不同的洗提液餾分被采集為Cr(Ⅲ)水溶液，剩余的被采集為Cr(Ⅵ)水溶液。這導(dǎo)致不完全分離。圖8表示了10-40秒的洗提液被采集為Cr(Ⅲ)水溶液，40秒-10分鐘的洗提液被采集為Cr(Ⅵ)水溶液。一些Cr(Ⅲ)被檢測(cè)為Cr(Ⅵ)。該對(duì)洗提液餾分的分界時(shí)間點(diǎn)為40秒。隨后得到具有不同分界時(shí)間點(diǎn)的成組溶液，并產(chǎn)生不同程度的不完全分離。采集后，用0．06M的HNO3把各餾分稀釋至10mL，隨后使用直接吸入模式，用ICP-MS測(cè)量同位素比。
圖9(a)和9(b)表示了各個(gè)容器中Cr的實(shí)際總濃度及修正不完全分離后Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的濃度。圖中指示的真實(shí)濃度不同于在先前段落中描述的那些濃度。這歸因于稀釋。例如，由于注入體積為50μL，并且采集的洗提液被稀釋至10mL，稀釋倍數(shù)為200。由于natCr(Ⅲ)的初始濃度為1517ng／g，如果所有的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分離，則Cr(Ⅲ)容器中，natCr(Ⅲ)的濃度應(yīng)為7．58ng／g。由于稀釋溶液被用于同位素比測(cè)量中，因此該數(shù)值被看作是真實(shí)濃度。由于稀釋效應(yīng)，來(lái)自天然標(biāo)準(zhǔn)樣品和同位素示蹤物的每種物質(zhì)的初始濃度的數(shù)值被除以200。
盡管存在不完全分離，還是可極精確地成功去卷積natCr(Ⅲ)的濃度和natCr(Ⅵ)的濃度。圖9(a)和9(b)中，陰影柱是修正的初始濃度。黑色柱是采集的Cr的實(shí)際濃度。實(shí)際濃度是可由其它常規(guī)物種形成方法報(bào)告的數(shù)值。通常，Cr(Ⅲ)的采集時(shí)間越長(zhǎng)，被檢測(cè)為Cr(Ⅲ)的Cr的濃度越高，被檢測(cè)為Cr(Ⅵ)的Cr的濃度越低。盡管分離程度不同，利用本發(fā)明的SIDMS方法得到的去卷積濃度總是和修正稀釋倍數(shù)后摻入同位素示蹤物時(shí)的真實(shí)濃度相符。在圖9(a)和9(b)中，還指出修正濃度的95％置信區(qū)間，但是由于結(jié)果的精度高的緣故，看不出95％置信區(qū)間。在該組數(shù)據(jù)中，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0．12％～0．48％的范圍內(nèi)。對(duì)于分界時(shí)間點(diǎn)為90秒的最終采集來(lái)說(shuō)，只有27％的natCr(Ⅵ)，對(duì)應(yīng)于2．01ng／g的natCr(Ⅵ)，被采集為Cr(Ⅵ)，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的RSD分別為0．38％和0．41％。
本發(fā)明的SIDMS方法的另一應(yīng)用是確認(rèn)由于不能完全分離或者完全保存物質(zhì)，因而目前不可用的更高效的提取或分離方法。例如，在比在氣壓下可達(dá)到的溫度更高的溫度下，密閉容器微波提取法更有效，但是如果已知將發(fā)生退化，則要求完全保留物質(zhì)的傳統(tǒng)物種化方法不能使用該更有效的提取法。其它方法要求物質(zhì)的保存，而本發(fā)明的SIDMS方法可優(yōu)化效率和退化的修正，以提高分析方法的效率和生產(chǎn)率。一個(gè)例子是具有SIDMS許可的某些退化的更快速提取，但是由于在其它方法中，物質(zhì)轉(zhuǎn)換被理解為偏差和誤差，這些其它方法不能應(yīng)用該更快速提取，而在SIDMS中，卻是可能必須進(jìn)行某些修正的高效分離方法。
當(dāng)在熱板上和在微波提取系統(tǒng)中，把本發(fā)明的SIDMS應(yīng)用于物質(zhì)的分離，并與標(biāo)準(zhǔn)EPA Method 3060A提取法相比時(shí)，得到效率的例子。Cr(Ⅲ)向Cr(Ⅵ)的氧化可在高pH溶液中發(fā)生，并且為了高效地提取Cr(Ⅵ)，EPA Method 3060A提取法需要11．5～12的pH值。在這種高pH值溶液中，如果存在一些氧化劑，則Cr(Ⅲ)可被氧化成Cr(Ⅵ)。標(biāo)準(zhǔn)程序要求把提取溶液(0．5M的NaOH和0．28M的Na2CO3)在90～95℃的高溫下保持60分鐘。由于同量的Cr(Ⅲ)被氧化為Cr(Ⅵ)所需的時(shí)間較短，因此通過(guò)在較高溫度下在密閉容器中利用微波提取，證實(shí)了效率優(yōu)點(diǎn)。約200μg Cr(Ⅲ)被加入微波密閉Teflon容器或大口杯中，并進(jìn)行幾乎相同的提取程序(加熱到92℃，保溫60分鐘)。對(duì)于所有三個(gè)系統(tǒng)都觀察到Cr(Ⅲ)的氧化(圖10)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)熱板方法，表示出5．6％的Cr(Ⅲ)還原(條形圖1)。但是在氬氣氣氛或在空氣條件下，在加熱到92℃，保溫60分鐘的密閉容器微波系統(tǒng)中只發(fā)生1．7％的Cr(Ⅲ)還原(條形圖2或3)。在120℃的更高溫度下持續(xù)60分鐘的微波提取(條形圖4)顯示類(lèi)似的提取，不過(guò)氧化較少。但是在基本相同的氧化量的情況下，在微波密閉容器系統(tǒng)中使用150℃的條件，可以僅用10分鐘實(shí)現(xiàn)相似的提取(條形圖5)。要理解在密閉微波系統(tǒng)被用于提取的情況下，可在約5～30分鐘內(nèi)完成提取，更可取的是在約10～20分鐘內(nèi)完成提取。這優(yōu)選在約90～150℃的溫度下進(jìn)行，最好在約135～150℃的溫度下進(jìn)行。在所有情況下，均發(fā)生氧化反應(yīng)，并且氧化反應(yīng)均被修正，但是在所有情況下，利用本發(fā)明的SIDMS方法，可修正發(fā)生的氧化反應(yīng)。在修正分離過(guò)程中發(fā)生的這些轉(zhuǎn)換的情況下，其它高效的提取和分離方法可和SIDMS一起用作檢測(cè)方法。
不溶組分和未分離組分的回收通過(guò)利用本發(fā)明的SIDMS方法，可修正不溶物質(zhì)組分的損失。例如，重鉻酸鉀(K2CrO4)高度可溶，但是鉻酸鋇(BaCrO4)和鉻酸鉛(PbCrO4)是相對(duì)不溶的Cr(Ⅵ)化合物。實(shí)驗(yàn)中，含有5010μg Cr(Ⅵ)的0．0244g BaCrO4和含有2790μg Cr(Ⅵ)的0．017g PbCrO4被加入將利用方法3060A提取的樣品中。鉻酸鉛在標(biāo)準(zhǔn)提取溶液中使用的堿性溶液中是可溶的，很可能呈Pb(OH)4-2的形式。發(fā)現(xiàn)水溶性形式的Cr(Ⅵ)和水不溶性形式的Cr(Ⅵ)由EPA Method 3060A提取，但是當(dāng)根據(jù)需要在提取結(jié)束時(shí)，中和溶液，使pH值為7．5時(shí)，通過(guò)過(guò)濾樣品物料，從溶液中除去Cr(Ⅵ)的大部分不溶性形式。在傳統(tǒng)方法中這會(huì)產(chǎn)生顯著的誤差，因?yàn)橛捎诓蝗?，從而溶液中除去的部分根本未被測(cè)量。為了舉例說(shuō)明溶液中呈CrO4-形式的Cr(Ⅵ)的數(shù)量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以觀察何時(shí)PbCrO4開(kāi)始沉淀。其它的總回收率方法中產(chǎn)生的誤差不同，取決于樣品中PbCrO4的數(shù)量。已知的EPAMethod 3060A提取溶液中的沉淀依賴于存在的不溶性鉻酸鹽化合物的總量。
由于保留在溶液中的足量Cr(Ⅵ)將由本發(fā)明的SIDMS方法分析，并在該期間，使同位素物種化示蹤物和天然組分均衡，化合物在11．5～12的高pH值下可溶，SIDMS測(cè)量證實(shí)100％的回收修正，并給出關(guān)于初始樣品中Cr(Ⅵ)的真實(shí)濃度的修正值。這是即使存在不完全分離，SIDMS也能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的獨(dú)特能力的又一證明。
SIDMS作為制備物種化標(biāo)準(zhǔn)參考物料的方法由于關(guān)于物質(zhì)濃度準(zhǔn)確性的樣品分析要求為單個(gè)物質(zhì)成分分析和證明標(biāo)準(zhǔn)參考物料，SIDMS的使用允許物種化標(biāo)準(zhǔn)樣品的準(zhǔn)確評(píng)估的準(zhǔn)備及它們的證明。標(biāo)準(zhǔn)參考物料必須被存儲(chǔ)并運(yùn)送到目的地，以使其實(shí)際可用。標(biāo)準(zhǔn)參考物料還必須提供在諸如活性物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，不溶性部分及不易的提取和分離之類(lèi)的所有常態(tài)復(fù)雜性下，在自然界中遇到的真實(shí)自然物料。就這些物料的制備和存儲(chǔ)而論，必須具有一種不存在歸因于(a)分析方法，或者(b)本體組分，或者(c)退化，或者(d)物種化物料的轉(zhuǎn)化的偏差，準(zhǔn)確地評(píng)估這些物料的方法?？衫迷试S利用本發(fā)明的SIDMS方法對(duì)其進(jìn)行分析的物種化示蹤物制備這些標(biāo)準(zhǔn)樣品。這還允許在存儲(chǔ)，運(yùn)送條件下發(fā)生某些相互轉(zhuǎn)化，或者本體組分互反應(yīng)之后，使用這些標(biāo)準(zhǔn)樣品。如果提供物種化示蹤物的初始濃度和同位素信息，利用SIDMS方法可分析該標(biāo)準(zhǔn)樣品，并可修正程序偏差。SIDMS和標(biāo)準(zhǔn)樣品制備的這種結(jié)合提供了一種重要的新工具，并將能夠驗(yàn)證其它方法。正如這里已關(guān)于EPA Method3060A和7196A，證實(shí)在諸如土壤之類(lèi)的樣品方面的誤差一樣，當(dāng)在諸如土壤之類(lèi)樣品的情況下發(fā)生偏差，或者當(dāng)例如在COPR樣品的情況下，方法未導(dǎo)致任何偏差時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證?？砂言摷夹g(shù)與標(biāo)準(zhǔn)樣品制備和評(píng)估的結(jié)合用于驗(yàn)證其它方法，并確保物種化標(biāo)準(zhǔn)樣品的有效性。
如果在制備、存儲(chǔ)、運(yùn)送或方法評(píng)估中，發(fā)生物質(zhì)組成方面的變動(dòng)，則標(biāo)準(zhǔn)樣品自身較不易產(chǎn)生誤差。物料或方法方面固有的偏差可被修正，并且現(xiàn)在方法可準(zhǔn)備好幫助樣準(zhǔn)及準(zhǔn)確測(cè)定其它方法。
還可在不溶性物質(zhì)情況下采用本發(fā)明的方法。例如，鉻酸鉛只在分離過(guò)程的一個(gè)階段中是可溶的，但是由于大部分鉻酸鉛脫離溶液后的殘余溶解性的緣故，隨后可對(duì)鉻酸鉛進(jìn)行完全分析。
這里提供的理論背景和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持本發(fā)明的SIDMS的有效性。利用SIDMS方法，可有效修正物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和不完全分離。SIDMS還提供在樣品制備／分析的整個(gè)過(guò)程中，跟蹤物質(zhì)轉(zhuǎn)化的有用工具?？稍u(píng)估新物質(zhì)和中間物質(zhì)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面的重要性。對(duì)于某些物質(zhì)，可采用多種形式的物種化示蹤物。該方法提供允許確認(rèn)其它物種形成方法的診斷工具，并為物種形成計(jì)量學(xué)提供可靠數(shù)據(jù)。
要理解即使在不完全物質(zhì)分離的情況下，本發(fā)明的方法也允許物種化同位素稀釋測(cè)量。在本發(fā)明中，不要求100％的分離。通常最好至少5％的物質(zhì)被分離，更好的是至少10％的物質(zhì)被分離。本發(fā)明可容許最高約90～95％的物質(zhì)未被分離，或者損失、轉(zhuǎn)化或退化。如果要測(cè)量單一物質(zhì)，就使該物質(zhì)和含有該物質(zhì)的樣品分離。如果要測(cè)量一種以上的物質(zhì)，最好把每種物質(zhì)從含有物質(zhì)的樣品分離出來(lái)，并使要分析的物質(zhì)相互分離。這應(yīng)用于使每種物質(zhì)的天然形式和摻入示蹤物的形式與另一物質(zhì)的天然形式和摻入示蹤物的形式分開(kāi)。另外，不必具有相同部分的每種要測(cè)量物質(zhì)。
雖然為了清楚起見(jiàn)，這里把重點(diǎn)放在本發(fā)明的環(huán)境應(yīng)用上，但是本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種其它應(yīng)用，例如工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或者食品加工和存放將是顯而易見(jiàn)的。
于是，要理解本發(fā)明的方法提供一種或多種物質(zhì)的準(zhǔn)確的物種化同位素稀釋質(zhì)譜法量化。本發(fā)明的方法以一種適于補(bǔ)償物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和／或不完全分離的有效并且可靠的方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。它還簡(jiǎn)化了其它方法的驗(yàn)證，以及物種化標(biāo)準(zhǔn)參考物料的制備和分析。
盡管上面已舉例描述了本發(fā)明的幾個(gè)特殊實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離如附加的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可作出有關(guān)細(xì)節(jié)的眾多變化。
權(quán)利要求
1．樣品的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括提供至少一種預(yù)先確定的穩(wěn)定同位素，通過(guò)把所述同位素轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于所述樣品中要測(cè)量的物質(zhì)的物種化富集同位素，制備同位素示蹤物，向含有所述要測(cè)量物質(zhì)的樣品中摻入同位素示蹤物，使所述同位素示蹤物質(zhì)與所述要測(cè)量物質(zhì)均衡，使至少一部分所述物質(zhì)與所述樣品分離，對(duì)要測(cè)量的每種所述物質(zhì)進(jìn)行同位素比測(cè)定，并數(shù)學(xué)去卷積所述物質(zhì)濃度，同時(shí)修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化，以及實(shí)現(xiàn)所述數(shù)學(xué)去卷積，同時(shí)修正所述物質(zhì)與所述樣品的不完全分離。
2．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)要同時(shí)測(cè)量的一種以上的所述物質(zhì)采用所述方法。
3．按照權(quán)利要求2所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括把所述方法應(yīng)用于量化Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。
4．按照權(quán)利要求2所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用下述方程式，實(shí)現(xiàn)所述數(shù)學(xué)去卷積 這里，R50/52Ⅲ是加料樣品中Cr(Ⅲ)的50Cr與52Cr的實(shí)測(cè)同位素比；50Ax是樣品中50Cr的自然原子百分率。CxⅢ是樣品中Cr(Ⅲ)的濃度(微摩爾／克，未知)。Wx是樣品的重量(克)。 是同位素示蹤物50Cr(Ⅲ)中50Cr的原子百分率。 是50Cr(Ⅲ)示蹤物中Cr(Ⅲ)的濃度(微摩爾／克)。WsⅢ是50Cr(Ⅲ)示蹤物的重量(克)。CxⅥ是樣品中Cr(Ⅵ)的濃度(微摩爾／克，未知)。α是加入示蹤物之后，氧化為Cr(Ⅵ)的Cr(Ⅲ)的百分率(未知)。β是加入示蹤物之后，還原為Cr(Ⅲ)的Cr(Ⅵ)的百分率(未知)。
5．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用質(zhì)譜儀測(cè)定所述同位素比。
6．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括利用和要測(cè)量的物質(zhì)相同物種化形式的同位素標(biāo)記標(biāo)識(shí)所述富集同位素。
7．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用時(shí)間分辨色譜法實(shí)現(xiàn)所述分離。
8．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)在分離前經(jīng)歷物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樣品應(yīng)用所述方法。
9．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在水溶液中實(shí)現(xiàn)所述均衡。
10．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)不完全分離的物質(zhì)應(yīng)用所述方法。
11．按照權(quán)利要求3所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在大部分Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)之后，實(shí)現(xiàn)所述分離。
12．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)土壤樣本應(yīng)用所述方法。
13．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)含水樣本應(yīng)用所述方法。
14．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)來(lái)自鉻鐵礦處理系統(tǒng)的固體廢物應(yīng)用所述方法。
15．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在所述均衡步驟之后，并在所述分離步驟之前，存放所述樣品。
16．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)于一種以上的要測(cè)量物質(zhì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所述數(shù)學(xué)去卷積。
17．按照權(quán)利要求16所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括獨(dú)立于其它物質(zhì)，為每種物質(zhì)實(shí)現(xiàn)所述數(shù)學(xué)去卷積。
18．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括單獨(dú)地相對(duì)于一種要測(cè)量物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)所述數(shù)學(xué)去卷積。
19．按照權(quán)利要求16所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在實(shí)現(xiàn)所述去卷積之前，使至少約5～10％，但是小于100％的每種所述物質(zhì)和所述樣品分離，并使每種所述物質(zhì)與所述其它物質(zhì)分離。
20．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括借助選自色譜法，微波輔助提取法，索格利特(soxhilate)提取法，溶劑溶解法，酸溶解法，酸或堿蒸餾法，離心法和溶劑提取法的至少一種方法實(shí)現(xiàn)所述分離。
21．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括借助微波輔助提取法，實(shí)現(xiàn)約5～15分鐘的所述分離。
22．按照權(quán)利要求21所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在約90～150℃的溫度下實(shí)現(xiàn)所述分離。
23．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在實(shí)現(xiàn)樣品的所述物種化同位素稀釋測(cè)量之后，把所述測(cè)量的結(jié)果和利用另一類(lèi)型測(cè)試進(jìn)行的測(cè)量的結(jié)果相比較，以評(píng)估所述另一類(lèi)型測(cè)試的有效性。
24．按照權(quán)利要求23所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括利用所述另一測(cè)試實(shí)現(xiàn)若干測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)所述比較，評(píng)估所述另一類(lèi)型測(cè)試的有效性。
25．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用所述方法制備物種化示蹤標(biāo)準(zhǔn)物料。
26．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用所述方法制造標(biāo)準(zhǔn)物料。
27．按照權(quán)利要求25所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括通過(guò)以物種化形式摻入獨(dú)立的穩(wěn)定同位素，產(chǎn)生所述物種化示蹤標(biāo)準(zhǔn)樣品。
28．按照權(quán)利要求26所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括存放后，使用所述標(biāo)準(zhǔn)物料。
29．按照權(quán)利要求26所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用所述方法修正退化發(fā)生后，所述標(biāo)準(zhǔn)物料中的物質(zhì)變動(dòng)。
30．按照權(quán)利要求21所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括在微波密閉容器中應(yīng)用所述微波提取法。
31．按照權(quán)利要求23所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括采用所述方法確認(rèn)不能獨(dú)立地補(bǔ)償不完全物質(zhì)提取或者物質(zhì)轉(zhuǎn)化的所述測(cè)試。
32．按照權(quán)利要求1所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括對(duì)由于不完全分離，損失，轉(zhuǎn)化或退化而導(dǎo)致被分離物質(zhì)低于100％的物質(zhì)執(zhí)行所述方法。
33．按照權(quán)利要求32所述的物種化同位素稀釋測(cè)量方法，包括實(shí)現(xiàn)至少約5～10％的所述物質(zhì)的所述分離。
全文摘要
一種物種化同位素稀釋質(zhì)譜法(SIDMS),即使在物質(zhì)分離前,樣品已經(jīng)歷物質(zhì)轉(zhuǎn)化,或者存在退化或不完全分離,該方法也允許測(cè)定來(lái)自樣品的一種或多種物質(zhì)的濃度。至少摻入一種預(yù)先確定的穩(wěn)定同位素,以把該穩(wěn)定同位素轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)于樣品中的要測(cè)量物質(zhì)的物種化富集同位素。向含有要測(cè)量物質(zhì)的樣品中加入示蹤物,并使同位素示蹤物質(zhì)和要測(cè)量的物質(zhì)均衡。使物質(zhì)與樣品分離,并測(cè)定要測(cè)量的每種物質(zhì)的同位素比。隨后對(duì)物質(zhì)濃度進(jìn)行數(shù)學(xué)去卷積,同時(shí)修正物質(zhì)轉(zhuǎn)化和/或不完全分離。該方法可用于確認(rèn)其它方法。該方法還可用在物種化標(biāo)準(zhǔn)參考物料的制備和分析中。該方法可用于量化Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)。
文檔編號(hào)G01N33/20GK1292090SQ99803448
公開(kāi)日2001年4月18日 申請(qǐng)日期1999年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月29日
發(fā)明者霍華德·M·金斯頓 申請(qǐng)人:霍利戈斯特杜肯大學(xué)