高效液相色譜?電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測水中有機(jī)汞

王 煒，劉景泰，王曉雯

大連市環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連116023

高效液相色譜?電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測水中有機(jī)汞

王 煒，劉景泰，王曉雯

大連市環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連116023

建立了高效液相色譜?電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC?ICP?MS）測定水樣中甲基汞、乙基汞、苯基汞等3種有機(jī)汞的分析方法。采用醋酸銨?L?半胱氨酸緩沖鹽及甲醇體系組成的流動相按一定比例進(jìn)行梯度洗脫，Agilent Zorbax Plus C18柱分離，經(jīng)前處理的水樣在液相色譜中分離后，進(jìn)入電感耦合等離子體質(zhì)譜檢測其甲基汞、乙基汞、苯基汞的濃度。3種有機(jī)汞化合物均在0.50～50.0 μg／L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5。儀器檢出限為0.09～0.12 μg／L，方法檢出限為0.4×10－6～0.6×10－6mg／L，3種有機(jī)汞樣品加標(biāo)的RSD均小于11.3%，2個水平的加標(biāo)回收率為74.4%～83.2%。

高效液相色譜；電感耦合等離子體質(zhì)譜；聯(lián)用技術(shù)；水質(zhì)；甲基汞；乙基汞；苯基汞

汞是一種毒性較大、熔點(diǎn)低、易揮發(fā)的重金屬元素，至今全世界每年有近5 000 t各種形式的汞被排放到環(huán)境中［1］。其毒性依賴于它的化學(xué)形態(tài)及其濃度，有機(jī)汞的毒性要比無機(jī)汞強(qiáng)。無機(jī)汞通過自然界細(xì)菌和微生物的轉(zhuǎn)化作用可以形成有機(jī)汞，是汞污染環(huán)境造成危害的原因所在。由于有機(jī)汞具有親脂性、生物積累效應(yīng)、生物放大效應(yīng)，其毒性往往是無機(jī)汞的幾百倍。其中甲基汞是有機(jī)汞中毒性最強(qiáng)的汞化合物之一。研究表明，在微生物的作用下，環(huán)境中的無機(jī)汞可以通過生物甲基化、乙基化等反應(yīng)生成相應(yīng)的有機(jī)汞，而有機(jī)汞可被動植物吸收，并通過食物鏈富集，最終危害人類健康［2］，鑒于不同形態(tài)汞化合物的毒性差異，采用高靈敏度的形態(tài)分析方法測定環(huán)境樣品和生物樣品中汞的含量非常必要［3］。

目前，高效分離技術(shù)與高靈敏度的檢測技術(shù)聯(lián)用已經(jīng)成為汞形態(tài)分析的主要手段。氣相色譜（GC）和液相色譜（HPLC）是常用的分離手段，原子熒光光譜（AFS）、原子吸收光譜（AAS），電感耦合等離子體?原子發(fā)射光譜（ICP?AES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP?MS）作為檢測手段廣泛應(yīng)用于汞形態(tài)的分析。其中HPLC?ICP?MS以其靈敏度高、線性范圍寬、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，成為各聯(lián)機(jī)應(yīng)用分析汞形態(tài)的首選［4?11］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

Agilent 7500ce ICP?MS，配備加氧裝置；Agilent 1200 HPLC。

L?半胱氨酸（優(yōu)級純），乙酸銨（優(yōu)級純），二氯甲烷（色譜純），甲醇（色譜純），鹽酸溶液（2 mol／L），氫氧化鈉（6 mol／L），硫酸銅溶液（0.01 g／mL），氯化鈉（分析純），無水硫酸鈉，甲基汞、乙基汞、苯基汞標(biāo)準(zhǔn)貯備液（10 μg／mL）。

1.2 儀器工作參數(shù)

1.2.1 高效液相色譜參數(shù)設(shè)置

Agilent Zorbax Plus C18色譜柱，4.6 mm× 150 mm，5 μm；流動相：A相為0.01 mol／L乙酸銨／0.12%L?半胱氨酸，氨水調(diào)節(jié)pH＝7.5，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾；B相為甲醇。流動相流速為

1.0 mL／min，進(jìn)樣量50 μL；梯度洗脫。洗脫條件見表1。

表1 液相色譜洗脫條件

1.2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀參數(shù)設(shè)置

入射功率1 500 W；采樣深度10.0 mm；玻璃同心霧化器；石英霧化室與炬管；霧室采用半導(dǎo)體控溫于 －5℃；Pt采樣錐和截取錐；采樣模式：Time program。同位素：Hg202，積分時間0.5 s。

1.3 樣品的采集和前處理

水樣分為地表水、地下水、工業(yè)廢水，海水4種，用玻璃瓶采集水樣，每升水樣加硫酸銅溶液（0.0 1 g／mL）1 mL。水樣用鹽酸溶液（2 mol／L）和氫氧化鈉溶液（6 mol／L）調(diào)pH＝3。水樣需盡快預(yù)處理，可于4℃下保存12 h。

取均勻水樣1 L，置于1 L分液漏斗中，加10 g左右氯化鈉（海水不加），用40 mL二氯甲烷分2次萃取，下層液體中加無水硫酸鈉脫水，至溶液清亮，靜置2 h后抽濾。抽濾得到的萃取液收集至50 mL比色管中，加5 mL反萃取溶液（1%半胱氨酸＋0.8%乙酸銨溶液）進(jìn)行反萃取，振蕩5 min，吸取水層溶液進(jìn)樣［12］。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

文獻(xiàn)［11］在研究中比較了 Agilent Zorbax Plus C18、Bonus?RP C18、XDB C18、SB?C18等4種色譜柱在最優(yōu)化條件下對汞形態(tài)的分離性能。結(jié)果表明，采用Zorbax Plus C18進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在重現(xiàn)性以及各組分峰形與分離度方面最為理想［11］。因此，研究最終選用Zorbax Plus C18柱進(jìn)行有機(jī)汞的分離分析。

2.2 流動相的選擇

采用Zorbax Plus C18色譜柱對有機(jī)汞的形態(tài)進(jìn)行分離。由于柱填料上的硅羥基容易吸附汞的化合物，造成檢測的靈敏度低，因此，需要在流動相中加入絡(luò)合劑以加速流動相的洗脫能力，且使色譜峰形更加對稱。2?巰基乙醇是常用的烷基汞絡(luò)合劑，但在使用2?巰基乙醇作為絡(luò)合劑時甲基汞和乙基汞保留時間過長，同時乙基汞拖尾嚴(yán)重，測定誤差較大，而且2?巰基乙醇屬劇毒管制試劑，毒性較高，會對環(huán)境造成污染。目前，大多數(shù)研究中都使用乙酸銨＋L?半胱氨酸作為絡(luò)合劑［9，11?12］。已有研究中發(fā)現(xiàn)，L?半胱氨酸對有機(jī)汞同樣具有良好的絡(luò)合能力，且無毒無害，因此考察了不同濃度半胱氨酸（0.05%～2%）對有機(jī)汞的洗脫能力。當(dāng)半胱氨酸濃度大于0.12% 時，洗脫能力良好，峰形對稱且無明顯拖尾現(xiàn)象［9，12］。因此，選擇流動相的A相為0.01 mol／L乙酸銨?0.12%L?半胱氨酸。

由于使用C18反相柱時，色譜流動相中需加入有機(jī)溶劑，但是高有機(jī)負(fù)載可能導(dǎo)致ICP?MS分析信號不穩(wěn)定，尤其是乙腈分解所產(chǎn)生的碳粉可能導(dǎo)致ICP?MS錐口堵塞，所以選用含碳量較少的甲醇，而不使用乙腈［13］。

最終選擇Zorbax Plus C18色譜柱，乙酸銨?L?半胱氨酸及甲醇體系下，采用梯度洗脫程序進(jìn)行3種有機(jī)汞形態(tài)的分離。其中，6 min之前均采用92%醋酸銨?L?半胱氨酸溶液＋8%甲醇以便實(shí)現(xiàn)甲基汞、乙基汞的迅速分離，分離度與峰形均較為理想，但是苯基汞在該條件下保留能力較強(qiáng)，洗脫時間較長，保留時間超過20 min。當(dāng)提高流動相中的甲醇比例時，苯基汞很快出峰。因此，在6 min后將甲醇比例直接提高至45%以實(shí)現(xiàn)苯基汞的快速洗脫。10 min內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)3種有機(jī)汞的完全分離。在苯基汞分離之后，為保證下一個樣品的正常分析，11 min后恢復(fù)至92%醋酸銨?L?半胱氨酸溶液＋8%甲醇體系，直至20 min樣品分析完畢。圖1為等度洗脫與梯度洗脫對苯基汞的影響比較。

圖1 等度洗脫與梯度洗脫對苯基汞的影響

由于梯度洗脫過程中進(jìn)入等離子體中的基體發(fā)生變化，從而產(chǎn)生基體效應(yīng)，導(dǎo)致流動相改變時ICP?MS出現(xiàn)明顯的靈敏度差異，因此采用與液相梯度洗脫程序相對應(yīng)的ICP?MS時間分辨采集程序模式采集信號，對等離子體中不同的基體組成采用最匹配的ICP?MS儀器參數(shù)，以保證梯度洗脫過程中各階段汞的靈敏度均最佳。圖1（b）為質(zhì)量濃度10 μg／L的3種有機(jī)汞形態(tài)的色譜分離圖，保留時間依次為甲基汞（2.260 min）、乙基汞（4.270 min）、苯基汞（9.340 min）。

2.3 ICP?MS條件的優(yōu)化

為了消除錐口的碳沉積，需要降低霧室的溫度，同時流動相中含大量的水，為防止霧化室結(jié)冰又不易使用過低的溫度，試驗(yàn)中選用－5℃。該溫度既可以減少進(jìn)入ICP?MS的有機(jī)試劑總量，又不會導(dǎo)致霧化室結(jié)冰。由于流動相為復(fù)雜的混合體系，所以RF功率使用1 500 W，以確保基體的完全分解。

2.4 繪制校準(zhǔn)曲線

《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中對水質(zhì)中甲基汞限值要求為1.0×10－6mg／L，目前的儀器很難通過直接進(jìn)樣達(dá)到該要求，必須要結(jié)合前處理技術(shù)對樣品進(jìn)行富集。目前，通過前處理可濃縮333～1 000倍［12，14］，通過計算，曲線第一點(diǎn)質(zhì)量濃度為0.50 μg／L所估算到的檢出限即可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，故用流動相配制濃度為0.50、1.00、5.00、10.0、50.0 μg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并進(jìn)行測定。對不同濃度的甲基汞、乙基汞、苯基汞所對應(yīng)的峰積分面積作圖，結(jié)果見圖2，線性范圍、回歸方程見表2。由圖2可知，甲基汞、乙基汞、苯基汞均在0.50～50.0 μg／L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5。

圖2 各形態(tài)汞的校準(zhǔn)曲線

表2 不同汞形態(tài)的線性范圍和回歸方程

2.5 儀器檢出限和精密度

連續(xù)測定7個質(zhì)量濃度為0.50 μg／L的有機(jī)汞混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，計算得到甲基汞、乙基汞、苯基汞的儀器檢出限分別為0.09、0.12、0.10 μg／L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于9.7%（表3）。

表3 各形態(tài)汞的檢出限和精密度

2.6 方法檢出限和精密度

在上述條件下測定地表水樣品，并分別向1 L水樣中添加25.0、250 μL 2個水平的混合標(biāo)準(zhǔn)中間溶液（100 μg／L），樣品質(zhì)量濃度分別為2.50、25.0 ng／L。樣品經(jīng)二氯甲烷萃取，反萃取液（1%半胱氨酸＋0.8%乙酸銨溶液）反萃取后濃縮至5 mL，相應(yīng)的萃取液質(zhì)量濃度分別為0.50、5.00 μg／L，上機(jī)測試，平行測定7次，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，同時計算方法檢出限。3種有機(jī)汞的2個水平加標(biāo)回收率為74.4% ～83.2%，甲基汞、乙基汞、苯基汞的方法檢出限分別為 0.4×10－6、0.6×10－6、0.5×10－6mg／L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于11.3%（表4）。

表4 水樣測定與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

將高靈敏度的ICP?MS與液相色譜聯(lián)用，建立了快速測定環(huán)境水樣中3種有機(jī)汞的分析方法。將所建立的方法應(yīng)用于環(huán)境水樣中的汞形態(tài)分析，其靈敏度高，3種有機(jī)汞的儀器檢出限為0.09～0.12 μg／L，結(jié)合前處理方法，可以將方法檢出限控制在0.4×10－6～0.6×10－6mg／L范圍內(nèi)，能夠滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對水質(zhì)中甲基汞限值要求。以加標(biāo)回收的方式研究了該方法對環(huán)境水樣的適用性，加標(biāo)回收率范圍多數(shù)為74.4%～83.2%，2個添加水平的回收率和精密度均能滿足日常分析需要，方法準(zhǔn)確、可靠，為環(huán)境樣品中的汞形態(tài)分析測定提供了有價值的參考。

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Simultaneous Determination of Organic Mercury in Water by HPLC?ICP?MS

WANG Wei，LIU Jing?tai，WANG Xiao?wen
Dalian Environmental Monitoring Centre，Dalian 116023，China

A confirmatory method was presented for the determination of Methyl mercury，Ethyl mercury and Phenyl mercury in water samples by high performance liquid chromatography coupled with inductively coupled plasma?mass spectrometry（HPLC?ICP?MS）.The sample was separated on an Agilent Zorbax Plus C18chromatographic column using ammonium acetate?L?cysteine?methanol as mobile phase，the concentrations of three Hg species in eluent were detected by ICP?MS.A good linearity ranged from 0.50 μg／L to 50.0 μg／L for three kinds of organic mercury with correlative coefficients more than 0.999 5.The instrument detection limits for three kinds of organic mercury were 0.09?0.12 μg／L，the methods detection limits were 0.4×10－6?0.6× 10－6mg／L.The RSD of spiked water samples were below 11.3%.The spiked recoveries of organic mercury were between 74.4%and 83.2%.

high performance liquid chromatography；inductively coupled plasma?mass spectrometry；hyphened technique；water；methyl mercury（MeHg）；ethyl mercury（EtHg）；phenyl mercury（PhHg）

X832.02

A

1002?6002（2014）06?0148?05

2013?11?25；

2014?04?14

國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)課題（2011YQ060100）

王 煒（1978?），男，遼寧大連人，碩士，工程師.