高效液相色譜–電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定海水中的烷基汞*

陳念念，劉小騏，李艷蘋(píng)，潘獻(xiàn)輝

（國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192）

目前，海產(chǎn)品中的重金屬富集現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，其中以汞元素最為顯著。汞具有多種形態(tài)，如單質(zhì)汞、無(wú)機(jī)汞、甲基汞、乙基汞及其它有機(jī)汞化合物［1］。在所有汞的形態(tài)中，有機(jī)汞比無(wú)機(jī)汞的毒性強(qiáng)，其中甲基汞是最具毒性的汞形態(tài)［2］。在水體環(huán)境中，無(wú)機(jī)汞可以通過(guò)微生物作用轉(zhuǎn)化為甲基汞，進(jìn)一步被水生動(dòng)植物吸收、富集，并通過(guò)食物鏈被放大，進(jìn)而威脅人體健康［3］。

汞元素的形態(tài)分析方法大多基于不同的分離和檢測(cè)聯(lián)用系統(tǒng)［4–11］，如將高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜（GC）、毛細(xì)管電泳（CE）、離子色譜（IC）等與原子吸收光譜（AAS）、原子熒光光譜（AFS）、電感耦合等離子發(fā)射光譜（ICP–AES）或質(zhì)譜（ICP–MS）等檢測(cè)方法相結(jié)合而進(jìn)行測(cè)定的分析方法［12］。其中HPLC–ICP-MS具有較高的分辨率和靈敏度，更寬的線性范圍，相對(duì)少的基體干擾，因而成為目前汞形態(tài)分析中首選的聯(lián)用方法。此外，該方法還具有接口簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣、前處理過(guò)程簡(jiǎn)便而有利于保持待測(cè)樣品原始形態(tài)不變等優(yōu)點(diǎn)［8］，在汞形態(tài)分析中已有不少應(yīng)用［4，9–10］。

一般公海海域中，海水中汞的含量約為1～20 ng／L，近海海水由于人為排放等因素，汞的質(zhì)量濃度可達(dá)100 ng／L以上［13］。通常海水中鹽分較高，如含有較高濃度的Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl–。相對(duì)于淡水水域，海水中汞形態(tài)分析方法通常較為復(fù)雜，針對(duì)這一難點(diǎn)，目前文獻(xiàn)報(bào)道的海水中汞形態(tài)的檢測(cè)方法主要基于樣品的濃縮富集，如液–液微萃?。╨iquid–liquid microextraction，LLME）［14］，濁 點(diǎn) 萃取(cloud point extraction，CPE)［15］、沉浸液滴微萃取(immersed single drop microextraction，SDME)［16］、固相微萃取(solid phase extraction，SPE)［17］，在線陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上吸附洗脫富集等［2，18］。這些方法能實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)靈敏度，但存在著樣品處理過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)，檢測(cè)精度與準(zhǔn)確度無(wú)法保證等問(wèn)題。

筆者建立了HPLC–ICP–MS聯(lián)用方法，對(duì)海水中的甲基汞、乙基汞進(jìn)行測(cè)定，該方法無(wú)需樣品前處理，簡(jiǎn)便、快速、穩(wěn)定，測(cè)量精密度、準(zhǔn)確度滿足要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

ICP–MS儀：iCAP Qc型，美國(guó)賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司；

超聲波清洗儀：KQ3200B型，昆山超聲儀器有限公司；

純水儀：Milli-Q型，密理博（中國(guó)）有限公司；

甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號(hào)為GBW 08675，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)信息中心；

乙基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號(hào)為GBW(E)081524，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)信息中心；

乙酸銨：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

甲醇：HPLC級(jí)，美國(guó)賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司；

張良俊[24]等根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了熱力膨脹閥在空氣源熱泵熱水器中的穩(wěn)定特性，提出了其在空氣源熱泵熱水器全年運(yùn)行工況中存在的局限性，并指出只有同時(shí)把握好熱力膨脹閥開(kāi)度和制冷劑充注量,才能保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

L-半胱氨酸：純度為98%，英國(guó)阿爾埃莎公司；

硝酸、氨水：優(yōu)級(jí)純。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 HPLC儀

色譜柱：Acclaim C18柱（50 mm×4 mm，5 μm）；柱溫：25℃；流動(dòng)相：60 mmol／L乙酸銨溶液–5%甲醇–10 mmol／L L-半胱氨酸，pH 7.5，流量為1.0 mL／min；進(jìn)樣體積：50 μL。

1.2.2 ICP-MS儀

RF功率：1 550 W；冷卻氣流量：14 L／min；輔助氣流量：0.79 L／min；霧化氣流量：1.05 L／min；采樣深度：5.0 mm；待測(cè)質(zhì)量數(shù)：202Hg；數(shù)據(jù)采集模式：Transient TRA；駐留時(shí)間：200 ms；定量方式：FullQuant；Start／Stop模式：Auto Trigger。

1.3 樣品采集和處理

采樣器皿為聚四氟乙烯材料，所有容器在使用前均于濃HNO3中浸泡至少24 h。海水樣品在分析前采用0.45 μm微孔纖維濾膜過(guò)濾，若不能即刻分析，則需密封冷凍。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

在汞形態(tài)分析中，常用反相高效液相色譜作為分離方法，且大多使用C18色譜柱。在反相鍵合色譜中，固定相的極性小于流動(dòng)相的極性，適合于分離非極性、極性和離子型化合物［4］。本法采用Acclaim C18分析柱，選擇適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑與汞化合物反應(yīng)，生成非極性化合物在反相柱上進(jìn)行分離。

2.1.1 絡(luò)合劑

常見(jiàn)的絡(luò)合劑多為含硫化合物，如吡咯烷二硫代氨基甲酸(APDC)、L-半胱氨酸(L-Cys)、2-巰基乙醇(2-ME)等。與2-巰基乙醇相比較，L-半胱氨酸綠色環(huán)保，安全無(wú)毒。L-半胱氨酸的等電點(diǎn)PI值為5.2，當(dāng)流動(dòng)相pH值大于PI值時(shí)，L-半胱氨酸帶負(fù)電，可以與MeHg(+)、EtHg(+)形成非極性化合物。各種汞絡(luò)合物在C18柱上保留較弱，可縮短檢測(cè)時(shí)間，同時(shí)可以較好地消除汞的記憶效應(yīng)，因此選擇L-半胱氨酸作為絡(luò)合劑［4］。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著L-半胱氨酸濃度的增加，汞化合物的色譜峰形越來(lái)越尖銳，保留時(shí)間變短，尤其是乙基汞的保留時(shí)間明顯縮短，靈敏度大幅提高。當(dāng)L-半胱氨酸濃度增加到一定值后，色譜峰形、保留時(shí)間和靈敏度都不再有明顯變化?？紤]到L-半胱氨酸濃度過(guò)高會(huì)損害色譜柱［11］，采用10 mmol／L L-半胱氨酸作為汞形態(tài)分析的絡(luò)合劑。

2.1.2 流動(dòng)相

在流動(dòng)相中加入少量有機(jī)改性劑和緩沖鹽，可以更好地改善色譜峰峰形，從而使各種形態(tài)的汞在反相柱上得到很好的分離。本實(shí)驗(yàn)向流動(dòng)相中添加5%甲醇及60 mmol／L乙酸銨。

在不同的pH條件下，不同形態(tài)的汞不僅質(zhì)譜檢測(cè)的靈敏度有較大差異，而且色譜分離度、色譜峰高、拖尾因子、柱效也有很大程度的區(qū)別。在pH條件優(yōu)化過(guò)程中，選擇10%氨水和硝酸對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（5 μg／L的甲基汞和乙基汞）的pH 值進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)果表明，當(dāng)pH值在6.5～8.5范圍內(nèi)變化時(shí)，EtHg的保留時(shí)間以近線性式增加，而MeHg的保留時(shí)間則在pH 7.5之后變化顯著。從縮短分離時(shí)間和控制良好的分離度考慮，pH值宜控制在7.5左右。

當(dāng)流動(dòng)相流量在0.4～1.2 mL／min范圍內(nèi)變化時(shí)，MeHg和EtHg的保留時(shí)間隨著流動(dòng)相流量的增加而縮短，其中EtHg的變化趨勢(shì)尤為顯著。為了縮短分離時(shí)間，應(yīng)選擇較大的流動(dòng)相流量，但流量過(guò)大時(shí)，帶入的鹽類不僅容易在ICP-MS 的截取錐錐口沉積，同時(shí)對(duì)色譜柱的損傷也較為嚴(yán)重。綜合考慮，選擇流動(dòng)相流量為1.0 mL／min。

綜合上述實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果，流動(dòng)相組成為60 mmol／L乙酸銨–5%甲醇–10 mmol／L L-半胱氨酸（pH 7.5），流動(dòng)相流量為1.0 mL／min。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

以流動(dòng)相逐級(jí)稀釋汞形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別配制0.0，0.1，0.5，1.0，2.0，5.0 μg／L的MeHg和EtHg的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在上述優(yōu)化的檢測(cè)條件下，以峰面積（Y）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（X）進(jìn)行線性回歸，計(jì)算得線性方程。平行測(cè)定7次樣品空白溶液，以測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為該方法的檢出限。線性范圍、回歸方程和檢出限見(jiàn)表1。

表1 MeHg 和EtHg的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限

由表1可知，在最優(yōu)化條件下，MeHg和EtHg的方法檢出限分別為5 ng／L和3 ng／L，滿足痕量汞形態(tài)的檢測(cè)要求。5.0 μg／L 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖見(jiàn)圖1。由圖1可知，MeHg和EtHg的保留時(shí)間分別為77.0，176.3 s，兩種汞形態(tài)能在5 min內(nèi)分離并被測(cè)定。

2.3 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)

圖1 5.0 μg／L 甲基汞和乙基汞混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖

在優(yōu)化的色譜條件下，對(duì)來(lái)自天津和唐山的兩份海水樣品進(jìn)行測(cè)定，并添加0.5 μg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，平行測(cè)定7次，加標(biāo)海水樣品的色譜圖見(jiàn)圖2，加標(biāo)回收率及其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表2。由圖2可知，海水中的MeHg和EtHg分離良好。由表2可知，兩種海水樣品中均未檢測(cè)出MeHg和EtHg，在添加了0.5 μg／L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液后，計(jì)算得其加標(biāo)回收率在84%～94%之間，且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于4.9%，說(shuō)明該方法能有效消除海水高鹽基體的干擾，且精密度良好。

圖2 加標(biāo)（0.5μg／L）海水樣品1的色譜圖

表2 海水樣品中汞形態(tài)分析測(cè)定結(jié)果(n=7)

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)色譜和質(zhì)譜的儀器條件進(jìn)行優(yōu)化，采用HPLC–ICP-MS聯(lián)用法測(cè)定海水中的甲基汞和乙基汞，該方法樣品處理操作簡(jiǎn)單，溶劑用量少且綠色環(huán)保，耗時(shí)短，兩種汞形態(tài)可以在5 min內(nèi)分離并檢測(cè)，且靈敏度高，穩(wěn)定性好。該方法可用于海水及濃鹽水中汞形態(tài)的快速分離和檢測(cè)。

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