HPLC–ICP–MS法測定地表水體中砷的形態(tài)*

楊正標(biāo)，陸喜紅，任蘭，楊麗莉

(南京市環(huán)境監(jiān)測中心站，南京 210013)

砷是一種自然界中廣泛存在的元素，目前砷污染已成為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。不同形態(tài)砷其生物毒性差異很大，亞砷酸根［As(Ⅲ)］和砷酸根［As(Ⅴ)］等無機砷的毒性較大，而一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)和砷甜菜堿(AsB)等有機砷毒性較小。因此僅僅測定砷總量已經(jīng)不能充分反映砷的環(huán)境健康效應(yīng)，砷形態(tài)分析對于研究各種砷形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化及其毒性毒理具有重要意義［1–5］。

目前砷的形態(tài)分離方法主要有高效液相色譜法、毛細管電泳法和離子色譜法。砷的檢測技術(shù)主要有原子吸收法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、原子熒光法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。高效液相色譜法分離效果好，應(yīng)用廣泛；電感耦合等離子體質(zhì)譜法抗干擾能力強，靈敏度高，線性范圍寬，因此高效液相色譜–電感耦合等離子體質(zhì)譜法(HPLC–ICP–MS)已成為砷形態(tài)分析最具應(yīng)用前景的技術(shù)之一［6–13］。筆者通過優(yōu)化實驗條件，建立了HPLC–ICP–MS測定環(huán)境水體中砷形態(tài)的方法，方法檢出限低，精密度高，回收率穩(wěn)定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

高效液相色譜儀：1260型，配有在線真空脫氣機、梯度四元泵、自動進樣器，美國安捷倫科技公司；

ICP–MS分析儀：7700x型，美國安捷倫科技公司；

亞砷酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液：(75.7±1.2)μg／g，編號為GBW 08666，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

砷酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號為GBW08667，(17.5±0.4)μg／g，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

一甲基砷標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號為GBW08668，(25.1±0.8)μg／g，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

二甲基砷標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號為GBW08669，(52.9±1.8)μg／g，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

砷甜菜堿標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號為GBW08670，(38.8±1.1)μg／g，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

磷酸二氫銨：HPLC緩沖溶液添加劑，德國CNW科技公司；

碳酸氫銨：HPLC緩沖溶液添加劑，德國CNW科技公司；

硫酸銨：ACS級，德國CNW科技公司；

氨水：ACS級，美國Sigma-Aldrich公司；

實驗用水為二次去離子水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 HPLC條件

色譜柱：Dionex IonPac AS19陰離子分析柱(250 mm×4 mm，賽默飛世爾科技公司)；流動相：2.0 mmol／L 磷酸二氫銨–2.0 mmol／L 碳酸氫銨–2.0 mmol／L 硫酸銨，用氨水調(diào)節(jié)pH值為10.3，流速為1.0 mL／min；進樣體積：50 μL。

1.2.2 ICP–MS條件

RF功率：1 550 W；采樣深度：7.5 mm；載氣流量：0.92L／min；補償氣流量：0.23 L／min；玻璃同心霧化器；石英霧化室和矩管；霧化室溫度：2℃；鎳采樣錐和截取錐；同位素75As；積分時間：0.5 s。

1.3 樣品處理

采集地表水體樣品后，用0.45 μm微孔纖維濾膜對水樣進行過濾。過濾后的水樣可直接進入色譜系統(tǒng)用于砷形態(tài)測定，或者用于ICP–MS分析直接測定總砷。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動相pH值

選擇磷酸二氫銨、碳酸氫銨、硫酸銨為流動相，對色譜分離條件進行優(yōu)化。結(jié)果表明，流動相的pH值對砷形態(tài)的分離影響較大，特別是對DMA與As(Ⅲ)的分離影響很大。隨著流動相pH值的增大，DMA與As(Ⅲ)逐漸分離，當(dāng)pH值大于9.5時，DMA與As(Ⅲ)達到基線分離；當(dāng)pH為10.3時，5種砷形態(tài)在15 min內(nèi)能夠完全分離；最終選擇流動相pH值為10.3。

2.2 流動相緩沖液濃度

選用IonPac AS19陰離子分析色譜柱，在流動相pH值為10.3時，對磷酸二氫銨、碳酸氫銨、硫酸銨濃度進行試驗。結(jié)果表明，流動相濃度對砷形態(tài)保留時間影響較大,隨著流動相濃度的增大，5種砷形態(tài)的保留時間均減??；同時流動相緩沖液中的鹽類會在ICP–MS錐口產(chǎn)生積碳，影響儀器的穩(wěn)定性。因此最終選擇流動相磷酸二氫銨、碳酸氫銨、硫酸銨的濃度均為2.0 mmol／L。不同流動相濃度時砷形態(tài)色譜圖見圖1。

圖1 不同流動相濃度時砷形態(tài)色譜圖

2.3 氯離子干擾消除

在ICP–MS測定時，等離子體中的Ar易與樣品基質(zhì)中大量的Cl結(jié)合形成75ArCl分子離子。如果樣品中氯離子的含量過高，可能會嚴(yán)重干擾75As的測定。在上述液相色譜條件下，氯離子的出峰時間在5～6 之間，與5種砷形態(tài)的出峰時間能完全錯開，因此不會干擾砷形態(tài)的定量，5種砷形態(tài)和氯離子的色譜圖見圖2。

圖2 5種砷形態(tài)和氯離子的色譜圖

2.4 ICP–MS條件優(yōu)化

ICP–MS調(diào)諧模式使用no gas模式，聯(lián)機前用ICP–MS專用調(diào)諧液(1 μg／L Ce，Co，Li，Mg，Tl，Y)進行調(diào)諧，以確保儀器的最佳狀態(tài)和穩(wěn)定性。RF功率采用1 550W，以提高砷的電離效率；同時調(diào)節(jié)采樣深度、載氣和補償氣流速、矩管位置和透鏡電壓；提高89Y檢測靈敏度并降低氧化物和雙電荷的比率，滿足CeO／Ce＜2%，Ce2+／Ce+＜3%。最終選擇的ICP–MS工作條件見1.2.2。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

配制0.0，2.5，5.0，10.0，20.0，30.0 μg／L的系列砷化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化實驗條件下進行分析。以砷化合物的響應(yīng)值(Y)為縱坐標(biāo)、對應(yīng)的砷質(zhì)量濃度(X，μg/L)為橫坐標(biāo)進行線性回歸。5種砷化合物的工作曲線方程、相關(guān)系數(shù)見表1。

表1 5種砷形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程與方法檢出限

平行配制7份含5種砷化合物均為0.5 μg／L的空白加標(biāo)溶液進行測定，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差s，根據(jù)MDL=s×t(n-1,0.99)計算5種砷化合物的檢出限(n=7時，t=3.143)，結(jié)果列于表1。

2.6 樣品分析

選取長江、玄武湖和秦淮河3類地表水體，在1.2條件下，用HPLC–ICP–MS進行砷形態(tài)分析，同時分析水樣中總砷的含量，結(jié)果見表2。由表2可知，地表水體中的砷化合物主要以五價無機砷為主要存在形態(tài)，其它形態(tài)的砷含量較低，色譜回收率在90%左右。

表2 實際樣品中5種砷形態(tài)的測定結(jié)果

2.7 方法精密度和準(zhǔn)確度

在長江、玄武湖和秦淮河3類地表水體樣品中中分別加入2.0，5.0，15.0 μg／L砷化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進行6次平行測定，結(jié)果見表3。由表3可知，3個加標(biāo)水平下測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%～4.6%，加標(biāo)回收率為91.6%～104.5%，說明該方法得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

表3 精密度及加標(biāo)回收試驗結(jié)果(n=6)

3 結(jié)語

建立了HPLC–ICP–MS聯(lián)用技術(shù)測定地表水體中AsB，DMA，As(Ⅲ)，MMA，As(Ⅴ)5種砷形態(tài)的方法，HPLC與ICP–MS連接簡單，方法檢出限低、精密度高、回收率穩(wěn)定。該方法對于研究水體中各種砷形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化及其毒性毒理具有重要價值。

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