脈紅螺中痕量汞分析方法的研究

宋永剛 于彩芬張玉鳳杜 靜孫 明姜 冰宋 倫*

(1 遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧 大連 116023; 2 遼寧省海洋環(huán)境監(jiān)測總站，遼寧 大連 116023)

脈紅螺中痕量汞分析方法的研究

宋永剛1,2于彩芬1,2張玉鳳1,2杜 靜1,2孫 明1,2姜 冰1,2宋 倫1,2*

(1 遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧 大連 116023; 2 遼寧省海洋環(huán)境監(jiān)測總站，遼寧 大連 116023)

為建立DMA-80直接測汞儀測定脈紅螺中痕量汞的最優(yōu)分析方法，通過正交實驗優(yōu)化了儀器分析程序，通過設(shè)置進(jìn)樣量梯度，確定了脈紅螺樣品的最佳進(jìn)樣量。結(jié)果表明：DMA-80最優(yōu)分析程序為：干燥溫度200 ℃，干燥時間150 s，分解溫度650 ℃，分解時間150 s，齊化時間12 s，氧氣流量200 mL/min，最佳進(jìn)樣量為0.1～0.2 g(精確至0.000 1 g)，在0～20.0 ng和20.0～1 400.0 ng范圍內(nèi)均呈良好的二次擬合，相關(guān)系數(shù)為1.000，檢出限為0.02 ng。采用國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)貽貝組織(NIST SRM 2976)驗證了方法的準(zhǔn)確度和精密度，分析結(jié)果表明：加標(biāo)回收率為95.1%～102%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.6%～2.2%，精密度和準(zhǔn)確度優(yōu)于海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“HY/T147.3—2013”方法中的規(guī)定。方法簡便快速，重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，可用于脈紅螺中痕量汞的實際檢測工作。

汞；直接測汞儀；優(yōu)化；正交實驗；脈紅螺

0 前言

汞是一種高毒性人體非必需元素，極易通過攝食進(jìn)入人體[1]，輕度中毒可以導(dǎo)致貧血、頭痛、聽覺和視覺受損等，慢性中毒可以導(dǎo)致各種神經(jīng)性疾病甚至死亡，給人類的健康帶來很大風(fēng)險[2-3]。生物標(biāo)志物是一種用來進(jìn)行環(huán)境污染物毒性效應(yīng)早期預(yù)警的重要工具[4]，脈紅螺(RapanaVenosa)由于體內(nèi)的污染物濃度與環(huán)境中的平均濃度表現(xiàn)出一致的相關(guān)性，長期以來被認(rèn)為是理想的生物標(biāo)志物，是重金屬指示生物的優(yōu)勢物種，同時，脈紅螺也是汞污染的一種潛在指示生物[5]。因此，準(zhǔn)確測定脈紅螺體內(nèi)的痕量汞對海洋環(huán)境監(jiān)測至關(guān)重要。

生物體內(nèi)痕量汞的測定方法主要有AFS、ICP-MS、AAS、CVAAS、直接測汞儀等[6-12]。直接測汞儀法以其操作簡單快速、樣品無需前處理等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用，而且被制定成海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“HY/T147.3—2013”[13]，但是HY/T147.3—2013分析條件的針對性差，目前沒有針對特定物種的分析測定方法，為此，本工作通過正交實驗建立了一套適用于測定脈紅螺中痕量汞的方法。該方法操作簡便、快速，重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，可用于批量脈紅螺樣品中痕量汞的快速應(yīng)急檢測，該方法的建立為進(jìn)一步建立海洋底棲生物中痕量汞的檢測方法提供了參考。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

DMA-80直接測汞儀(意大利Milestone公司)；瑞士METTLER AE240電子天平(精確至0.000 1 g)；CHIRST ALPHA2-4冷凍干燥機(jī)(德國Christ公司)；MM440球磨儀(德國Restch公司)。

汞標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL，國家海洋局第二海洋研究所)；國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)貽貝組織(NIST SRM 2976，汞含量(61±3.6) μg/kg)；優(yōu)級純鹽酸(美國Sigma公司)；氧氣(純度99.99%)。

1.2 樣品處理

2014年在遼東灣海域采集脈紅螺樣品。除去殼外附著物，將軟組織分離成內(nèi)臟和肌肉，冷凍干燥至恒重，用球磨儀磨粉，待測。

1.3 方法原理

DMA-80直接測汞儀無需化學(xué)方法進(jìn)行前處理，樣品放入石英舟(已空燒)中稱量后直接測定。樣品在熱分解管中被充分干燥后經(jīng)熱分解釋放其中的汞，產(chǎn)生的氣體被氧氣導(dǎo)入催化爐，完成氧化作用并脫去鹵素、硫氧化物和氮氧化物后進(jìn)入混汞器，發(fā)生汞齊化反應(yīng)被固定。混汞器加熱釋放出汞蒸汽，并由氧氣載入吸收池，在波長253.7 nm處測定[13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗條件優(yōu)化

不同測試條件下，汞的檢測信號強(qiáng)度(峰值)不同，干燥溫度、干燥時間、分解溫度、分解時間、齊化時間和氧氣流量等因素都會影響DMA-80直接測汞儀汞的檢測信號強(qiáng)度。而干燥溫度、干燥時間、分解溫度和分解時間對實驗結(jié)果影響較大[14]。因此，本文選取此4項因素，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報道[13-18]，每個因素均取3個水平(見表1)，按L9(34)正交表進(jìn)行正交實驗，對DMA-80直接測汞儀測量脈紅螺中痕量汞的分析程序進(jìn)行優(yōu)化，測定結(jié)果見表2。由K1、K2和K3(Kj為第j列因素同一水平所對應(yīng)的實驗指標(biāo)之和)的大小順序可知干燥溫度為200 ℃，干燥時間為150 s，分解溫度為650 ℃，分解時間為150 s時汞的檢測信號強(qiáng)度最大，峰值最高，為最優(yōu)分析程序，從極差Rj(Rj為第j列因素的極差)的大小分析發(fā)現(xiàn)，干燥溫度對脈紅螺中痕量汞的測定影響最大，其次是分解時間，而干燥時間和分解溫度的影響相對較小。齊化時間設(shè)定12 s，氧氣流量選擇200 mL/min，與“HY/T147.3—2013”[13]一致。因此，得到DMA-80直接測汞儀最優(yōu)的分析程序是：干燥溫度為200 ℃，干燥時間為150 s，分解溫度為650 ℃，分解時間為150 s，齊化時間為12 s，氧氣流量為200 mL/min。

2.2 進(jìn)樣量的選擇

由于脈紅螺是生物樣品，有機(jī)質(zhì)含量較高，進(jìn)樣量過大會縮短儀器使用壽命，進(jìn)樣量過小會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，依據(jù)“HY/T147.3—2013”[13]建議的最大進(jìn)樣量1.0 g，分別稱取1.0、0.8、0.5、0.3、0.2、0.1、0.05、0.01 g(精確至0.000 1 g)的脈紅螺肌肉干燥樣品進(jìn)行梯度實驗，每個樣品之后連續(xù)測定三個空白(已空燒的石英舟，吸光度<0.003 0)來檢測汞在儀器上的殘留污染，測定結(jié)果見表3。結(jié)果表明：進(jìn)樣量為1.0、0.8、0.5、0.3 g時，容易污染催化管，使儀器產(chǎn)生記憶效應(yīng)，干擾后續(xù)樣品的測定，進(jìn)樣量為0.05、0.01 g時，響應(yīng)值較低，使測定結(jié)果偏低，所以確定脈紅螺干燥樣品的最佳進(jìn)樣量范圍為0.1～0.2 g。

表1 實驗因素水平表

表2 正交實驗測定結(jié)果

表3 最優(yōu)進(jìn)樣量分析結(jié)果

2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

準(zhǔn)確移取1.0 mL汞標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/mL)于100 mL容量瓶中，用鹽酸(5%)溶液定容至100 mL制備成汞的標(biāo)準(zhǔn)中間溶液(10 μg/mL)。準(zhǔn)確移取10.0 mL汞的標(biāo)準(zhǔn)中間溶液于100 mL容量瓶中，用鹽酸(5%)溶液定容至100 mL制備成汞的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(1.0 μg/mL)。分別吸取一定量汞標(biāo)準(zhǔn)(1.0 μg/mL)使用溶液，配制成0、1.0、2.5、5.0、10.0、20.0 ng低含量(c)系列和0、30.0、40.0、50.0、100.0、200.0、500.0、1 400.0 ng高含量(c)系列，在最優(yōu)分析程序下分別測定兩個標(biāo)準(zhǔn)系列，低含量系列標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1，高含量系列標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2，在0～20.0 ng和20.0～1 400.0 ng范圍內(nèi)均呈良好的二次擬合，R2=1.000。由11次空白測試結(jié)果得：S=0.000 24，3S=0.000 72，檢出限(DL)=0.02 ng。

圖1 低含量系列標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Calibration curve of low-concent series of Hg.

圖2 高含量系列標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 2 Calibration curve of high-concent series of Hg.

2.4 方法的準(zhǔn)確度和精密度

采用國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)貽貝組織(NIST SRM 2976)重復(fù)測定7次來判定方法的準(zhǔn)確度和精密度，按照優(yōu)化后的分析程序進(jìn)行測試，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值和測定值見表4。分析結(jié)果表明：加標(biāo)回收率為95.1%～102%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.6%～2.2%，精密度和準(zhǔn)確度優(yōu)于“HY/T147.3—2013”[13]，表明方法的準(zhǔn)確度高，精密度好。

表4 方法的準(zhǔn)確度和精密度

2.5 質(zhì)量控制圖

圖3 質(zhì)量控制圖Figure 3 Quality control charts.

2.6 實際樣品分析

為了驗證所建方法的實用性，隨機(jī)選取遼東灣海域7個脈紅螺樣品(樣品A、B、C、D、E、F、G)的肌肉和內(nèi)臟組織，采用所建方法，將每個樣品的肌肉和內(nèi)臟分別重復(fù)測定11次，7個樣品的分析結(jié)果見表5。結(jié)果表明，Hg在脈紅螺體內(nèi)分布存在組織差異性，在內(nèi)臟中積累程度高于肌肉。

表5 樣品分析結(jié)果

3 結(jié)語

通過正交實驗確定了DMA-80直接測汞儀測量脈紅螺中痕量汞的最優(yōu)分析程序：干燥溫度、干燥時間、分解溫度、分解時間、齊化時間、氧氣流量分別為200 ℃、150 s、650 ℃、150 s、12 s、200 mL/min；通過設(shè)置進(jìn)樣量梯度實驗，確定了進(jìn)樣量最佳范圍為0.1～0.2 g；RSD在1.6%～2.2%，精密度和準(zhǔn)確度優(yōu)于海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“HY/T147.3—2013”；通過測定實際樣品發(fā)現(xiàn)測試效果極佳。該方法有效改善了方法精密度和準(zhǔn)確度，操作簡單，檢測速度快，易于批量檢測，建立了脈紅螺中痕量汞的最優(yōu)分析方法。

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Method Improvement on the Determination of Hg inRapanaVenosa

SONG Yonggang1,2, YU Caifen1,2, ZHANG Yufeng1,2, DU Jing1,2SUN Ming1,2, JIANG Bing1,2, SONG Lun1,2*,

(1.LiaoningOceanandFisheryScienceResearchInstitute,Dalian,Liaoning116023,China; 2.LiaoningOceanEnvironmentMonitoringStation,Dalian,Liaoning116023,China)

In order to obtain the optimal instrument conditions for the determination of total mercury inRapanaVenosasamples by a DMA-80 direct mercury analyzer, the experimental conditions, such as the drying temperature, the drying time, the decomposition temperature and the decomposition time, were optimized through orthogonal test, and the appropriate sample dosage was also investigated. The results showed that the optimal experimental conditions were obtained as follows: the drying temperature was 200 ℃, the drying time was 150 s, the decomposition temperature was 650 ℃, the decomposition time was 150 s, the amalgam heating time was 12 s，the oxygenow was 200 mL/min, and the sample mass was 0.1～0.2 g. There were both good quadratic nonlinear relationships when the contents of samples were both in the ranges of 0～20.0 ng and 20.0～1 400.0 ng, and the correlation coefficient wasR=1.000.The detection limit was 0.02 ng. The method was validated by the analysis of the certified reference materials of Mussel Tissue (NIST SRM 2976, USA), and the results indicated that the recovery was in the range of 95.1%～102% with 1.6%～2.2% RSD. Accuracy and precision of the method was better than those obtained by marine industry standard (HY/T147.3—2013), which indicated that the proposed method has the advantages of good accuracy, simple operation and high sensitivity for the determination of total mercury inRapanaVenosasamples.

mercury；a direct mercury analyzer；optimization；orthogonal test；RapanaVenosa

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.01.001

2015-11-09

2015-12-01

國家自然科學(xué)基金項目(31400406)；海洋公益性行業(yè)科研專項(201505019)；遼寧省自然科學(xué)基金項目(2014020182)資助

宋永剛，男，助理研究員，主要從事海洋環(huán)境研究。E-mail：hyzjs_lnshky@163.com

*通信作者：宋倫，男，副研究員，主要從事海洋生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：songlun827421@sohu.com

O657.3；TH744

A

2095-1035(2016)01-0001-05