毛細(xì)管電泳—電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測定海藻中鉛形態(tài)化合物

李景喜 孫承君+鄭立 蔣鳳華 尹曉斐 陳軍輝 王小如

摘要 建立了毛細(xì)管電泳（CE）與電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）聯(lián)用技術(shù)測定鉛離子（Pb）、三甲基鉛（TML）和三乙基鉛（TEL）3種不同形態(tài)鉛化合物的方法，以及海藻中不同形態(tài)鉛化合物的提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了海藻中3種鉛形態(tài)化合物的定性定量分析。結(jié)果表明：以70mmol/LH3BO317.5mmol/LNa2B4O7（pH8.90）為緩沖溶液，在最佳CEICPMS條件下3種鉛化合物20min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)有效分離，重現(xiàn)性較好，遷移時(shí)間RSD<4%，峰面積的RSD<5%；在10～200μg/L范圍內(nèi)3種鉛化合物線性較好，相關(guān)系數(shù)大于090；Pb、TML和TEL的CEICPMS檢出限（3S/N，以Pb計(jì)）分別為0091，0023和0030μg/L；采用分步提取海藻中Pb元素，提取率高達(dá)80%以上，以藻體為基底Pb，TML和TEL回收率分別為103.6%，95.7%和906%；通過檢測紫菜和海帶中鉛含量，結(jié)果顯示藻體內(nèi)Pb主要以Pb形式存在。本方法具有簡單、高效、樣品消耗量少等優(yōu)點(diǎn)，可為海藻及其它海產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞鉛形態(tài)分析；毛細(xì)管電泳；電感耦合等離子體質(zhì)譜；鉛；藻類

1引言

鉛元素分布廣泛，能夠在生物體內(nèi)蓄積且排除緩慢，生物半衰期長，是具有高毒性的重金屬環(huán)境污染物[1，2＼]；長期攝入微量鉛化合物，會(huì)對神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和造血系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)造成損傷，具有一定致突變效應(yīng)和致癌性。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，汽車尾氣的排放、煤的燃燒、涂料、電池和工業(yè)“三廢”的排放都是環(huán)境中重要的鉛來源[3＼]，盡管目前含鉛汽油、焊料和涂料的使用越來越少，但鉛化合物具有高穩(wěn)定性，可在環(huán)境中滯留很長時(shí)間，且不易降解。近年發(fā)現(xiàn)，重金屬元素的毒性取決其化學(xué)形態(tài)[4＼]，通常有機(jī)鉛化合物的毒性大于無機(jī)鉛化合物[5＼]，研究表明，四乙基鉛和三乙基鉛對人體的毒性最強(qiáng)，其毒性是無機(jī)鉛的10～100倍[6＼]。然而，藻類是海洋中的初級(jí)生產(chǎn)者，作為自養(yǎng)生物需從環(huán)境中吸取足夠的無機(jī)鹽，來進(jìn)行同化作用[7＼]，當(dāng)藻類從海洋環(huán)境中吸收鉛，會(huì)在體內(nèi)積累，不易代謝與降解。海洋中多種魚和貝類以藻類為食，通過食物鏈的逐級(jí)濃縮，最終將重金屬鉛傳遞進(jìn)入人體，對人類健康構(gòu)成一種潛在的危險(xiǎn)。因此，建立一種能夠快速、準(zhǔn)確地檢測海藻和其它生物樣品中有機(jī)鉛和無機(jī)鉛的方法尤為必要。

目前，根據(jù)形態(tài)分析的特點(diǎn)及試樣的復(fù)雜性，許多研究者已嘗試將離子色譜（IC）、高效液相色譜（HPLC）等現(xiàn)代分離技術(shù)，與電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）或原子熒光光譜（AFS）[8～12＼]等元素選擇性檢測儀器結(jié)合來測定金屬元素化合物的不同形態(tài)[13～16＼]，但大部分聯(lián)用技術(shù)都存在分析時(shí)間長、操作復(fù)雜、靈敏度或準(zhǔn)確性低等問題[17＼]。與之相比，毛細(xì)管電泳（CE）則具有消耗樣品少、分析速度快、高分離效率等優(yōu)點(diǎn)[18＼]，而ICPMS在元素檢測方面具有靈敏度高、元素選擇性高、干擾小等優(yōu)點(diǎn)，兩者聯(lián)用可成為一種強(qiáng)有力的元素形態(tài)分析工具[19～21＼]，自1995年Olesik等[22＼]首次發(fā)表了CEICPMS聯(lián)用技術(shù)的報(bào)道以來，此聯(lián)用技術(shù)逐漸得到廣泛關(guān)注及應(yīng)用[19，23＼]。

本研究通過優(yōu)化流動(dòng)相、分離電壓及樣品處理等條件，建立了CEICPMS聯(lián)用技術(shù)測定海藻中重金屬鉛不同形態(tài)分析方法，此方法準(zhǔn)確、可靠，不同鉛形態(tài)化合物能有效分離，可為海產(chǎn)品安全評價(jià)和質(zhì)量控制提供技術(shù)支撐。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

CEiSP20毛細(xì)管電泳儀（中國Reeko公司）；Agilent7500a電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS，美國Agilent公司）；未涂層熔融石英毛細(xì)管（85cm，內(nèi)徑75μm，外徑365μm，永年縣銳灃色譜器件有限公司）；MARS密閉微波消解儀（美國CEM公司）；TTLDC氮吹儀（北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司）；FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)（梅特勒托利多儀器有限公司，上海）；MilliQ超純水處理系統(tǒng)（美國Milipore公司）；真空冷凍干燥機(jī)（美國Labconco公司）；AL104型電子天平（瑞士MettlerToledo公司）。

PbCl2（美國StremChemicials公司）；氯化三甲基鉛（TML）和氯化三乙基鉛（TEL）（德國Dr.Ehrenstorfer公司）；硼砂（分析純，天津市天河化學(xué)試劑廠）；硼酸（分析純，上海亨達(dá)精細(xì)化工有限公司）；NaOH（分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）；CTAB（美國Sigma公司）；EDTA（華盛化工試劑公司）；甲醇（色譜純，上?；瘜W(xué)試劑有限公司）；濃HNO3、H2O2（優(yōu)級(jí)純，德國Merck公司）；液氬（純度99.999%）；10mg/LLi，Co，Y，Tl和Ce的調(diào)諧溶液（美國Agilent公司）；實(shí)驗(yàn)用水均為MIlliQ超純水（18.2MΩ·cm）等。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1樣品前處理采集新鮮海藻樣品（如紫菜和海帶等），洗凈泥沙，取其可食部分作為樣品， 20℃冷凍過夜后，冷凍干燥，再用粉碎機(jī)粉碎并過80目篩，密封保存?zhèn)溆谩＃?）HTK微波消解預(yù)處理準(zhǔn)確稱取約02000g干燥樣品于100mL消解罐中，依次加入6mLHNO3和2mLH2O2，密封，常溫下預(yù)消解約30min，放氣，然后按表1消解程序進(jìn)行微波消解，消解完全冷卻后，用超純水定重至25.0g，利用ICPMS測定樣品中重金屬鉛的含量。（2）HTK不同鉛形態(tài)提取有機(jī)鉛：首先準(zhǔn)確稱量05000g樣品于100mL圓底燒瓶中，加入10mL50%甲醇溶液，插上球形冷凝管，接上冷凝水管，進(jìn)行微波輔助萃取，在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min、溫度為70～80℃、功率為400W下，每次加熱5min，加熱3次，每次間隔2min，冷卻至室溫，收集提取液，然后用022μm聚丙烯微孔濾膜過濾分離，重復(fù)上述提取步驟一次，收集兩次過濾液得到有機(jī)鉛提取液。無機(jī)鉛：將以上剩余的殘留物用10mL05mol/mL乙酸微波輔助萃取，攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min、溫度為70～80℃、功率為400W下，每次加熱5min，加熱3次，每次間隔2min；冷卻室溫，提取液用022μm聚丙烯微孔濾膜過濾，重復(fù)上述提取步驟一次，收集兩次過濾液得到無機(jī)鉛提取液。將兩種萃取液混合到一起，氮吹至近干，用少量運(yùn)行緩沖稀釋，待測，取20μL樣品，加入適量EDTA螯合10min，最后稀釋至400μL，進(jìn)行CEICPMS檢測。

2.2.2測定條件HTK（1）ICPMS條件射頻功率ZH（1350W；采樣錐為鉑錐；采樣深度6.5mm；等離子體氣流速15.0L/min；載氣流速1.2L/min；輔助氣流速1.0L/min；霧化室溫度2.0℃；JP積分時(shí)間1.0s。（2）HTKCE條件分離電壓 13kV；毛細(xì)管柱（未涂層熔融石英毛細(xì)管）85cm×75μmi.d.；緩沖溶液70mmol/LH3BO317.5mmol/LNa2B4O7（pH8.90）；電動(dòng)ZH）進(jìn)樣時(shí)間為12s；泵速100μL/min；分離時(shí)間20min。每次測試前，分別用超純水、1mol/LNaOH、0.1mol/LNaOH、運(yùn)行緩沖溶液沖洗毛細(xì)管15min，每兩次進(jìn)樣之間，分別用超純水與運(yùn)行緩沖溶液沖洗毛細(xì)管2min。所有溶液進(jìn)樣之前，均需用045μm濾膜過濾。

2.2.3標(biāo)準(zhǔn)溶液配置分別用超純水將3種鉛的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液逐級(jí)稀釋，分別配制成濃度為10，20，50，100和200μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，超純水作為標(biāo)準(zhǔn)空白。采用等離子體色譜軟件計(jì)算各色譜峰的積分面積并繪制校準(zhǔn)曲線。

3結(jié)果與討論

3.1CE條件的優(yōu)化

3.1.1分離電壓與泵速的優(yōu)化考察了分離電壓（ 10～ 15kV）對3種形態(tài)鉛化合物的分離效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)電壓較高時(shí)有利于提高霧化效率、縮短遷移時(shí)間，但負(fù)電壓過高會(huì)增加毛細(xì)管的電場強(qiáng)度，產(chǎn)生大量的焦耳熱，使分離峰逐漸變寬。綜合考慮重現(xiàn)性、分離度和峰型，選擇

13kV作為分離電壓。同時(shí)，考察了CE泵速對分離效果的影響，結(jié)果表明，適當(dāng)增大泵速有利于縮短遷移時(shí)間，提高靈敏度，但泵速增大到一定程度后，各種鉛化合物會(huì)出現(xiàn)拖尾，重現(xiàn)性變差。最終選擇泵速為40μL/min，Pb、TML和TEL的分離效果較好。另外，此泵速下通過三通接口實(shí)現(xiàn)了CEJP與ICPMS的高效連接（圖1），通過負(fù)極支管泵入5%甲醇溶液，大大提高ICPMS的進(jìn)樣量和霧化效率，克服了CE進(jìn)樣量低的缺陷。

3.1.2緩沖液pH值的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考察了H3BO3Na2B4O7緩沖溶液pH值在8.60～9.10范圍內(nèi)對3種形態(tài)鉛化合物分離效果的影響，隨著緩沖溶液pH值的改變，各峰的分離度、遷移時(shí)間、峰形、靈敏度均會(huì)發(fā)生變化（圖2）。當(dāng)pH﹥9.10時(shí)，Pb、TML與TEL雖能分離，但TML與TEL的分離效果較差；

當(dāng)pH<9.00時(shí)，Pb、TML與TEL可以實(shí)現(xiàn)基線分離；當(dāng)pH=8.90時(shí)，Pb、TML與TEL的分離效果、遷移時(shí)間、靈敏度均較理想；當(dāng)pH<8.90時(shí)，Pb、TML與TEL均能完全分離，但各峰遷移時(shí)間延長，隨pH值減小，TML與TEL遷移時(shí)間顯著延長，綜合考慮分離度和遷移時(shí)間，選擇最佳pH=8.90。

3.2方法學(xué)考察

3.2.1穩(wěn)定性分析在最佳CEICPMS條件下，考察了方法的重現(xiàn)性，重復(fù)測定3次100μg/L鉛形態(tài)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液。3種形態(tài)鉛化合物遷移時(shí)間的RSD<4%，峰面積的RSD<5%（圖3），表明方法的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性較好。

3.2.2鉛形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限最佳CEICPMS條件下，測定（10，20，50，100和200μg/L）的鉛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（表2和圖4），在10～200μg/L的濃度范圍內(nèi)，3種形態(tài)鉛化合物的信號(hào)強(qiáng)度（峰面積）與濃度之間的線性相關(guān)系數(shù)均大于090；在連續(xù)進(jìn)樣模式下，Pb、TML和TEL的CEICPMS儀器檢出限（3S/N）以鉛計(jì)分別為0091，0023和0030μg/L。

3.2.3海藻中鉛提取率為了考察提取方法的可靠性，研究中選取海帶、海苔和紫菜樣品（干樣），采用微波消解和分步提取（合并提取液）法處理樣品，利用ICPMS測定樣品中分步提取鉛化合物含量和微波消解后鉛含量，結(jié)果表明，使用分步提取法提取鉛化合物，提取率較高（表3）。

同時(shí)利用海帶樣品為基底，分別加入4μg/L3種鉛形態(tài)化合物，提取后測定鉛形態(tài)化合物，結(jié)果表CM（44明（表4）：在海帶藻類基質(zhì)環(huán)境下鉛形態(tài)化合物提取率較高，Pb，TML和TEL回收率分別為103.6%，CM）JP

3.3海藻中鉛化合物測定

分別選擇紫菜和海帶2種海藻，利用加標(biāo)回ZH（收方法，定性定量分析了海藻中鉛形態(tài)化合物的存在形式和含量，將所得的鉛化合物積分計(jì)算。

從圖5和圖6可見，紫菜和海帶樣品中鉛化合物主要以Pb形態(tài)存在，濃度分別約為3.0μg/g（以Pb計(jì)，紫菜干重）和2.5μg/g（以Pb計(jì)，海帶干重），基本不含有機(jī)鉛形態(tài)TML和TEL，進(jìn)一步證明了藻類細(xì)胞壁上含有大量與無ZH）機(jī)鉛Pb結(jié)合的官能團(tuán)，可與無機(jī)鉛Pb充分接觸，造成Pb2+絡(luò)合吸收[24＼]；而有機(jī)鉛大部分來源于環(huán)境中的尾氣的排放和一些有機(jī)鉛的脫烷基作用，然而海藻對其富集和機(jī)體內(nèi)Pb轉(zhuǎn)化甚少，實(shí)驗(yàn)說明藻類更容易積累無機(jī)鉛化合物，可利用大型海藻進(jìn)行海洋環(huán)境中Pb污染的凈化修復(fù)。

4結(jié)論

建立了CEICPMS聯(lián)用技術(shù)同時(shí)測定3種形態(tài)鉛化合物Pb，TML和TEL的方法，樣品消耗量少，3種形態(tài)的鉛化合物能夠較好分離，重現(xiàn)性較好，且靈敏度高，采用ICPMS檢測器實(shí)現(xiàn)了較少進(jìn)樣量中Pb的測定；采用分步法提取海藻中鉛形態(tài)化合物，方法簡單、高效，回收率較好。在紫菜和海帶樣品中均只檢測到無機(jī)鉛Pb，未檢測到TML和TEL。本方法通過優(yōu)化分步提取前處理方法，采用CEICPMS聯(lián)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了海藻中鉛形態(tài)的定性與定量分析，為海產(chǎn)品安全評價(jià)和質(zhì)量控制提供了一種實(shí)用方法。

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AbstractAmethodofcapillaryelectrophoresis（CE）combinedwithinductivelycoupledplasmamassspectrometry（ICPMS）wasestablishedforthedeterminationofleadion（Pb），trimethyllead（TML）andtriethyllead（TEL）.Meanwhile，theextractiontechnologyofdifferentspeciesofleadinalgaewasestablishedandoptimizedforthequalitativeandquantitativeanalysis.Theresultsshowedthatthreekindsofleadcompoundscouldbeeffectivelyseparatedwithin20minbyCEICPMSwith70mmol/LH3BO317.5mmol/LNa2B4O7（pH8.90）asabuffersolution.Therewasagoodreproducibilityofmigrationtime（RSD<4%）andpeakarea（RSD<5%）.Threekindsofleadcompoundshadgoodlinearrelationshipwithin10-200μg/Lwiththecorrelationcoefficientlargerthan090ThedetectionlimitsofPb，TMLandTEL（S/N=3，Pb）were0091，0023and0030μg/L，respectively.TheextractionrateofPbreachedmorethan80%byusingfractionalextraction，andtherecoveryratesofPb，TMLandTELwere103.6%，95.7%and906%，respectively，withalgaeasthesubstrate.TheleadcontentdetectionoflaverandkelpshowedthatPbinalgaemainlyexistedintheformofPb.Themethodhadtheadvantagesofsiplicity，highefficiencyandlowsampleconsumption，whichcouldprovidetechnicalsupportforthequalitycontrolofmarinealgaeandothermarineproducts.

KeywordsLeadspeciesanalysis；Capillaryelectrophoresis；Inductivelycoupledplasmamassspectrometry；Lead；Marinealgae

HQWT6JY（Received6July2016；accepted1September2016）