塞曼原子吸收汞分析儀測定尿汞的方法學評價

周 穎，王 瑩，黃 海

(錦州醫(yī)科大學，遼寧 錦州 121001)

汞是常見重金屬元素，具有持久性、易遷移性和高度的生物富集性，并且毒性很強，可造成腎、肝、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等損害。汞被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物，具有跨國性污染，是全球廣泛關注的環(huán)境污染物之一[1-2]。汞主要經(jīng)腎臟隨尿排出，尿汞的排出量約占總排出量的70%[3]，尿汞是判斷接觸汞作業(yè)工人汞中毒的重要指標[4]，因此，測定尿液汞濃度具有重要意義。目前汞的測定方法包括原子吸收法[5-6]、原子熒光法[7-8]、電感耦合等離子體-質(zhì)譜法[9-10]、雙硫腙分光光度法[11]，還有近幾年興起的電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法[12]、直接測汞儀法[13]等。但這些方法樣本預處理繁瑣(消解、趕酸等)，無法滿足大批量樣本快速篩查的需求，同時依賴大型儀器和專業(yè)操作人員。其中原子吸收法是使用最普遍的國家標準方法[14]，有時還需要經(jīng)金汞齊吸附后再測定，耗時又費力，更不可能現(xiàn)場實時檢測。因此，選擇一種簡便、快捷的檢測方法具有很大的實用價值。

塞曼原子吸收汞分析儀(Zeeman atomic absorption mercury analyzer)(以下簡稱汞分析儀)應用高頻調(diào)制偏振光的塞曼原子吸收技術，是一種便攜的(儀器總質(zhì)量7 kg)測汞儀，可進行現(xiàn)場實時檢測，不需要檢測前的金汞齊富集，且樣本不需要做消解等預處理。樣品分析采用熱解法(符合US EPA Method 7473)，可直接測量各種介質(zhì)中(氣體、固體、液體)的汞含量，無需耗材(不需載氣和金絲吸附管等)，后續(xù)使用和分析成本低。本文采用塞曼原子吸收光譜法(Zeeman atomic absorption spectroscopy，ZAAS)和氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法(hydride generation atomic absorption spectrometry，HG-AAS)兩種方法對尿液中汞含量進行測定，對兩種方法的檢出限、準確度、精密度以及結果一致性進行比較，為實驗檢測及臨床診斷中選用簡便、快捷的測汞方法提供參考。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

SPF級SD大鼠30只，雌雄各半，體重(180±20) g，購于遼寧長生生物技術有限公司 [SCXK (遼) 2015-0001]。置大鼠飼養(yǎng)籠中 [SYXK (遼) 2014-0010]，室內(nèi)溫度控制在20℃～24℃，室內(nèi)晝夜自然明暗交替照明，飼喂標準大鼠飼料。動物分5組，每組6只，模型組以1 g/kg朱砂灌胃，分別于給藥4周、8周、12周、灌胃12周停藥4周后收集尿液用于檢測，另設溶劑對照組，以0.5%羧甲基纖維素鈉溶液灌胃4周后，收集尿液。動物實驗經(jīng)錦州醫(yī)科大學實驗動物倫理委員會審查批準(編號：2016006)。

1.2 主要試劑與儀器

汞標準溶液(1000 μg/mL)由俄羅斯Lumex分析儀器公司提供，其他試劑均為優(yōu)級純，實驗所用水均為電導率小于0.1 μS/cm的去離子超純水，所有容器均用20% HNO3浸泡24 h，超純水洗后待用。

PE AA800原子吸收分光光度計，配自動進樣器，美國PerkinElmer公司；MHS15氫化物發(fā)生器，美國PerkinElmer公司；Coolpex靈動型微波化學反應儀，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司；RA-915M塞曼原子吸收汞分析儀，配RP-91配件，俄羅斯Lumex分析儀器公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 汞分析儀工作原理

汞分析儀的加熱室包括獨立的兩部分，每部分可加熱到800℃，一定量的樣品放入石英舟插入加熱室的第一室，非揮發(fā)性汞化合物直接分解，有機汞等易揮發(fā)化合物，能在加熱期間被蒸發(fā)和部分分解，所有形成的氣態(tài)產(chǎn)物運送到加熱室的第二室，在此汞化合物被完全分解，汞、煙和其他干擾物質(zhì)(主要是燃燒產(chǎn)生的H2O和CO2)隨氣流進入外界分析池。置于永磁體H(圖1)內(nèi)的汞燈由高頻發(fā)生器激發(fā)，發(fā)射出汞共振線(λ=253.7 nm)在高磁場下通過塞曼效應分裂為π、σ-和σ+，經(jīng)過偏振調(diào)節(jié)器，π、σ-和σ+以一定的頻率交替通過分析區(qū)，當射線沿著磁場方向傳播時，光電探測儀僅僅探測σ射線。當分析池中無汞時，兩部分σ射線的強度是一樣的。當分析池中有汞原子吸收時，兩部分σ射線的強度的差值隨著汞氣濃度的增加而增加，兩者差值即為試樣中汞元素的特征吸收值。π組分的波長不變，供試樣中汞基態(tài)原子作共振吸收及背景吸收，儀器會自動做背景扣除。并且，汞分析儀無需金絲富集和冷卻步驟，高溫分解樣品(800℃)和短滯留時間防止汞原子與其他活潑原子重組，且直接與光譜儀偶聯(lián)，實現(xiàn)無干擾的高靈敏檢測。

注：H：永磁體。圖1 汞分析儀操作原理Note. H: Permanent magnet.Fig.1 Operating principle of the mercury analyzer

1.3.2 儀器工作條件

原子吸收光譜儀：波長253.7 nm，燈電流6 mA，狹縫寬度0.7 nm，讀數(shù)時間20 s，計算方式為峰高，重復3次，其余均按默認值設定，進樣量為10 mL，5% SnCl2為還原劑，載氣為99.99%的氬氣。

汞分析儀：波長253.7 nm，氣泵流速1 L/min(載氣為空氣)，計算方式為峰面積，積分時間120 s，熱解析溫度為680℃～800℃，其余均按默認值設定。每次測量加少許Na2CO3粉末，減少加熱產(chǎn)生的水汽，從而減少光散射，確保測量的準確性。

1.3.3 檢測方法

HG-AAS：取1 mL尿液于消解罐，加4 mL優(yōu)級純硝酸，設置消解條件為150℃、15倍大氣壓保持4 min，180℃、25倍大氣壓保持4 min，充分消解后冷卻至室溫，1.5% HCl定容到10 mL。取10 mL汞標準溶液或充分消解的樣品液(以1.5% HCl為酸介質(zhì))，加入到樣品管中，加幾滴5% KMnO4，搖勻后擰緊不能漏氣，按下盛有5% SnCl2溶液的按鈕大約10～15 s，完成一次樣品檢測，實驗平行重復3次。

ZAAS：取0.1 mL汞標準溶液或尿液，小心加入石英舟內(nèi)，加少許Na2CO3粉末，放入加熱爐檢測，Na2CO3粉末和石英舟每次檢測前需在加熱爐灼燒至汞全部去除(儀器信號回歸基線)，實驗平行重復3次。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結果

2.1 標準曲線

2.2 方法的檢出限

分別用兩種方法檢測10次空白試劑(電導率小于0.1 μS/cm的去離子超純水)，HG-AAS經(jīng)過消解后測量，ZAAS不用消解直接測量，HG-AAS和ZAAS結果分別為(0.037±0.531) ng/mL、(0.009±0.052) ng/mL。檢出限為3倍空白值的標準差，所以HG-AAS和ZAAS檢出限分別為1.593 ng/mL、0.156 ng/mL，ZAAS檢出限低于HG-AAS，靈敏度比HG-AAS高。

2.3 方法的加標回收率

為證實方法的準確度，分別對兩份大鼠尿液樣本做加標回收率實驗(表1)，HG-AAS和ZAAS的回收率分別在95.6%～104.5%和97.5%～103.2%之間，兩種方法的回收率均滿足GBZ/T 210.5-2008[15]的要求(即回收率在75%～105%之間)，表明兩種檢測方法的結果準確可靠。

表1 兩種方法加標回收率檢測結果(n=3)

表2 兩種方法精密度檢測結果(n=10)

2.4 方法的精密度

分別用兩種方法重復測量10 ng/mL、100 ng/mL汞標準溶液10次，HG-AAS和ZAAS的相對標準偏差(relative standard deviation，RSD)分別為2.82%、1.11%和0.30%、0.36%(表2)，兩種方法的RSD均滿足GBZ/T 210.5-2008的要求(即RSD ≤ 10%)，表明兩種方法的精密度均較好，ZAAS的精密度優(yōu)于HG-AAS。

2.5 樣本的測定

采用兩種方法同時測定30份大鼠尿液汞含量，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示兩種方法檢測結果差異無顯著性(P> 0.05)；計算出R2=0.9961，兩種方法符合度為99.61%(圖2)，表明兩種方法具有高度一致性。

圖2 ZAAS和HG-AAS檢測結果一致性比較Fig.2 Consistency of the results detected by ZAAS and HG-AAS

3 討論

HG-AAS是目前汞測定普遍使用的方法之一，ZAAS所使用的塞曼原子吸收汞分析儀是一種便攜的快速測汞儀，樣品不需要消解等預處理，簡化了操作步驟。本研究采用ZAAS和HG-AAS兩種方法對大鼠尿液中的汞含量進行了測定，顯示兩種方法的檢測結果具有較高的一致性，且ZAAS的檢出限更低、精密度更高。

汞有易揮發(fā)性和吸附性，傳統(tǒng)的測汞方法在測定高含量的汞后，汞殘留消除繁瑣，很難再做低濃度汞測定。汞分析儀通過熱解爐高溫加熱，迅速消除殘留的汞，消除了汞的記憶效應。實驗研究顯示，ZAAS測定含300 ng的汞標準溶液后，再測定含0.1 ng的汞標準溶液，不影響測定結果，消除記憶效應只需2 min左右。此外，汞分析儀可在一定程度上避免共存離子的干擾效應，取10 ng/mL汞標準溶液1 mL，加10 μg的Cu2+、Cr2+、Zn2+、Pb2+、Ag+等離子，不影響汞分析儀對汞的測定。

由于熱解的溫度、抽氣泵的氣體流速可影響汞蒸氣的釋放，使用汞分析儀進行檢測時，熱解爐應該提前預熱10 min左右，爐內(nèi)溫度能達到750℃～800℃，氣體流量設為1 L/min左右，汞分析儀信號峰形達到最佳，拖尾情況大大改善，同時分析信號的RSD < 2%。檢測過程中，熱處理室表面溫度可達100℃以上，注意不要觸摸，避免燙傷。石英舟、起泡器等附件均為易碎品，且價格較高，操作過程中注意避免掉落。

汞分析儀也可用于空氣中超低濃度汞含量的實時監(jiān)測，還可用于水、土壤等樣品中汞的檢測，在國內(nèi)外均有應用[16-17]。該方法操作簡便、速度快、檢測費用低，可用于大批量快速篩查。

[1] 胡月紅. 國內(nèi)外汞污染分布狀況研究綜述 [J]. 環(huán)境保護科學, 2008, 34(1): 38-41.

[2] 劉思妹, 朱毅, 郝睿. 國內(nèi)外汞污染現(xiàn)狀及管理措施 [J]. 環(huán)境科學與技術, 2014, 37(S2): 290-294.

[3] 孫貴范. 職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學 [M]. 第7版. 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2012: 77-78.

[4] 姜楓, 蔣瑩, 王軍明. 職業(yè)接觸者尿中汞微波消解-原子熒光法測定 [J]. 中國公共衛(wèi)生, 2015, 31(12): 1629-1631.

[5] Shah AQ, Kazi TG, Baig JA, et al. Simultaneously determination of methyl and inorganic mercury in fish species by cold vapor generation atomic absorption spectrometry [J]. Food Chem, 2012, 134(4): 2345-2349.

[6] Huber J, Heimbürger LE, Sonke JE, et al. Nanogold-decorated silica monoliths as highly efficient solid-phase adsorbent for ultratrace mercury analysis in natural waters [J]. Anal Chem, 2015, 87(21): 11122-11129.

[7] 李明章, 林建奇. 微波消解-原子熒光光譜法同時測定食醋中的砷和汞 [J]. 理化檢驗-化學分冊, 2016, 52(2): 222-225.

[8] 楊常青, 張雙雙, 李芳, 等. 氧彈分解-原子熒光法快速測定煤中汞 [J]. 分析試驗室, 2016, 35(5): 565-567.

[9] de Souza SS, Campiglia AD, Barbosa F Jr. A simple method for methylmercury, inorganic mercury and ethylmercury determination in plasma samples by high performance liquid chromatography-cold-vapor-inductively coupled plasma mass spectrometry [J]. Anal Chim Acta, 2013, 761: 11-17.

[10] 袁利杰, 李云, 鄭子棟, 等. 微波消解-電感耦合等離子質(zhì)譜法測定龜甲膠中6種有害元素 [J]. 分析科學學報, 2014, 30(4): 578-580.

[11] GB 7469-87. 總汞的測定, 雙硫腙分光光度法 [S].

[12] 王斌, 況麗, 鐘康華, 等. 乙二胺四乙酸二鈉絡合消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定塑料中的鉛、鎘、鉻和汞 [J]. 理化檢驗-化學分冊, 2016, 52(5): 552-554.

[13] 宋永剛, 于彩芬, 張玉鳳, 等. 直接測汞儀與原子熒光法測定海洋底棲生物中痕量汞的對比研究 [J]. 分析科學學報, 2016, 32(2): 288-290.

[14] WS/T 26-1996. 汞的測定, 冷原子吸收光譜法, Ⅱ酸性氯化亞錫還原法 [S].

[15] GBZ/T 210.5-2008. 汞的測定, 生物材料中化學物質(zhì)測定方法 [S].

[16] 周巧麗, 郭鵬然, 潘佳釧, 等. 活性炭富集-電熱塞曼原子吸收光譜法測定水中痕量的汞 [J]. 分析化學, 2016, 44(8): 1270-1276.

[17] Di Natale F, Erto A, Lancia A, et al. Mercury adsorption on granular activated carbon in aqueous solutions containing nitrates and chlorides [J]. J Hazard Mater, 2011, 192(3): 1842-1850.