氣相色譜–質(zhì)譜法同時(shí)測定海水中甲基汞、乙基汞和三丁基錫

黃鍵，張文國，施錦輝，曹海峰，王紅衛(wèi)，葛紅梅，王金娟

(南通海關(guān)綜合技術(shù)中心，江蘇南通 226004)

汞是一種常見的重金屬污染物，在自然界中以金屬汞、無機(jī)汞和有機(jī)汞3 種形式存在［1］。無機(jī)汞通過微生物的作用生成有機(jī)汞，有機(jī)汞是一種對神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)具有高毒性的污染物質(zhì)［2］，其碳鏈短,相對分子質(zhì)量小,脂溶性好，容易在生物體內(nèi)富集，可通過水源或食物鏈進(jìn)入人體，對人類健康造成危害［3］。日本水俁灣有機(jī)汞中毒事件引發(fā)了人們對有機(jī)汞的廣泛關(guān)注。大多數(shù)有機(jī)錫化合物由人工合成得到，常用作催化劑、殺蟲劑、殺菌劑或防霉劑等，因此大量的有機(jī)錫化合物通過人類活動(dòng)進(jìn)入環(huán)境，并通過腸道或皮膚被生物體吸收，對生物體神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)造成一定傷害［4–5］。因此，建立有機(jī)汞和有機(jī)錫化合物的相關(guān)檢測方法，對保護(hù)環(huán)境，保障國民健康具有重要意義。

有機(jī)汞和有機(jī)錫通常可采用色譜與光譜、質(zhì)譜等聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行測定，如液相色譜–原子熒光光譜法［6–7］，氣相色譜–原子熒光光譜法［8–9］，液相色譜–電感耦合等離子體質(zhì)譜法［10–13］，氣相色譜–質(zhì)譜法等［14–17］。上述方法主要針對有機(jī)汞或有機(jī)錫的單獨(dú)分析，而同時(shí)測定多種有機(jī)金屬化合物的報(bào)道較少［18］，筆者采用四苯基硼酸鈉在弱酸性條件下對甲基汞、乙基汞和三丁基錫進(jìn)行衍生，建立了氣相色譜–質(zhì)譜法同時(shí)測定海水中甲基汞、乙基汞和三丁基錫的分析方法。該方法操作簡單，儀器設(shè)備成本相對較低，節(jié)約試劑耗材和人工，為同時(shí)測定海水中多種金屬有機(jī)化合物提供了研究基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀：Agilent 7980A–5975C型，美國安捷倫科技有限公司；

分析天平：BS 224S 型，感量為0.000 1 g，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；

超純水機(jī)：Direct-Q 型，德國默克密理博公司；

旋渦混合儀：LAB DANCE S25 型，德國IKA公司；

離心機(jī)：TG16 型，屹譜儀器制造(上海)有限公司；

超聲波儀：KQ–50E 型，昆山市超聲儀器有限公司；

甲基汞、乙基汞溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：質(zhì)量濃度均為1 000 mg／L，編號(hào)分別為393197，366251，美國o2si公司；

三丁基錫標(biāo)準(zhǔn)品：純度為98.0%，編號(hào)為686869，德國Dr.Ehrenstorfer 公司；

四乙基硼酸鈉：純度不小于98%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

四苯基硼酸鈉：純度不小于98.5%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

甲醇、正己烷：色譜純，美國天地有限公司；

三水合乙酸鈉、乙酸：分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司；

高純氦氣：純度大于99.999%，南通天源氣體有限公司；

海水樣品：南通地區(qū)沿海養(yǎng)殖場中的海水；

實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，電阻率不小于18 MΩ·cm。

1.2 溶液配制

衍生試劑溶液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，稱取0.2 g 四苯基硼酸鈉，用適量去離子水溶解后轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，用去離子水稀釋并定容至標(biāo)線，搖勻。使用時(shí)現(xiàn)配。

乙酸鈉緩沖溶液：0.4 mol／L，稱取5.44 g 三水合乙酸鈉，用100 mL 去離子水溶解，用乙酸調(diào)節(jié)pH 至4.5 左右，搖勻。

甲基汞、乙基汞標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液：質(zhì)量濃度均為10 mg／L，精確移取甲基汞、乙基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mL，分別置于100 mL 容量瓶中，用甲醇稀釋并定容至標(biāo)線，搖勻，于4℃下保存。

三丁基錫標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液：10 mg／L，精確稱取三丁基錫標(biāo)準(zhǔn)品0.05 g，用甲醇溶解后轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中，用甲醇定容至標(biāo)線，搖勻；移取1 mL上述溶液置于50 mL 容量瓶中，用甲醇稀釋并定容至標(biāo)線，搖勻，于4℃下保存。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別移取20，40，100，200，400 μL 的甲基汞、乙基汞、三丁基錫標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，各加入5 mL 乙酸鈉緩沖溶液，0.5 mL 四苯基硼酸鈉，2 mL 正己烷，渦旋10 min，超聲10 min，以8 000 r／min 轉(zhuǎn)速離心5 min，取上清液即可得到質(zhì)量濃度均分別為0.10，0.20，0.50，1.00，2.00 mg／L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 氣相色譜

色譜柱：HP–5MS 柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司)；程序升溫：起始溫度為60℃，保持1 min，以15℃／min 升溫至150℃，保持3 min，再以25℃／min 升溫至250℃，保持15 min；進(jìn)樣口溫度：250℃；進(jìn)樣體積：1 μL；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；載氣：氦氣，流量為1 mL／min。

1.3.2 質(zhì)譜

電離方式：EI 源；電離能量：70 eV；傳輸線溫度：280℃；離子源溫度：230℃；溶劑延遲時(shí)間：3.75 min，質(zhì)譜掃描方式：選擇離子監(jiān)控(SIM)模式。甲基汞、乙基汞、三丁基錫的保留時(shí)間、定量和定性離子見表1。

表1 甲基汞、乙基汞、三丁基錫的保留時(shí)間、定量和定性離子

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 樣品采集

用聚乙烯瓶收集海水樣品，置于4℃下保存，于24 h 內(nèi)進(jìn)行樣品分析，以避免化合物分解。

1.4.2 樣品處理

移取5 mL 海水，用乙酸調(diào)節(jié)pH 值至4.5 左右，加入2%四苯基硼酸鈉溶液0.5 mL，正己烷2 mL，渦旋10 min，超聲10 min，以8 000 r／min 轉(zhuǎn)速離心5 min，取上清液待測。

2 結(jié)果與討論

2.1 衍生試劑選擇

有機(jī)汞在水相中的衍生化試劑一般有四乙基硼酸鈉、四丙基硼酸鈉和四苯基硼酸鈉，有機(jī)錫常用的衍生化試劑有格氏試劑、氫化物或者四乙基硼酸鈉。為了同時(shí)對有機(jī)汞和有機(jī)錫進(jìn)行衍生化，故采用四烷基硼酸鈉。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，四乙基硼酸鈉和四苯基硼酸鈉均可有效衍生3 種化合物，但是使用四乙基硼酸鈉衍生得到的甲基乙基汞和二乙基汞結(jié)構(gòu)近似，與溶劑保留時(shí)間接近且3 種化合物得不到有效分離，而且四乙基硼酸鈉性質(zhì)極為活潑，與水和氧氣極易反應(yīng)導(dǎo)致操作不便，而四苯基硼酸鈉相對穩(wěn)定，用其進(jìn)行衍生，三種化合物可得到有效分離，故選用四苯基硼酸鈉為衍生化試劑。

2.2 特征離子選擇

甲基汞、乙基汞、三丁基錫在弱酸性條件下經(jīng)四苯基硼酸鈉衍生分別生成甲基苯基汞、乙基苯基汞、三丁基苯基錫。通過全掃描可知甲基苯基汞在m／z 294 處有相對豐度最高的峰，為其基峰，由于汞和碳有同位素，在m／z 290～297 有同位素峰(如圖1 所示)。甲基苯基汞分子離子中，汞和甲基的鍵能低于汞和苯基的鍵能，因此在電子轟擊作用下易脫去甲基產(chǎn)生苯基汞離子，對應(yīng)的峰為m／z 275～281，而m／z 213～217 對應(yīng)為甲基汞離子，m／z 196～202 對應(yīng)為汞離子，這兩個(gè)離子豐度都較低，故選擇m／z 294 為甲基汞的定量離子，m／z 292，279為定性離子。乙基苯基汞的基峰為m／z 308(如圖2 所示)，其在電子轟擊下也易于產(chǎn)生苯基汞離子，因此選擇m／z 308 為乙基汞的定量離子，m／z 306，279 為定性離子。三丁基苯基錫在電子轟擊下產(chǎn)生的碎片豐度由高到低分別為苯基錫離子、二丁基苯基錫離子和丁基苯基錫離子，分別對應(yīng)m／z 197，311，255(如圖3 所示)，因此選擇m／z 197 為三丁基錫的定量離子，m／z 255，311 為定性離子。

2.3 儀器工作條件優(yōu)化

甲基汞、乙基汞與三丁基錫的衍生物甲基苯基汞、乙基苯基汞、三丁基苯基錫均為弱極性化合物，熱穩(wěn)定性較好，用HP–5MS 色譜柱，設(shè)置合適的升溫程序即可對上述3種化合物進(jìn)行分離。通過優(yōu)化色譜條件，3 種化合物可基線分離，選擇離子色譜圖如圖4 所示。

圖1 甲基苯基汞質(zhì)譜圖

圖2 乙基苯基汞質(zhì)譜圖

圖3 三丁基苯基錫質(zhì)譜圖

圖4 甲基汞、乙基汞、三丁基錫混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

2.4 線性方程與檢出限

在1.3 儀器工作條件下，對1.2 中的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定，以各待測化合物的質(zhì)量濃度(X)為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的色譜峰面積(Y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算線性方程和線性相關(guān)系數(shù)。按實(shí)驗(yàn)方法對加入不同濃度混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的海水進(jìn)行測定，以3 倍信噪比對應(yīng)的濃度為方法檢出限。3 種化合物的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表2。

表2 線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.5 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對空白海水樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，低、中、高3 個(gè)濃度水平分別平行測定6次，結(jié)果見表3。

表3 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，3 種化合物的平均回收率為78.1%～90.2%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%～4.5%。表明該方法具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，滿足測定要求。

2.6 實(shí)際樣品測定

應(yīng)用本方法對從本地區(qū)沿海養(yǎng)殖場中收集的10 個(gè)批次的海水樣品進(jìn)行測試，所有樣品中3 種化合物的含量均小于檢出限。

3 結(jié)語

建立了同時(shí)分離測定海水中甲基汞、乙基汞和三丁基錫的氣相色譜–質(zhì)譜分析方法。海水樣品用乙酸調(diào)節(jié)pH 至弱酸性，以四苯基硼酸鈉進(jìn)行衍生化，經(jīng)正己烷提取后采用HP–5MS 毛細(xì)管柱進(jìn)行分離。甲基汞、乙基汞和三丁基錫的方法檢出限分別為0.015，0.015，0.010 mg／L，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均不大于4.5%，實(shí)際樣品中待測物的質(zhì)量濃度均小于檢出限。該方法操作簡便，節(jié)約成本，可為同時(shí)測定海水中的多種有機(jī)金屬化合物提供借鑒。