高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法測定水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)*

楊志強(qiáng)

(莆田市環(huán)境監(jiān)測站,福建 莆田 351100)

0 引言

硒(Se)是人體必需的微量元素，在自然界中主要以無機(jī)鹽的形式存在[1-3]，在生物體內(nèi)大多為有機(jī)硒形態(tài)[4]，對預(yù)防心血管疾病、癌變、免疫缺陷等有重要作用[5]。硒營養(yǎng)劑量和毒性劑量之間范圍較窄, 攝入量過低易引起克山病，攝入過量則有毒副作用，人一次服用硒的最小致死劑量為2～4mg·kg-1，無機(jī)硒對老鼠的半數(shù)致死量(LD50)為15mg·kg-1[6-7]。水體中硒主要以硒酸鹽Se(Ⅵ)和亞硒酸鹽Se(Ⅳ)形式存在，亞硒酸鹽毒性大于硒酸鹽[8-9]，是水中硒污染主要來源，因此對水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)分離分析已成為水質(zhì)監(jiān)測的熱點(diǎn)。

環(huán)境監(jiān)測中硒形態(tài)分析，需要滿足高靈敏度、選擇性、快速分析和防止形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變等要求，但現(xiàn)行國標(biāo)方法中僅有《水質(zhì) 硒的測定 2,3-二氨基萘熒光法》通過將水樣中Se(Ⅵ)還原成Se(Ⅳ)，然后再通過Se(Ⅳ)熒光反應(yīng)，間接測定總硒含量[10]，該方法樣品前處理較復(fù)雜，且不能同時(shí)測定Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)。本文利用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用方法對水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)進(jìn)行定性定量分析，樣品經(jīng)過簡單處理后即可進(jìn)行分析測定，方法兼具痕量和不同形態(tài)硒同時(shí)分析的優(yōu)點(diǎn)[11]，并對方法精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間對比，為方法推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

7700X型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和1260型高效液相色譜儀(美國安捷倫公司)，PRP-X100陰離子交換柱(250×4mm，10μm)及其保護(hù)柱(美國哈密爾頓公司)，Bio-WAX陰離子交換色譜柱(4.6×50mm，5μm，美國安捷倫公司)，Milli-Q Direct8型超純水機(jī)(美國密里博公司)；硒酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10033)，亞硒酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10032)，硝酸(電子級)，氨水(色譜純)，檸檬酸(分析純)，檸檬酸鈉(分析純)，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ICP/MS工作條件

RF功率1500 W，載氣流量0.70 L·min-1，輔助氣流量0.45 L·min-1，霧室溫度2 ℃，進(jìn)樣深度8 mm，蠕動泵速0.3 r/s，質(zhì)量數(shù)82，積分時(shí)間0.5 s，氬氣作為保護(hù)氣，采用氦氣碰撞模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，流量為4.2 L·min-1。

1.2.2 色譜柱的選擇

以pH為5.0、10mmol·L-1的檸檬酸緩沖液為流動相，對比Hamilton陰離子交換色譜柱和Bio-WAX 陰離子交換色譜柱色譜分離結(jié)果，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)單標(biāo)進(jìn)行定性，流速1.0 mL·min-1，進(jìn)樣體積100 μL。本實(shí)驗(yàn)考察Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)完成色譜分離的時(shí)間和分離度，以此為判斷，選擇最適合的色譜柱。水樣上機(jī)分析前經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，濃度較高的樣品可用緩沖液稀釋后上樣。

1.2.3 流動相緩沖液的選擇

對比檸檬酸緩沖液和NH4NO3緩沖液對Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)色譜分離結(jié)果的影響。分析入海河口高鹽樣品10 μg·L-1Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合加標(biāo)回收情況，以此考察兩種不同流動相緩沖體系對硒形態(tài)分離結(jié)果的影響。

1.2.4 不同pH處理樣品色譜分離結(jié)果

通過10 % 硝酸或氨水調(diào)節(jié)Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液pH為2.0、4.5、7.0、10.0，考察不同pH處理對Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)的色譜分離結(jié)果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)在Hamilton和Bio-WAX 陰離子交換色譜柱色譜分離結(jié)果如圖1所示，Bio-WAX 陰離子交換色譜柱分離兩種形態(tài)的無機(jī)硒的效率更高，只要2分鐘就能完成色譜分離，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)分離度大于1.5，為提高實(shí)驗(yàn)效率，本實(shí)驗(yàn)選擇Bio-WAX Column陰離子交換色譜柱。

圖1 兩種色譜柱分離兩種不同形態(tài)硒的色譜圖

2.2 流動相的選擇

采用Bio-WAX 陰離子交換色譜柱，對比檸檬酸緩沖液和NH4NO3緩沖液對Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)色譜分離結(jié)果的影響。兩種緩沖液均能將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)進(jìn)行有效分離，并取得較好的分離效果。但在進(jìn)行入海河口高鹽樣品(鹽度為9.1)10 μg·L-1Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液加標(biāo)回收情況時(shí)，結(jié)果如圖2、圖3所示，檸檬酸緩沖液條件下高鹽樣品中Se(Ⅳ)色譜峰形較寬，添加10 mmol·L-1EDTA對色譜分離情況沒有明顯改善，而在NH4NO3緩沖液條件下則取得較好回收率。綜上，選擇為pH為7.0、濃渡為80mmol·L-1的NH4NO3緩沖液作為水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)的液相色譜流動相，可以提高實(shí)驗(yàn)方法在不同基體水質(zhì)中的適用性。

圖2 檸檬酸緩沖液高鹽樣品Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)加標(biāo)回收色譜分離結(jié)果的影響

圖3 NH4NO3緩沖液高鹽樣品中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)加標(biāo)回收色譜分離結(jié)果

2.3 不同pH處理對Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)影響

經(jīng)不同pH處理后的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，色譜分離結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同pH處理Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜結(jié)果

圖5 混合標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)節(jié)pH至2.0及樣品回調(diào)pH至7.0色譜分析結(jié)果

2.4 方法線性、檢出限和檢測下限分析

制備濃度分別為0、1.0、10.0、50.0、100.0 μg·L-1的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)系列標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，按實(shí)驗(yàn)方法分析，兩種形態(tài)硒在0～100 μg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)平方值達(dá)到0.9999。以信噪比(S/N)3∶1計(jì)算檢出限，4倍的檢出限表征檢測下限，進(jìn)樣量100 μL，Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)檢出限分別為0.4 μg·L-1、0.3 μg·L-1，檢測下限分別為0.16 μg·L-1、0.12 μg·L-1。

2.5 方法精密度和準(zhǔn)確度分析

采用加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)表征分析準(zhǔn)確度，取水庫、入海河口、污水處理廠廢水三種不同基質(zhì)水樣，添加0.5、40、90μg·L-1三個(gè)濃度水平的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個(gè)濃度水平測定6次，計(jì)算平均加標(biāo)回收率。結(jié)果如表1所示，三種水樣不同加標(biāo)濃度水平回收率在96.8%～106%，方法具有較高的分析準(zhǔn)確度。計(jì)算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在1.04%～6.34% ，說明方法具有良好精密度。

表1 不同水樣加標(biāo)樣品回收率結(jié)果

2.6 實(shí)驗(yàn)室間方法精密度和準(zhǔn)確度分析

組織6家有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間方法精密度和準(zhǔn)確度驗(yàn)證，采用本文提出的實(shí)驗(yàn)方法，對三種濃度水平的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1、40、90 μg·L-1)進(jìn)行分析，每個(gè)濃度水平都做 6 次平行測定，求取各個(gè)濃度水平的平均值計(jì)算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，RSD小于6%，表明方法具有較好的重現(xiàn)性。加標(biāo)回收表征方法準(zhǔn)確度，選取水庫、入海河口、污水處理廠廢水三種不同基質(zhì)水樣進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，分別添加0.5、40和90 μg·L-1三個(gè)濃度水平的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，計(jì)算加標(biāo)回收率，綜合分析6家實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回收率在93%～108%之間，說明本方法有較好的分析準(zhǔn)確度。

3 結(jié)論

本文提出的高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法，能夠滿足水庫、入海河口、污水處理廠廢水等不同基質(zhì)水樣中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)分析要求，實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，該方法具有較好的分析精密度和準(zhǔn)確度。研究發(fā)現(xiàn)，低pH處理對水中Se(Ⅳ)色譜分離結(jié)果產(chǎn)生負(fù)影響，為樣品的保存提供理論依據(jù)。組織6家有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間方法精密度和準(zhǔn)確度驗(yàn)證，不同實(shí)驗(yàn)室間得到了較為一致的結(jié)果，方法精密度和準(zhǔn)確度能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，為該方法的進(jìn)一步推廣和規(guī)范水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)監(jiān)測分析提供有力的技術(shù)支持。