元素形態(tài)分析儀測定水體中汞形態(tài)的研究

李艷蘋，王翠翠，劉小騏，趙劍超

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

1 前言

隨著水環(huán)境污染的日趨嚴重，環(huán)境的監(jiān)測力度也逐漸增強。汞及其化合物是毒性極強的元素之一，對人類健康和生態(tài)環(huán)境的危害性很大[1-2]，是水環(huán)境監(jiān)測的重要對象。汞及其化合物的存在形式主要有單質(zhì)汞、無機汞和有機汞，其中有機汞主要有甲基汞、乙基汞和苯基汞。不同形態(tài)的汞的毒性相差較大，其中有機汞(甲基汞、乙基汞)毒性遠大于無機汞，元素汞基本無毒，苯基汞分解較快，毒性不大[3]。目前，人們已經(jīng)達成共識，元素的生物有效性或毒性不僅與其總量有關(guān)，還與其存在形態(tài)有關(guān)。因此如何準確快速測定水環(huán)境中的汞形態(tài)，并進行安全性風險評估有著重要的意義。

目前元素形態(tài)分析儀具有全自動進樣、儀器簡單便于操作、價格較低、元素形態(tài)測定的專用性等特點，在環(huán)境中砷、汞、硒等元素的形態(tài)測試方面有不少應(yīng)用。為了合理使用元素形態(tài)分析儀，提高測試水中汞形態(tài)的工作效率和質(zhì)量，健全相應(yīng)的測試方法，實驗采用元素形態(tài)分析儀主要進行了水中汞形態(tài)的系列測試研究。

2 儀器及試劑

元素形態(tài)分析儀(北京海光儀器公司)，海光HG C18柱：規(guī)格5 μm，100 ?，4.6 mm×150 mm；其它實驗室常用設(shè)備。

除另有說明，所用試劑均為優(yōu)級純。

所用試劑：鹽酸、氫氧化鉀、硼氫化鉀、過硫酸鉀、溴化鉀、吡咯烷二硫代氨基甲酸銨(APDC)；甲醇、乙腈(色譜純，天津康科德科技有限公司)；乙酸銨(國藥集團分析純)、L-半胱氨酸(國藥集團生化試劑，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)。

所用標準物質(zhì)，有中國計量科學(xué)研究院研制的無機汞(MC) GBW(E)080124、甲醇中甲基汞(MMC)GBW08675、甲醇中乙基汞(EMC)GBW(E)081524；德國進口的標準品氯化苯汞(PMC，貨號：C16065000，規(guī)格0.25 g，93.8%)。

3 儀器工作參數(shù)及實驗方法

3.1 元素形態(tài)分析儀的工作參數(shù)(表1)

表1 儀器工作參數(shù)Tab.1 Working parameters of the instrument

3.2 實驗方法

(1)標準溶液配制。分別取一定量無機汞、甲基汞、乙基汞、苯基汞的標準使用液，用去離子水定容，配成100 ng/mL的汞形態(tài)混合標準溶液，配好后并及時冷藏儲存(4 ℃)。然后分別移取一定量的汞混合標準溶液，并用相應(yīng)的流動相定容，配制成0 μg/L、0.5 μg/L、1 μg/L、2 μg/L、4 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的標準系列溶液，需要現(xiàn)用現(xiàn)配。

(2)載流的配制。量取70 mL鹽酸，倒入預(yù)先加入去離子水的1 000 mL燒杯中，再用去離子水稀釋至刻度，搖勻備用。

(3)還原劑的配制。稱取5 g氫氧化鉀溶于約200 mL去離子水中，加入5 g硼氫化鉀并使之溶解，用去離子水稀釋至1 000 mL，搖勻備用。

(4)氧化劑的配制。稱取5 g氫氧化鉀溶于約200 mL去離子水中，加入10 g過硫酸鉀并使之溶解，用去離子水稀釋至1 000 mL，搖勻備用。

(5)流動相的配制。流動相Ⅰ。配制流動相Ⅰ 500 mL，先取0.123 g APDC和5.90 g KBr，溶于125 mL去離子水中，再加入150 mL甲醇和225 mL乙腈，搖勻備用，然后用0.45 μm微孔濾膜(有機膜)過濾，再經(jīng)超聲脫氣后方可使用；流動相Ⅱ。配制流動相Ⅱ 500 mL，先稱取1.8 g L-半胱胺酸和2.31 g乙酸銨，再加入25mL 甲醇，最后用去離子水稀釋至500 mL，搖勻備用，然后用0.45 μm微孔濾膜過濾，再經(jīng)超聲脫氣后方可使用。

3.3 不同流動相下的分離試驗

在汞形態(tài)分析中，流動相中常加入一定量的甲醇、乙腈等有機改性劑，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨(APDC)、L-半胱胺酸、雙硫腙、2-巰基乙醇等絡(luò)合劑[4]。一般改性試劑影響著流動相的極性，會影響組分的保留時間以及峰與峰之間的分離效果。絡(luò)合劑一般含有絡(luò)合功能團，能夠和汞離子絡(luò)合，加速汞組分的洗脫[5]，常用的有吡咯烷二硫代氨基甲酸銨和L-半胱胺酸。實驗基于HG C18柱反相分離，研究了兩種流動相下汞形態(tài)的分離效果。分別以吡咯烷二硫代氨基甲酸銨(APDC)和L-半胱胺酸為絡(luò)合劑的兩種流動相，分別稱作流動相Ⅰ和流動相Ⅱ。按3.1工作參數(shù)設(shè)定好儀器，按照(1)～(5)的實驗條件，考察了3種～4種汞形態(tài)的分離情況。分離圖譜如圖1，具體分離實驗數(shù)據(jù)分別見表2和表3。實驗表明，在使用流動相Ⅰ的情況下，能分離出MMC、EMC、PMC及MC四種汞形態(tài)，保留時間約在5 min～11 min范圍內(nèi)，但是約在21 min出現(xiàn)鼓包，可能是PMC不穩(wěn)定易分解導(dǎo)致；而在流動相Ⅱ的情況下，對MC、MMC、EMC三種汞形態(tài)進行測定，結(jié)果表明有著很好的分離效果，保留時間分別為1.861 min、3.228 min、7.038 min，與流動相Ⅰ相比，分離時間大大縮短，約在7 min內(nèi)即可完成以上三種汞形態(tài)的分離，與文獻[4]相比，基本一致。另外，由于流動相Ⅰ中需使用大量的甲醇和乙腈試劑，苯基汞也不太穩(wěn)定，綜合考慮選用L-半胱胺酸為絡(luò)合劑的流動相。

圖1 不同流動相下汞形態(tài)的分離譜圖Fig.1 Separation spectra of mercury species in different mobile phases

3.4 檢出限與精密度

在優(yōu)化的實驗條件下，設(shè)定進樣量100 μL，在采用流動相Ⅰ的情況下，MMC、EMC、PMC及MC四種汞形態(tài)的檢出限分別為0.042 μg/L、0.079 μg/L、0.036 μg/L、0.070 μg/L；在采用流動相Ⅱ的情況下，MC、MMC、EMC三種汞形態(tài)的的檢出限分別為0.026 μg/L、0.023 μg/L、0.039 μg/L。另外，連續(xù)測定6次濃度為10 μg/L的汞形態(tài)混合標準溶液，分別對不同汞形態(tài)的峰面積進行積分計算，相對標準偏差在2.15%～4.18%范圍內(nèi)(見表2和表3)，精密度良好。相比之下，在采用流動相Ⅱ的情況下，三種汞形態(tài)的信號更強、檢出限更低、精密度更好。

表2 流動相Ⅰ條件下汞形態(tài)的分離實驗數(shù)據(jù)Tab.2 Experimental data of mercury speciation separation in mobile phaseⅠ

表3 流動相Ⅱ條件下汞形態(tài)的分離實驗數(shù)據(jù)Tab.3 Experimental data of mercury speciation separation in mobile phase Ⅱ

3.5 線性方程

考慮到流動相Ⅰ的情況下，汞形態(tài)分離的保留時間相對較長，檢出限不夠低，而且分離圖譜上出現(xiàn)小鼓包的情況，因此在優(yōu)化的實驗條件下，采用流動相Ⅱ，又進一步測定了MC、MMC、EMC三種汞形態(tài)的標準系列溶液，以濃度點為橫坐標，相應(yīng)的峰面積為縱坐標，繪制工作曲線，獲得線性方程，數(shù)據(jù)具體見表4。從表4可看出，在0 μg/L～10 μg/L范圍內(nèi)，三種汞形態(tài)的相關(guān)系數(shù)R均大于0.999，具有很好的線性關(guān)系。

表4 3種汞形態(tài)的標準曲線Tab.4 Standard curves of three mercury forms

4 結(jié)論

基于C18柱反相分離，分別采用流動相Ⅰ(以APDC為絡(luò)合劑)和流動相Ⅱ(以L-半胱胺酸為絡(luò)合劑)進行汞形態(tài)的分離實驗。結(jié)果表明，與流動相Ⅰ先比，采用L-半胱胺酸為絡(luò)合劑的流動相，可在更短時間內(nèi)(7 min)完成MC、MMC、EMC三種汞形態(tài)的分離，分離效果好、檢出限低、精密度高、實用性強，而且耗費有機試劑少，采用L-半胱胺酸為流動相的方法更適用于水環(huán)境中汞形態(tài)的分析和監(jiān)測。