農(nóng)業(yè)樣品中總汞的快速檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

呂照慧 毛雪飛

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

汞（mercury，Hg）是自然界中常見的重金屬，大多以硫銻汞、氯化甲基汞、硫化汞（俗稱朱砂）等化合物形態(tài)存在。在《水俁公約》之前，汞還是一種重要的工業(yè)原料，在化工、照明、電池、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，并大量排放進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬汞污染的主要來(lái)源。同時(shí)，汞是一種劇毒重金屬，含量過高會(huì)破壞農(nóng)作物根系結(jié)構(gòu)、抑制作物生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[1～2]；對(duì)于動(dòng)物和人類，可通過皮膚接觸、呼吸道以及消化道吸收等途徑攝入到體內(nèi)，并以高毒性有機(jī)化合物形式對(duì)大腦、神經(jīng)、腎臟和消化系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害，眾所周知的“水俁病”就是氯化甲基汞導(dǎo)致的[3]。為了對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中重金屬汞污染進(jìn)行防控，我國(guó)針對(duì)性地制定了一系列汞限量標(biāo)準(zhǔn)。例如，農(nóng)田灌溉水中總汞的含量不得超過1μg/L；農(nóng)用地土壤中總汞的風(fēng)險(xiǎn)篩選值為0.5～3.4 mg/kg；水溶肥料中汞的含量不得超過5 mg/kg；食品中總汞的最大限量為0.02～0.1 mg/kg。因此，如何快速、準(zhǔn)確測(cè)定土壤、灌溉水、農(nóng)產(chǎn)品、肥料、飼料等農(nóng)業(yè)樣品中總汞含量顯得尤為重要。

目前，用于汞測(cè)定的常用分析方法主要有氫化物發(fā)生原子熒光光譜法（HG－AFS）[4]、冷蒸氣原子吸收光譜法（CVAAS）[5]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP－MS）[6]等。這些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法具有較高的分析靈敏度和技術(shù)成熟度，但是通常需要復(fù)雜的樣品前處理，耗時(shí)費(fèi)力[7]，尚無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)樣品中總汞簡(jiǎn)單、快速、現(xiàn)場(chǎng)和原位測(cè)定的需求。因此，重金屬汞的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)總汞的現(xiàn)有快速檢測(cè)手段研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性的綜述，包括電熱蒸發(fā)、激光、X射線分析、化學(xué)反應(yīng)顯色、電化學(xué)、納米技術(shù)和生物傳感器等，以期為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重金屬汞污染的監(jiān)測(cè)與防治工作提供技術(shù)參考。

一、基于電熱蒸發(fā)的測(cè)汞技術(shù)

作為一種低溫元素，樣品中的汞可以相對(duì)較低的溫度（600～1 000℃）實(shí)現(xiàn)完全蒸發(fā)，然后導(dǎo)入到后續(xù)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。電熱蒸發(fā)（electrothermal vaporization，ETV）是一種高效、通用的固體直接進(jìn)樣技術(shù)，利用蒸發(fā)器將樣品中的待測(cè)元素以干燥氣溶膠的形式導(dǎo)入原子化器或激發(fā)源中，無(wú)需樣品消解處理，可與AAS、AFS、原子發(fā)射光譜（OES）、無(wú)機(jī)質(zhì)譜（ICP－MS）等多種檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)用，還可利用程序升溫實(shí)現(xiàn)部分基體干擾的消除[8～10]。

（一）石英ETV-催化熱解技術(shù)石英管（quartz tube，QT）是原子光譜中常用的原子化器，也可用于ETV，但受自身材料所限，最高耐受溫度僅1 000℃左右，主要用于Hg、鎘（Cd）等中低溫元素[11～12]。當(dāng)汞從樣品中以原子和分子氣溶膠的形式電熱蒸發(fā)出來(lái)，如何保持汞的有效傳輸是實(shí)現(xiàn)汞定量分析的關(guān)鍵。催化熱解技術(shù)通過高溫催化和吸附作用，可有效保持汞的原子態(tài)傳輸，并有效消除基體干擾，從而為汞齊或非汞齊檢測(cè)提供有效的分析物質(zhì)，具有靈敏度高、分析速度快、環(huán)境友好等特點(diǎn)。

1.金汞齊測(cè)汞技術(shù)。催化熱解—金汞齊法是利用ETV技術(shù)，將ETV－催化熱解得到的Hg原子蒸氣用金、鉑等材質(zhì)的汞齊裝置捕獲，再通過快速升溫釋放Hg原子，該過程通過分離和預(yù)富集過程可有效消除基體干擾、提高分析靈敏度，AAS和AFS均可檢測(cè)。金汞齊測(cè)汞是一種典型的氣相富集（GPE）[9]技術(shù)，也是目前商品化最為成功的固體進(jìn)樣重金屬速測(cè)技術(shù)，并已完全國(guó)產(chǎn)化，如北京海光儀器有限公司研制的HGA－100直接進(jìn)樣測(cè)汞儀、長(zhǎng)沙開元弘盛儀器有限公司研制的5EHGT2321測(cè)汞儀、北京吉天儀器有限公司研制的DCMA－300直接進(jìn)樣汞鎘同測(cè)儀等，已用于農(nóng)產(chǎn)品[13]、土壤[14]、肥料[15]等多種農(nóng)業(yè)樣品中痕量Hg的快速測(cè)定。如郝聰聰?shù)萚14]利用催化熱解－金汞齊－原子熒光光譜儀，建立了土壤中汞的非消解固體進(jìn)樣測(cè)定方法，用標(biāo)準(zhǔn)溶液法校準(zhǔn)，定量限（LOQ）為0.2μg/kg；劉海濤等[16]建立了土壤中總汞的催化熱解－金汞齊－原子吸收光譜測(cè)定方法，檢出限（LOD）為0.11μg/kg。

此外，LIU等[17]利用介質(zhì)阻擋放電（DBD）微等離子體所產(chǎn)生的自由基和紫外輻射，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ETV導(dǎo)入12 mg魚肉樣品產(chǎn)生的氣相干擾物質(zhì)的降解，并利用DBD的原子化能力，保持傳輸過程中Hg的原子態(tài)，經(jīng)過汞齊預(yù)富集后進(jìn)入AFS測(cè)定，水產(chǎn)品中Hg的LOD可以達(dá)到0.5μg/kg。該技術(shù)成功地使用DBD取代了傳統(tǒng)的催化熱解填料，體積更小、功耗更小，更有利于儀器小型化。LI等[13]利用氯化亞錫還原－直接進(jìn)樣測(cè)汞法（ETV－AAS），建立了魚肉樣品中甲基汞的快速檢測(cè)方法，無(wú)需液相色譜（LC）分離，LOD為0.6 μg/kg，為快速監(jiān)測(cè)甲基汞提供了可行的篩查手段。

2.催化熱解－塞曼背景校正原子吸收測(cè)汞技術(shù)。經(jīng)過催化熱解管之后，汞主要以原子態(tài)形式存在，這為非汞齊測(cè)汞提供了可能。但是由于催化熱解過程并不能完全消除基體干擾物，分子吸收、光散射等非待測(cè)原子所產(chǎn)生的干擾都會(huì)成為背景吸收，嚴(yán)重干擾原子吸收的測(cè)定，而基于塞曼效應(yīng)的背景校正技術(shù)可以較好地實(shí)現(xiàn)背景干擾消除。該技術(shù)主要用于冷原子吸收，如Lumex公司生產(chǎn)的塞曼背景校正測(cè)汞儀就是該技術(shù)應(yīng)用的典型代表。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于土壤[18]、食用農(nóng)產(chǎn)品[19]等農(nóng)業(yè)樣品中Hg的測(cè)定，方法LOD可以達(dá)到0.5 μg/kg。與金汞齊測(cè)汞技術(shù)相比，塞曼背景校正的非汞齊測(cè)汞沒有GPE過程，分析速度更快。然而，背景校正始終只是一種補(bǔ)救性策略，難以從根本上解決復(fù)雜基質(zhì)樣品的基體干擾問題。

（二）碳和金屬材料電熱蒸發(fā)測(cè)汞技術(shù)除了常用的石英材料，石墨爐原子吸收所用的石墨管是較為常用的碳材料ETV裝置，還可采用熱解涂層技術(shù)將高熔點(diǎn)金屬W、Ir、Ta等涂覆在石墨管表面，以有效改善碳材料總體耐抗性以及碳管內(nèi)溫度分布狀況，再與AAS、AFS、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀/質(zhì)譜儀（ICP－OES/MS）等串聯(lián)用于多種重金屬的檢測(cè)[10]。LI和JIANG[20]利用超聲懸浮液技術(shù)制樣，抗壞血酸為改進(jìn)劑，石墨爐ETVICP－MS法同時(shí)測(cè)定了大米粉中Hg及鉻（Cr）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鉛（Pb）等，Hg的LOD為0.53 ng/g，其他元素的LOD為0.4～1.7 ng/g，并可使用液體自動(dòng)進(jìn)樣裝置。除了常用的石墨爐，F(xiàn)ENG等[21]對(duì)多孔碳材料進(jìn)行了改良，穩(wěn)定性與石墨管接近，蒸發(fā)功耗低加上多孔碳材料自身空隙較大、散熱快，因此無(wú)需額外的冷卻系統(tǒng)，雖然沒有直接用于汞的測(cè)定，但為碳材料ETV裝置小型化提供了思路。

此外，高熔點(diǎn)金屬鎢（W）、鉬（Mo）、鉑（Pt）、鉭（Ta）、錸（Re）、銠（Rh）等[10，22～23]都是電熱蒸發(fā)的可用材料，其中W具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和延展性，熔點(diǎn)高（>3 000℃）、化學(xué)惰性，可制成絲、舟、管、條、片等形狀。鎢絲（TC）是目前最常見的ETV金屬材料，成本低、能耗小，易于小型化和便攜化，且不像石墨管會(huì)與樣品成分產(chǎn)生難熔碳化物而影響測(cè)定重現(xiàn)性，可與AAS、AFS、ICP－OES和ICP－MS等串聯(lián)，但是尚無(wú)TC用于測(cè)汞的研究報(bào)道。另外，TC無(wú)法承載固體樣品，液體樣品最大也僅能加載10～20μL，這極大限制了其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。為了克服上述問題，有研究研制了鎢舟ETV[24]，通過DBD－OES實(shí)現(xiàn)了土壤中Hg的快速測(cè)定。

（三）電磁感應(yīng)加熱測(cè)汞技術(shù) 電磁感應(yīng)加熱（electromagnetic induction heating，EIH）技術(shù)可以分為兩種，一種是利用電磁感應(yīng)原理，使交變磁場(chǎng)中的樣品內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生焦耳熱實(shí)現(xiàn)電熱蒸發(fā)。有研究將IH－ETV裝置與ICP、AFS、AAS等串聯(lián)，用于測(cè)定環(huán)境、頭發(fā)樣品中Hg，同時(shí)還可測(cè)定鋅（Zn）、鉛（Pb）等元素[25～26]，但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電源要求高，在農(nóng)業(yè)樣品檢測(cè)方面還未見報(bào)道。另一種是利用電磁感應(yīng)原理加熱金屬作為ETV裝置，再將熱量傳導(dǎo)給待測(cè)樣品以實(shí)現(xiàn)重金屬元素的蒸發(fā)。如LIU等[24]使用銅線圈作為感應(yīng)裝置，鎢舟作為電磁感應(yīng)加熱介質(zhì)，DBD發(fā)射光譜檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了土壤中Hg、Cd、Pb等元素的直接進(jìn)樣分析，Hg的LOD可以達(dá)到8 ng/g。

二、基于激光和微等離子體的測(cè)汞技術(shù)

（一）激光燒蝕（LA）和激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)LA是利用高功率脈沖激光聚焦到固體樣品表面，使樣品等離子化或蒸發(fā)后以氣溶膠形式傳輸進(jìn)入檢測(cè)器，簡(jiǎn)單、快速，空間分辨率高，可用于元素的微區(qū)分析、單細(xì)胞分析、單顆粒分析[27]。LA多與ICP－MS或ICP－OES聯(lián)用，在激光器方面最常用的有266、213、193 nm[28]以及飛秒激光[29]。如TAO等[30～31]建立了LA（266 nm）－ICP－MS聯(lián)用測(cè)定土壤和沉積物中Hg含量的方法，前期需將樣品研磨后壓片，LOD為0.02mg/kg，該方法分析結(jié)果與同位素稀釋冷蒸氣發(fā)生ICP－MS結(jié)果基本一致。JO等[32]將LA（193 nm）與ICPMS聯(lián)用，建立了糙米中Hg和Cd、Pb、鐵（Fe）等14種元素的原位成像分析方法，發(fā)現(xiàn)麩皮層中所有元素含量比胚乳高，可為稻米加工的質(zhì)量安全控制提供依據(jù)。

與LA檢測(cè)元素離子信號(hào)不同，LIBS主要通過分析激光誘導(dǎo)激發(fā)的特征譜線來(lái)對(duì)元素進(jìn)行定性和定量分析[33]。其構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于小型化、現(xiàn)場(chǎng)化，但多用于樣品中常量元素的分析，在測(cè)汞方面的應(yīng)用較少，一般需在傳統(tǒng)LIBS的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。如JIANG等[34]建立了一種由主動(dòng)可控火花放電和電化學(xué)富集支持的低脈沖能量LIBS（ACSDECE－LIBS）方法，脈沖能量低至15 mJ，用于水中Hg（II）和砷［As（III）］的分析，克服了傳統(tǒng)LIBS穩(wěn)定性差的問題，能獲得更好的Hg（II）檢測(cè)信號(hào)。SU等[35]將閾值變量－偏最小二乘回歸（TVPLSR）模型與LIBS相結(jié)合，同時(shí)分析了羊棲菜中Hg及As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn共7種重金屬含量，一定程度上起到了重金屬快速篩查的作用。

（二）激光熱蒸發(fā)技術(shù)二極管激光熱蒸發(fā)（diode laser thermal vaporization，DLTV）采用低成本的連續(xù)波二極管激光器作為蒸發(fā)器，通過激光誘導(dǎo)待測(cè)樣品發(fā)生熱解產(chǎn)生氣溶膠，再導(dǎo)入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析。FOLTYNOVA等[36]將DLTV作為ICP－MS的進(jìn)樣系統(tǒng)，將200 nL樣品液滴沉積在帶有預(yù)印方塊的普通辦公用紙上，無(wú)需其他樣品處理，測(cè)定了血液、食品樣品中鉛（Pb）和錫（Sn）；還有研究利用類似原理將（DLTV）ICP－MS與薄層色譜（TLC）串聯(lián)，用于鈷胺素、硒元素形態(tài)分析[37]。由于組件簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，DLTV是常規(guī)測(cè)汞用電熱蒸發(fā)器的理想替代，本課題組在利用該技術(shù)測(cè)汞方面已經(jīng)取得一定的進(jìn)展。

（三）微等離子體固體進(jìn)樣分析技術(shù)利用DBD微等離子體的能量，固體樣品表面的元素可以被剝蝕并隨載氣導(dǎo)入到ICP－MS（Au、Ni和Cu）[38]或AFS（Hg）[39]進(jìn)行元素測(cè)定。如楊萌等[39]建立了低溫等離子體（LTP）與AFS聯(lián)用直接檢測(cè)塑料固體樣品中Hg的方法，LOD為0.91 mg/kg。盡管DBD的剝蝕能力明顯弱于LA，但在一定程度上仍能給出固體表面的元素含量信息。

三、X射線分析技術(shù)

X射線技術(shù)是一種固體進(jìn)樣的無(wú)損分析方法，可用于汞分析的主要有X射線熒光光譜（XRF）、X射線吸收光譜（XAS）、X射線光電子能譜（XPS）等。其中，XRF是利用X射線束使樣品中元素的內(nèi)層電子發(fā)生躍遷，檢測(cè)器通過對(duì)高能態(tài)電子回到低能態(tài)時(shí)產(chǎn)生熒光輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品中元素的檢測(cè)。XRF已廣泛用于土壤、地質(zhì)、環(huán)境、食品、醫(yī)藥等多類型固體或液體樣品中重金屬污染物的檢測(cè)分析[40～43]，按照光源類型可以分為同步輻射XRF（SR－XRF）和普通XRF。SR－XRF的檢出限可達(dá)μg/kg級(jí)，可用于動(dòng)植物生物樣品的2D或3D微區(qū)成像分析，如ZHAO等[44]將μ－SR－XRF與μ－XANES（X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)）結(jié)合，分析了受硒（Se）影響下大蒜不同組織中Hg的含量和形態(tài)分布，證明適當(dāng)濃度的Se能夠通過影響Hg在大蒜組織中的分布和形態(tài)來(lái)減輕Hg的植物毒性。但是，SR－XRF屬于大型輻射分析技術(shù)，體積大、成本高、操作繁瑣，需要專門的數(shù)據(jù)處理工具，并不適用于快檢。普通X射線光管的XRF主要包括波長(zhǎng)色散型（WDXRF）和能量色散型（EDXRF）。WD－XRF分辨率較高，但多元素的掃描速度較慢，如VACCARO等[45]使用WD－XRF測(cè)定了多種中草藥中Hg及Cd、Pb、銻（Sb）共4種元素的含量。ED－XRF適用于多元素的快速測(cè)定，且易于小型化和便攜化，已用于土壤、農(nóng)產(chǎn)品、肥料等多種農(nóng)業(yè)樣品的重金屬檢測(cè)，如KODOM等[46]使用ED－XRF現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土壤中Hg及Cr、Ni、Cu、鋅（Zn）、砷（As）等9種重金屬的含量。但無(wú)論是WD－XRF還是ED－XRF，對(duì)于Hg的LOD均在mg/kg以上，且校準(zhǔn)方法嚴(yán)重依賴樣品基質(zhì)，目前在農(nóng)業(yè)樣品的汞分析方面應(yīng)用較少。然而，針對(duì)肥料、飼料等一些汞含量較高的農(nóng)業(yè)樣品，XRF依然具有較好的應(yīng)用前景。

此外，基于同步輻射的XAS技術(shù)，可以通過XANES來(lái)獲取價(jià)態(tài)、未占據(jù)電子態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移等化學(xué)信息，用于快速鑒別元素的化學(xué)形態(tài)；通過擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（EXAFS）來(lái)獲取中心原子與配位原子的鍵長(zhǎng)、配位數(shù)、無(wú)序度等信息。可用于農(nóng)業(yè)樣品的微區(qū)分析及元素形態(tài)分析[47～48]，從而提供金屬組學(xué)信息[49]。XPS是一種表面元素分析技術(shù)，可以提供表面元素濃度和結(jié)合能信息，在材料分析方面應(yīng)用廣泛[50]。但是上述方法或是大型輻射分析技術(shù)，或是實(shí)驗(yàn)室大型設(shè)備，較難小型化用于汞的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。

四、基于化學(xué)反應(yīng)顯色的測(cè)汞技術(shù)

利用Hg和CuI發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的有色產(chǎn)物Cu2[HgI4]可實(shí)現(xiàn)Hg的定性分析；隨著Hg反應(yīng)量的增加，由無(wú)色變?yōu)闇\黃色乃至橘黃色的色階變化進(jìn)行半定量甚至定量分析。CuI化學(xué)反應(yīng)方程式為Hg+4CuI→Cu2[HgI4]+2Cu，其反應(yīng)簡(jiǎn)單、顯色快速，對(duì)Hg的特異性強(qiáng)，非常適合研制便攜式的試紙條、探針或檢測(cè)裝置。2000年，YALLOUZ等[51～52]利用CuI與汞離子形成的Cu2[HgI4]復(fù)合物顏色深淺的變化，建立了魚肉樣品中汞離子的半定量分析方法。目前，CuI顯色劑可以制成多種形式，如試紙[53～54]、顯色管[55]及探針[56]等。

（一）基于電熱蒸發(fā)的顯色測(cè)汞技術(shù)ETV可以將Hg從樣品中蒸發(fā)，這為Hg與CuI反應(yīng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定性定量分析提供了可能。王博等[55]將ETV與CuI顯色結(jié)合，利用小型管式爐研制了一種ETV半定量測(cè)汞裝置，可以通過肉眼定性或者手機(jī)拍照亮度值半定量分析，LOD達(dá)到50 ng，線性范圍為50～2 500 ng，線性回歸系數(shù)（R2）＞0.97，整個(gè)分析時(shí)間可控制在5 min之內(nèi)，方便、快捷、直觀，可用于肥料、飼料等樣品中Hg的快速篩查。

（二）基于化學(xué)蒸氣發(fā)生的顯色測(cè)汞技術(shù)除了利用ETV導(dǎo)入Hg實(shí)現(xiàn)CuI顯色反應(yīng)，還有研究利用化學(xué)蒸氣發(fā)生（CVG）將液體中汞離子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)Hg原子，再與CuI反應(yīng)。XIA等[56]前期建立了一種CVG和自制CuI探針結(jié)合的半定量可視化測(cè)Hg技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上建立了光化學(xué)蒸氣發(fā)生（PVG）和CuI試紙結(jié)合的可視化檢測(cè)水中Hg的方法[54]。與酸介質(zhì)—氯化亞錫的CVG反應(yīng)相比，PVG更加綠色、高效，可以實(shí)現(xiàn)水中1 ng/mL～1 μg/mL Hg的可視化半定量分析。

五、基于電化學(xué)的測(cè)汞技術(shù)

電化學(xué)技術(shù)是一種分析溶液中電化學(xué)參量的方法，成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、便于攜帶、操作方便，常見的主要有伏安法、極譜法、電位分析法以及電導(dǎo)分析法等，其中陽(yáng)極溶出伏安法（anodic stripping voltammetry，ASV）是最常用的方法，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（USEPA）也認(rèn)可ASV測(cè)汞的方法[57]。按工作電極材料的不同，電化學(xué)常用電極種類分為未修飾的裸電極、化學(xué)修飾電極及納米結(jié)構(gòu)電極3類。未修飾的裸電極以基于碳和金的裸電極為主，如AFONSO等[58]使用碳纖維微電極，以ASV快速測(cè)定氯化物介質(zhì)中甲基汞。但是未經(jīng)修飾的碳電極靈敏度較低，并且檢出限高、富集時(shí)間長(zhǎng)，不適用于常規(guī)分析；而使用金電極測(cè)汞時(shí)，需要凈化后才能使電極恢復(fù)到初始狀態(tài)。與裸電極相比，化學(xué)修飾可以進(jìn)一步提高電極靈敏度和選擇性，修飾材料可以是聚合物[59]、絡(luò)合劑[60]、DNA[61]、離子印跡聚合物[62]、納米材料等。使用碳納米材料電化學(xué)測(cè)汞，工作電極表面積的增加會(huì)顯著提高靈敏度，降低LOD，如ABOLLINO等[63]將玻碳電極用金納米顆粒修飾，ASV法測(cè)定多種樣品（飲用水、凝膠和沉淀物）中的Hg2+，后期擴(kuò)展到了生菜、金槍魚和廢水等樣品[64]。但是電化學(xué)法僅適用于測(cè)定液體介質(zhì)中Hg2+，無(wú)法直接用于固體樣品分析；此外，工作電極難以除去汞導(dǎo)致的記憶效應(yīng)依然是電極重復(fù)利用的一大難題。

六、基于生物技術(shù)的測(cè)汞方法

（一）基于納米材料和核酸適配體的測(cè)汞技術(shù)

1.納米材料比色技術(shù)。納米材料具有獨(dú)特的納米效應(yīng)，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)[65]，表現(xiàn)出特殊的光學(xué)與化學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、物理及醫(yī)療等領(lǐng)域。納米金顆粒（AuNPs）在可見光范圍內(nèi)有特征吸收峰，當(dāng)發(fā)生團(tuán)聚時(shí)，其吸收波長(zhǎng)隨著AuNPs尺寸的增大而紅移，溶液顏色由酒紅色變?yōu)樗{(lán)色，常被應(yīng)用于生物傳感分析。結(jié)合AuNPs團(tuán)聚變色的特性，有研究者開發(fā)了基于T－Hg2+－T結(jié)構(gòu)的汞離子檢測(cè)方法[66～70]。如XUE等[68]將Hg2+引入含有寡核苷酸束縛的AuNPs探針和具有許多胸腺嘧啶－胸腺嘧啶（T－T）不匹配的接頭寡核苷酸的水溶液中，由于Hg2+介導(dǎo)的T－Hg2+－T堿基對(duì)的形成，會(huì)導(dǎo)致在室溫下形成顆粒聚集體，并伴有色度響應(yīng)，14 nm NP體系對(duì)Hg2+的肉眼LOD約為3 mol/L。該方法方便實(shí)用，無(wú)需分析儀器，尤其適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)水質(zhì)中Hg2+的快速篩查。

2.熒光和磷光探針。有研究結(jié)合納米材料猝滅特性開發(fā)了基于T－Hg2+－T結(jié)構(gòu)的汞離子檢測(cè)方法[71～72]。如MA等[71]借助小分子熒光探針實(shí)現(xiàn)對(duì)水中汞離子的檢測(cè)；ZHANG等[72]研發(fā)了一種基于單壁碳納米管（SWNTs）猝滅作用熒光檢測(cè)汞離子的方法。量子點(diǎn)是一種三維尺寸限制在納米尺度的半導(dǎo)體納米晶，由于其小尺寸（1～20 nm）而顯示出獨(dú)特的性質(zhì)，CdS、CdSe、CdTe等量子點(diǎn)是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[73～75]。量子點(diǎn)主要通過熒光強(qiáng)度變化進(jìn)行重金屬離子檢測(cè)。LUE等[74]以3－巰基丙酸為穩(wěn)定劑，在水溶液中合成了一種新型摻雜錳的CdTe/ZnS量子點(diǎn)作為磷光探針，實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣中痕量汞離子的高靈敏選擇性測(cè)定，線性范圍為5.0×10－8～1.0×10－5mol/L，LOD為4.3×10－9mol/L。

（二）基于電化學(xué)DNA傳感器的測(cè)汞技術(shù)電化學(xué)DNA傳感器一般由分子識(shí)別元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換元件兩部分組成，前者一般是一段固定在電極表面的DNA片段，后者一般是電活性雜交指示劑，如二茂鐵、亞甲基藍(lán)、釕胺等；具有靈敏度高、選擇性好、易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不破壞測(cè)試體系，在環(huán)境、疾病、法醫(yī)等領(lǐng)域已有應(yīng)用[76～79]。LIU等[80]開發(fā)了一種基于二茂鐵標(biāo)記的電化學(xué)檢測(cè)汞離子方法，在金電極表面通過金巰鍵固定一段標(biāo)記有電活性基團(tuán)二茂鐵的富T序列作為捕獲探針，當(dāng)加入汞離子后，探針之間通過T－Hg2+－T結(jié)構(gòu)而形成分子間雜交，使得探針變得剛性直立而遠(yuǎn)離電極表面，阻止電活性基團(tuán)二茂鐵的電子傳遞，電化學(xué)信號(hào)明顯減弱，從而達(dá)到檢測(cè)汞離子的目的，LOD可達(dá)到0.5 nmol/L，但需對(duì)探針進(jìn)行標(biāo)記。

（三）免疫分析技術(shù)

1.酶聯(lián)免疫。酶聯(lián)免疫（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）廣泛用于食品、醫(yī)學(xué)檢測(cè)，與傳統(tǒng)方法相比，ELISA操作簡(jiǎn)便、特異性強(qiáng)、靈敏度高，已成為一種公認(rèn)的有機(jī)污染物快速檢測(cè)手段，也用于金屬離子檢測(cè)的報(bào)道。如ZHANG等[81]用1－（4－氨基芐基）乙二胺－N，N，N’，N’－四乙酸（氨基芐基－EDTA）制備汞螯合物，所得復(fù)合物通過氨基與鎖孔戚血藍(lán)蛋白（KLH）或牛血清白蛋白連接，分別用作免疫抗原或檢測(cè)抗原，5F7細(xì)胞系產(chǎn)生了對(duì)氨基芐基－EDTA－Hg的單克隆抗體，用于競(jìng)爭(zhēng)性間接ELISA（CI－ELISA），可測(cè)定Hg2+，檢測(cè)范圍為0.087～790.4μg/L，LOD為0.042μg/L。但是ELISA與其他生物和納米分析技術(shù)一樣只能檢測(cè)金屬離子，其金屬離子人工抗原的合成時(shí)間比較長(zhǎng)，步驟也較復(fù)雜；其次由于載體蛋白的結(jié)構(gòu)存在差異，載體蛋白的不同將導(dǎo)致ELISA試劑盒靈敏性差異，特異性抗體的專一性有待進(jìn)一步提高。

2.膠體金。免疫膠體金是20世紀(jì)90年代興起的一種免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)，其反應(yīng)所需原料的全部或大部分均已整合到試劑中，具有簡(jiǎn)便、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)。如CHENG等[82]采用膠體金和DNA體系，用分光光度計(jì)掃描，比較添加汞離子前后D660 nm/D530 nm的變化來(lái)測(cè)定Hg2+，但是LOD依然較高，難以實(shí)現(xiàn)痕量分析。同時(shí)，膠體金也需要液體介質(zhì)才能反應(yīng)，無(wú)法直接用于固體樣品分析。

七、總結(jié)與展望

2018年8月16日，我國(guó)《關(guān)于汞的水俁公約》正式生效。對(duì)于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重金屬汞的監(jiān)測(cè)和監(jiān)管將成為我國(guó)履行《關(guān)于汞的水俁公約》的重要環(huán)節(jié)。常用的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法雖然具有較高的分析靈敏度和技術(shù)成熟度，但是難以在現(xiàn)場(chǎng)或應(yīng)急場(chǎng)景中使用。因此，重金屬汞的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)依然是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)?；陔姛嵴舭l(fā)－催化熱解、激光和微等離子體、X射線熒光、CuI顯色反應(yīng)等原理的總汞速測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)固體直接進(jìn)樣分析，無(wú)需消解處理和大量化學(xué)試劑，是當(dāng)前最有希望產(chǎn)業(yè)化、商品化的測(cè)汞技術(shù)。其中，基于電熱蒸發(fā)－催化熱解的測(cè)汞儀技術(shù)已獲得了廣泛的應(yīng)用，但是尚未實(shí)現(xiàn)儀器小型化；而LIBS分析速度快，易于小型化，但是分析靈敏度和穩(wěn)定性仍需得到實(shí)質(zhì)性提高才能用于痕量汞的分析；XRF是一種無(wú)損分析技術(shù)，對(duì)于汞的檢出能力已經(jīng)可以達(dá)到mg/kg級(jí)，但是仍需改進(jìn)檢測(cè)器、分光系統(tǒng)和數(shù)據(jù)算法，以進(jìn)一步提高檢出能力；基于CuI顯色反應(yīng)的試紙條、顯色管及探針等檢測(cè)技術(shù)直觀便捷，但檢出能力仍不足，需要進(jìn)一步優(yōu)化顯色劑載體及載附方式，發(fā)展顯色快速、靈敏讀取設(shè)備。此外，基于電化學(xué)、納米材料、生物傳感和免疫分析技術(shù)的測(cè)汞方法，是農(nóng)業(yè)樣品中液體介質(zhì)檢測(cè)的重要方向，但是在固體樣品分析方面依然面臨較大的難度；同時(shí)，如果可以利用特異性富集技術(shù)，如GPE技術(shù)，將固體樣品中Hg轉(zhuǎn)化為基質(zhì)干凈的液體汞離子，上述方法則可以充分發(fā)揮小型化、便攜化、可視化和低成本的優(yōu)勢(shì)而廣泛用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。