液液萃取-HPLC-ICPMS聯(lián)用技術(shù)測定水體中甲基汞

陳 賀，周慧蘭

成都市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 成都 610072

甲基汞是一種具有生物高毒性和易生成性的物質(zhì)。目前水體中甲基汞的檢測方法主要有氣相色譜法、原子熒光法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。由于蒸餾-乙基化-吹掃捕集氣相色譜蒸汽發(fā)生原子熒光(CVAFS)聯(lián)用法［1-2］步驟繁瑣，巰基棉富集-氣相色譜法(GC)法［3-4］重現(xiàn)性差，選擇性差，且萃取試劑毒性大，所以最近幾年液相色譜-原子熒光聯(lián)用法在甲基汞的檢測方面得到了深入的研究［5-7］。與液相色譜-原子熒光聯(lián)用法相比，液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(LC-ICP/MS)在準(zhǔn)確度和靈敏度等性能上有更大的優(yōu)勢，但是LC-ICP/MS的儀器靈敏度［8-9］不能滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中甲基汞的標(biāo)準(zhǔn)限值(1 ng/L)的要求，所以選擇合適的前處理富集方法是降低甲基汞測定檢出限的有效解決方法。由于半胱氨酸-乙酸銨體系的毒性較小，以該體系作為流動(dòng)相和萃取液成為近年來甲基汞分析方法的研究熱點(diǎn)，楊坪等［6-7］開發(fā)了二氯甲烷萃取、半胱氨酸-乙酸銨反萃取、液相色譜-原子熒光聯(lián)用法測定甲基汞的方法。該文擬在上述二氯甲烷萃取、半胱氨酸-乙酸銨反萃取前處理方法的基礎(chǔ)上，采用液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法作為分析儀器，探索建立一種靈敏度高、選擇性好的甲基汞測定方法，能夠滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中甲基汞限值要求的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

1200型液相色譜，7700X型電感耦合等離子體質(zhì)譜。

色譜條件:色譜柱(zorbax SB-C18，4.6 mm×250 mm ×5 μm);流動(dòng)相:10 mmol/L乙酸銨，0.12%半胱氨酸，氨水調(diào)pH至7.5，8%甲醇水溶液;流速為1.0 mL/min;進(jìn)樣環(huán)體積為100 μL。

ICP-MS參數(shù):入射功率1 550 W，采樣深度810 mm，載氣流速約0.16 L/min，No gas模式，同位素為202Hg，積分時(shí)間為0.5 s。

1.2 主要試劑和材料

甲醇，HPLC級，DikmaPure;二氯甲烷，HPLC級，DikmaPure;半胱氨酸，Sigma;乙酸銨，HPLC級，CNW;氨水，HPLC級，CNW;氯化鈉，優(yōu)級純，科龍?jiān)噭?00℃烘烤4 h;甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，(60.2±2.3)μg/g，9℃時(shí)相當(dāng)于 48.2 mg/L，中國計(jì)量科學(xué)院;Mili-Q純水。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理

實(shí)驗(yàn)條件下采用2.41 ng/L的空白加標(biāo)樣進(jìn)行前處理?xiàng)l件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.1.1 水樣酸堿度和鹽度

考察了酸性、中性、堿性水樣的回收率情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中性條件的水樣回收率最好，酸性和堿性水樣的回收率較差，如圖1所示。通過在水樣中添加不同量的氯化鈉(NaCl)考察水樣鹽度對回收率的影響，結(jié)果表明，鹽度對回收率影響很小(圖2)，因?yàn)樘砑覰aCl可以減輕實(shí)際水樣萃取時(shí)的乳化現(xiàn)象，所以本文選擇NaCl添加量為10 g。

圖1 水樣酸堿度對回收率的影響

圖2 水樣NaCl添加量對回收率的影響

2.1.2 二氯甲烷萃取條件

優(yōu)化了二氯甲烷的萃取次數(shù)和萃取時(shí)間，由于反萃取使用的是50 mL比色管，體積較小，所以二氯甲烷萃取次數(shù)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)第1次、第2次、第3次二氯甲烷用量分別為10、20、30 mL。從圖3可見，萃取2次即可達(dá)到穩(wěn)定的回收率。萃取時(shí)間對回收率的影響見圖4，可以看出，每次萃取10 min可以達(dá)到平衡。

圖3 二氯甲烷萃取次數(shù)對回收率的影響

圖4 二氯甲烷萃取時(shí)間對回收率的影響

2.1.3 反萃取條件

由圖5可知，反萃取液用量越大，回收效果越好，但是反萃取液的增加會(huì)增大檢出限。由圖6可知，隨著反萃取時(shí)間的延長，回收率提高，20 min后回收率下降，分析原因可能是由于反萃取過程需要不斷打開比色管塞放氣體，造成甲基汞損失。綜合考慮，選擇反萃取液用量為5 mL，反萃取時(shí)間20 min。

圖5 反萃取液用量對回收率的影響

圖6 反萃取時(shí)間對回收率的影響

優(yōu)化后的前處理過程:取均勻水樣1 L，置于1 L分液漏斗中，加約10 g氯化鈉，用30 mL二氯甲烷萃取10 min后，用20 mL二氯甲烷萃取10 min。萃取液收集至50 mL比色管中，加5 mL反萃取溶液(1%半胱氨酸-0.8%乙酸銨溶液)進(jìn)行反萃取，振蕩20 min后，吸取水層溶液進(jìn)樣。

2.2 性能指標(biāo)

2.2.1 分離圖

甲基汞(0.494 μg/L)和乙基汞(0.494 μg/L)的色譜分離圖見圖7。

圖7 色譜分離圖

2.2.2 線性、檢出限、精密度

按照前處理方法和色譜質(zhì)譜條件，完成分析性能參數(shù)測定。曲線為外標(biāo)法，用反萃取液配制質(zhì)量濃度分別為 0、0.096 3、0.482、1.93、4.82 μg/L 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明線性較好，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 7。按照HJ 168—2010的規(guī)定，配制質(zhì)量濃度為0.482 ng/L的空白加標(biāo)樣7份進(jìn)行全程序分析，檢出限MDL=3.143×S，式中S為7次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算得方法檢出限為0.1 ng/L，低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的限值(1 ng/L)。配制高、中、低3種質(zhì)量濃度(9.65、2.41、0.482 ng/L)的空白加標(biāo)樣各6份，分別進(jìn)行全程序分析，考察精密度和準(zhǔn)確度，精密度(相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD)為6.6% ～13%，準(zhǔn)確度(相對誤差)為－21.6% ～－44.4%。

2.2.3 實(shí)際水樣的測定

通過分別測試高、中、低3種濃度的地表水、生活污水、工業(yè)廢水加標(biāo)樣的回收率(各平行測定3份水樣)，對實(shí)際樣品加標(biāo)回收率進(jìn)行了考察，結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)際水樣回收率

由表1可知，該方法的回收率較穩(wěn)定，適于實(shí)際樣品中甲基汞的測定。實(shí)際樣品的回收率不高，且基體越復(fù)雜，回收率的相對偏差越大，主要是由于基體中懸浮物和采樣、萃取容器對甲基汞有一定的吸附作用，基體中物質(zhì)對甲基汞萃取有干擾。

2.3 與其他方法的比較

目前水體中甲基汞的測定方法主要有表2中的5種方法。與氣相色譜法相比，HPLC-ICP/MS法和HPLC-AFS法是更適用于監(jiān)測甲基汞的分析方法。該方法與無富集過程的HPLC-ICP/MS［8-9］相比，檢出限低2個(gè)數(shù)量級，完全滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中甲基汞限值的要求;與 HPLC-AFS法［6-7］相比，進(jìn)樣量少，峰形好，檢出限更低，并具有更好的選擇性。

表2 水體中甲基汞分析方法比較

2.4 討論

無機(jī)汞(Hg2+和元素汞)的干擾會(huì)引起本方法的靈敏度降低，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:一是體系中無機(jī)汞濃度高，會(huì)引起基線噪聲的升高，致使甲基汞的檢出限大幅提高;二是由于Hg2+和甲基汞保留時(shí)間相差較小，Hg2+峰的拖尾現(xiàn)象會(huì)影響甲基汞的測定，如圖8所示。

元素汞的干擾主要是富集在管路中引起大的基線噪聲，通過沖洗管路可消除干擾，Hg2+主要存在于試劑和樣品中。該文研究了Hg2+濃度對甲基汞準(zhǔn)確定性、定量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，為保證其能滿足GB 3838—2002中甲基汞限值(1.0 ng/L)的要求，體系中Hg2+的質(zhì)量濃度不能大于0.05 μg/L，以保證有足夠低的基線噪聲;濃縮后的樣品甲基汞質(zhì)量濃度為0.1 μg/L時(shí)，質(zhì)量濃度大于1 μg/L的無機(jī)汞對甲基汞定量的準(zhǔn)確度有影響，約50 μg/L的無機(jī)汞的峰拖尾會(huì)覆蓋甲基汞的出峰，影響準(zhǔn)確定性。

圖8 Hg2+對甲基汞的影響

為了減少無機(jī)汞污染，可采取的措施:所用試劑和藥品需進(jìn)行空白值實(shí)驗(yàn)，防止無機(jī)汞含量過高引起基線噪聲過大;當(dāng)基線噪聲過高是由LC管路污染引起時(shí)，取下色譜柱，用高濃度的半胱氨酸和乙酸銨的水溶液沖洗;實(shí)驗(yàn)中所用的器皿需用10%HNO3浸泡24 h，以去除無機(jī)汞，不宜用硝酸浸泡的器皿可用半胱氨酸和乙酸銨溶液反復(fù)清洗后，用去離子水清洗。

3 結(jié)論

采用二氯甲烷萃取，半胱氨酸-乙酸銨溶液反萃取作為前處理方法，與液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法聯(lián)用，開發(fā)了一種靈敏測定水中甲基汞的方法。該方法具有檢出限低、準(zhǔn)確度高、回收率穩(wěn)定和干擾小的優(yōu)點(diǎn)。無機(jī)汞的污染是影響方法檢出限的重要因素，可通過采用高純試劑、半胱氨酸-乙酸銨溶液清洗管路和進(jìn)樣針以及硝酸溶液浸泡器皿等方法消除。

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