天然水體中痕量甲基汞采樣分析對試劑瓶的選擇

石驍冰, 王建力, 康世昌, 曲冬梅, 張強(qiáng)弓*

(1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.中國科學(xué)院青藏高原環(huán)境變化與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100101；3.冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅蘭州 730000)

Hg是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一[1]，其毒性主要取決于形態(tài)[2]。其中，甲基汞(Methylmercury)是毒性最強(qiáng)的汞化合物之一，它的毒性是無機(jī)汞的幾百倍[3]，并可通過生物累積效應(yīng)和放大效應(yīng)對食物鏈頂端生物尤其是人類構(gòu)成威脅，因而備受關(guān)注[4]。

自然環(huán)境中天然水體與人類健康密切相關(guān)。天然水體中甲基汞的含量一般為0.02～0.1 ng/L[5]。痕量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性比常量分析更容易受到各種因素的影響[6,7],如試劑瓶材質(zhì)、pH、溫度以及樣品自身甲基汞的含量等[8]。因此，選用合適材質(zhì)的試劑瓶采集和儲存樣品以保證不受試劑瓶空白的影響十分重要。當(dāng)目標(biāo)分析物為Hg時，美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)推薦使用材質(zhì)為含氟聚合物或玻璃的試劑瓶[9]。為了剔除試劑瓶的瀝出或吸附等作用對空白的影響，一般需在使用前對其進(jìn)行酸溶液浸泡、水浴、超純水反復(fù)清洗和烘干等復(fù)雜程序[10]。Gwendy等[11]指出從綜合時間和經(jīng)濟(jì)成本考慮，價格低廉的高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)試劑瓶可經(jīng)超純水簡單清洗后，直接用于水體溶解態(tài)Hg的采樣和保存。近年來，多項研究表明，一些實(shí)驗室級試劑瓶可不經(jīng)清洗直接用于總Hg水體樣品的采集和保存，并在很多水體Hg含量背景區(qū)域成功應(yīng)用[12,13]，大大提升了采樣分析效率。目前甲基汞水體采樣分析中普遍使用的是硼硅玻璃和聚四氟乙烯(PTFE)試劑瓶[3,14]。硼硅玻璃試劑瓶在運(yùn)輸和保存中易破碎，聚四氟乙烯(PTFE)試劑瓶適合樣品的長期保存且結(jié)實(shí)耐用，但價格昂貴。本文擬通過對比測試探討不同材質(zhì)試劑瓶空白對天然水體痕量甲基汞采樣和存儲的適用性。

1 實(shí)驗部分

1.1 實(shí)驗試劑及儀器

甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液(中國，阿拉丁)；HCl(優(yōu)級純，中國北化)；冰HAc(色譜純，韓國DUKSAN)；NaAc(99%，中國J & K)；四乙基硼酸鈉(98%，中國J & K)；氬氣(99.999%，中國氦普北分)；KOH(美國J.T.Baker)。以冰HAc和NaAc配制緩沖溶液，以飽和KOH溶液溶解四乙基硼酸鈉。

Tekran 2700全自動甲基汞分析儀(美國，Tekran)。

1.2 試劑瓶選擇

水體野外采樣與貯存環(huán)境復(fù)雜多變，且可能需長距離運(yùn)輸存儲，因此須考慮樣品瓶材質(zhì)是否結(jié)實(shí)耐磕碰、是否密閉不易受外部環(huán)境污染以及是否便于攜帶和運(yùn)輸?shù)取Ｔ噭┢康慕?jīng)濟(jì)適用性也是實(shí)際研究中需要考慮的問題。綜上，我們選擇了表1所列的幾種材質(zhì)的試劑瓶進(jìn)行測試分析。

表1 本研究選用的試劑瓶材質(zhì)與品牌

1.3 實(shí)驗設(shè)計

將各種材質(zhì)試劑瓶分為已清洗與未清洗兩組，每組三個。未清洗組不經(jīng)沖洗，已清洗組的所有試劑瓶均用超純水(18.2 MΩ·cm)沖洗三遍，在兩組瓶中分別裝滿超純水浸泡。由于樣品在運(yùn)輸儲存中條件復(fù)雜多變，可能倒置或平置等，因此設(shè)計對照實(shí)驗檢測瓶蓋對樣品保存的影響。選擇BD、Corning和蜀牛三種試劑瓶進(jìn)行平置與倒置三種方式存儲測試。所有實(shí)驗試劑瓶均避光置于4 ℃冰箱冷藏保存以避免光照等可能引起的甲基汞含量變化。

1.4 實(shí)驗方法

用含有0.3%(V/V)冰HAc和0.2%HCl的溶液將1 mg/L的甲基汞標(biāo)液逐級稀釋至10 μg/L，500 ng/L，最終至10 ng/L。用移液器分別吸取10 ng/L和500 ng/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液60、150、300和30、60 μL至40 mL硼硅酸玻璃試劑瓶，配制0.02、0.05、0.1、0.5和1.0 ng/L的5個濃度做標(biāo)準(zhǔn)曲線。所得峰面積與甲基汞含量的回歸方程為：y=4293x-7.398(空白為0.001 ng/L，R2=0.999)。通過連續(xù)測定10次空白求得標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)差除以斜率計算出檢出限為0.002 ng/L，10倍標(biāo)準(zhǔn)差除以斜率作為定量限。

將超純水以及所有按照設(shè)定時間浸泡好的試劑瓶中的水體分別倒入上機(jī)測試瓶中，加入225 μL緩沖溶液和30 μL乙基化試劑，配成上機(jī)空白和樣品[15]。所有空白、標(biāo)樣和樣品首尾倒置搖動至少6次，放置半小時后上機(jī)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 浸泡5 h和5 d后上機(jī)測試結(jié)果

5 h浸泡測試結(jié)果表明(圖1)，不論清洗與否，除玻璃瓶外，各種材質(zhì)試劑瓶測試結(jié)果均在檢測限附近且未超過定量限。表明各類試劑瓶的空白均很低，不同材質(zhì)試劑瓶的測試差異可能反映了儀器本身的系統(tǒng)誤差。玻璃瓶空白不僅超過了檢測限，甚至超過了定量限。就每種材質(zhì)不同組別對比而言，總體上清洗組比未清洗組的甲基汞含量低，但是并不顯著(均值檢驗，P>0.2)，可以忽略二者間差別。

經(jīng)5 d浸泡后(圖1)，除LDPE兩組均超過定量限外，其他各組的試劑瓶雖然較5 h浸泡組(圖2)有所增加，但均在檢測限附近。綜合比較浸泡5 h和5 d的數(shù)據(jù)，Corning的PP試劑瓶在延長浸泡時間后，其甲基汞空白依舊很穩(wěn)定；LDPE組空白則明顯增加，清洗組與未清洗組結(jié)果差別顯著(P=0.01)，且超過定量限。LDPE材質(zhì)由于氣體滲透率高，長時間浸泡放置后，可能會受到外界環(huán)境中氣體滲透進(jìn)而對空白造成影響。

圖1 浸泡5 h和5 d后不同材質(zhì)試劑瓶空白峰面積及濃度對比

2.2 倒置與平置浸泡5 h和5 d的結(jié)果及比較

經(jīng)倒置和平置浸泡5 h后表明，各種材質(zhì)試劑瓶空白均很低，在檢測限附近(圖2)。其中玻璃材質(zhì)試劑瓶空白較差，接近0.01 ng/L，超過了定量限。經(jīng)過5 d浸泡(圖2)，所有材質(zhì)試劑瓶的空白結(jié)果均低于定量限。其中BD變化較平穩(wěn)，Corning有上升趨勢，但仍在檢測限附近。玻璃瓶則出現(xiàn)些微下降。觀察表明儲存在玻璃瓶里的水有明顯減少，可能因其瓶蓋螺紋密封不嚴(yán)。因此，蜀牛玻璃瓶不適用于樣品儲存。而其他材質(zhì)的試劑瓶瓶蓋對于樣品并無可識別影響。

圖2 平置與倒置三種材質(zhì)試劑瓶浸泡5 h和5 d后的峰面積及濃度對比

3 結(jié)論

實(shí)驗結(jié)果表明PC、PFA以及PP材質(zhì)試劑瓶空白在清洗和未清洗條件下均在檢測限附近，增加浸泡時間后未檢出空白顯著變化，其中Corning PP試劑管空白在不同條件測試中較BD穩(wěn)定性好。通過對試劑瓶不同放置方式的空白條件測試，表明多數(shù)受測試劑瓶瓶蓋等對于空白的影響基本可以忽略。綜合分析認(rèn)為，Corning PP材質(zhì)離心管在各種空白條件測試中表現(xiàn)較好，其質(zhì)輕便攜，密閉性好適于長距離運(yùn)輸和長時間保存，且價格較低廉可用于一次性采樣分析，且可不清洗直接使用。