極 地 沉 積 物 中 甲 基 汞 的 測(cè) 定

劉海玲， 陳 皓， 肖乾芬， 李明利

(同濟(jì)大學(xué) 污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200092)

·實(shí)驗(yàn)技術(shù)·

極地沉積物中甲基汞的測(cè)定

劉海玲， 陳 皓， 肖乾芬， 李明利

(同濟(jì)大學(xué) 污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200092)

建立了一種能對(duì)南極和北極沉積物樣品中痕量甲基汞準(zhǔn)確測(cè)定的技術(shù)和方法。該方法采用高濃度硝酸溶液提取，二氯甲烷萃取，水相反萃取，乙基化后用氣相色譜-冷原子熒光光譜法(GC-CVAFS)進(jìn)行測(cè)定，方法回收率在75%～110% ，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤11.5%，檢出限為250 ng/g，重現(xiàn)性好，選擇性和靈敏度高,結(jié)果穩(wěn)定,操作容易控制。

南極沉積物； 北極沉積物； 甲基汞； 萃取； 氣相色譜； 冷原子熒光光譜

0 引 言

由于汞在環(huán)境介質(zhì)中的持久性、易遷移性和高度生物富集性,被聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物,是除了溫室氣體外唯一一種對(duì)全球范圍產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)[1-2],甚至在人跡稀少的北極和南極也受到汞污染的威脅。文獻(xiàn)報(bào)道，北極沉積物樣品中汞含量是自然背景值的3倍[3]。甲基汞是最主要的有機(jī)汞形態(tài)，由無(wú)機(jī)汞通過(guò)生物和非生物的甲基化作用轉(zhuǎn)化而來(lái)[4-5]，具有親脂性、生物積累和生物放大效應(yīng)，是毒性最強(qiáng)的汞化合物之一，已引起高度重視[6-7]。南極和北極沉積物中甲基汞的含量很低，準(zhǔn)確測(cè)定其含量成為難題，尚沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)定方法。本文對(duì)目前比較成熟的甲基汞測(cè)定方法[8-14]進(jìn)行了逐一的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)樣品前處理是影響結(jié)果的重要因素，在反復(fù)篩選和優(yōu)化之后，提出以高濃度硝酸溶液為提取劑，經(jīng)二氯甲烷(CH2Cl2)萃取，水相反萃取，乙基化后用氣相色譜分離，冷原子熒光法進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了極地沉積物中超痕量甲基汞的準(zhǔn)確測(cè)定，方法改進(jìn)了文獻(xiàn)[8]中的提取劑濃度和提取裝置，采用了先進(jìn)的汞形態(tài)分析儀，可以得到穩(wěn)定的測(cè)定結(jié)果，在大批量極地沉積物的測(cè)定中得到較好結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

MERX-M甲基汞分析儀(Brooks Rand Ltd,美國(guó))；棕色玻璃反應(yīng)瓶：在馬弗爐內(nèi)450 ℃下灼燒10 min，以去除汞的殘留。1 mol/L CuSO4溶液；HNO3(優(yōu)級(jí)純)；CH2Cl2(分析純)；超純水(18.2 MΩ·cm)；2 mol/L冰醋酸-醋酸鈉緩沖溶液；1%(m/V)四乙基硼酸鈉(NaBEt4)；氯化甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液：CH3H+g1 mg/L(Brooks Rand Ltd,美國(guó))；甲基汞標(biāo)準(zhǔn)樣品(歐盟標(biāo)準(zhǔn)沉積物ERM-CC580, 含CH3Hg+75 μg/kg)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1樣品處理和測(cè)試

稱(chēng)取1～2 g極地沉積物(標(biāo)樣稱(chēng)0.1 g)于50 mL離心管中，緩慢加入5～10 mL一定濃度的硝酸，搖勻后加入1～2 mL 1 mol/L的CuSO4，混勻，加入8～10 mL CH2Cl2(必要時(shí)需準(zhǔn)確稱(chēng)重)，蓋緊瓶蓋，于振蕩器上振蕩萃取30 min(振蕩頻率800 r/min)。取下后放入離心機(jī)內(nèi)以3 000 r/min離心30 min，棄去上層水相，用移液搶準(zhǔn)確移取4～5 mL CH2Cl2相，放進(jìn)另一事先加有30 mL超純水的50 mL離心管內(nèi)，補(bǔ)加水至約40 mL。將離心管放入水浴鍋內(nèi)進(jìn)行反萃取，為防止爆沸，將干凈玻璃棒(珠)插進(jìn)各個(gè)離心管內(nèi)，在45 ℃水浴中加熱至CH2Cl2肉眼不可見(jiàn)，然后將水浴溫度升到75 ℃，并通入高純氮?dú)?N2流量以不讓離心管內(nèi)溶液濺出為宜)3～5 min以趕盡殘余的CH2Cl2，取出冷卻，用超純水定容至40 mL，全部轉(zhuǎn)入棕色玻璃反應(yīng)瓶?jī)?nèi)(標(biāo)樣吸取500 μL)，加水至瓶滿，加入300 μL醋酸緩沖溶液和50～100 μL乙基化試劑，立即蓋緊瓶蓋。將反應(yīng)瓶顛倒放置約15 min后在MERX-M甲基汞測(cè)試系統(tǒng)中按設(shè)置好的儀器條件進(jìn)行測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量。

1.2.2甲基汞標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

分別準(zhǔn)確移取甲基汞(CH3Hg+)標(biāo)準(zhǔn)溶液0、5.0、10.0、15.0、20.0、50.0、100.0 pg于事先盛有40 mL超純水的玻璃反應(yīng)瓶?jī)?nèi)，加水至瓶滿，加入300 μL醋酸緩沖溶液和50 μL乙基化試劑并立即蓋緊瓶蓋，其余按上述方法操作，于MERX-M甲基汞測(cè)試系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，儀器自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程為：

Y= 159.4 + 632.6X，R2= 0.999 7

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1影響前處理的主要因素

南極和北極沉積物中甲基汞的含量很低，因此樣品的前處理成為準(zhǔn)確測(cè)定甲基汞的重要一步。根據(jù)回收率和靈敏度，結(jié)合樣品基質(zhì)，我們首先選用比較成熟的文獻(xiàn)[8]中方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用甲基汞標(biāo)準(zhǔn)沉積物樣品作為質(zhì)控樣品，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行操作。結(jié)果表明，多次重復(fù)處理和測(cè)定ERM-CC580標(biāo)準(zhǔn)品中甲基汞的回收率在50%～70%，反映出基質(zhì)對(duì)甲基汞測(cè)定的影響較大。為此，利用正交設(shè)計(jì)對(duì)前處理過(guò)程中的每一步進(jìn)行了考察，以找出甲基汞損失的原因。以CuSO4-HNO3溶液的提取時(shí)間、CH2Cl2萃取時(shí)間、水相反萃取溫度、N2吹溫度、N2吹時(shí)間為因素，用L3(4) 設(shè)計(jì)正交表，實(shí)驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 因素和水平表

表2 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及測(cè)試結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)超聲提取的回收率明顯低于振蕩提??；在振蕩提取方式中，由極差R可知，C因素即N2吹溫度對(duì)回收率的影響最大;D因素即N2吹時(shí)間的影響較小，四因素的影響次序?yàn)镃ABD，即N2吹溫度>振蕩提取萃取時(shí)間>水浴反萃取溫度>N2吹時(shí)間。由k值確定出的最優(yōu)組合為 A2B2C3D1，即最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件為振蕩提取萃取時(shí)間60 min、水浴反萃取溫度45 ℃、N2吹溫度80 ℃、N2吹時(shí)間3 min。此條件下3次重復(fù)測(cè)定ERM-CC580標(biāo)準(zhǔn)品中甲基汞的回收率分別為62%、58%和64%。

2.1.2提高回收率的實(shí)驗(yàn)探討

在正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件下，標(biāo)準(zhǔn)品中甲基汞的回收率不是太高，為此，對(duì)前處理實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)又進(jìn)行了逐一考查。最后發(fā)現(xiàn)，甲基汞的提取是至關(guān)重要的一步，采用的提取方法(提取溶劑及其濃度)必須保證不同基質(zhì)樣品中以不同形式結(jié)合的甲基汞都能被定量提取出來(lái)，否則測(cè)定結(jié)果偏低。于是，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)提取劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。改變提取時(shí)硝酸的濃度和體積，其余按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行操作，對(duì)ERM-CC580標(biāo)準(zhǔn)品和極地樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 硝酸濃度和體積對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

1) 所有實(shí)驗(yàn)使用1.5 mL 2 mol/L CuSO4； 2) 4次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值

由表3可知，硝酸濃度由原來(lái)的25%逐漸提高到40%后，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ERM-CC580中甲基汞的回收率明顯上升，且重現(xiàn)性增強(qiáng)，極地樣品中甲基汞的測(cè)定結(jié)果也有所提高，結(jié)果的波動(dòng)性變小。加入硝酸的體積在7.5～12.0 mL內(nèi)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大。實(shí)驗(yàn)選用10 mL 27%～30%的HNO3進(jìn)行提取。

2.2 樣品測(cè)定

稱(chēng)取北極和南極沉積物樣品2.0 g，緩慢加入10 mL 27%～30%的HNO3溶液，2 mL 2 mol/L CuSO4溶液，10 mL二氯甲烷，其余按試驗(yàn)方法進(jìn)行操作和測(cè)試，選列出12個(gè)樣品的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。將一個(gè)北極沉積物樣品在800 ℃馬弗爐內(nèi)灼燒40 min,讓汞全部揮發(fā)干凈，制備甲基汞空白樣品，稱(chēng)此空白樣品2.0 g 10份，按樣品測(cè)試方法進(jìn)行平行測(cè)定，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差S，按3S法計(jì)算方法的檢出限為250 ng/g。

表4 極地樣品中甲基汞的分析結(jié)果

*：4～6次測(cè)定的平均值

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得到沉積物中超痕量甲基汞測(cè)定的最佳前處理?xiàng)l件，結(jié)合美國(guó)Brooks Rand公司MERX-M甲基汞分析儀，實(shí)現(xiàn)了大批量極地沉積物樣品的測(cè)試，結(jié)果符合分析要求。本方法選擇性好，靈敏度高，精密度好，結(jié)果穩(wěn)定，相比其他方法，前處理過(guò)程簡(jiǎn)便易行，容易控制。

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DeterminationofMethylMercuryinArcticandAntarcticSedimentSamples

LIUHailing,CHENHao,XIAOQianfen,LIMingli

(State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, Tongji University, Shanghai 200092, China)

With MERX-M(Brooks Rand Ltd., USA)methyl mercury analyzer, a selective and sensitive method for the determination of methyl mercury in Arctic and Antarctic sediments was established. The method istoextract with CH2Cl2after HNO3for leaching, then extract with aqueous phase ethylation, pre-collect on a Tenax, at last detect byisothermal gas chromatography and cold vapour atomic fluorescence. The detection limit of methyl mercury is 250 ng/g, the relative standard deviation is less than 11.5% , and the recovery is 75%-110%.

arctic sediments; antarctic sediments; methyl mercury; extraction; aqueous phase ethylation; cold vapour atomic fluorescence

O 657.63

A

1006-7167(2017)11-0004-03

2017-03-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21377097); 同濟(jì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處第九期精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(000002070904)；同濟(jì)大學(xué)第11期實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目(JS20160322)

劉海玲(1963-),女,陜西洋縣人，碩士，研究員，主要從事環(huán)境分析化學(xué)研究。

Tel.:021-65982684-8006;E-mail:hll@#edu.cn