微波消解-原子熒光法測(cè)定螞蟻中的總汞

桑語(yǔ)，羅怡(西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637002)

0 引言

作為最具毒性的重金屬之一，汞(mercury, Hg) 以多種形態(tài)廣泛存在于自然界中，往往威脅著野生動(dòng)物、人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境安全[1]。經(jīng)自然源或人為源排放，汞進(jìn)入水、土壤或空氣中，能夠在生物體內(nèi)富集，并通過(guò)食物鏈向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物傳遞[2]，進(jìn)而導(dǎo)致廣泛的暴露風(fēng)險(xiǎn)[3]。人類(lèi)處于食物鏈的頂端，受到的危害是極大的。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汞的使用范圍也在不斷擴(kuò)大，隨之帶來(lái)的汞污染增加了生態(tài)環(huán)境中的重金屬污染負(fù)荷。

在陸生生態(tài)系統(tǒng)中，螞蟻(蟻科formicidae)往往能占到其生物總量的15%～20%，并在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著捕食者、被捕食者和互利者等多種角色[4-5]。螞蟻在日?；顒?dòng)中，很容易接觸環(huán)境中的有害重金屬并富集在體內(nèi)[6]。相較于其他類(lèi)的昆蟲(chóng)，螞蟻活動(dòng)范圍和強(qiáng)度較小，且對(duì)環(huán)境變化高度敏感，能有效反映其生活環(huán)境中的重金屬狀況[3]。此外，螞蟻分布廣、種類(lèi)多、種群數(shù)量大、易于采集[7]，可以作為其生活環(huán)境的污染狀況的理想指示生物。微波消解法處理樣品具有方便快捷、消解能力強(qiáng)、樣品及試劑用量少等特點(diǎn)。原子熒光法譜線(xiàn)簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢出限低。目前，已有較多研究采用微波消解-原子熒光法測(cè)定汞等重金屬元素。然而，關(guān)于螞蟻體內(nèi)總汞含量的微波消解-原子熒光法未見(jiàn)報(bào)道，本文以螞蟻?zhàn)鳛檠芯繉?duì)象，通過(guò)建立微波消解-原子熒光法測(cè)定螞蟻體內(nèi)總汞含量，為螞蟻指示環(huán)境變化提供新的思考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

AFS-921 型原子熒光光度計(jì)，北京吉天儀器有限公司；微波消解儀，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

1.1.2 試劑

載流：量取50 mL 硝酸(GR)，緩慢加入到超純水中，定容至1 000 mL，混勻。

還原劑：稱(chēng)取0.05 g 硼氫化鈉溶于500 mL0.5%氫氧化鉀溶液中，混勻。

汞標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心.

汞標(biāo)準(zhǔn)使用液(1 μg/L)：由汞標(biāo)準(zhǔn)溶液用5%硝酸溶液逐級(jí)稀釋得到。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水，配制溶液的試劑均為優(yōu)級(jí)純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集

采用陷阱法[8]采集螞蟻樣本。在四川省南充市的城市園林生境中設(shè)置了若干樣方，陷阱設(shè)置在樣方中的平坦區(qū)域，將塑料杯埋入地下，杯唇與地面齊平，杯內(nèi)倒入丙二醇，以殺死螞蟻并能在短時(shí)間內(nèi)保存螞蟻。螞蟻樣本采集持續(xù)時(shí)間為48 h。采集的螞蟻樣本保存在75%的酒精中。

1.2.2 樣品清洗干燥

螞蟻經(jīng)過(guò)物種鑒定后，用超純水離心洗滌，去除螞蟻表面的雜質(zhì)及塵土，用無(wú)塵紙吸干表面水分。將同種螞蟻裝在離心管中，置于鼓風(fēng)干燥箱，以50 ℃烘48 h[9]。

1.2.3 樣品消解

本次實(shí)驗(yàn)選擇了在四川省南充市城市園林中采集到的日本弓背蟻(camponotus japonicus)樣品。稱(chēng)取干燥的螞蟻樣品0.05 g 于消解罐中，加入8 mL 硝酸(GR)，輕搖混勻，加蓋，靜置過(guò)夜，按表1 的程序進(jìn)行消解[10]。待消解罐冷卻至室溫后取出，緩慢打開(kāi)罐蓋，防止泄壓導(dǎo)致樣品噴濺而損耗。用少量的超純水沖洗罐蓋上殘留的液滴。將消解罐置于電熱消解儀中80 ℃加熱，趕去棕色氣體。取出消解罐，將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL 的容量瓶中，用少量超純水洗滌罐壁，并將洗滌液合并于容量瓶中，用超純水定容至刻度，充分混勻后靜置，用0.45 μm 濾膜過(guò)濾，待用[10]。

1.3 儀器工作參數(shù)

開(kāi)機(jī)，按表2 條件設(shè)置好儀器參數(shù)，將儀器與元素?zé)纛A(yù)熱1 h，按照AFS-921 原子熒光光度計(jì)程序測(cè)定相應(yīng)熒光值。

表1 微波消解程序

表2 儀器工作參數(shù)

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制及樣品測(cè)定

汞燈預(yù)熱結(jié)束后，將汞標(biāo)準(zhǔn)使用液、樣品空白、樣品溶液在1.3 條件下測(cè)定。設(shè)置儀器自動(dòng)稀釋1 μg/L 的汞標(biāo)準(zhǔn)使用液，配制曲線(xiàn)濃度梯度為0.1、0.2、0.4、0.8、1.0 μg/L。標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)由儀器軟件計(jì)算得到。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器測(cè)定條件

2.1.1 燈電流和負(fù)高壓

燈電流和負(fù)高壓影響儀器檢測(cè)的靈敏度和噪聲[11]。適當(dāng)?shù)脑龃鬅綦娏骱拓?fù)高壓可以提高儀器靈敏度，同時(shí)，噪聲也會(huì)增大。為保證儀器檢測(cè)的靈敏度和適宜信噪比，設(shè)定負(fù)高壓為270 V，燈電流為30 mA。

2.1.2 載氣流量與屏蔽氣流量

載氣流量與屏蔽氣流量影響氫氬焰及熒光信號(hào)的穩(wěn)定性。載氣流量過(guò)大時(shí)會(huì)稀釋原子蒸氣，過(guò)小時(shí)氫氬焰不穩(wěn)定，導(dǎo)致熒光信號(hào)降低或沒(méi)有信號(hào)；屏蔽氣可以在氫氬焰外圍阻隔空氣，維持氫氬焰穩(wěn)定，保證熒光信號(hào)的穩(wěn)定[12]。選擇載氣流量為600 mL/min，屏蔽氣流量為900 mL/min，儀器檢測(cè)信號(hào)穩(wěn)定，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。

2.1.3 原子化器高度

原子化器高度(爐高)影響熒光信號(hào)，儀器靈敏度隨著原子化器高度的增加而減少，但是原子化器高度過(guò)低，會(huì)出現(xiàn)氣相干擾，增大空白熒光強(qiáng)度，為獲得適宜的原子熒光強(qiáng)度且保證達(dá)到最佳信噪比，實(shí)驗(yàn)選擇原子化器高度為8 mm[13]。

2.1.4 還原劑濃度

還原劑由氫氧化鉀跟硼氫化鈉配制而成，一定濃度的氫氧化鉀保證了還原劑溶液的穩(wěn)定性。硼氫化鈉的濃度與氫化物發(fā)生進(jìn)樣的效率密切相關(guān)，適當(dāng)濃度的硼氫化鈉既可以避免反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)量的氫，又能保證氣態(tài)物的形成，提高靈敏度[14]?；谝陨显?，實(shí)驗(yàn)選擇了0.5%氫氧化鉀+0.01%硼氫化鈉作為還原劑。

2.1.5 載流的選擇

酸度較低時(shí)，可能使溶液中某些共存的金屬離子產(chǎn)生干擾[15]；酸度較高時(shí)，硼氫化鈉大量分解，產(chǎn)生的氫氣會(huì)稀釋汞原子蒸氣的濃度，使熒光信號(hào)變小，信噪比降低。5%的硝酸溶液作為載流，能得到較好的信號(hào)值及信噪比。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

通過(guò)檢測(cè)汞標(biāo)準(zhǔn)使用液，在0.1～1.0 μg/L 范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程為：I=909.743 4×C+2.144 0，相關(guān)系數(shù)R2≥0.999，測(cè)定數(shù)值如表3 所示。

2.3 檢出限

檢出限的測(cè)定參考甘杰等[16]的方法，在設(shè)置好的儀器條件(1.3)下，平行測(cè)定11 次試劑空白溶液，以3 倍試劑空白熒光值的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限，得到檢出限為0.012 9 μg/L。

2.4 準(zhǔn)確度與精密度

采用微波消解-原子熒光法，測(cè)定大蝦成分有證標(biāo)準(zhǔn)樣品(GBW 10050(GSB-28)，根據(jù)所得的測(cè)定結(jié)果計(jì)算方法的準(zhǔn)確度，同時(shí)設(shè)置兩個(gè)全程序空白，所有樣品及空白溶液均平行測(cè)定6 次(n=6)。大蝦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中汞含量理論值為49±8 μg/kg，儀器檢測(cè)值為46.927～50.280 μg/kg，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符，方法回收率在80%～120%范圍內(nèi)，RSD≤5.28%。該方法穩(wěn)定可靠。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)熒光值

3 注意事項(xiàng)

(1)由于汞的靈敏度比較高，應(yīng)注意來(lái)自各方面的污染特別是器皿污染，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用到的玻璃器皿、容量瓶等均先用自來(lái)水清洗干凈，在1∶1 硝酸溶液中浸泡過(guò)夜，經(jīng)超純水清洗以后再用。

(2)聚四氟乙烯消解罐應(yīng)避免用硬質(zhì)毛刷清洗，以避免刷子的劃痕使樣品殘留在罐壁，應(yīng)在1∶1 硝酸溶液中浸泡過(guò)夜，采用去離子水清洗后烘干，加入8 mL 硝酸進(jìn)行空白消解，待冷卻后再次用超純水清洗后烘干，以減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的污染。

(3)載流、還原劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液均是現(xiàn)用現(xiàn)配。

(4)汞燈預(yù)熱時(shí)間約需1 h 左右，以降低由于燈漂移產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

(5)螞蟻樣品在采集后需先清洗掉表面的塵土，然后保存于75%的酒精中，-20 ℃保存至鑒定物種。鑒定物種后的螞蟻經(jīng)過(guò)超純水離心洗滌，50 ℃烘干，常溫干燥條件下保存。

4 結(jié)語(yǔ)

螞蟻是獨(dú)特的社會(huì)性昆蟲(chóng)，不同物種之間存在不同的生存策略及棲息地要求，對(duì)重金屬污染物的敏感性及響應(yīng)可能也存在差異。螞蟻營(yíng)巢居生活，其棲息地具有長(zhǎng)期性，種群結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，樣本量大，易于采集，且采樣調(diào)查不會(huì)對(duì)整個(gè)螞蟻群落造成不可恢復(fù)性的破壞。本文建立了微波消解-原子熒光法測(cè)定螞蟻中的總汞，該方法靈敏，準(zhǔn)確且穩(wěn)定，所用試劑及樣品量少，適用于螞蟻中的總汞濃度的檢測(cè)分析。應(yīng)用于實(shí)際樣品測(cè)定時(shí)，能夠準(zhǔn)確、快速測(cè)定螞蟻體內(nèi)總汞含量，進(jìn)而從不同層面(物種和群落層面)探討螞蟻體內(nèi)的汞富集機(jī)制。