环境水样中二价汞、甲基汞、乙基汞与苯基汞检测方案(液相色谱仪)

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返回目录环 境 化 学ENVIRONMENTAL CHEMISTRY第30卷 第4期2011年 4月Vol. 30， No. 4April 2011 返回目录环 境 化 学89430卷 安捷伦 (Agilent)环境科学专栏 NOO 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定环境水样中的二价汞、甲基汞、乙基汞与苯基汞 陈玉红 米健秋 张 兰 (1.安捷伦科技中国有限公司，北京，100102；2.首都师范范学分析测试中心，北京，100048) 摘 要 采用醋酸铵/L-半胱氨酸缓冲盐及甲醇体系组成的流动相按一定比例进行梯度洗脱，建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICPMS)测定二价汞、甲基汞、乙基汞、苯基汞等4种汞形态的分析方法.考察了环境水样并以加标回收的方式研究了该方法对环境水样的适用性，不同添加水平下4种Hg形态的加标回收率多数在91.0%120%之间，方法准确、可靠. 关键词 HPLC-ICP/MS联用，环境水样，二价汞，甲基汞，乙基汞，苯基汞. 汞是一种剧毒的重金属元素，具有较强的挥发性.汞在空气中传输扩散，最后沉降到水和土壤中.汞及其化合物的毒性都很大，汞对生物的毒性既取决于浓度，也与化学形态及生物本身的特征密切相关，其有机化合物的毒性尤甚，其中烷基汞的毒性比芳基汞和无机汞都大.无机汞易通过生物甲基化作用生成毒性更强的烷基汞，累积在鱼、藻类及其它生物组织中，并通过食物链的富集作用进入人体，对环境和人类构成极大隐患11-21.因此，采用高灵敏度的分析方法测定环境样品和生物样品中痕量汞形态的含量极为必要. 近年来，高效液相色色-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP/MS)联用技术因其灵敏度与选择性高、接口简单、前处理过程简便且有利于保持待测样品原始形态不变等特点，在汞形态分析中已有报道3-91. 本文采用液相色谱作为分离手段，醋酸铵/L-半胱氨酸缓冲盐及甲醇体系作为淋洗液并进行梯度洗脱，ICP-MS作为检测器，二者联用实现了痕量二价汞、甲基汞、乙基汞、苯基汞的快速分离分析.方法准确、可靠、简便，适用于水样中汞形态分析的常规检测. 实验方法 1.1 仪器与试剂 Agilent 7700x ICP-MS. Agilent 1200 HPLC，配有自动进样器.醋酸铵(优级纯)；L-半胱氨酸(优级纯)；甲醇(色谱纯).二价汞(Hg*)、甲基汞(MeHg)、乙基汞(EtHg)、苯基汞(PhHg)标准溶液. 1.2 仪器的工作参数 色谱条件：Agilent Zorbax Plus C18 色谱柱，4.6 mmx150 mm， 5 pm；流动相：A相为10mmol·L醋酸铵/0.12%L-半胱氨酸，氨水调节 pH=7.5，经0.45 um滤膜过滤；B相为甲醇.流动相流速为1.0 mL·min；进样量5—100 pL.梯度洗脱. ICP-MS的工作参数：入射功率1550W；采样深度8.0 mm；玻璃同心雾化器；石英雾化室与炬管，雾室采用半导体控温于-5℃；Pt采样锥和截取锥；采样模式：Time program. 同位素： Hg22，积分时间0.5 s. 2结果与讨论 2.1 LC与 ICP-MS分析条件 分别对色谱柱、流动相缓冲盐种类、用量及 pH值、有机相比例等色谱条件进行了详细考察，系统研究了最优化条件下4种汞形态的分离性能，最终选择 Zorbax Eclipse Plus C18 色谱柱、醋酸铵/L-半胱氨酸体系下，采用梯度淋洗程序进行4种汞形态的分离.其中，2. 5 min 之前均采用92%醋酸铵/L-半胱氨酸溶液+8%甲醇以便实现二价汞、甲基汞、乙基汞的迅速分离，2.5 min 后将甲醇比例直接提高至45%以实现苯基汞的快速洗脱.由于梯度淋洗过程中进入等离子体中的基体发生变化，从而产生基体效应，导致流动相改变时 ICP-MS出现明显的灵敏度差异，因此采用与液相梯度淋洗程序相对应的 ICP-MS 时间分辨采集程序(表1)模式采集信号，对等离子体中不同的基体组成采用最匹配的 ICP-MS 仪器参 数，以保证梯度洗脱过程中各阶段汞的灵敏度均最佳(表1).具体的方法优化可参见文献[8].图1为所选色谱体系下，以7700x ICP-MS 作为检测器、进样量20 pL时，浓度约为5 ng'g 的4种汞形态的色谱分离图.各种汞的保留时间依次为Hg* 1.56 min，MeHg 2.30 min，EtHg 4. 40 min，PhHg 6. 51 min. 表1 电感耦合等离子体质谱的时间分辨采集程序 步骤 时间/s Tuning file 1 0 8%MeOH. U 2 307 45%MeOH. U 3 135 8% MeOH.U 总时间 477 图11200 LC-7700x ICP-MS 联用分析4种汞形态的色谱图 (汞浓度分别为(以Hg计)： Hg+5.009 ngg， MeHg 4.731 ng'g， EtHg 4.446 ng'g， PhHg 3.814 ng'g) 2.2校准曲线线性与检出限 将4种汞形态的标准贮备溶液稀释，以称重法配制成约20 ng'g的混合标准溶液，再将此混合溶液分别稀释成约0.5、2.0、5.0ng*g的混合溶液系列(浓度均以Hg计).按照选定的仪器工作条件且进样量为20 pL，依次测定4种混合标准溶液中的各种汞形态.根据色谱峰积分面积结果与浓度绘制校准曲线，详见表2与图2.结果表明，在给定浓度范围内汞的4种形态校准曲线均呈线性，线性回归方程相关系数在0.9998以上. 表2 各种汞形态标准溶液系列的浓度与积分面积(进样量：20 pL) Hg+ MeHg EtHg PhHg 浓度 /(ngg-) 积分面积 浓度 /(ng'g) 积分面积 浓度 /(ng'g ) 积分面积 浓度 /(ng'g) 积分面积 0.505 5637 0.477 9568 0.449 10622 0.385 4604 2.501 38694 2.363 52724 2.221 54222 1.905 23730 5.009 84345 4.731 104959 4.446 111863 3.814 48721 20.00 345470 18.80 395977 17.75 417700 15.23 206404 图3为进样量100 p.L时各种 Hg形态的浓度约在0.100 ng'g (浓度均以 Hg计)时的 LC-ICP/MS 谱图.由图3可知，所建立的方法灵敏度高，完全可以满足浓度为 ppt 级的汞的分析要求.在LC-ICP/MS 联机应用中，ICP-MS仅作为色谱的检测器，因此仪器检测限定义为信噪比(S/N)为3：1时所对应的浓度.在所选择的仪器条件下，计算得到二价汞、甲基汞、乙基汞与苯基汞的检出限(以Hg计)分别为11、3.5、8.79.4ng'g. 2.3 环境水样分析与加标回收实验 用0.22 u.m 微孔纤维滤膜对两个环境水样进行过滤，按照所建立的 HPLC-ICPMS分析方法进行汞形态的分析.结果显示，在上述两个样品中均未检测到汞. 在水样中分别添加0.10、0.50与5.0 ngg3个水平的混合汞标准溶液进行实验，计算加标回收率.具体数据见表3.由表3可知，除了加标量在0.10 ng'g 时二价汞的回收率分别达到130%与125%以外，两个水样中3个添加水平下的回收率都在91.0%一120%之间，说明本方法得到的数据是准确可靠的. 图2 1200 LC-7700x ICP-MS 各用测定各种汞形态的校准曲线 图3 浓度约为0.1 ng'g的4种汞形态LC-ICP/MS 谱图. (汞浓度(以汞计)：Hg0.100 ngg， MeHg 0.094 ng'g， EtHg 0.089 ng'g， PhHg 0.076 ng'g-) 表3 水样加标回收结果(加标量以Hg计) 汞形态 加标量/(ng'g) 水样1 水样2 加标测定值/(ng'g) 回收率/% 加标测定值/(ng'g) 回收率/% 二价汞 0.10 0.130 130 0.125 125 甲基汞 0.10 0.105 105 0.102 102 乙基汞 0.10 0.103 103 0.107 107 苯基汞 0.10 0.098 98.0 0.112 112 二价汞 0.50 0.602 120 0.557 111 甲基汞 0.50 0.543 109 0.521 104 乙基汞 0.50 0.490 98.0 0.476 95.2 苯基汞 0.50 0.455 91.0 0.482 96.4 二价汞 5.0 5.126 103 4.972 99.4 甲基汞 5.0 5.107 102 4.996 99.9 乙基汞 5.0 5.094 102 4.998 99.9 苯基汞 5.0 5.181 104 4.908 98.2 结论 本文将高灵敏度的 ICP-MS与液相色谱联用，建立了快速测定环境水样中4种汞形态的分析方法.将所建立的方法应用于环境水样中的汞形态分析，灵敏度高，4种汞形态的检出限在3.511 ng'g的范围内.以加标回收的方式研究了该方法对环境水样的适用性，加标回收多数在91.0%一120%之间，方法准确、可靠，为环境样品中的汞形态分析测定提供了有用的参考. ( 参 考 文 献 ) ( [ 1 ] 梁立娜，江桂斌.高 效 液相色谱及其联用技术在汞形态分析中的应用[J].分析科学学 报 ，2002，18(40)：338-343 ) ( [ 2 ] 王 征，游飞明，邱秀玉，等. 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