微波萃取高效液相色谱-冷原子荧光光谱法测定沉积物中甲基汞和无机汞
冷庚1 王俊伟2 万旭2 钱蜀2 但德忠*1
1
(四川大学建筑与环境学院,成都610065) 2
(
四川省环境监测中心站,成都610041)摘 要 建立了微波萃取高效液相色谱-冷原子荧光光谱法(MAE -HPLC -
CVAFS )测定沉积物中甲基汞(MeHg +)和无机汞(Hg 2+)的方法㊂以0.1%(V /V )2-巯基乙醇为萃取剂,用于沉积物样品中汞形态的萃取,在80ħ下萃取8min ,萃取液直接注入HPLC -CVAFS 系统分析㊂在优化条件下,MeHg +和Hg 2+的检出限分别为0.58和0.48ng/g ;加标回收率分别为96.2%和95.8%;RSD (n =6)分别为5.7%和4.1%㊂对标准参考物质(IAEA -405和ERM -CC580)的分析结果与推荐值一致㊂本方法简单㊁快速㊁准确㊁检出限低,抗干扰能力强,具有很好的实用性和推广价值㊂
关键词 汞;形态分析;微波辅助萃取;高效液相色谱;冷原子荧光光谱
2011-06-23收稿;2011-09-20接受本文系国家环境保护部基金(No.1030),四川省环境保护厅基金(No.08H11)资助项目
*E -
mail :dandezhong@sina.com 1 引 言
汞的毒性㊁生物可利用性㊁迁移性和再迁移性与其化学形态密切相关[1~3],因此对痕量汞化学形态信
息的快速㊁准确获取已成为研究的重点与热点㊂水系沉积物中,汞可在微生物作用下实现汞形态的转化,沉积物是汞污染物的最终受体,是极好的环境污染程度指示剂㊂因此,对沉积物中痕量汞形态的准确测定具有重大意义㊂
联用技术是目前汞形态分析最常用的技术[4~10],其中,高效液相色谱-冷原子荧光光谱法(HPLC -
CVAFS )以其具有接口简单㊁价格低㊁灵敏度高㊁线性范围宽㊁检出限低㊁抗干扰能力强等优点,成为汞形态分析的首选技术㊂将此技术应用于沉积物中痕量汞的形态分析,关键是避免痕量汞在提取过程中可能产生的损失以及解决好沉积物复杂基体的干扰㊂本实验将2-巯基乙醇(2-ME )络合剂用于沉积物样品中汞形态的微波辅助萃取,并结合高效液相色谱分离技术,利用冷原子荧光光谱法测定萃取液,很好解决了水系沉积物中痕量无机汞(Hg 2+)和甲基汞(MeHg +)测定的干扰问题㊂本方法摒弃了有毒的有机溶剂,萃取过程简单快速,灵敏度高,准确度好,抗干扰能力强,具有很好的实用性㊂
2 实验部分
2.1 仪器装置
Discovery S 聚焦微波萃取仪(美国CEM 公司);LC -20AT 高效液相色谱泵(日本岛津公司);7725i 进样阀及500m L 样品环(美国Rheodyne 公司);Venusil MP -C 18反向液相色谱柱(150mm ˑ4.6mm,5m m,美国Agela 公司);AFS -9130原子荧光光谱仪(北京吉天仪器公司)㊂HPLC -
CVAFS 系统工作条件见表1㊂2.2 试剂和标准溶液
2-巯基乙醇(纯度ȡ98%,中国碧云天公司);乙腈㊁乙酸铵㊁乙酸㊁正丁醇(色谱纯,美国Tedia 公司);KBH 4,K 2S 2O 8(分析纯,成都科龙化工试剂厂);HCl,NaOH (优级纯,成都科龙化工试剂厂);10mg/L Hg 2+标准溶液(德国Merck 公司);10mg/L MeHg +标准溶液:由德国Dr.Ehrenstorfer 氯化甲基汞溶于甲醇制得㊂实验用水为超纯水(美国Millipore 公司Integral 3超纯水制备系统)
㊂所用玻璃器皿与消解罐应先用硫粉掸其表面,除去可能存在的挥发性Hg ,用自来水冲洗,再于50%HNO 3中浸泡至少24h ,使用前用超纯水冲洗㊂
第40卷2012年2月
分析化学(FENXI HUAXUE ) 研究报告Chinese Journal of Analytical Chemistry
第2期191~195
表1 高效液相色谱-冷原子荧光系统工作条件Table 1 Working conditions for HPLC -cold vapor generation atomic fluorescence spectrometric (CVAFS )system 高效液相色谱HPLC
冷蒸汽发生原子荧光CVAFS
流动相Mobile phase
3%(V /V )乙腈(
Acetonitrile ),60mmol/L 乙酸铵-乙酸(Ammonium acetate -acetic acid,pH 4.5),0.1%(V /V )2-巯基乙醇(2-Mercaptoethanol )空心阴极灯灯电流
Hollow -cathode lamp current 35mA 载气Carrier gas Ar,500mL/min
氧化剂Oxidant 2%(m /V )KBH 4in 0.5%
NaOH,2.2mL/min
流动相流速
Flow rate of mobile phase 2.0mL/min 还原剂Reductant 2%(m /V )K 2S 2O 8in 0.5%
NaOH,2.2mL/min
进样量Sample injection 500m L
载流Carrier
7%(V /V )HCl,4.0mL/min
2.3 样品及标准物质
沉积物样品于2010年12月采自沱江四川省泸州市江阳段㊂样品采集后经冻干㊁研磨㊁除杂㊁过筛后,粒径ɤ63m m 的被保留㊂为了防止汞形态之间的相互转化,通常以Hg 2+的甲基化为主,样品保存在棕色玻璃瓶内深冻冷藏(-18ħ)
㊂实验各参数优化均通过对该样品及其加标样品的测定完成㊂标准物质:IAEA -405(国际原子能机构)和ERM -
CC580(欧洲标准局)㊂2.4 样品前处理
准确称取约0.2g 样品于微波萃取管中,加入3mL 2-ME ,放入磁力搅拌棒预搅拌2min ,使萃取剂与基质平衡,80ħ萃取8min ㊂萃取结束待冷却至室温后,取出萃取管,在1500r/min 转速下离心3min ,
取上层清液,经0.22m m 玻璃纤维膜过滤,滤液转移至2mL 密闭瓶内,4ħ下避光保存待测㊂
3 结果与讨论
3.1 流动相的优化
流动相pH 值可能影响各形态汞与2-ME 形成的巯基络合物的稳定性㊂当pH 为3~5时,汞的巯基络合物能稳定10h 以上[11]㊂本实验在流动相中加入乙酸铵-乙酸缓冲体系,乙酸铵浓度维持60mmol/L ,考察了pH 值在3~5范围对分离和测定的影响㊂结果发现,当pH 4.5时,灵敏度较高㊂降低pH 值,MeHg +和Hg 2+的保留时间将缩短,当pH <4.0时,MeHg +和Hg 2+不能实现分离㊂
图1 乙腈浓度对甲基汞和无机汞保留时间的影响Fig .1 Effect of acetonitrile concentration on the retention
time of mercury species
流动相中乙腈的含量影响各形态汞的保留时间㊂流动相流速为2mL/min 时,考察不同浓度乙腈
(1%~60%,V /V )对分离的影响,结果见图1㊂当乙腈浓度为3%(V /V )时,分离效果最佳且分离过程不超过11min ㊂
萃取过程中添加了2-ME 作为萃取剂,流动相中不必再添加该试剂㊂实验表明,如果流动相中不添加2-ME ,萃取过程需要的2-ME 浓度不低于2.0%(V /V ),导致萃取过程使用过量的2-ME ,造成试剂浪费;如果在流动相和萃取过程中加入等浓度的2-
ME ,所需2-ME 的浓度会下降1~2个数量级㊂3.2 萃取条件的优化
2-巯基乙醇与MeHg +
和Hg 2+
存在下述化学动
态平衡㊂因此,可利用2-ME 作萃取剂从沉积物样品中提取MeHg +和Hg 2+㊂Hg 2++췍췍＝2RSH RS
-Hg -SR +2H +(1)CH 3Hg ++췍췍＝RSH RS -HgCH 3+H +(2)
考察了萃取时间(2~30min )对萃取的影响㊂萃取8min 时,MeHg +和Hg 2+能被完全提取㊂此后,
延长萃取时间不会提高萃取效果㊂考察不同温度(20~120ħ)对萃取的影响㊂沉积物样品加标20ng ,结果见图2㊂萃取温度从20ħ上升到80ħ,MeHg +和Hg 2+的回收率分别从.5%ʃ6.3%和
2
91 分析化学第40卷
92.3%ʃ5.3%提高到97.3%ʃ6.2%和103.8%ʃ4.5%㊂温度继续上升,MeHg +的回收率下降,120ħ时为
86.1%ʃ4.0%;而Hg 2+的回收率上升,120ħ时为127.5%ʃ7.5%㊂这表明温度高于80ħ时,MeHg +开始向Hg 2+转化㊂温度过高可能影响2-ME 的稳定性,从而导致萃取效率下降㊂保持流动相中2-ME 浓度与萃取浓度一致,考察不同浓度2-ME (0.001%~1.0%,V /V )对汞形态萃取和测定的影响㊂沉积物样品加标20ng ,结果见图3㊂当2-ME 浓度从0.001%提高到0.1%时,Hg 2+回收率从62.4%ʃ4.4%提高到97.8%ʃ2.5%,而MeHg +回收率从86.5%ʃ4.3%提高到96.7%ʃ3.9%㊂研究发现,增加2-ME 浓度将缩短MeHg +和Hg 2+的保留时间,当2-ME 浓度高于0.5%(V /V )
时无法实现两者分离;当2-ME 浓度低于0.01%(V /V )时,MeHg +和Hg 2+的谱峰过宽并出现分叉㊂因此,流动相及萃取过程中2-ME 浓度以0.1%(V /V )
为最佳㊂ 图2 温度对甲基汞和无机汞萃取效果的影响(n =3)Fig .2 Effect of temperature on the extraction of MeHg +
and Hg 2+(n =3
)
图3 2-巯基乙醇浓度对甲基汞和无机汞萃取效果的影响(n =3)
Fig .3 Effect of 2-mercaptoethanol concentration on extraction of MeHg +and Hg 2+(
n =
3)
3.3 萃取物的稳定性
样品加标20ng ,于不同时间间隔进行分析,结果见表2㊂MeHg +和Hg 2+在萃取后36h 内稳定,此
后回收率大幅降低,这可能是因为汞的巯基络合物不稳定分解[11]并吸附在玻璃壁所致㊂实验还发现,萃表2 萃取物的稳定性(n =3)
Table 2 Stability of extracted substances (n =3)
时间间隔Time intervals
(h )
回收率Recoveries (%)
MeHg +Hg 2+095.3ʃ3.297.7ʃ2.5695.0ʃ4.597.2ʃ3.11293.7ʃ5.396.4ʃ3.03692.2ʃ3.695.0ʃ5.74850.3ʃ3.446.3ʃ4.57234.8ʃ5.239.4ʃ4.212033.2ʃ4.834.6ʃ3.8168
31.6ʃ4.3
33.6ʃ6.0
注(Note ):样品于4ħ下避光保存,采用HPLC -CVAFS 测定(Samples were kept in dark place at 4ħand analyzed
by HPLC -
CVAFS )㊂取完毕后,长时间的高速离心也会使MeHg +和Hg 2+回收率略微下降㊂因此,建议萃取后样品的离心时间不超过3min ,速度不超过1500r/min ,样品应在萃取完毕后36h 内完成分析㊂
3.4 冷原子荧光系统条件优化
当体系中有汞的巯基络合物存在或还原剂含量过高时,会严重抑制汞的气化效率[12]㊂因此,在还原之前,应先将汞的巯基络合物氧化至Hg 2+[13]㊂本研究利用过硫酸钾在紫外辐照下对色谱分离的各形态汞的巯基络合物进行氧化,考察不同浓度过硫酸钾(0.01%~3%,m /V )的影响㊂结果表明,当其浓度为2.0%时,MeHg +和Hg 2+灵敏度较高㊂浓度过低不足以氧化完全;浓度过高,过硫酸钾会与后续的KBH 4反应[14],影响灵敏度㊂
以MeHg +为对象,考察不同浓度KBH 4(0.5%~3.5%,m /V )的影响㊂沉积物样品加标20ng MeHg +,结果发现,KBH 4浓度为2%时,汞的峰面积最大;KBH 4浓度低于1%或高于2.5%时,基线噪音增大,MeHg +和Hg 2+的谱峰峰形变差甚至出现分叉,这可能是过多的KBH 4产生大量H 2,扰乱样品和试剂间有效渗透与混合[15],使测量的稳定性降低㊂
在CVAFS 系统中,HCl 为冷蒸汽的发生提供酸环境,较少的HCl 使测试的灵敏度偏低㊂当HCl 浓
度大于7%(V /V )
时严重影响测定的稳定性㊂各参数优化结果见表1㊂3
91第2期
冷庚等:微波萃取高效液相色谱-冷原子荧光光谱法测定沉积物中甲基汞和无机汞
3.5 方法的验证
将本方法与文献[15]报道的方法进行对比,分析了标准参考物质IAEA -405㊁ERM -CC580以及实际样品,结果见表3㊂标准物质测定结果均在推荐值范围,本方法与文献[16]报道方法结果的RSD <7%㊂
表3 标准参考物质和实际样品中汞形态分析的结果(n =3)
Table 3 Analytical results of mercury species in certified reference materials (CRMs )and real natural sediments (n =3)
沉积物样品
Sediment samples 2-巯基乙醇萃取Extraction using
2-mercaptoethanol MeHg +
(ng/g )Hg 2+
(ng/g )
MeHg +
推荐值Certified value for MeHg +
(ng/g )正丁醇/乙酸铵萃取[16]
Extraction using n -butanol/ammonium acetate MeHg +
(ng/g )
Hg 2+
(ng/g )RSD
(%)
MeHg +Hg 2+ERM -CC58074.0ʃ1.4
-75.5ʃ3.7
71.4ʃ2.3
- 2.53 IAEA -405 5.73ʃ0.28- 5.90ʃ0.57
5.38ʃ0.13- 4.46 沱江内江段River Tuo,Neijiang 22.4ʃ1.0588.4ʃ1.66-20.1ʃ1.2184.87.65 2.94岷江乐山段River Min,Leshan 14.2ʃ0.593
6.8ʃ0.97-14.9ʃ0.7733.8 3.40 6.01岷江都江堰段River Min,Dujiangyan 5.53ʃ0.3819.4ʃ0.49- 5.04ʃ0.4218.6 6.56 2.98嘉陵江南充段RiverJialing,Nanchong 21.7ʃ1.0763.2ʃ1.44-19.7ʃ0.846
7.2 6.83 4.34金沙江昌都段River Jinsha,Changdu
8.54ʃ0.7724.7ʃ0.95-7.92ʃ0.8822.5 5.33 6.59金沙江攀枝花段River Jinsha,Panzhihua 105ʃ4.31
227ʃ5.5
-111ʃ5.2
212
3.93
4.83
3.6 检出限、
精密度及准确度在优化的条件下,10m g/L MeHg +和5m g/L Hg 2+混合标准溶液谱图见图4㊂MeHg +和Hg 2+的保留时间分别为6.52和9.min ㊂对6份样品空白测量的3倍标准偏差(3σ)计算,方法检出限MeHg +为0.58ng/g ,Hg 2+为0.48ng/g ;绝对检出限MeHg +为6.5pg ,Hg 2+为5.5pg ㊂对6个样品重复测定的RSD
图4 优化条件下甲基汞和无机汞混合标准溶液色谱图Fig .4 Chromatogram of MeHg +and Hg 2+mixed standard
solution under optimum conditions
MeHg +为5.7%,Hg 2+为4.1%㊂高中低3个浓度水平的样品加标回收率均在93%以上㊂
3.7 实际样品测定
应用本方法对四川省境内沱江内江段㊁岷江都江堰和乐山段㊁金沙江攀枝花和昌都段以及嘉陵江南充段沉积物进行了分析,结果见表3㊂结果表明,金沙江昌都段沉积物中MeHg +和Hg 2+含量最低,这可能因为昌都地区靠近金沙江源头,无Hg 人为释放源;金沙江攀枝花段沉积物中MeHg +和Hg 2+含量最高,这可能是由于该点位于一采矿场下游缘故;岷江乐山段沉积物中MeHg +
和Hg
2+
含
量高于上游的都江堰段,这可能是因为在流经成都市双流工业区时为其补充了Hg ㊂MeHg +与Hg 2+
浓度成正相关,这表明沉积物中的MeHg +可能主要由Hg 2+通过微生物的甲基化作用转化形成㊂
研究表明,2-ME 可有效地萃取沉积物中的MeHg +和Hg 2+,萃取后直接将萃取液注入HPLC -CVAFS 分析㊂本方法简单㊁快速㊁灵敏,且设备价廉,试剂易得㊂R e f e r e n c e s
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H i g hP e r f o r m a n c eL i q u i dC h r o m a t o g r a p h y H y p h e n a t e d t oC o l dV a p
o r G e n e r a t i o nA t o m i cF l u o r e s c e n c e S p e c t r o m e t r y F o l l o w i n g
aM i c r o w a v e -A s s i s t e dE x t r a c t i o n
L E N G G e n g 1,WA N GJ u n -W e i 2,WA N X u 2,Q I A NS h u 2,D A N D e -
Z h o n g *1
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(C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r e a n dE n v i r o n m e n t ,S i c h u a nU n i v e r s i t y ,C h e n g
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f o r m a n c e l i q u i dc h r o m a t o
g r a p
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o r g e n e r a t i o n a t o m i c f l u o r e s c e n c e s p e c t r o m e t r y m e t h o d (C V A F S )h a s b e e nd e v e l o p e d f o r t h e s e p a r a t i o na n dd e t e r -m i n a t i o no f m e t h y l m e r c u r y (M e H g +)a n di n o r g a n i c m e r c u r y (H g 2+)i ns e d i m e n ts a m p
l e s .T h e p r e v i o u s e x t r a c t i o no f s a m p l e sw a sc a r r i e do u ta tat e m p e r a t u r eo f 80ħf o r8m i nb y u s i n g 0.
1%(V /V )2-m e r c a p t o e t h a n o la st h ee x t r a c t a n t .T h es e p a r a t i o na n dd e t e r m i n a t i o no f m e r c u r y s p
e c i e s w e r ea c h i e v e d b y d i r e c ti n j e c t i n g t h ee x t r a c t a n tt o H P L C -C V A F S s y s t e m.U n d e rt h eo p
t i m i z e d c o n d i t i o n s ,t h e l i m i t o f d e t e c t i o nw a s 0.58n g /g f o rM e H g +a n d0.48n g /g f o rH g 2+
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i d ,a c c u r a t e ,n o i n t e r f e r e n c e a n d s u i t a b l e f o r t h ed e t e r m i n a t i o no fm e t h y l m e r c u r y a n d i n o r g a n i cm e r c u r y i n s e d i m e n t s a m p
l e s .K e y w o r d s M e r c u r y ;S p e c i a t i o na n a l y s i s ;M i c r o w a v ea s s i s t e de x t r a c t i o n ;H i g h p e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ;C o l dv a p o r a t o m i c f l u o r e s c e n c e s p e c t r o m e t r y
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