塞曼原子吸收汞分析仪测定尿汞的方法学评价

周 颖，王 莹，黄 海

(锦州医科大学，辽宁 锦州 121001)

汞是常见重金属元素，具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性，并且毒性很强，可造成肾、肝、神经系统、生殖系统等损害。汞被联合国环境规划署列为全球性污染物，具有跨国性污染，是全球广泛关注的环境污染物之一[1-2]。汞主要经肾脏随尿排出，尿汞的排出量约占总排出量的70%[3]，尿汞是判断接触汞作业工人汞中毒的重要指标[4]，因此，测定尿液汞浓度具有重要意义。目前汞的测定方法包括原子吸收法[5-6]、原子荧光法[7-8]、电感耦合等离子体-质谱法[9-10]、双硫腙分光光度法[11]，还有近几年兴起的电感耦合等离子体-原子发射光谱法[12]、直接测汞仪法[13]等。但这些方法样本预处理繁琐(消解、赶酸等)，无法满足大批量样本快速筛查的需求，同时依赖大型仪器和专业操作人员。其中原子吸收法是使用最普遍的国家标准方法[14]，有时还需要经金汞齐吸附后再测定，耗时又费力，更不可能现场实时检测。因此，选择一种简便、快捷的检测方法具有很大的实用价值。

塞曼原子吸收汞分析仪(Zeeman atomic absorption mercury analyzer)(以下简称汞分析仪)应用高频调制偏振光的塞曼原子吸收技术，是一种便携的(仪器总质量7 kg)测汞仪，可进行现场实时检测，不需要检测前的金汞齐富集，且样本不需要做消解等预处理。样品分析采用热解法(符合US EPA Method 7473)，可直接测量各种介质中(气体、固体、液体)的汞含量，无需耗材(不需载气和金丝吸附管等)，后续使用和分析成本低。本文采用塞曼原子吸收光谱法(Zeeman atomic absorption spectroscopy，ZAAS)和氢化物发生-原子吸收光谱法(hydride generation atomic absorption spectrometry，HG-AAS)两种方法对尿液中汞含量进行测定，对两种方法的检出限、准确度、精密度以及结果一致性进行比较，为实验检测及临床诊断中选用简便、快捷的测汞方法提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验动物

SPF级SD大鼠30只，雌雄各半，体重(180±20) g，购于辽宁长生生物技术有限公司 [SCXK (辽) 2015-0001]。置大鼠饲养笼中 [SYXK (辽) 2014-0010]，室内温度控制在20℃～24℃，室内昼夜自然明暗交替照明，饲喂标准大鼠饲料。动物分5组，每组6只，模型组以1 g/kg朱砂灌胃，分别于给药4周、8周、12周、灌胃12周停药4周后收集尿液用于检测，另设溶剂对照组，以0.5%羧甲基纤维素钠溶液灌胃4周后，收集尿液。动物实验经锦州医科大学实验动物伦理委员会审查批准(编号：2016006)。

1.2 主要试剂与仪器

汞标准溶液(1000 μg/mL)由俄罗斯Lumex分析仪器公司提供，其他试剂均为优级纯，实验所用水均为电导率小于0.1 μS/cm的去离子超纯水，所有容器均用20% HNO3浸泡24 h，超纯水洗后待用。

PE AA800原子吸收分光光度计，配自动进样器，美国PerkinElmer公司；MHS15氢化物发生器，美国PerkinElmer公司；Coolpex灵动型微波化学反应仪，上海屹尧仪器科技发展有限公司；RA-915M塞曼原子吸收汞分析仪，配RP-91配件，俄罗斯Lumex分析仪器公司。

1.3 实验方法

1.3.1 汞分析仪工作原理

汞分析仪的加热室包括独立的两部分，每部分可加热到800℃，一定量的样品放入石英舟插入加热室的第一室，非挥发性汞化合物直接分解，有机汞等易挥发化合物，能在加热期间被蒸发和部分分解，所有形成的气态产物运送到加热室的第二室，在此汞化合物被完全分解，汞、烟和其他干扰物质(主要是燃烧产生的H2O和CO2)随气流进入外界分析池。置于永磁体H(图1)内的汞灯由高频发生器激发，发射出汞共振线(λ=253.7 nm)在高磁场下通过塞曼效应分裂为π、σ-和σ+，经过偏振调节器，π、σ-和σ+以一定的频率交替通过分析区，当射线沿着磁场方向传播时，光电探测仪仅仅探测σ射线。当分析池中无汞时，两部分σ射线的强度是一样的。当分析池中有汞原子吸收时，两部分σ射线的强度的差值随着汞气浓度的增加而增加，两者差值即为试样中汞元素的特征吸收值。π组分的波长不变，供试样中汞基态原子作共振吸收及背景吸收，仪器会自动做背景扣除。并且，汞分析仪无需金丝富集和冷却步骤，高温分解样品(800℃)和短滞留时间防止汞原子与其他活泼原子重组，且直接与光谱仪偶联，实现无干扰的高灵敏检测。

注：H：永磁体。图1 汞分析仪操作原理Note. H: Permanent magnet.Fig.1 Operating principle of the mercury analyzer

1.3.2 仪器工作条件

原子吸收光谱仪：波长253.7 nm，灯电流6 mA，狭缝宽度0.7 nm，读数时间20 s，计算方式为峰高，重复3次，其余均按默认值设定，进样量为10 mL，5% SnCl2为还原剂，载气为99.99%的氩气。

汞分析仪：波长253.7 nm，气泵流速1 L/min(载气为空气)，计算方式为峰面积，积分时间120 s，热解析温度为680℃～800℃，其余均按默认值设定。每次测量加少许Na2CO3粉末，减少加热产生的水汽，从而减少光散射，确保测量的准确性。

1.3.3 检测方法

HG-AAS：取1 mL尿液于消解罐，加4 mL优级纯硝酸，设置消解条件为150℃、15倍大气压保持4 min，180℃、25倍大气压保持4 min，充分消解后冷却至室温，1.5% HCl定容到10 mL。取10 mL汞标准溶液或充分消解的样品液(以1.5% HCl为酸介质)，加入到样品管中，加几滴5% KMnO4，摇匀后拧紧不能漏气，按下盛有5% SnCl2溶液的按钮大约10～15 s，完成一次样品检测，实验平行重复3次。

ZAAS：取0.1 mL汞标准溶液或尿液，小心加入石英舟内，加少许Na2CO3粉末，放入加热炉检测，Na2CO3粉末和石英舟每次检测前需在加热炉灼烧至汞全部去除(仪器信号回归基线)，实验平行重复3次。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 标准曲线

2.2 方法的检出限

分别用两种方法检测10次空白试剂(电导率小于0.1 μS/cm的去离子超纯水)，HG-AAS经过消解后测量，ZAAS不用消解直接测量，HG-AAS和ZAAS结果分别为(0.037±0.531) ng/mL、(0.009±0.052) ng/mL。检出限为3倍空白值的标准差，所以HG-AAS和ZAAS检出限分别为1.593 ng/mL、0.156 ng/mL，ZAAS检出限低于HG-AAS，灵敏度比HG-AAS高。

2.3 方法的加标回收率

为证实方法的准确度，分别对两份大鼠尿液样本做加标回收率实验(表1)，HG-AAS和ZAAS的回收率分别在95.6%～104.5%和97.5%～103.2%之间，两种方法的回收率均满足GBZ/T 210.5-2008[15]的要求(即回收率在75%～105%之间)，表明两种检测方法的结果准确可靠。

表1 两种方法加标回收率检测结果(n=3)

表2 两种方法精密度检测结果(n=10)

2.4 方法的精密度

分别用两种方法重复测量10 ng/mL、100 ng/mL汞标准溶液10次，HG-AAS和ZAAS的相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)分别为2.82%、1.11%和0.30%、0.36%(表2)，两种方法的RSD均满足GBZ/T 210.5-2008的要求(即RSD ≤ 10%)，表明两种方法的精密度均较好，ZAAS的精密度优于HG-AAS。

2.5 样本的测定

采用两种方法同时测定30份大鼠尿液汞含量，统计数据显示两种方法检测结果差异无显著性(P> 0.05)；计算出R2=0.9961，两种方法符合度为99.61%(图2)，表明两种方法具有高度一致性。

图2 ZAAS和HG-AAS检测结果一致性比较Fig.2 Consistency of the results detected by ZAAS and HG-AAS

3 讨论

HG-AAS是目前汞测定普遍使用的方法之一，ZAAS所使用的塞曼原子吸收汞分析仪是一种便携的快速测汞仪，样品不需要消解等预处理，简化了操作步骤。本研究采用ZAAS和HG-AAS两种方法对大鼠尿液中的汞含量进行了测定，显示两种方法的检测结果具有较高的一致性，且ZAAS的检出限更低、精密度更高。

汞有易挥发性和吸附性，传统的测汞方法在测定高含量的汞后，汞残留消除繁琐，很难再做低浓度汞测定。汞分析仪通过热解炉高温加热，迅速消除残留的汞，消除了汞的记忆效应。实验研究显示，ZAAS测定含300 ng的汞标准溶液后，再测定含0.1 ng的汞标准溶液，不影响测定结果，消除记忆效应只需2 min左右。此外，汞分析仪可在一定程度上避免共存离子的干扰效应，取10 ng/mL汞标准溶液1 mL，加10 μg的Cu2+、Cr2+、Zn2+、Pb2+、Ag+等离子，不影响汞分析仪对汞的测定。

由于热解的温度、抽气泵的气体流速可影响汞蒸气的释放，使用汞分析仪进行检测时，热解炉应该提前预热10 min左右，炉内温度能达到750℃～800℃，气体流量设为1 L/min左右，汞分析仪信号峰形达到最佳，拖尾情况大大改善，同时分析信号的RSD < 2%。检测过程中，热处理室表面温度可达100℃以上，注意不要触摸，避免烫伤。石英舟、起泡器等附件均为易碎品，且价格较高，操作过程中注意避免掉落。

汞分析仪也可用于空气中超低浓度汞含量的实时监测，还可用于水、土壤等样品中汞的检测，在国内外均有应用[16-17]。该方法操作简便、速度快、检测费用低，可用于大批量快速筛查。

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