元素形态分析仪测定水体中汞形态的研究

李艳苹，王翠翠，刘小骐，赵剑超

(自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

1 前言

随着水环境污染的日趋严重，环境的监测力度也逐渐增强。汞及其化合物是毒性极强的元素之一，对人类健康和生态环境的危害性很大[1-2]，是水环境监测的重要对象。汞及其化合物的存在形式主要有单质汞、无机汞和有机汞，其中有机汞主要有甲基汞、乙基汞和苯基汞。不同形态的汞的毒性相差较大，其中有机汞(甲基汞、乙基汞)毒性远大于无机汞，元素汞基本无毒，苯基汞分解较快，毒性不大[3]。目前，人们已经达成共识，元素的生物有效性或毒性不仅与其总量有关，还与其存在形态有关。因此如何准确快速测定水环境中的汞形态，并进行安全性风险评估有着重要的意义。

目前元素形态分析仪具有全自动进样、仪器简单便于操作、价格较低、元素形态测定的专用性等特点，在环境中砷、汞、硒等元素的形态测试方面有不少应用。为了合理使用元素形态分析仪，提高测试水中汞形态的工作效率和质量，健全相应的测试方法，实验采用元素形态分析仪主要进行了水中汞形态的系列测试研究。

2 仪器及试剂

元素形态分析仪(北京海光仪器公司)，海光HG C18柱：规格5 μm，100 Å，4.6 mm×150 mm；其它实验室常用设备。

除另有说明，所用试剂均为优级纯。

所用试剂：盐酸、氢氧化钾、硼氢化钾、过硫酸钾、溴化钾、吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDC)；甲醇、乙腈(色谱纯，天津康科德科技有限公司)；乙酸铵(国药集团分析纯)、L-半胱氨酸(国药集团生化试剂，国药集团化学试剂有限公司)。

所用标准物质，有中国计量科学研究院研制的无机汞(MC) GBW(E)080124、甲醇中甲基汞(MMC)GBW08675、甲醇中乙基汞(EMC)GBW(E)081524；德国进口的标准品氯化苯汞(PMC，货号：C16065000，规格0.25 g，93.8%)。

3 仪器工作参数及实验方法

3.1 元素形态分析仪的工作参数(表1)

表1 仪器工作参数Tab.1 Working parameters of the instrument

3.2 实验方法

(1)标准溶液配制。分别取一定量无机汞、甲基汞、乙基汞、苯基汞的标准使用液，用去离子水定容，配成100 ng/mL的汞形态混合标准溶液，配好后并及时冷藏储存(4 ℃)。然后分别移取一定量的汞混合标准溶液，并用相应的流动相定容，配制成0 μg/L、0.5 μg/L、1 μg/L、2 μg/L、4 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的标准系列溶液，需要现用现配。

(2)载流的配制。量取70 mL盐酸，倒入预先加入去离子水的1 000 mL烧杯中，再用去离子水稀释至刻度，摇匀备用。

(3)还原剂的配制。称取5 g氢氧化钾溶于约200 mL去离子水中，加入5 g硼氢化钾并使之溶解，用去离子水稀释至1 000 mL，摇匀备用。

(4)氧化剂的配制。称取5 g氢氧化钾溶于约200 mL去离子水中，加入10 g过硫酸钾并使之溶解，用去离子水稀释至1 000 mL，摇匀备用。

(5)流动相的配制。流动相Ⅰ。配制流动相Ⅰ 500 mL，先取0.123 g APDC和5.90 g KBr，溶于125 mL去离子水中，再加入150 mL甲醇和225 mL乙腈，摇匀备用，然后用0.45 μm微孔滤膜(有机膜)过滤，再经超声脱气后方可使用；流动相Ⅱ。配制流动相Ⅱ 500 mL，先称取1.8 g L-半胱胺酸和2.31 g乙酸铵，再加入25mL 甲醇，最后用去离子水稀释至500 mL，摇匀备用，然后用0.45 μm微孔滤膜过滤，再经超声脱气后方可使用。

3.3 不同流动相下的分离试验

在汞形态分析中，流动相中常加入一定量的甲醇、乙腈等有机改性剂，吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDC)、L-半胱胺酸、双硫腙、2-巯基乙醇等络合剂[4]。一般改性试剂影响着流动相的极性，会影响组分的保留时间以及峰与峰之间的分离效果。络合剂一般含有络合功能团，能够和汞离子络合，加速汞组分的洗脱[5]，常用的有吡咯烷二硫代氨基甲酸铵和L-半胱胺酸。实验基于HG C18柱反相分离，研究了两种流动相下汞形态的分离效果。分别以吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDC)和L-半胱胺酸为络合剂的两种流动相，分别称作流动相Ⅰ和流动相Ⅱ。按3.1工作参数设定好仪器，按照(1)～(5)的实验条件，考察了3种～4种汞形态的分离情况。分离图谱如图1，具体分离实验数据分别见表2和表3。实验表明，在使用流动相Ⅰ的情况下，能分离出MMC、EMC、PMC及MC四种汞形态，保留时间约在5 min～11 min范围内，但是约在21 min出现鼓包，可能是PMC不稳定易分解导致；而在流动相Ⅱ的情况下，对MC、MMC、EMC三种汞形态进行测定，结果表明有着很好的分离效果，保留时间分别为1.861 min、3.228 min、7.038 min，与流动相Ⅰ相比，分离时间大大缩短，约在7 min内即可完成以上三种汞形态的分离，与文献[4]相比，基本一致。另外，由于流动相Ⅰ中需使用大量的甲醇和乙腈试剂，苯基汞也不太稳定，综合考虑选用L-半胱胺酸为络合剂的流动相。

图1 不同流动相下汞形态的分离谱图Fig.1 Separation spectra of mercury species in different mobile phases

3.4 检出限与精密度

在优化的实验条件下，设定进样量100 μL，在采用流动相Ⅰ的情况下，MMC、EMC、PMC及MC四种汞形态的检出限分别为0.042 μg/L、0.079 μg/L、0.036 μg/L、0.070 μg/L；在采用流动相Ⅱ的情况下，MC、MMC、EMC三种汞形态的的检出限分别为0.026 μg/L、0.023 μg/L、0.039 μg/L。另外，连续测定6次浓度为10 μg/L的汞形态混合标准溶液，分别对不同汞形态的峰面积进行积分计算，相对标准偏差在2.15%～4.18%范围内(见表2和表3)，精密度良好。相比之下，在采用流动相Ⅱ的情况下，三种汞形态的信号更强、检出限更低、精密度更好。

表2 流动相Ⅰ条件下汞形态的分离实验数据Tab.2 Experimental data of mercury speciation separation in mobile phaseⅠ

表3 流动相Ⅱ条件下汞形态的分离实验数据Tab.3 Experimental data of mercury speciation separation in mobile phase Ⅱ

3.5 线性方程

考虑到流动相Ⅰ的情况下，汞形态分离的保留时间相对较长，检出限不够低，而且分离图谱上出现小鼓包的情况，因此在优化的实验条件下，采用流动相Ⅱ，又进一步测定了MC、MMC、EMC三种汞形态的标准系列溶液，以浓度点为横坐标，相应的峰面积为纵坐标，绘制工作曲线，获得线性方程，数据具体见表4。从表4可看出，在0 μg/L～10 μg/L范围内，三种汞形态的相关系数R均大于0.999，具有很好的线性关系。

表4 3种汞形态的标准曲线Tab.4 Standard curves of three mercury forms

4 结论

基于C18柱反相分离，分别采用流动相Ⅰ(以APDC为络合剂)和流动相Ⅱ(以L-半胱胺酸为络合剂)进行汞形态的分离实验。结果表明，与流动相Ⅰ先比，采用L-半胱胺酸为络合剂的流动相，可在更短时间内(7 min)完成MC、MMC、EMC三种汞形态的分离，分离效果好、检出限低、精密度高、实用性强，而且耗费有机试剂少，采用L-半胱胺酸为流动相的方法更适用于水环境中汞形态的分析和监测。