微波萃取高效液相色譜-冷原子熒光光譜法測定沉積物中甲基汞和無機汞

摘 要 建立了微波萃取高效液相色譜-冷原子熒光光譜法（MAE-HPLC-CVAFS）測定沉積物中甲基汞（MeHg＋）和無機汞（Hg2＋）的方法。以0.1%（V/V）2-巰基乙醇為萃取劑，用于沉積物樣品中汞形態的萃取，在80 ℃下萃取8 min，萃取液直接注入HPLC-CVAFS系統分析。在優化條件下，MeHg＋和Hg2＋的檢出限分別為0.58和0.48 ng/g；加標回收率分別為96.2%和95.8%；RSD（n＝6）分別為5.7%和4.1%。對標準參考物質（IAEA-405和ERM-CC580）的分析結果與推薦值一致。本方法簡單、快速、準確、檢出限低，抗干擾能力強，具有很好的實用性和推廣價值。

關鍵詞 汞; 形態分析； 微波輔助萃取； 高效液相色譜； 冷原子熒光光譜

1 引 言

汞的毒性、生物可利用性、遷移性和再遷移性與其化學形態密切相關，因此對痕量汞化學形態信息的快速、準確獲取已成為研究的重點與熱點。水系沉積物中，汞可在微生物作用下實現汞形態的轉化，沉積物是汞污染物的最終受體，是極好的環境污染程度指示劑。因此，對沉積物中痕量汞形態的準確測定具有重大意義。

聯用技術是目前汞形態分析最常用的技術，其中，高效液相色譜-冷原子熒光光譜法（HPLC-CVAFS）以其具有接口簡單、價格低、靈敏度高、線性范圍寬、檢出限低、抗干擾能力強等優點，成為汞形態分析的首選技術。將此技術應用于沉積物中痕量汞的形態分析，關鍵是避免痕量汞在提取過程中可能產生的損失以及解決好沉積物復雜基體的干擾。本實驗將2-巰基乙醇（2-ME）絡合劑用于沉積物樣品中汞形態的微波輔助萃取，并結合高效液相色譜分離技術，利用冷原子熒光光譜法測定萃取液，很好解決了水系沉積物中痕量無機汞（Hg2＋）和甲基汞（MeHg＋）測定的干擾問題。本方法摒棄了有毒的有機溶劑，萃取過程簡單快速，靈敏度高，準確度好，抗干擾能力強，具有很好的實用性。

2 實驗部分

2.1 儀器裝置

Discovery S聚焦微波萃取儀（美國CEM公司）；LC-20AT高效液相色譜泵（日本島津公司）；7725i進樣閥及500

SymbolmA@ L樣品環（美國Rheodyne公司）；Venusil MP-C18反向液相色譜柱（150 mm×4.6 mm， 5

SymbolmA@ m， 美國Agela公司）；AFS-9130原子熒光光譜儀（北京吉天儀器公司）。HPLC-CVAFS系統工作條件見表1。 

2.2 試劑和標準溶液

2-巰基乙醇（純度≥98%，中國碧云天公司）；乙腈、乙酸銨、乙酸、正丁醇（色譜純，美國Tedia公司）； KBH4， K2S2O8（分析純，成都科龍化工試劑廠）；HCl， NaOH（優級純，成都科龍化工試劑廠）；10 mg/L Hg2＋標準溶液（德國Merck公司）；10 mg/L MeHg＋標準溶液：由德國Dr. Ehrenstorfer氯化甲基汞溶于甲醇制得。實驗用水為超純水（美國Millipore公司Integral 3超純水制備系統）。

所用玻璃器皿與消解罐應先用硫粉撣其表面，除去可能存在的揮發性Hg，用自來水沖洗，再于50% HNO3中浸泡至少24 h，使用前用超純水沖洗。

2.3 樣品及標準物質

沉積物樣品于2010年12月采自沱江四川省瀘州市江陽段。樣品采集后經凍干、研磨、除雜、過篩后，粒徑≤63

SymbolmA@ m的被保留。為了防止汞形態之間的相互轉化，通常以Hg2＋的甲基化為主，樣品保存在棕色玻璃瓶內深凍冷藏（－18 ℃）。實驗各參數優化均通過對該樣品及其加標樣品的測定完成。

標準物質：IAEA-405（國際原子能機構）和ERM-CC580（歐洲標準局）。

2.4 樣品前處理

準確稱取約0.2 g樣品于微波萃取管中，加入3 mL 2-ME，放入磁力攪拌棒預攪拌2 min，使萃取劑與基質平衡，80 ℃萃取8 min。萃取結束待冷卻至室溫后，取出萃取管，在1500 r/min轉速下離心3 min，取上層清液，經0.22

SymbolmA@ m玻璃纖維膜過濾，濾液轉移至2 mL 密閉瓶內，4 ℃下避光保存待測。

3 結果與討論

3.1 流動相的優化

流動相pH值可能影響各形態汞與2-ME形成的巰基絡合物的穩定性。當pH為3～5時，汞的巰基絡合物能穩定10 h以上。本實驗在流動相中加入乙酸銨-乙酸緩沖體系，乙酸銨濃度維持60 mmol/L，考察了pH 值在3～5范圍對分離和測定的影響。結果發現，

當pH 4.5時，靈敏度較高。降低pH值，MeHg＋和Hg2＋的保留時間將縮短，當pH＜4.0時，MeHg＋和Hg2＋不能實現分離。 圖1 乙腈濃度對甲基汞和無機汞保留時間的影響

Fig．1 Effect of acetonitrile concentration on the retention time of mercury species

流動相中乙腈的含量影響各形態汞的保留時間。流動相流速為2 mL/min時，考察不同濃度乙腈（1%～60%，V/V）對分離的影響，結果見圖1。當乙腈濃度為3%（V/V）時，分離效果最佳且分離過程不超過11 min。

萃取過程中添加了2-ME作為萃取劑，流動相中不必再添加該試劑。實驗表明，如果流動相中不添加2-ME，萃取過程需要的2-ME濃度不低于2.0%（V/V），導致萃取過程使用過量的2-ME，造成試劑浪費；如果在流動相和萃取過程中加入等濃度的2-ME，所需2-ME的濃度會下降1～2個數量級。

3.2 萃取條件的優化

2-巰基乙醇與MeHg＋和Hg2＋存在下述化學動態平衡。因此，可利用2-ME作萃取劑從沉積物樣品中提取MeHg＋和Hg2＋。

Hg2＋ ＋2RSH RS-Hg-SR ＋ 2H＋（1）

CH3Hg＋ ＋RSH RS-HgCH3 ＋H＋（2）

考察了萃取時間（2～30 min）對萃取的影響。萃取8 min時，MeHg＋和Hg2＋能被完全提取。此后，延長萃取時間不會提高萃取效果。考察不同溫度（20～120 ℃）對萃取的影響。沉積物樣品加標20 ng，結果見圖2。萃取溫度從20 ℃上升到80 ℃，MeHg＋和Hg2＋的回收率分別從89.5%±6.3%和92.3%±5.3%提高到97.3%±6.2%和103.8%±4.5%。溫度繼續上升，MeHg＋的回收率下降，120 ℃時為86.1%±4.0%；而Hg2＋的回收率上升，120 ℃時為127.5%±7.5%。這表明溫度高于80 ℃時，MeHg＋開始向Hg2＋轉化。溫度過高可能影響2-ME的穩定性，從而導致萃取效率下降。

保持流動相中2-ME濃度與萃取濃度一致，考察不同濃度2-ME （0.001%～1.0%， V/V）對汞形態萃取和測定的影響。沉積物樣品加標20 ng，結果見圖3。當2-ME濃度從0.001%提高到0.1%時，Hg2＋回收率從62.4%±4.4%提高到 97.8%±2.5%，而MeHg＋回收率從86.5%±4.3%提高到96.7%±3.9%。研究發現，增加2-ME濃度將縮短MeHg＋和Hg2＋的保留時間，當2-ME濃度高于0.5%（V/V）時無法實現兩者分離；當2-ME濃度低于0.01%（V/V）時，MeHg＋和Hg2＋的譜峰過寬并出現分叉。因此，流動相及萃取過程中2-ME濃度以0.1%（V/V）為最佳。

3.3 萃取物的穩定性

樣品加標20 ng，于不同時間間隔進行分析，結果見表2。MeHg＋和Hg2＋在萃取后36 h內穩定，此后回收率大幅降低，這可能是因為汞的巰基絡合物不穩定分解并吸附在玻璃壁所致。實驗還發現，萃取完畢后，長時間的高速離心也會使MeHg＋和Hg2＋回收率略微下降。因此，建議萃取后樣品的離心時間不超過3 min，速度不超過1500 r/min，樣品應在萃取完畢后36 h內完成分析。

3.4 冷原子熒光系統條件優化

當體系中有汞的巰基絡合物存在或還原劑含量過高時，會嚴重抑制汞的氣化效率。因此，在還原之前，應先將汞的巰基絡合物氧化至Hg2＋。本研究利用過硫酸鉀在紫外輻照下對色譜分離的各形態汞的巰基絡合物進行氧化，考察不同濃度過硫酸鉀（0.01%～3%，m/V）的影響。結果表明，當其濃度為2.0%時，MeHg＋和Hg2＋靈敏度較高。濃度過低不足以氧化完全; 濃度過高，過硫酸鉀會與后續的KBH4反應，影響靈敏度。

以MeHg＋為對象，考察不同濃度KBH4（0.5%～3.5%，m/V）的影響。沉積物樣品加標20 ng MeHg＋，結果發現，KBH4濃度為2%時，汞的峰面積最大；KBH4濃度低于1%或高于 2.5%時，基線噪音增大，MeHg＋和Hg2＋的譜峰峰形變差甚至出現分叉，這可能是過多的KBH4產生大量H2，擾亂樣品和試劑間有效滲透與混合，使測量的穩定性降低。

在CVAFS系統中，HCl為冷蒸汽的發生提供酸環境，較少的HCl使測試的靈敏度偏低。當HCl濃度大于7%（V/V）時嚴重影響測定的穩定性。各參數優化結果見表1。

3.5 方法的驗證

將本方法與文獻報道的方法進行對比，分析了標準參考物質IAEA-405、ERM-CC580以及實際樣品，結果見表3。標準物質測定結果均在推薦值范圍，本方法與文獻報道方法結果的RSD＜7%。

3.6 檢出限、精密度及準確度

在優化的條件下，10

SymbolmA@ g/L MeHg＋和5

SymbolmA@ g/L Hg2＋混合標準溶液譜圖見圖4。MeHg＋和Hg2＋的保留時間分別為6.52和9.64 min。對6份樣品空白測量的3倍標準偏差（3σ）計算，方法檢出限MeHg＋為0.58 ng/g，Hg2＋為0.48 ng/g； 絕對檢出限MeHg＋為6.5 pg，Hg2＋為5.5 pg。對6個樣品重復測定的RSD MeHg＋為5.7%，Hg2＋為4.1%。高中低3個濃度水平的樣品加標回收率均在93%以上。

圖4 優化條件下甲基汞和無機汞混合標準溶液色譜圖

Fig．4 Chromatogram of MeHg＋ and Hg2＋ mixed standard solution under optimum conditions 

3.7 實際樣品測定

應用本方法對四川省境內沱江內江段、岷江都江堰和樂山段、金沙江攀枝花和昌都段以及嘉陵江南充段沉積物進行了分析，結果見表3。結果表明，金沙江昌都段沉積物中MeHg＋和Hg2＋含量最低，這可能因為昌都地區靠近金沙江源頭，無Hg人為釋放源；金沙江攀枝花段沉積物中MeHg＋和Hg2＋含量最高，這可能是由于該點位于一采礦場下游緣故；岷江樂山段沉積物中MeHg＋和Hg2＋含量高于上游的都江堰段，這可能是因為在流經成都市雙流工業區時為其補充了Hg。MeHg＋與Hg2＋濃度成正相關，這表明沉積物中的MeHg＋可能主要由Hg2＋通過微生物的甲基化作用轉化形成。

研究表明，2-ME可有效地萃取沉積物中的MeHg＋和Hg2＋，萃取后直接將萃取液注入HPLC-CVAFS分析。本方法簡單、快速、靈敏，且設備價廉，試劑易得。

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References

1 Clevenger W L， Smith B W， Winefordner J D. Crit. Rev. Anal. Chem.， 1997， 27（1）: 1～26

2 WENG Di. Spectroscopy and Spectral Analysis，  2005， 25（12）: 2073～２０７５

翁 棣. 光譜學與光譜分析， 2005， 25（12）: 2073～２０７５

3 Uria J E S， Sanz-Medel A. Talanta， 1998， 47（3）: 509～524

4 Chen K. J， Hsu I H， Sun Y C. J. Chromatogr. A， 2009， 1216（51）: 8933～8938

5 Fan Z F， Liu X J. J. Chromatogr. A， 2008， 1180（1-2）: 187～192

6 Deng B Y， Xiao Y， Xu X S， Zhu P C， Liang S J， Mo W M. Talanta， 2009， 79（5）: 1265～1269

7 LU Jian-Ping， WANG Li， MO Sui-Sui. Chinese J. Anal. Chem.， 2010， 38（2）: 296～298

陸建平，王 麗，莫遂遂. 分析化學， 2010， 38（2）: 296～298

8 Jia X， Han X， Wei C， Duan T， Then T. J. Anal. At. Spectrom.， 2011， 26: 1380

9 LIU Hua-Lin， ZHAO Rui， WEI Chao， XING Zhi， YAN Ji-Ren， ZHANG Xin-Rong. Chinese J. Anal. Chem.， 2005， 33（11）: 1522～1526

劉華琳，趙 蕊，韋 超，邢 志，閆繼仁，張新榮. 分析化學， 2005， 33（11）: 1522～1526

10 LI Yan， LIU Shu-Juan， JIANG Dong-Qing， JIANG Yan， YAN Xiu-Ping. Chinese J. Anal. Chem.， 2008， 36（6）: 793～798

李 妍，劉書娟，江冬青，江 焱，嚴秀平. 分析化學， 2008， 36（6）: 793～798

11 Margetinova J， Pelcova P H， Kuban V. Anal. Chim. Acta， 2008， 615（2）: 115～123

12 Bramanti E， Cavallaro R， Onor M， Zamboni R， D′Ulivo A. Talanta， 2008， 74（4）: 936～943

13 Bramanti E， Lomonte C， Onor M， Zamboni R， D′Ulivo A， Raspi G. Talanta， 2005， 66（3）: 762～768

14 Liang L N， Jiang G B， Liu J F， Hu J T. Anal. Chim. Acta， 2003， 477（1）: 131～137

15 Faras S， Rodrguez R E， Ledesma A， Batistoni D A， Smichowski P. Microchem. J.， 2002， 73（1-2）: 79～88

１6 dos Santos J S， de la Guárdia M， dos Pastor A， Santos M L P. Talanta， 2009， 80（1）: 207～211

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Determination of Methylmercury and Inorganic Mercury in Sediments by

High Performance Liquid Chromatography Hyphenated to Cold Vapor

Generation Atomic Fluorescence Spectrometry Following

a Microwave-Assisted Extraction



LENG Geng1， WANG Jun-Wei2， WAN Xu2， QIAN Shu2， DAN De-Zhong*1



1（College of Architecture and Environment， Sichuan University， Chengdu 610065）

2（Sichuan Environmental Monitoring Center， Chengdu 610041）

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Abstract A high performance liquid chromatography （HPLC） coupled with cold vapor generation atomic fluorescence spectrometry method （CVAFS） has been developed for the separation and determination of methylmercury （MeHg＋） and inorganic mercury （Hg2＋） in sediment samples. The previous extraction of samples was carried out at a temperature of 80 ℃ for 8 min by using 0.1% （V/V） 2-mercaptoethanol as the extractant. The separation and determination of mercury species were achieved by direct injecting the extractant to HPLC-CVAFS system. Under the optimized conditions， the limit of detection was 0.58 ng/g for MeHg＋ and 0.48 ng/g for Hg2＋. The average recoveries were 96.2% and 95.8% for MeHg＋ and Hg2＋， respectively， by spiking three concentration levels of mercury species into samples. The proposed method was validated for the determination of certified reference material IAEA-405 and ERM-CC580， and the analytical results were in good agreement with the certified values. The proposed method was simple， rapid， accurate， no interference and suitable for the determination of methylmercury and inorganic mercury in sediment samples.

Keywords Mercury; Speciation analysis; Microwave assisted extraction; High performance liquid chromatography; Cold vapor atomic fluorescence spectrometry

（Received 23 June 2011; accepted 20 September 2011）