不同毛細(xì)柱下氣相色譜法對水中甲基汞的測定探究

張君輝

(江西省環(huán)境監(jiān)測中心站，江西 南昌 330077)

甲基汞是一類劇毒的環(huán)境污染物，其作為一種有機(jī)汞，其傷害性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無機(jī)汞的毒性[1]，極易在生物體內(nèi)富集，造成人體神經(jīng)中毒、內(nèi)分泌干擾和生殖毒性等危害[2]，并且對人體有強(qiáng)致癌作用。因此對水中的甲基汞的測定要求相對嚴(yán)格，其中常見的有氣相色譜法[1, 3]、高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法聯(lián)用法[3-5]、高效毛細(xì)管電泳法[3]、高效液相色譜-原子熒光法[6-7]等，但是對于色譜柱的選擇及分析，國內(nèi)的報道卻相對較少。

本文主要使用氣相色譜儀分別以Elite-5MS色譜柱(美國)和HTHG-PW15(日本)兩種色譜柱探究對水中甲基汞的測定效果。

1 實驗部分

1.1 儀器設(shè)備

1.1.1 大型儀器設(shè)備 美國珀金-埃爾默氣相色譜分析儀(Clarus580)、裝配的電子俘獲檢測器(ECD檢測器)、Elite-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、HTHG-PW15S色譜柱(15 m×0.53 mm)。

1.1.2 普通儀器 移液槍、1 mL容量瓶、10 mL容量瓶、巰基棉管、離心機(jī)(上海盧湘離心機(jī)有限公司)。

1.2 試劑材料

甲苯(色譜純)科密歐化學(xué)試劑有限公司；甲苯中甲基汞溶液(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)，濃度為10 mg/L；鹽酸(優(yōu)級純)科密歐化學(xué)試劑有限公司；實驗室用水為屈臣氏超純水；硫酸銅、氯化鈉和無水硫酸鈉，均為科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.3 色譜條件

本次實驗以最優(yōu)條件為準(zhǔn)，其中使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的色譜條件：檢測器溫度為300 ℃，靈敏度為8倍，柱流量為1 mL/min，柱箱溫度為160 ℃恒溫，時間為7 min，進(jìn)樣口溫度為200 ℃，分流為20∶1，進(jìn)樣體積是1 μL。

使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的色譜條件：檢測器溫度為300 ℃，靈敏度為8倍，柱流量為8 mL/min，柱箱溫度為130 ℃恒溫，時間為15 min，進(jìn)樣口溫度為200 ℃，分流為20∶1，進(jìn)樣體積是1 μL。

2 實驗方法

2.1 使用Elite-5MS色譜柱的氣相色譜法

向10 mL容量瓶中加入1 mL甲基汞標(biāo)液，以甲苯為溶劑稀釋至刻度線，配制成1 mg/L的中間液；取不同體積的中間液加入1 mL容量瓶中，以甲苯為溶劑稀釋至刻度線，分別配制濃度為0.0001、0.001、0.01、0.1、0.2、0.5、1、5、10、25、50、100 μg/L共計12組濃度梯度的甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2 使用HTHG-PW15S色譜柱的氣相色譜法

濃度梯度甲基汞溶液配制過程與2.1一致。

2.3 實驗前準(zhǔn)備

2.3.1 檢測器的老化 由于ECD檢測器極易被空氣氧化，易受污染，因此在實驗前堵住ECD與色譜柱連接處，將ECD溫度調(diào)至300 ℃，高溫下老化5～6 h[8]。

2.3.2 色譜柱的老化 Elite-5MS色譜柱最高承受溫度為320 ℃，溫度過高會導(dǎo)致色譜柱流失現(xiàn)象發(fā)生。為防止實驗中色譜柱中污染物對檢測器造成影響，將柱箱溫度調(diào)至280 ℃，柱流量調(diào)至2 mL/min，在此溫度下恒溫烘烤2～3 h。

HTHG-PW15S色譜柱最高承受溫度為230 ℃，溫度過高會導(dǎo)致色譜柱流失現(xiàn)象發(fā)生。為防止實驗中色譜柱中污染物對檢測器造成影響，將柱箱溫度調(diào)至200 ℃；由于色譜柱內(nèi)徑較粗，為保證儀器壓力，將柱流量調(diào)至12 mL/min，在此溫度下恒溫烘烤2～3 h。

3 結(jié)果與討論

3.1 使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)儀器所測峰譜圖可知，當(dāng)使用Elite-5MS色譜柱時，在上述最優(yōu)色譜條件下，當(dāng)甲基汞溶液濃度低于5 μg/L時，儀器甲基汞的目標(biāo)峰面積未顯示；當(dāng)甲基汞溶液濃度高于5 μg/L時，目標(biāo)峰面積才會隨著濃度的增大而穩(wěn)定地變大。因此，在此色譜柱條件下，甲基汞濃度需不小于5 μg/L，才適用于檢測廢水中的甲基汞。具體見圖1和表1。

圖1 使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1 工作曲線線性范圍

3.1.1 精密度 分別對濃度為15、40、80 μg/L的甲基汞試液進(jìn)行6次平行測定，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，研究本方法的精密度。測定結(jié)果見表2。

表2 精密度結(jié)果

由表2可知，3種不同濃度的甲基汞溶液所測得的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在0.3%～0.5%范圍內(nèi)，說明此方法的精確度較高[9]。

3.1.2 檢出限的測定 根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168─2010)[10]，在上述最優(yōu)儀器條件下，重復(fù)7次空白實驗，將所測結(jié)果換算成濃度值，計算水中甲基汞的檢出限(MDL)。

將7次空白實驗標(biāo)準(zhǔn)譜圖中峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計算出空白樣品中濃度，計算7次空白實驗的平行偏差(S)，推導(dǎo)出使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的檢出限(MDL)。計算公式如下：

MDL=t(6,0.99)×S

(1)

公式(1)中：MDL為方法檢出限；S為7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t為自由度為6，置信度為99%的t分布。

根據(jù)上述公式計算出使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的檢出限，見表3。

表3 Elite-5MS色譜柱氣相色譜法檢出限計算結(jié)果

根據(jù)表3可知，使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的檢出限為1.68×10-3μg/L。

3.1.3 準(zhǔn)確度 使用空白樣品加標(biāo)回收的測定方法得出Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的回收率范圍(表4)。

表4 本方法的回收率

由表4可知，使用Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的回收率在98.89%～101.43%范圍內(nèi)，此方法的準(zhǔn)確度較高。

3.2 使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)儀器所測峰譜圖可知，當(dāng)使用HTHG-PW15S色譜柱時，在上述最優(yōu)色譜條件下，當(dāng)甲基汞溶液濃度高于5 μg/L時，甲基汞的目標(biāo)峰面積過大，導(dǎo)致目標(biāo)物質(zhì)測量不準(zhǔn)確；當(dāng)甲基汞溶液濃度不大于5 μg/L時，目標(biāo)峰面積才會隨著濃度的增大而穩(wěn)定地變大。因此，在此色譜柱條件下，甲基汞濃度需不大于5 μg/L。具體見圖2和表5。

圖2 使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.2.1 精密度 分別對濃度為0.0005、0.0015、0.15 μg/L的甲基汞試液進(jìn)行6次平行測定，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。測定結(jié)果見表6。

由表6可知，3種不同濃度的甲基汞溶液所測得的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在0.8%～1.3%范圍內(nèi)，說明此方法的精確度較高[9]。

3.2.2 檢出限的測定 根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168─2010)[10]，在上述最優(yōu)儀器條件下，重復(fù)7次空白實驗，將所測結(jié)果換算成濃度值，計算水中甲基汞的檢出限(MDL)。

將7次空白實驗標(biāo)準(zhǔn)譜圖中峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計算出空白樣品中濃度，計算7次空白實驗的平行偏差(S)，推導(dǎo)出使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的檢出限(MDL)。計算公式如下：

MDL=t(6,0.99)×S

(2)

公式(2)中：MDL為方法檢出限；S為7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t為自由度為6，置信度為99%的t分布。

根據(jù)上述公式計算出使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的檢出限見表7。

根據(jù)表7可知，使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的檢出限為1.19×10-4μg/L。

表7 HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法檢出限計算結(jié)果

3.2.3 準(zhǔn)確度 使用空白樣品加標(biāo)回收的測定方法得出HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的回收率范圍(表8)。

由表8可知，使用HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的回收率在94.12%～102.94%范圍內(nèi)，此方法的準(zhǔn)確度較高。

表8 本方法的回收率

3.3 兩種氣相色譜法的比較

綜上所述，Elite-5MS色譜柱氣相色譜法和HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的準(zhǔn)確度、精密度、檢出限以及測定范圍具體見表9。

表9 兩種氣相色譜法的比較一覽表

由表9可知，Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的精密度相對于HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法較低；Elite-5MS色譜柱氣相色譜法與HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的準(zhǔn)確度都較高；HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的檢出限是Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的檢出限的1/10，表明HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的靈敏度更高，可檢測更低濃度的水中甲基汞；HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法可測定水中濃度很低的甲基汞。當(dāng)甲基汞濃度過高時，儀器目標(biāo)峰面積過大，導(dǎo)致結(jié)果失準(zhǔn)，具體測定范圍為不大于5 μg/L；Elite-5MS色譜柱氣相色譜法可測定水中濃度較高的甲基汞，當(dāng)甲基汞濃度過低時，儀器目標(biāo)峰面積過小，導(dǎo)致結(jié)果失準(zhǔn)，具體測定范圍為不小于5 μg/L。

4 實際樣品的測定

4.1 實際樣品的前處理

實際樣品為城市污水和地表水兩種樣品，其前處理流程見圖3[11]。

圖3 樣品的前處理流程圖

4.2 樣品結(jié)果

為保證實際樣品測試的準(zhǔn)確性，在樣品測試過程中添加質(zhì)量保證手段，即在城市污水樣品測試過程中增加編號為GBW08675的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品[濃度為(65.2±2.5)μg/L的標(biāo)準(zhǔn)液體]；由于甲基汞的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液濃度種類較少，因此在測試地表水樣品過程中添加一組空白加標(biāo)溶液。具體結(jié)果見表10。

由表10可知，Elite-5MS色譜柱氣相色譜法和HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法在測試實際樣品的過程中，質(zhì)量控制結(jié)果是滿足質(zhì)量控制要求的，因此，這兩種方法可用于實際樣品測試。

表10 實際樣品測試結(jié)果一覽表

5 結(jié)論

用兩種色譜柱條件下的氣相色譜法測定水中的甲基汞都較為準(zhǔn)確，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.9999，線性相關(guān)程度較高。Elite-5MS色譜柱氣相色譜法的精密度相對于HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法較低；兩種氣相色譜法的準(zhǔn)確度都較高；HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法的靈敏度更高，可檢測更低濃度的水中甲基汞。

Elite-5MS色譜柱氣相色譜法適用于檢測水中甲基汞濃度較高的情況，即濃度不低于5 μg/L；HTHG-PW15S色譜柱氣相色譜法適用于檢測水中甲基汞濃度較低的情況，即濃度不高于5 μg/L。兩種方法可用于實際樣品檢測，對水中甲基汞檢測前景具有重要的意義。