高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用法測定水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)*

楊志強

(莆田市環境監測站,福建 莆田 351100)

0 引言

硒(Se)是人體必需的微量元素，在自然界中主要以無機鹽的形式存在[1-3]，在生物體內大多為有機硒形態[4]，對預防心血管疾病、癌變、免疫缺陷等有重要作用[5]。硒營養劑量和毒性劑量之間范圍較窄, 攝入量過低易引起克山病，攝入過量則有毒副作用，人一次服用硒的最小致死劑量為2～4mg·kg-1，無機硒對老鼠的半數致死量(LD50)為15mg·kg-1[6-7]。水體中硒主要以硒酸鹽Se(Ⅵ)和亞硒酸鹽Se(Ⅳ)形式存在，亞硒酸鹽毒性大于硒酸鹽[8-9]，是水中硒污染主要來源，因此對水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)分離分析已成為水質監測的熱點。

環境監測中硒形態分析，需要滿足高靈敏度、選擇性、快速分析和防止形態發生轉變等要求，但現行國標方法中僅有《水質 硒的測定 2,3-二氨基萘熒光法》通過將水樣中Se(Ⅵ)還原成Se(Ⅳ)，然后再通過Se(Ⅳ)熒光反應，間接測定總硒含量[10]，該方法樣品前處理較復雜，且不能同時測定Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)。本文利用高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用方法對水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)進行定性定量分析，樣品經過簡單處理后即可進行分析測定，方法兼具痕量和不同形態硒同時分析的優點[11]，并對方法精密度和準確度進行實驗室間對比，為方法推廣應用提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

7700X型電感耦合等離子體質譜儀和1260型高效液相色譜儀(美國安捷倫公司)，PRP-X100陰離子交換柱(250×4mm，10μm)及其保護柱(美國哈密爾頓公司)，Bio-WAX陰離子交換色譜柱(4.6×50mm，5μm，美國安捷倫公司)，Milli-Q Direct8型超純水機(美國密里博公司)；硒酸根標準物質(GBW10033)，亞硒酸根標準物質(GBW10032)，硝酸(電子級)，氨水(色譜純)，檸檬酸(分析純)，檸檬酸鈉(分析純)，實驗用水均為超純水。

1.2 主要實驗方法

1.2.1 ICP/MS工作條件

RF功率1500 W，載氣流量0.70 L·min-1，輔助氣流量0.45 L·min-1，霧室溫度2 ℃，進樣深度8 mm，蠕動泵速0.3 r/s，質量數82，積分時間0.5 s，氬氣作為保護氣，采用氦氣碰撞模式進行實驗，流量為4.2 L·min-1。

1.2.2 色譜柱的選擇

以pH為5.0、10mmol·L-1的檸檬酸緩沖液為流動相，對比Hamilton陰離子交換色譜柱和Bio-WAX 陰離子交換色譜柱色譜分離結果，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準溶液進樣，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)單標進行定性，流速1.0 mL·min-1，進樣體積100 μL。本實驗考察Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)完成色譜分離的時間和分離度，以此為判斷，選擇最適合的色譜柱。水樣上機分析前經0.45 μm濾膜過濾，濃度較高的樣品可用緩沖液稀釋后上樣。

1.2.3 流動相緩沖液的選擇

對比檸檬酸緩沖液和NH4NO3緩沖液對Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)色譜分離結果的影響。分析入海河口高鹽樣品10 μg·L-1Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合加標回收情況，以此考察兩種不同流動相緩沖體系對硒形態分離結果的影響。

1.2.4 不同pH處理樣品色譜分離結果

通過10 % 硝酸或氨水調節Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)混合標準溶液pH為2.0、4.5、7.0、10.0，考察不同pH處理對Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)的色譜分離結果的影響。

2 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)在Hamilton和Bio-WAX 陰離子交換色譜柱色譜分離結果如圖1所示，Bio-WAX 陰離子交換色譜柱分離兩種形態的無機硒的效率更高，只要2分鐘就能完成色譜分離，Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)分離度大于1.5，為提高實驗效率，本實驗選擇Bio-WAX Column陰離子交換色譜柱。

圖1 兩種色譜柱分離兩種不同形態硒的色譜圖

2.2 流動相的選擇

采用Bio-WAX 陰離子交換色譜柱，對比檸檬酸緩沖液和NH4NO3緩沖液對Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)色譜分離結果的影響。兩種緩沖液均能將混合標準溶液中的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)進行有效分離，并取得較好的分離效果。但在進行入海河口高鹽樣品(鹽度為9.1)10 μg·L-1Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準溶液加標回收情況時，結果如圖2、圖3所示，檸檬酸緩沖液條件下高鹽樣品中Se(Ⅳ)色譜峰形較寬，添加10 mmol·L-1EDTA對色譜分離情況沒有明顯改善，而在NH4NO3緩沖液條件下則取得較好回收率。綜上，選擇為pH為7.0、濃渡為80mmol·L-1的NH4NO3緩沖液作為水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)的液相色譜流動相，可以提高實驗方法在不同基體水質中的適用性。

圖2 檸檬酸緩沖液高鹽樣品Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)加標回收色譜分離結果的影響

圖3 NH4NO3緩沖液高鹽樣品中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)加標回收色譜分離結果

2.3 不同pH處理對Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)影響

經不同pH處理后的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準溶液，色譜分離結果如圖4所示。

圖4 不同pH處理Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準溶液的色譜結果

圖5 混合標準樣品調節pH至2.0及樣品回調pH至7.0色譜分析結果

2.4 方法線性、檢出限和檢測下限分析

制備濃度分別為0、1.0、10.0、50.0、100.0 μg·L-1的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)系列標準混合溶液，按實驗方法分析，兩種形態硒在0～100 μg·L-1范圍內線性關系良好，線性相關系數平方值達到0.9999。以信噪比(S/N)3∶1計算檢出限，4倍的檢出限表征檢測下限，進樣量100 μL，Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)檢出限分別為0.4 μg·L-1、0.3 μg·L-1，檢測下限分別為0.16 μg·L-1、0.12 μg·L-1。

2.5 方法精密度和準確度分析

采用加標回收實驗表征分析準確度，取水庫、入海河口、污水處理廠廢水三種不同基質水樣，添加0.5、40、90μg·L-1三個濃度水平的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準溶液，每個濃度水平測定6次，計算平均加標回收率。結果如表1所示，三種水樣不同加標濃度水平回收率在96.8%～106%，方法具有較高的分析準確度。計算相對標準偏差(RSD)在1.04%～6.34% ，說明方法具有良好精密度。

表1 不同水樣加標樣品回收率結果

2.6 實驗室間方法精密度和準確度分析

組織6家有資質的實驗室進行實驗室間方法精密度和準確度驗證，采用本文提出的實驗方法，對三種濃度水平的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準物質(1、40、90 μg·L-1)進行分析，每個濃度水平都做 6 次平行測定，求取各個濃度水平的平均值計算相對標準偏差(RSD)，RSD小于6%，表明方法具有較好的重現性。加標回收表征方法準確度，選取水庫、入海河口、污水處理廠廢水三種不同基質水樣進行加標實驗，分別添加0.5、40和90 μg·L-1三個濃度水平的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)混合標準溶液，計算加標回收率，綜合分析6家實驗室實驗數據，回收率在93%～108%之間，說明本方法有較好的分析準確度。

3 結論

本文提出的高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用法，能夠滿足水庫、入海河口、污水處理廠廢水等不同基質水樣中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)分析要求，實驗分析結果表明，該方法具有較好的分析精密度和準確度。研究發現，低pH處理對水中Se(Ⅳ)色譜分離結果產生負影響，為樣品的保存提供理論依據。組織6家有資質的實驗室進行實驗室間方法精密度和準確度驗證，不同實驗室間得到了較為一致的結果，方法精密度和準確度能夠達到實驗要求，為該方法的進一步推廣和規范水中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)監測分析提供有力的技術支持。