超聲堿提-PT-GC-AFS法測定土壤和沉積物中烷基汞

徐冬梅，陳 晉，王 鑫

(安徽省生態環境監測中心，安徽 合肥 230071)

0 引 言

汞作為具有持久性、生物體富集性的毒性物質之一，被認為是全球性的重要污染物。在我國，汞被列入《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》第一類重點防控重金屬中。汞化合物的毒性取決于其濃度及不同的化學形態，汞在環境中主要以元素汞、無機汞和有機汞的形態存在，有機汞的毒性遠大于元素汞和無機汞，有機汞主要有甲基汞、乙基汞和苯基汞等[1-2]。因此，對于汞的形態分析，尤其是烷基汞中甲基汞、乙基汞的研究日益受到關注[3-12]。

在烷基汞分析過程中，提取和分離有機汞化合物是最關鍵的步驟之一。常用的提取方法主要有酸消解、堿消解、超臨界流體萃取、固相萃取和微波輔助萃取等，其中酸性消解法應用較多，但酸性消解法步驟繁瑣，包括萃取、離心、反萃取，操作難度較大，需要使用毒性較大的二氯甲烷試劑[13-15]。堿性消解法是在氫氧化鉀-甲醇堿性介質中，通過水浴振蕩，再經離心分離提取烷基汞。超聲提取由于其特有的機械效應和空化效應，具有快速、高效、價廉等特點，適合批量樣品分析，被廣泛用于藥物、食品、環境等領域[16-18]。

本文比較了各種提取方法，選擇以氫氧化鉀-甲醇為介質，超聲波輔助提取烷基汞（簡稱為超聲堿提法），經離心分離、烷基化后，采用吹掃捕集/氣相色譜-冷原子熒光光譜法（PT-GC-AFS）測量烷基汞。

與前期研究相比，超聲堿提法前處理效果顯著，整個前處理過程大大縮減，僅使用了氫氧化鉀和甲醇兩種試劑，且試劑消耗量明顯減少；該法在保證準確度和精密度的前提下更環保、高效，非常有應用前景，適合批量樣品的高效分析，可以為土壤和沉積物中烷基汞詳查工作提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

全自動烷基汞分析儀（北京普立泰科儀器有限公司，MMA72），冷凍干燥儀，電子天平，超聲波萃取儀（帶溫度控制），渦旋振蕩器，離心機。

高純氮氣、氬氣（純度≥99.999%）。甲基汞和乙基汞標準溶液，市售有證標準溶液；甲基汞和乙基汞標準使用液（1.00 μg/L 和 0.10 μg/L），用超純水將標準貯備液逐級稀釋至1.00 μg/L和0.10 μg/L。25%氫氧化鉀-甲醇溶液：稱取50 g氫氧化鉀（優級純）至200 mL的甲醇（色譜純）中，蓋緊蓋子，超聲溶解20 min至溶液為乳白色。2 mol/L乙酸-乙酸鈉緩沖液：稱取16.4 g乙酸鈉（優級純）溶于超純水中，加入11.8 mL無水乙酸（優級純），用超純水定容至100 mL。1%四丙基硼化鈉溶液（丙基化試劑）：稱取2.0 g氫氧化鉀（優級純）至100 mL帶蓋塑料瓶中，加入97 mL超純水，混勻，放入冰箱冷凍（直至出現冰晶）后，迅速加入1.0 g四丙基硼化鈉，搖勻，快速分裝至多個2 mL玻璃小瓶中，蓋緊蓋子，于-18 ℃避光冷凍保存。臨用時，取出一小瓶，待瓶內冰塊融化約一半時使用。

1.2 試樣的準備

對土壤和沉積物兩種類型的樣品進行了分析。將采集的新鮮樣品在實驗室中冷凍干燥、破碎、過0.15 mm（100目）尼龍篩，分裝密封后備用。

1.3 制備及前處理

準確稱取0.1 g樣品（精確到0.1 mg）至15 mL聚丙烯離心管中，準確加入3.00 mL 25%氫氧化鉀-甲醇溶液，蓋緊蓋子，用渦旋振蕩器混勻，將樣品置于超聲萃取儀中，于50 ℃超聲10 min，快速取出渦旋30 s，繼續于50 ℃超聲10 min。超聲完成后，取出樣品，冷卻至室溫，準確加入7.00 mL超純水，混勻，離心（5 000 r/min，5 min），將上清液轉移至干凈的新管中，盡快測定。

1.4 儀器工作條件

使用原位吹掃捕集，填充柱分離，冷原子熒光光譜檢測，具體儀器條件見表1。

2 結果與討論

2.1 定性分析

根據樣品中目標化合物與標準樣品中目標化合物的保留時間定性。圖1（a）、1（b）、1（c）分別為5 pg、500 pg和土壤標準參考物質SQC977-20G的烷基汞色譜圖，由圖可見，在含量為5～500 pg范圍內Hg0、甲基汞、乙基汞和Hg2+均能達到較好的分離效果，土壤標準參考物質的色譜圖與標樣的色譜圖無明顯差異，該方法受基質影響不明顯。

2.2 校準曲線的繪制

在60 mL棕色進樣瓶中預先加入30 mL超純水和300 μL乙酸-乙酸鈉緩沖液，再分別加入適量的甲基汞和乙基汞標準使用液（1.00 μg/L和0.10 μg/L），配制成甲基汞、乙基汞的含量為0.00，5.00，10.0，20.0，50.0，100，200，500 pg 標準系列，然后加入50 μL丙基化試劑，迅速蓋緊瓶蓋，混勻，靜置20 min后上機測試。按照儀器參考條件，由低含量到高含量依次對標準系列溶液進行測定，以標準系列溶液中目標化合物含量（pg）為橫坐標，以其對應的峰高為縱坐標，繪制標準曲線。烷基汞的標曲參數見圖2（a）和圖2（b）。由圖可見，在含量為5～500 pg范圍內，甲基汞、乙基汞均有較好的響應。

圖2 烷基汞標準曲線圖

2.3 檢出限和測定下限

采用石英砂作為空白試樣，按照樣品前處理和分析的全部步驟測定7個空白樣品，計算平行測定的標準偏差，按照HJ 168—2020中要求計算檢出限和測定下限，測定結果見表2。當樣品量為0.1 g時，甲基汞、乙基汞的檢出限分別為0.13 μg/kg和0.09 μg/kg，測定下限分別為 0.52 μg/kg 和 0.36 μg/kg。

表2 檢出限和測定下限μg/kg

2.4 精密度

采用超聲堿提-PT-GC-AFS法分別對3個不同濃度的兩種類型實際樣品（3個土壤樣品和3個沉積物樣品）進行了平行測定，檢驗了方法的精密度，結果見表3。由表可見，甲基汞和乙基汞的相對標準偏差范圍分別為1.23%～8.47%和3.84%～8.30%，其中土壤中甲基汞和乙基汞的相對標準偏差范圍分別為1.23%～5.12%和3.84%～7.41%，沉積物中甲基汞和乙基汞的相對標準偏差范圍分別為2.51%～8.47%和7.96%～8.30%。該方法精密度較高，測定結果的相對標準偏差均在10%以內，土壤中目標物的測定精密度略優于沉積物，可能是由于沉積物的基體較為復雜。

表3 方法的精密度

2.5 準確度

采用超聲堿提-PT-GC-AFS法，對土壤標準物質SQC977-20G和沉積物標準物質ERM-CC580進行了測定。每個樣品平行測定6次，計算結果的平均值、相對標準偏差和相對誤差，檢驗方法的準確度，具體結果見表4。土壤和沉積物有證標準物質的測定值均在標準值范圍內，平行測定的相對標準偏差為4.99%～8.63%，均值的相對誤差為0.4%～4.9%。該方法準確度高、精密度好，測定結果的相對標準偏差均在10%以內，相對誤差均在5%以內。

表4 有證標準物質測定結果

2.6 實際樣品加標回收

在實際樣品中定量加入烷基汞標準使用液，通過測定烷基汞的加標回收率，考察方法的準確性和適應性。文章對不同濃度兩種類型的樣品進行了加標回收實驗，并根據樣品中目標化合物的實際含量加入不同含量的烷基汞，從不同含量水平檢驗加標實驗的合理性和準確性，具體結果見表5。實際樣品與標準參考物質的加標回收率范圍分別為92.2%～106%和84.0%～114.6%，加標實驗的6次平行測定的相對標準偏差為1.46%～8.83%。加標實驗的準確度和精密度均能滿足分析要求。

表5 實際樣品加標回收實驗結果

2.7 超聲堿提法與酸性消解法、堿性消解法比較

文章比較了超聲堿提法和使用率較高的酸性消解法、堿性消解法3種前處理方法，具體差異見表6。酸性消解法是通過加入氫鹵酸或有機酸和絡合劑將汞的化合物從土壤和沉積物中釋放出來，形成烷基汞鹵化物，溶解在二氯甲烷或甲苯等其他的有機溶劑中，再通過反萃取去除有機溶劑。酸性消解法步驟繁瑣，包括萃取、離心、反萃取，操作難度較大，耗時長，試劑毒性較大，檢出限較高。堿性消解法是利用氫氧化鉀-甲醇對土壤和沉積物樣品的烷基汞進行振蕩萃取，既不破壞原有的C-Hg鍵，又可以避免發生嚴重的乳化現象，降低了萃取難度，減少了前處理時間。超聲提取由于其特有的機械效應和空化效應，提取能力強，耗時少。與傳統改進BCR法相比，超聲提取可以將原有的提取時間由十幾小時縮短為幾十分鐘，效率提高的同時提取條件更易控制。超聲堿提法組合使用超聲提取和堿性法，克服了單一方法缺陷，效果更好。堿性消解法和超聲堿提法步驟少，試劑毒性小，精密度好，準確度高，檢出限低。超聲堿提法前處理效果顯著，不同濃度樣品平行測定的相對標準偏差均在10%以內，標準參考物質的測定結果均在標準值允許誤差范圍內，且相對誤差均在5%以內。當取樣量為0.1 g，甲基汞和乙基汞檢出限分別為 0.13 μg/kg和 0.09 μg/kg，甲基汞的檢出限略高于堿性消解法，乙基汞的檢出限與之相近。但整個前處理過程大大縮減，用時僅為堿性消解法的1/7；所用試劑一致，但試劑消耗量卻降為堿性消解法的1/5，相應地廢液也顯著減少?？傮w而言，超聲堿提法在保證準確度和精密度的前提下，更環保、高效。

表6 3種前處理方法比較1）

3 結束語

本文建立了超聲堿提-PT-GC-AFS法測定土壤和沉積物中烷基汞。與使用率較高的酸性消解法、堿性消解法相比較，文中提出的超聲堿提法更高效、環保。超聲堿提PT-GC-AFS法的檢出限為甲基汞0.13 μg/kg、乙基汞 0.09 μg/kg，實際樣品平行測定的精密度范圍為1.23%～8.47%，實際樣品加標回收率范圍為92.2%～106%，土壤和沉積物標準參考物質的測定結果均在標準值允許誤差范圍內。該方法前處理步驟簡單、易操作，僅涉及超聲和離心兩個步驟，整個前處理過程僅需0.5 h，試劑毒性小，廢液少。超聲堿提PT-GC-AFS法準確、快速、高效，可為土壤和沉積物中汞的形態分析提供高效、有力的技術支撐。