崔艷紅 常 亮 邱 燁 孔維恒 馮 婷 薛辰全 劉 鑫*

(1.北京吉天儀器有限公司，北京 100015；2.中國海關(guān)科學(xué)技術(shù)研究中心，北京 100026)

海洋重金屬污染已成為全球性的環(huán)境污染問題，海洋中的汞在生物體內(nèi)會轉(zhuǎn)化為毒性高的甲基汞，并在生物體內(nèi)長期富集[1]，影響生物體的健康，且人類長期食用汞含量高的海產(chǎn)品，也會對人類身體健康造成威脅。《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)按照海域的不同使用功能和保護(hù)目的將海水水質(zhì)分為四類，汞的限量值分別為0.05、0.2、0.2和0.5 μg/L。因此，準(zhǔn)確測定海水中汞的含量具有重要意義。

目前，汞的測定方法主要有原子熒光光譜法[2-5]、冷原子吸收光譜法[6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7]、直接測汞儀法[8]等。其中，原子熒光光譜法因其靈敏度高、重復(fù)性好、檢測速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。在國家標(biāo)準(zhǔn)方法GB 17378.4—2007中規(guī)定了海水中汞的分析方法，第一法即為原子熒光光譜法，該方法采用硫酸-過硫酸鉀消解前處理，但有的文獻(xiàn)[3]會用鹽酸溶液代替硫酸溶液作載流，也有文獻(xiàn)[4]認(rèn)為硫酸在海水樣品消化過程中只起到酸化作用，而直接用硝酸代替硫酸，卻并未具體深入驗(yàn)證酸的種類是否對測試結(jié)果有影響；其次，過硫酸鉀法是否能將海水樣品消解完全，即烷基汞是否全部轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞，目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道有效的判定方法。另外，海水中汞的含量處于超痕量水平，2017年，國家環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的《國家近岸海域海水水質(zhì)監(jiān)測操作技術(shù)規(guī)程》依據(jù)GB 17378.4—2007制定了原子熒光光譜法檢測海水汞的操作規(guī)程，明確規(guī)定了原子熒光光譜法測汞的檢出限為0.007 μg/L，這就要求儀器具有更高的靈敏度和穩(wěn)定性。本研究以間歇泵進(jìn)樣原子熒光結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，優(yōu)化進(jìn)樣體積、酸的種類、還原劑濃度、原子化方式等儀器條件，并考察不同前處理方法對烷基汞消解效率的影響，確定其前處理方法的影響，以期確定一種方便、高效、適用性廣的海水中汞的檢測方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

AFS-10B原子熒光光度計(jì)(北京吉天儀器有限公司)、分析天平(十萬分之一)、萬用電爐、錐形瓶、超純水儀。

汞單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW(E)080124，實(shí)驗(yàn)中作為無機(jī)汞)，甲基汞溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW08675)，乙基汞溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW081524)，中國計(jì)量科學(xué)研究院；水質(zhì)汞標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSB 07-3173-2014)，生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；海水中汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW(E)080042)，國家海洋局第二海洋研究所；硫酸、鹽酸、氫氧化鉀均為優(yōu)級純，過硫酸鉀、鹽酸羥胺、硼氫化鉀均為分析純。

海水1#、海水2#和海水3#分別采自渤海、東海、南海水域；海水4#為盲樣。

硼氫化鉀[0.35 g/L，溶于氫氧化鉀(5 g/L)中]。

載流：3.0%鹽酸溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 儀器工作條件

負(fù)高壓280 V，汞燈主電流35 mA，輔電流0 mA，載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，讀數(shù)時(shí)間23 s，延遲時(shí)間1 s；采用大體積進(jìn)樣方式，第一步蠕動泵轉(zhuǎn)速150 r/min，時(shí)間15 s，第二步蠕動泵轉(zhuǎn)速120 r/min，時(shí)間30 s。

1.2.2 樣品前處理

量取100 mL海水樣于250 mL錐形瓶中，加入3.0 mL濃鹽酸和5.0 mL過硫酸鉀溶液(50 g/L)，放置在室溫下消解24 h，或加熱煮沸1 min后，冷卻至室溫，滴加2.0 mL鹽酸羥胺溶液(100 g/L)。同時(shí)做2份空白實(shí)驗(yàn)和低、中、高不同濃度水平的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 校準(zhǔn)曲線的繪制

配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，用3.0%鹽酸溶液進(jìn)行稀釋。汞標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的濃度為：0、0.005、0.01、0.02、0.04、0.08、0.16、0.32和0.50 μg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 大體積進(jìn)樣方式的選擇

海水中汞含量處于超痕量水平，方法檢出限要求0.007 μg/L，常規(guī)原子熒光光度計(jì)進(jìn)樣體積一般為1 mL，當(dāng)測量樣品中極低濃度汞的含量時(shí)，會因進(jìn)樣量少而產(chǎn)生誤差。因此，本研究對管路進(jìn)行了優(yōu)化升級，將進(jìn)樣體積增大至3 mL。為了減少蠕動泵定量對進(jìn)樣體積帶來的誤差問題，實(shí)驗(yàn)采用過量進(jìn)樣，定量采樣的方式，使用FEP管做定量環(huán)，并優(yōu)化了進(jìn)樣程序。對比兩種管路測定0.005 μg/L汞標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖見圖1，大體積管路測得熒光峰面積約是常規(guī)管路的2.5倍。大體積進(jìn)樣方式下，分別連續(xù)進(jìn)樣7次不同濃度的汞標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.50、0.10、0.05、0.02和0.01 μg/L)，得到汞的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD分別為0.32%、0.47%、0.60%、0.65%和0.69%。連續(xù)進(jìn)樣7次測低濃度海水樣品的濃度值(0.014 μg/L)，以3.143倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為汞的方法檢出限為0.000 7 μg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大體積進(jìn)樣方式下低濃度汞的重現(xiàn)性良好和檢出限低。

圖1 兩種管路測定濃度0.005 μg/L的汞標(biāo)準(zhǔn)溶液譜圖對比Figure 1 Comparison of 0.005 μg/L mercury spectrum under the two pipelines.

2.2 消解效果的判定

2.2.1 樣品中汞消解效率的判定方法

汞在海水中一般以無機(jī)汞和烷基汞(甲基汞和乙基汞)的形態(tài)存在，用原子熒光光譜法測定海水中的總汞時(shí)，要先將樣品進(jìn)行消解前處理，將烷基汞轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞。不經(jīng)消解的烷基汞用原子熒光光度計(jì)一般也可檢測到熒光信號，但低于同濃度無機(jī)汞的熒光信號。因此如何判斷樣品中的汞消解是否完全，即樣品中的汞是否全部轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞，對測定樣品中汞含量的準(zhǔn)確度具有重要意義，但目前尚未查到有效的判定方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，使用烷基汞加標(biāo)，用低濃度還原劑檢測加標(biāo)回收率可以判斷樣品中汞的消解效率。由圖2可知，硼氫化鉀的濃度在10～20 g/L時(shí)，不經(jīng)消解直接上機(jī)測甲基汞和乙基汞的加標(biāo)回收率約80%和60%，但當(dāng)硼氫化鉀的濃度降為0.35 g/L時(shí)，測得甲基汞和乙基汞的加標(biāo)回收率僅約2%和11%，無機(jī)汞則不受還原劑濃度的影響；但如果在樣品中加入甲基汞或乙基汞經(jīng)充分消解后加標(biāo)回收率不受還原劑濃度的影響，加標(biāo)回收率約100%，即甲基汞和乙基汞在消解時(shí)均被轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞。因此，用烷基汞加標(biāo)，低濃度還原劑檢測加標(biāo)回收率的方法可以判定汞的消解效率，該方法適用于海水、地表水和生活飲用水等。

圖2 硼氫化鉀濃度與甲基汞、乙基汞加標(biāo)回收率的關(guān)系Figure 2 Relationship between the concentration of KBH4 and the recovery of methyl mercury and ethyl mercury.

2.2.2 兩種消解方式的消解效果對比

GB 17378.4—2007中采用在樣品中加入過硫酸鉀后，室溫消化24 h和加熱煮沸1 min兩種消解方式。實(shí)驗(yàn)通過在樣品中加入甲基汞、乙基汞，用加標(biāo)回收率來判斷這兩種方式的消解效果。由圖3可知，室溫消解24 h和加熱煮沸1 min兩種消解方式的回收率均接近100%，因此判斷兩種消解方法均能消解完全。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：加熱煮沸1 min的方式處理時(shí)間短，但對取樣量有要求，可按標(biāo)準(zhǔn)中的方法取樣100 mL，如果取樣體積小，體積損失相對明顯，會導(dǎo)致加標(biāo)回收率偏高；室溫消解24 h的方式可對樣品進(jìn)行批量處理，可調(diào)整取樣量，但處理時(shí)間較長。

圖3 甲基汞、乙基汞不同消解方式的加標(biāo)回收率Figure 3 Recoveries of methyl mercury and ethyl mercury under different digestion methods.

2.3 酸的優(yōu)化

GB 17378.4—2007中，標(biāo)準(zhǔn)曲線系列的基質(zhì)為2.8%的硫酸溶液，樣品中也是加入硫酸和過硫酸鉀進(jìn)行消解。實(shí)驗(yàn)對2.8%的硫酸基質(zhì)和3.0%的鹽酸基質(zhì)進(jìn)行了對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在硫酸基質(zhì)下，0.005～0.5 μg/L濃度范圍內(nèi)汞標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性略差(R2約為0.997)，測量結(jié)果也存在一定誤差；3.0%鹽酸基質(zhì)下，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性好(R2為0.999 9)，檢測樣品、樣品加標(biāo)回收率均較好，甲基汞、乙基汞和無機(jī)汞在海水樣品中的加標(biāo)回收率為101%～109%(表1)，因此判斷該實(shí)驗(yàn)可用3.0%鹽酸代替2.8%硫酸，并可進(jìn)一步提高線性和準(zhǔn)確度。

表1 鹽酸基質(zhì)下的加標(biāo)回收率Table 1 Recoveries under hydrochloric acid matrix

2.4 原子化方式和硼氫化鉀濃度的選擇

汞的檢測可以選擇兩種不同的原子化方式：火焰法或冷原子法。冷原子法沒有氬氫火焰的背景發(fā)射干擾，同時(shí)，以低濃度硼氫化鉀作為還原劑，有利于抑制氫化物元素和過渡金屬離子的產(chǎn)生，可消除對汞檢測的干擾，因此汞熒光強(qiáng)度高，靈敏度好；但當(dāng)室溫偏低時(shí)采用冷原子法檢測，峰形和重復(fù)性會受到溫度的影響而變差?；鹧娣m然會受到氬氫火焰的背景干擾，汞靈敏度略差，但重現(xiàn)性好。由熒光強(qiáng)度與還原劑濃度的關(guān)系(圖4)可知，冷原子法時(shí)，汞的熒光強(qiáng)度隨還原劑濃度的升高而大幅下降，最多降至約27%；火焰法時(shí)，汞的熒光強(qiáng)度整體隨還原劑濃度的升高而略微下降。兩種原子化方式的曲線均顯示，硼氫化鉀在0.2～0.5 g/L的較低濃度范圍時(shí)，熒光強(qiáng)度較高，且節(jié)省試劑，因此優(yōu)選火焰法，并采用低濃度硼氫化鉀溶液進(jìn)行測量。

圖4 熒光強(qiáng)度與硼氫化鉀濃度的關(guān)系Figure 4 Relationship between fluorescence intensity and the concentration of KBH4.

2.5 樣品測量及準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

按優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件，依次進(jìn)樣0、0.005、0.01、0.02、0.04、0.08、0.16、0.32和0.50 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，以元素濃度為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程和線性相關(guān)系數(shù)R2。在0.005～0.5 μg/L濃度范圍內(nèi)，測得線性回歸方程為y=48307x+0.56，線性相關(guān)系數(shù)R2為0.999 9。連續(xù)進(jìn)樣7次0.10 μg/L汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到RSD為0.47%。

測定室溫消化24 h和加熱煮沸1 min兩種方式消解海水樣品中的汞。對水質(zhì)汞標(biāo)準(zhǔn)樣品GSB 07-3173-2014和海水中汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)080042進(jìn)行準(zhǔn)確度測定，測定結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，所測的幾種海水樣品，汞的含量均低于0.02 μg/L，為Ⅰ類海水(Ⅰ類海水限量值為0.05 μg/L)。樣品平行性好，水質(zhì)汞標(biāo)準(zhǔn)樣品和海水中汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均在標(biāo)稱范圍內(nèi)，說明該方法的測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表2 樣品測定結(jié)果Table 2 Test results of samples /(μg·L-1)

3 結(jié)論

大體積進(jìn)樣-原子熒光光譜法能夠準(zhǔn)確測定海水中痕量的汞。用烷基汞加標(biāo)，低濃度還原劑檢測加標(biāo)回收的方法可以判定汞的消解效率，海水樣品中加入過硫酸鉀后，室溫消解24 h和加熱煮沸1 min兩種消解方式均能消解完全。實(shí)驗(yàn)可用鹽酸代替硫酸，測定結(jié)果更準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)測定時(shí)優(yōu)選火焰法，采用低濃度還原劑進(jìn)行測定，熒光強(qiáng)度較高，測定結(jié)果穩(wěn)定，且節(jié)省試劑。大體積進(jìn)樣-原子熒光光譜法具有檢出限好、測定結(jié)果準(zhǔn)確、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛適用于海水中汞的檢測。