CN104297403A

CN104297403A - 极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法

Info

Publication number: CN104297403A
Application number: CN201410502205.XA
Authority: CN
Inventors: 刘海玲; 刘雪; 陈皓; 肖乾芬
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-01-21

Abstract

本发明涉及一种极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法。采用高浓度硝酸溶液提取样品中的痕量甲基汞，再用二氯甲烷萃取，分离干扰并对甲基汞进行富集，最后经水相反萃取并进行乙基化反应，在专门用于汞和甲基汞测定的新型气相色谱-原子荧光光谱联用仪-MERX-M上，按事先优化好的测试参数进行测定，标准曲线法进行定量。方法回收率为78～110%，相对标准偏差≤10.9%，检出限为0.15pg/g。应用于大批量样品测试时，重现性好，灵敏度高，简便易行，结果稳定，操作容易控制。较好地解决了南极和北极沉积物中超低含量甲基汞测定的难题。

Description

极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法

技术领域

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法。

背景技术

由于汞在环境介质中的持久性、易迁移性和高度生物富集性，被联合国环境规划署列为全球性污染物，是除了温室气体外唯一一种对全球范围产生影响的化学物质，甚至在人迹稀少的北极和南极也受到汞污染的威胁。文献报道^[1] ，北极沉积物中汞含量是自然背景值的3倍（[1].江刚,国内外汞污染分布状况研究综述 [J].环境保护科学,2008,34(1):38~41）。甲基汞是最主要的有机汞形态，由无机汞通过生物和非生物的甲基化作用转化而来，具有亲脂性、生物积累和生物放大效应，是毒性最强的汞化合物之一，已引起高度重视。近年来，世界各国对地球两级—南极和北极的生态和环境演变格外重视，极地沉积物是用于环境演变研究的优选介质，其中汞及其形态的研究对于揭示全球汞污染具有重要意义，而准确测出所含汞和甲基汞等形态的含量是首先解决的基本问题。相对于汞来讲，极地沉积物中甲基汞的含量更低，准确测定成为难题，尚没有标准化的测定方法。目前见于文献的测定方法主要是高效液相色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱法、气相色谱-原子吸收联用法和气相色谱-原子荧光光谱法^[2] 等（[2].孙维萍,潘建明,翁焕新,朱利中等.环境样品中甲基汞的检测方法综述[J].海洋学研究,2010, 28 (2):45~51），这些方法各有特色和针对性。为解决样品中超低含量甲基汞测定的难题，我们实验室购买了美国Brooks Rand Ltd 公司的MERX-M汞和甲基汞一体化分析仪，该仪器将乙基化后的甲基汞通过填充柱气相色谱进行分离，用冷原子荧光检测器进行测定，是目前测定甲基汞最灵敏的新型仪器。由于甲基汞的亲脂性和在样品中的低含量，以上所有的测试方法都涉及复杂的样品前处理，有机溶剂萃取是使用最多的一种技术。我们首先选用文献方法^[3] 对极地沉积物进行了处理（[3].何天容,冯新斌,戴前进,仇广乐等.萃取-乙基化结合GC-CVAFS 法测定沉积物及土壤中的甲基汞[J].地球与环境2004,32(2):83~86），发现二氯甲烷对样品中甲基汞的萃取效率很低，无法满足分析要求。分析原因主要是由于样品基质不同造成的，极地沉积物的基质和文献中的土壤基质显然不同。于是，我们根据极地沉积物的基质特点，经过反复试验筛选，优化出适合极地沉积物中痕量甲基汞测定的萃取技术，结合高灵敏的MERX-M汞和甲基汞分析仪，实现了极地沉积物中超痕量甲基汞的准确测定，方法的回收率、精密度和准确度等指标均满足分析要求，已用于大批量南极和北极地区的表层和深层沉积物分析。本发明为了解极地汞污染和全球汞迁移提供了技术保证，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法。

本发明首先对样品进行提取、萃取和反萃取操作，再结合一种基于气相色谱分离，冷原子荧光光谱检测的新型联用分析系统-MERX-M汞和甲基汞一体化分析仪，较好的实现了超低含量甲基汞的测定。经大量生产样品的反复检验，方法容易操作、快速、重现性好、结果准确。

本发明提出的极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法，具体步骤如下：

(1)、极地沉积物中痕量甲基汞测定的前处理

称取1~2g极地沉积物于50ml离心管中，缓慢加入5~10 ml 27%-40% 的硝酸溶液，摇匀后加入1~2ml 1~2mol/L的CuSO₄ 溶液，混匀，加入8~10ml CH₂Cl₂，盖紧瓶盖，于振荡器上振荡萃取30min，控制振荡频率为700~800r/min，取下，放入离心机内以3000r/min离心30min，使甲基汞转入有机相并与固体基质分离（这一步是决定方法回收率和准确性的关键步骤）；将离心管内已经分层的上层水相弃去，用移液枪准确移取CH₂Cl₂相，放进另一事先加有30ml超纯水的50ml离心管内，补加水至40ml，放入45℃水浴锅内进行反萃取，为防止爆沸将干净玻璃棒或玻璃珠放进离心管内，当加热至CH₂Cl₂肉眼不可见时，将水浴升温至75℃，再加热3-5min，取出冷却，用超纯水定容至40ml，得到待测溶液；

(2)、采用MERX-M汞和甲基汞分析仪测定痕量甲基汞

取步骤(1)处理好的待测溶液于仪器自带的洁净棕色玻璃反应瓶内，加超纯水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50 -100μl乙基化试剂，立即盖紧反应瓶瓶盖，确保反应瓶内无气泡产生；将反应瓶颠倒放置13-16min后转移到MERX-M汞和甲基汞分析仪上，启动仪器自动进样功能，在优选的最佳色谱分离（色谱柱温36℃，Ar载气流速35ml/min，恒温模式）和荧光检测参数下（能得到最高最稳定的荧光强度），仪器按顺序测出反应瓶里的甲基汞信号，用标准曲线法进行定量；

(3)、甲基汞标准曲线的制作

首先用氯化甲基汞标准溶液（母液含量为CH₃Hg⁺1mg/L，由Brooks Rand Ltd. 提供）配制甲基汞标准使用液1.0ppb。分别准确移取甲基汞（CH₃Hg⁺）标准溶液0、5.0、10.0、15.0、20.0、50.0、100.0pg于事先盛有40 ml超纯水的玻璃反应瓶内，加水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50-100μl乙基化试剂并立即盖紧瓶盖，瓶内应无气泡产生。将反应瓶颠倒放置13-16min，放入MERX-M汞和甲基汞分析仪中，在优选的最佳色谱分离和荧光检测参数下进行测试，仪器自动生成标准曲线，标准曲线方程为：Y = 159.4 + 632.6 X，Y为仪器自动读取的强度信号，X为CH₃Hg⁺ 的含量，相关系数R² = 0.9997。样品中的甲基汞由仪器按方程自动算出。

本发明中，步骤(1)中当水浴升温至75℃，再加热3-5min，若还有肉眼可见的CH₂Cl₂气泡冒出时，可以通入高纯氮气3min，以快速赶尽残余的CH₂Cl₂，N₂流量以不让离心管内溶液溅出为宜。

本发明的有益效果在于：本发明提供了能对南极和北极沉积物样品中痕量甲基汞准确测定的样品前处理技术和气相色谱-原子荧光光谱联用仪（MERX-M）测定新方法。采用高浓度硝酸溶液提取样品中的痕量甲基汞，用二氯甲烷萃取，分离干扰并对甲基汞进行富集，再于低温下将甲基汞反萃取至水相，乙基化反应后放到新型气相色谱-原子荧光光谱联用分析仪：MERX-M汞和甲基汞一体化分析系统中，按事先优化好的测试参数设置仪器条件，进行测定，用标准曲线法进行定量。方法的回收率为78~110% ，相对标准偏差（RSD）≤10.9%，检出限为0.15pg/g。应用于大批量样品测试时，重现性好，灵敏度高,简便易行，结果稳定,操作容易控制。能较好地解决南极和北极沉积物中超低含量甲基汞测定的难题。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：空白样品的测定

将一个北极沉积物样品在800℃马弗炉内灼烧40min，使汞全部挥发干净，制备成甲基汞空白样品，称此空白样品2.0g十份于50ml离心管中，缓慢加入5 ml 27%-40% 的硝酸溶液， 2ml 1mol/L的CuSO₄ 溶液，摇匀后再加入10ml CH₂Cl₂，盖紧瓶盖，于振荡频率为700~800r/min的振荡器上振荡萃取30min；取下，放入离心机内以3000r/min离心30min；轻轻将离心管内已经分层的上层水相弃去，用移液枪准确移取5ml CH₂Cl₂相，放进另一事先加有30ml超纯水的50ml离心管内，补加水至40ml；放入45℃水浴锅内进行反萃取，为防止爆沸将干净玻璃棒或玻璃珠放进离心管内，当加热至CH₂Cl₂肉眼不可见时，将水浴升温至75℃，再加热3-5min；取出冷却，用超纯水定容至40ml，制得待测液。将此溶液全部转移到仪器自带的洁净棕色玻璃反应瓶内，加超纯水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50μl乙基化试剂，立即盖紧反应瓶瓶盖，确保反应瓶内无气泡产生；将反应瓶颠倒放置13-16min后转移到MERX-M汞和甲基汞分析仪上，启动仪器自动进样功能，在优选的最佳色谱分离和荧光检测参数下，仪器按顺序测出反应瓶里的甲基汞信号，结果见表1。按测得的信号值计算出标准偏差S，用三倍的S值（3S）为信号，代入标准曲线方程，计算出方法的检出限。标准曲线按以下方法制作：分别准确移取甲基汞（CH₃Hg⁺）标准溶液0、5.0、10.0、15.0、20.0、50.0、100.0pg于事先盛有40 ml超纯水的玻璃反应瓶内，加水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50 μl乙基化试剂并立即盖紧瓶盖，确保瓶内无气泡产生。将反应瓶颠倒放置15 min，放入MERX-M汞和甲基汞分析仪中，在给定的最佳色谱分离和荧光检测参数下进行测试，仪器自动生成标准曲线，标准曲线方程为：Y = 159.4 + 632.6 X，Y为仪器自动读取的强度信号，X为CH₃Hg⁺ 的含量，相关系数R² = 0.9997。空白样品中的甲基汞由仪器按方程自动算出。方法的质量检出限m为0.30 pg ，浓度检出限C_L为0.15 pg/g。结果见表1。

表1 空白样品中甲基汞的分析结果

Table 1　Analytical Results of methyl mercury in blank samples

实施例2：标准样品的测定

称取0.1g甲基汞标准样品（欧盟标准沉积物ERM-CC580，CH₃Hg⁺标示值为75μg/kg）八份于50ml离心管中，缓慢加入5 ml 27%-40% 的硝酸溶液， 2ml 1mol/L的CuSO₄ 溶液，摇匀后再加入10ml CH₂Cl₂，盖紧瓶盖，于振荡频率为700~800r/min的振荡器上振荡萃取30min；取下，放入离心机内以3000r/min离心30min；轻轻将离心管内已经分层的上层水相弃去，用移液枪准确移取2~5ml CH₂Cl₂相，放进另一事先加有30ml超纯水的50ml离心管内，补加水至40ml；放入45℃水浴锅内进行反萃取，为防止爆沸将干净玻璃棒或玻璃珠放进离心管内，当加热至CH₂Cl₂肉眼不可见时，将水浴升温至75℃，再加热3-5min；取出冷却，用超纯水定容至40ml，制得待测液。取此溶液1 ml到仪器自带的洁净棕色玻璃反应瓶内，加超纯水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和100μl乙基化试剂，立即盖紧反应瓶瓶盖，确保反应瓶内无气泡产生；将反应瓶颠倒放置13-16min后转移到MERX-M汞和甲基汞分析仪上，启动仪器自动进样功能，在给定的最佳色谱分离和荧光检测参数下进行测定，用标准曲线方程Y = 159.4 + 632.6 X计算出甲基汞的含量（Y为仪器自动读取的强度信号，X为CH₃Hg⁺ 的含量，相关系数R² = 0.9997）。数据列于表2。实验表明，八份标准平行样品的回收率在78~110%之间，相对标准偏差RSD≤10.9%，测定值与标示值的相对误差在4.4~21%之间。各项指标显示所建立的方法符合痕量物质分析的要求。.

表2 标准样品中甲基汞的分析结果

Table 2　Analytical Results of methyl mercury in stand sample（SRM）

实施例3：南极沉积物中甲基汞的测定

分别称取南极表层和深层沉积物样品2.0g三份（平行样）于一系列50ml离心管中，缓慢加入10 ml浓度为 27%-40%的HNO₃溶液，2 ml 2mol/L CuSO₄溶液，10 ml二氯甲烷，盖紧瓶盖，放到振荡器上，在频率为700~800r/min下振荡萃取30min；取出离心管并放入离心机内以3000r/min离心30min；轻轻将离心管内已经分层的上层水相弃去，用移液枪准确移取5 ~10 ml CH₂Cl₂相，放进另一事先加有30ml超纯水的50ml离心管内，补加水至40ml；放入45℃水浴锅内进行反萃取，为防止爆沸将干净玻璃棒或玻璃珠放进离心管内，当加热至CH₂Cl₂肉眼不可见时，将水浴升温至75℃，再加热3-5min；取出冷却，用超纯水定容至40ml，制得待测液。将此溶液全部转移到仪器自带的洁净棕色玻璃反应瓶内，加超纯水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50μl乙基化试剂，立即盖紧反应瓶瓶盖，确保反应瓶内无气泡产生；将反应瓶颠倒放置15min后转移到MERX-M汞和甲基汞分析仪上，启动仪器自动进样功能，在优选的最佳色谱分离和荧光检测参数下，仪器按顺序测出反应瓶里的甲基汞信号，用标准曲线法计算出甲基汞的含量。标准曲线按以下方法制作：分别准确移取甲基汞（CH₃Hg⁺）标准溶液0、5.0、10.0、15.0、20.0、50.0、100.0pg于事先盛有40 ml超纯水的玻璃反应瓶内，加水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50 μl乙基化试剂并立即盖紧瓶盖，确保瓶内无气泡产生。将反应瓶颠倒放置15 min，放入MERX-M汞和甲基汞分析仪中，在优选的最佳色谱分离和荧光检测参数下进行测试，仪器自动生成标准曲线，标准曲线方程为：Y = 159.4 + 632.6 X，Y为仪器自动读取的强度信号，X为CH₃Hg⁺ 的含量，相关系数R² = 0.9997。样品中的甲基汞由仪器按方程自动算出。部分样品的测定结果见表3。根据RSD值看出，,测定结果的重现性满足分析要求。

表3 极地沉积物中甲基汞的分析结果

Table 3　Analytical Results of methyl mercury in Arctic and Antarctic sediments

*三份平行测定的平均值

实施例4：北极沉积物中甲基汞的测定

分别称取北极表层和深层沉积物样品1.0~2.0g三份（平行样）于50ml离心管中，缓慢加入10 ml浓度为 27%-40%的HNO₃溶液，2 ml 2mol/L CuSO₄溶液，10 ml二氯甲烷，盖紧瓶盖，放到振荡器上，在频率为700~800r/min下振荡萃取30min；取出离心管并放入离心机内以3000r/min离心30min；轻轻将离心管内已经分层的上层水相弃去，用移液枪准确移取5 ~10 ml CH₂Cl₂相，放进另一事先加有30ml超纯水的50ml离心管内，补加水至40ml；放入45℃水浴锅内进行反萃取，为防止爆沸将干净玻璃棒或玻璃珠放进离心管内，当加热至CH₂Cl₂肉眼不可见时，将水浴升温至75℃，再加热3-5min；取出冷却，用超纯水定容至40ml，制得待测液。将此溶液全部转移到仪器自带的洁净棕色玻璃反应瓶内，加超纯水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50μl乙基化试剂，立即盖紧反应瓶瓶盖，确保反应瓶内无气泡产生；将反应瓶颠倒放置15min后转移到MERX-M汞和甲基汞分析仪上，启动仪器自动进样功能，在优选的最佳色谱分离和荧光检测参数下，仪器按顺序测出反应瓶里的甲基汞信号，用标准曲线法计算出甲基汞的含量。标准曲线按以下方法制作：分别准确移取甲基汞（CH₃Hg⁺）标准溶液0、5.0、10.0、15.0、20.0、50.0、100.0pg于事先盛有40 ml超纯水的玻璃反应瓶内，加水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50 μl乙基化试剂并立即盖紧瓶盖，确保瓶内无气泡产生。将反应瓶颠倒放置15 min，放入MERX-M汞和甲基汞分析仪中，在给定的最佳色谱分离和荧光检测参数下进行测试，仪器自动生成标准曲线，标准曲线方程为：Y = 159.4 + 632.6 X，Y为仪器自动读取的强度信号，X为CH₃Hg⁺ 的含量，相关系数R² = 0.9997。样品中的甲基汞由仪器按方程自动算出。部分样品的测定结果见表3。结果显示，方法的重现性和精密度满足痕量分析的要求。

Claims

1.一种极地沉积物中痕量甲基汞的前处理和测定方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)、极地沉积物中痕量甲基汞测定的前处理

称取1~2g极地沉积物于50ml离心管中，缓慢加入5~10 ml 27%-40% 的硝酸溶液，摇匀后加入1~2ml 1~2mol/L的CuSO₄ 溶液，混匀，加入8~10ml CH₂Cl₂，盖紧瓶盖，于振荡器上振荡萃取30min，控制振荡频率为700~800r/min，取下，放入离心机内以3000r/min离心30min，使甲基汞转入有机相并与固体基质分离；将离心管内已经分层的上层水相弃去，用移液枪准确移取CH₂Cl₂相，放进另一事先加有30ml超纯水的50ml离心管内，补加水至40ml，放入45℃水浴锅内进行反萃取，为防止爆沸将干净玻璃棒或玻璃珠放进离心管内，当加热至CH₂Cl₂肉眼不可见时，将水浴升温至75℃，再加热3-5min，取出冷却，用超纯水定容至40ml，得到待测溶液；

(2)、采用MERX-M汞和甲基汞分析仪测定痕量甲基汞

取步骤(1)处理好的待测溶液于仪器自带的洁净棕色玻璃反应瓶内，加超纯水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50 -100μl乙基化试剂，立即盖紧反应瓶瓶盖，确保瓶内无气泡产生；将反应瓶颠倒放置13-16min后转移到MERX-M汞和甲基汞分析仪上，启动仪器自动进样功能，在给定的最佳色谱分离和荧光检测参数下，仪器按顺序测出反应瓶里的甲基汞信号，用标准曲线法进行定量；

(3)、甲基汞标准曲线的制作

首先用氯化甲基汞标准溶液，母液含量为CH₃Hg⁺1mg/L，由Brooks Rand Ltd. 提供，配制甲基汞标准使用液1.0ppb，分别准确移取甲基汞CH₃Hg⁺标准溶液0、5.0、10.0、15.0、20.0、50.0、100.0pg于事先盛有40 ml超纯水的玻璃反应瓶内，加水至瓶满，加入300μl醋酸缓冲溶液和50-100μl乙基化试剂并立即盖紧瓶盖，瓶内应无气泡产生；将反应瓶颠倒放置13-16min，放入MERX-M汞和甲基汞分析仪中，在优选的最佳色谱分离和荧光检测参数下进行测试，仪器自动生成标准曲线，标准曲线方程为：Y = 159.4 + 632.6 X，Y为仪器自动读取的强度信号，X为CH₃Hg⁺ 的含量，相关系数R² = 0.9997，样品中的甲基汞由仪器按方程自动算出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中当水浴升温至75℃，再加热3-5min，若还有肉眼可见的CH₂Cl₂气泡冒出时，通入高纯氮气3min，赶尽残余的CH₂Cl₂，N₂流量以不让离心管内溶液溅出为宜。