連續流動冷原子熒光法測定水中的痕量汞

萬鷹昕，張靜，李楠

(北京聯合大學 生物化學工程學院，北京 100023)

汞易被生物體富集并通過食物鏈對人體造成毒害[1-2]，為保護人們和環境，世界各國正加強對汞的監管和研究。常用于水中汞的檢測方法有雙流腙分光光度法[3]、冷原子吸收法[4]和冷原子熒光法[1，5-6]。其中冷原子熒光法易操作，測量準確，靈敏度高，為近年來水中痕量汞的常用測試方法。

本文按照美國環保局EPA方法245.7[7]，采用溴酸鉀/溴化鉀消解樣品[8]，研究了還原劑氯化亞錫濃度和酸度、連續流動測試條件對冷原子熒光信號的影響，確定了最佳測定條件，并采用該技術方法測定水體中的痕量汞。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

汞標準儲備液1 000 mg/L(Spectrapure Standards 公司)；鹽酸、氯化亞錫、溴化鉀、溴酸鉀、鹽酸羥胺均為優級純；高純氬氣(99.99%)；實驗用水均為超純水(18 MΩ)。

PSA 10.035 Millennium Merlin System原子熒光測汞儀；OHAUS discovery電子分析天平；IKA恒溫磁力攪拌機。

1.2 汞標準曲線的繪制

在硼硅酸鹽錐形瓶中配制汞標準溶液。將 1 000 mg/L 的汞標準儲備液逐級稀釋成濃度為1 μg/L 汞標準溶液，再配制濃度分別為0，1，2，4，6，8，10 ng/L系列的汞標準溶液，每100 mL標準溶液包含15 mL 33%(v/v)鹽酸和2 mL 0.1 mol/L溴酸鉀/溴化鉀。測定各個汞標準溶液的熒光強度，以標準溶液濃度為橫坐標，以對應的熒光強度為縱坐標，繪制標準曲線，結果見圖1。

圖1 汞溶液標準曲線Fig.1 Calibration curve of standard mercury solution

由圖1可知，汞在0～10.0 ng/L范圍，熒光強度與濃度線性關系良好，線性方程為IF=2.755 8c-1.018，相關系數r=0.996 5。連續測試了11組載流試劑空白溶液，標準偏差為0.166 ng/L。試液汞的檢出限為0.18 ng/L(DL=3×SD/斜率)。

1.3 實驗方法

準確量取40 mL樣品于50 mL硼硅酸錐形瓶中，加入7.5 mL 33%(v/v)鹽酸和1 mL 0.1 mol/L溴酸鉀/溴化鉀，用超純水稀釋至50 mL，并塞緊瓶蓋，密閉消化至少30 min。試劑空白的配制與樣品處理同時進行，將樣品換成超純水，其他試劑的加入量與樣品處理中的一致。

上機測試前，每10 mL標準、樣品或空白溶液加入6.0 μL 12%(m/v)的鹽酸羥胺，溶液中的黃色消失，表明過量的溴化物被去除。按表1的操作條件進行測定。

表1 儀器工作參數Table 1 Operating parameters of instrument

2 結果與討論

2.1 還原劑濃度和酸度對熒光信號的影響

氯化亞錫對汞的生成影響較大，氯化亞錫濃度過低時，不利于汞離子的還原，還原率低。通常過量的SnCl2有助于完全的將Hg(Ⅱ)還原為Hg(0)。SnCl2濃度對8 ng/L汞熒光強度的影響見圖2。

圖2 氯化亞錫濃度對熒光強度的影響Fig.2 Effects of SnCl2 on fluorescence intensity

由圖2可知，隨SnCl2濃度升高，熒光信號增強，當SnCl2濃度>1.5%，熒光強度值高且相對穩定。為降低對信號的干擾，在不過多浪費化學試劑的情況下，選定還原劑SnCl2的濃度2%。

SnCl2易溶解在濃HCl中，且一定酸度有利于汞離子的還原，圖3為還原劑酸度對熒光強度的影響。

圖3 還原劑酸度對溶液熒光強度的影響Fig.3 Effects of reductant acidity onfluorescence intensity

由圖3可知，還原劑酸度10%時，熒光強度最大，再增加SnCl2酸度會降低熒光信號，而且酸度越高對儀器腐蝕性越大，影響儀器壽命。故選擇10%HCl為還原劑酸度。

2.2 樣品與還原劑的流速

圖4顯示了樣品/空白和還原劑的流速對熒光強度的影響。使用的測汞儀是連續流動進樣系統，樣品/空白和還原劑的泵速100%時分別為9 mL/min和4.5 mL/min。

由圖4可知，在分析時間相同時，樣品/空白的流速為9 mL/min時的熒光信號較4.5 mL/min的高，同時樣品/空白和還原劑的流速比在2∶1時信號高且穩定，故選定樣品和還原劑的泵速均為100%。

圖4 樣品/空白和還原劑的流速對熒光強度的影響Fig.4 Effects of flow rate of sample/blank andreductant on fluorescence intensity

2.3 分析時間的影響

PSA測汞儀采用連續流動進樣方法分析汞，氣態汞發生器包括延遲、分析和記憶三個階段，其中在分析階段，樣品與還原劑在氣液分離器中反應，產生的元素汞被高純氬吹掃進原子熒光儀進行測量。分析時間過短，則反應不完全；分析時間過長，則易引起氣態汞的損傷和樣品消耗量的加大。在延遲和記憶階段時間相同的情況下，圖5顯示分析時間對熒光信號的影響。

圖5 分析時間對熒光強度的影響Fig.5 Effects of analysis time on fluorescence intensity

由圖5可知，分析時間為35 s時的熒光信號最高。因此，分析時間選定35 s。

2.4 湖泊水樣汞含量測定

按照1.3節方法，對從挪威湖泊中采集的水樣進行處理，并采用表1儀器工作參數進行樣品分析，同時進行加標回收實驗，相關數據列于表2。

由表2可知，加標回收率分別為105.92%和109.27%，相對標準偏差(RSD)分別為2.43%和3.22%，表明該方法具有較高的準確度和測試精密度，能夠達到檢測要求。

表2 樣品的精密度(n=6)Table 2 Precision of samples

3 結論

應用溴酸鉀/溴化鉀氧化-冷原子熒光光譜法檢測環境水中的汞元素，以SnCl2為還原劑，優化了儀器運行參數和測試條件。結果表明，方法標準曲線的線性相關性>0.99，檢出限為0.18 ng/L。實驗還測定了2個湖泊水樣，其相對標準偏差(RSD)在5%以下，加標回收率分別為105.92%和109.27%。該分析方法操作過程簡便，靈敏度高，檢出限低，線性好，采用連續流動進樣方式，有利于環境中痕量汞的快速分析。