王家乐 许贤林 孟令峰 左小利
广电计量检测（成都）有限公司，四川 成都 610045
摘 要 建立了碱消解-丙基化衍生法测定土壤中甲基汞的分析方法，对前处理过程中的提取容器、提取温度、提取时间、缓冲溶液加入量、衍生化反应pH等条件分别进行研究和优化。经条件优化，方法具有提取效率高、准确和适用于大批量样品分析的特性，具有很高的灵敏度，土壤样品的检出限为0.52 μg/kg，加标回收率为91.6%-120%，相对标准偏差为1.52%-8.08%。
关键词 甲基汞，丙基化，碱消解，顶空瓶
1 引言
汞作为一种剧毒元素，在自然界中一般以元素汞、无机汞和有机汞三种形态存在。作为一种全球性的重要污染物，广泛分布于水体和土壤中，其中有机汞的毒性一般大于无机汞和元素汞，而在有机汞中，甲基汞被认为毒性最高，且甲基汞具有穿透生物膜的特性，易于通过生物链富集和放大，已对很多国家和地区的人体健康造成巨大伤害[1-2]。其中上个世纪50年代日本水俣病就是由于小镇居民长期食用富含甲基汞的水产品而导致的一件集体中毒事件，其影响和对当地居民的伤害是深远的。
人为排放和自然界排放的汞污染物可以通过各种途径进入到土壤中，土壤中的汞被植物吸收后会进入到食物链中，或者随着雨水浸提进入水体，成为新的污染源；不仅如此，土壤中的微生物还可以将任何状态下的汞转化为毒性更大的甲基汞，使其对自然界和人类造成更大的危害[3-4]。因此，建立对土壤中的甲基汞进行准确快速测定的方法，具有重要的意义。
目前土壤中甲基汞前处理方法主要分为两大类，酸浸提和碱消解[5-7]，其中酸浸提涉及到萃取和反萃取净化步骤[8-9]，比较繁琐，而且有时会产生乳化现象，耗时比较长；碱消解前处理时间短，步骤简单，而且碱液可以破坏甲基汞与巯基的结合，能够得到较好的提取效率，是一种省时高效的提取方法[10-12]。
2 实验部分
2.1 仪器与条件
MERX全自动烷基汞分析仪，美国Brooks band公司，仪器条件见表一；DHG-9240A鼓风干燥箱，国产 上海恒一科学仪器有限公司；屈臣氏饮用水（蒸馏制法）。
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2.2 试剂耗材
氯化烷基汞标准溶液(1000 mg/L,SITAER 瑞士)，土壤中甲基汞标准物质（（4.00-16.00）mg/kg，nsilab 美国），四丙基硼化钠（Brooks Rand 美国），甲醇（HPLC,Honeywell），氢氧化钾（GR,成都市科隆化学品有限公司），盐酸（GR, 成都市科隆化学品有限公司），冰醋酸（GR, 成都市科隆化学品有限公司），醋酸钠（AR, 成都市科隆化学品有限公司）,顶空瓶（20ml，PerkinElmer美国）。
氢氧化钾/甲醇溶液（25%，m/V）:称取25g氢氧化钾溶于100 mL甲醇中，配置应采取必要措施防止甲醇过热喷溅，使用前应通过超声或者涡旋使白色沉淀混匀；四丙基硼化钠溶液（1%，m/V）：称取1g四丙基硼化钠溶于100ml提前冷藏至0-4℃的氢氧化钾溶液中，称取过程要快，四丙基硼化钠遇空气极易吸水，剧毒，配置完成后快速分装进提前准备好的1.5 mL小瓶中，然后放入-18℃冰箱保存，临用时，取一小瓶试剂，待瓶内冰块融化到一般时使用，融化后的四丙基硼化钠不稳定，一次性使用；醋酸钠-醋酸缓冲溶液（2 mol/L）:取16.2 g醋酸钠和11.8 mL冰醋酸，用水稀释至100 mL；标准中间溶液基液:取0.25 mL冰醋酸 和0.1 mL盐酸加入50 mL容量瓶，用水稀释至约45 mL。
实验过程中使用到的所有耗材均需要在10%的硝酸溶液中浸泡24 h以上。
2.3 样品测定
称取0.1g（过100目筛，精确到0.0001g）左右样品于20 mL顶空瓶中，加入2.5 mL氢氧化钾/甲醇溶液，盖好盖子并涡旋混匀，然后放入鼓风干燥箱中90 ℃消解3 h，消解结束后取出，待温度降下后打开瓶盖加入7.5 mL的水，涡旋混匀，并静置足够长的时间使上清液透明。
在装有35-38 mL水溶液的吹扫瓶中，加入400 uL的缓冲溶液，0.15 mL的样品提取液，最后加入50 uL的衍生化试剂[11]，并快速加满水溶液，加盖密封，待测，整个过程需迅速完成，否则会使结果偏小。
3 结果与讨论
3.1 pH对衍生化反应的影响
pH值对衍生化效率具有直接的影响，实验过程模拟样品做样过程，通过控制缓冲试剂和一定浓度的醋酸加入量来控制反应体系的pH,得到结果如图1所示。从图中可以看出，当pH值在4.4-5.2之间时，衍生化效率最高。
纯缓冲试剂的pH值为4.75，不加缓冲试剂的反应体系pH值为11.63，反应体系随着缓冲试剂的加入快速变小，最后pH值在4.80处趋于稳定，不再随着缓冲溶液的加入而有明显变化，如图2所示。实验结果证明，当缓冲试剂加入量为400 uL时，反应体系pH为4.83，衍生化效率反应达到最高。
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图1 衍生化反应效率和pH之间的关系 图2 缓冲试剂加入量和pH之间的关系
Figure 1 The relationship between derivatization Figure 2 The relationship between the amountof reaction efficiency and pH buffer reagent added and pH
3.2 前处理容器选择
研究前期，使用聚丙烯离心管做为反应容器，共找了三种聚丙烯离心管（15mL和50 mL不等）做为研究对象，结果显示，其中一种离心管在反应过程中加热到90 ℃时，部分盖子出现裂开的情况，另外两种离心管出现部分漏气，有白色粉末状固体析出的情况，导致结果出现偏差。随后改用聚四氟乙烯离心管和吹扫瓶做为反应容器，但是同样会存在高温情况下漏气和白色粉末状固体析出的现象。最后尝试用20 mL顶空瓶做为反应容器，测试阶段选用三种隔垫，其中一种隔垫会在高温下因压力大冲开，一种隔垫会在高温下因压力大变形，出现漏气的情况。最终选择能够耐受130 ℃高温而且变形不明显的隔垫和顶空瓶做为本次研究的反应容器。
3.3 消解温度的选择
实验过程选取四川省旺苍县和威远县耕地土壤、贵州某汞污染地区土壤做为研究对象。结果发现，部分土壤随着消解温度的升高消解效率快速升高，当消解温度为90 ℃时基本达到最高，继续升高温度消解效率在一定范围内变化不明显，当温度大于120 ℃时，消解效率出现下降的情况；另一部分土壤消解效率随着消解温度的升高提升缓慢，当消解温度达到90 ℃是达到最高，继续升高温度则消解效率快速下降。甲基汞本身是一类复杂的混合物，不同的取代基会使甲基汞具有不同的理化性质，所以猜测土壤2中的甲基汞应该是沸点较低随着高温益出顶空瓶或者甲基汞性质不稳定随着高温逐步裂解，变成单质汞，造成土壤2响应变低。最终选取两个具有代表性的土壤做为消解温度研究对象，实验结果如图3所示。综合考虑，选择消解温度为90 ℃做为最佳消解温度。
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图3 消解效率与温度之间的关系 图4 消解效率与时间之间的关系
Figure 3 The relationship between digestion Figure 4 The relationship between digestion
efficiency and temperature efficiency and time
3.4 消解时间的选择
实验过程选取“消解温度的选择”中两个具有代表性土壤和标土做为研究对象，实验结果如图 4所示，实验结果表明，当消解时间为3 h时，已达到最佳提取效率，所以选择消解时间为3 h。
3.5 线性范围
使用优化后的反应条件配置甲基汞标准曲线，线性范围为5-1000 pg，所得曲线方程为y=272.717167x-353.013865，线性相关系数r=0.9999，线性良好。
3.6 方法检出限、准确度和精密度
取四川省旺苍县耕地土壤样品平行测量6次，本底值显示低于检出限。取三份混匀土壤，分别对其进行加标，使加标后浓度分别为2 μg/kg、10 μg/kg和40 μg/kg，将三份土壤充分涡旋混匀，并放置数日后使用。然后按照优化后的条件分别测定三份土壤，结果如表2所示。结果得出方法加标回收率为91.6%-120%，相对标准偏差1.52%-8.08%。方法检出限参照HJ 168-2010 中的要求，对加标浓度为2 μg/kg的土壤重复测定8次，计算得出甲基汞检出限为0.52 μg/kg。土壤中甲基汞标准物质（（4.00-16.00）mg/kg，nsilab 美国）测定结果为7.85 mg/kg，符合要求。
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4 结论
使用顶空瓶作为消解容器，鼓风干燥箱消解温度90 ℃，消解时间3 h，加入400 uL醋酸钠-醋酸缓冲试剂，50 uL四丙基硼化钠衍生化试剂时，氢氧化钾/甲醇提取液能够对土壤中的甲基汞具有最好的提取效率。土壤中甲基汞检出限可达0.52 μg/kg，相对标准偏差为1.52%-8.08%，加标回收率为91.6%-120%。该方法简单、高效、准确，适用于实验室大批量样品分析。
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作者简介：
1.第一作者简介：王家乐（1992-）、男、皖、助理工程师、毕业于天津城建大学应用化学专业、学士学位、主要从事环境监测有机检测