不同毛细柱下气相色谱法对水中甲基汞的测定探究

张君辉

(江西省环境监测中心站，江西 南昌 330077)

甲基汞是一类剧毒的环境污染物，其作为一种有机汞，其伤害性远远超过无机汞的毒性[1]，极易在生物体内富集，造成人体神经中毒、内分泌干扰和生殖毒性等危害[2]，并且对人体有强致癌作用。因此对水中的甲基汞的测定要求相对严格，其中常见的有气相色谱法[1, 3]、高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法联用法[3-5]、高效毛细管电泳法[3]、高效液相色谱-原子荧光法[6-7]等，但是对于色谱柱的选择及分析，国内的报道却相对较少。

本文主要使用气相色谱仪分别以Elite-5MS色谱柱(美国)和HTHG-PW15(日本)两种色谱柱探究对水中甲基汞的测定效果。

1 实验部分

1.1 仪器设备

1.1.1 大型仪器设备 美国珀金-埃尔默气相色谱分析仪(Clarus580)、装配的电子俘获检测器(ECD检测器)、Elite-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、HTHG-PW15S色谱柱(15 m×0.53 mm)。

1.1.2 普通仪器 移液枪、1 mL容量瓶、10 mL容量瓶、巯基棉管、离心机(上海卢湘离心机有限公司)。

1.2 试剂材料

甲苯(色谱纯)科密欧化学试剂有限公司；甲苯中甲基汞溶液(环境保护部标准样品研究所)，浓度为10 mg/L；盐酸(优级纯)科密欧化学试剂有限公司；实验室用水为屈臣氏超纯水；硫酸铜、氯化钠和无水硫酸钠，均为科密欧化学试剂有限公司产品。

1.3 色谱条件

本次实验以最优条件为准，其中使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的色谱条件：检测器温度为300 ℃，灵敏度为8倍，柱流量为1 mL/min，柱箱温度为160 ℃恒温，时间为7 min，进样口温度为200 ℃，分流为20∶1，进样体积是1 μL。

使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的色谱条件：检测器温度为300 ℃，灵敏度为8倍，柱流量为8 mL/min，柱箱温度为130 ℃恒温，时间为15 min，进样口温度为200 ℃，分流为20∶1，进样体积是1 μL。

2 实验方法

2.1 使用Elite-5MS色谱柱的气相色谱法

向10 mL容量瓶中加入1 mL甲基汞标液，以甲苯为溶剂稀释至刻度线，配制成1 mg/L的中间液；取不同体积的中间液加入1 mL容量瓶中，以甲苯为溶剂稀释至刻度线，分别配制浓度为0.0001、0.001、0.01、0.1、0.2、0.5、1、5、10、25、50、100 μg/L共计12组浓度梯度的甲基汞标准溶液，并绘制标准曲线。

2.2 使用HTHG-PW15S色谱柱的气相色谱法

浓度梯度甲基汞溶液配制过程与2.1一致。

2.3 实验前准备

2.3.1 检测器的老化 由于ECD检测器极易被空气氧化，易受污染，因此在实验前堵住ECD与色谱柱连接处，将ECD温度调至300 ℃，高温下老化5～6 h[8]。

2.3.2 色谱柱的老化 Elite-5MS色谱柱最高承受温度为320 ℃，温度过高会导致色谱柱流失现象发生。为防止实验中色谱柱中污染物对检测器造成影响，将柱箱温度调至280 ℃，柱流量调至2 mL/min，在此温度下恒温烘烤2～3 h。

HTHG-PW15S色谱柱最高承受温度为230 ℃，温度过高会导致色谱柱流失现象发生。为防止实验中色谱柱中污染物对检测器造成影响，将柱箱温度调至200 ℃；由于色谱柱内径较粗，为保证仪器压力，将柱流量调至12 mL/min，在此温度下恒温烘烤2～3 h。

3 结果与讨论

3.1 使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的标准曲线

根据仪器所测峰谱图可知，当使用Elite-5MS色谱柱时，在上述最优色谱条件下，当甲基汞溶液浓度低于5 μg/L时，仪器甲基汞的目标峰面积未显示；当甲基汞溶液浓度高于5 μg/L时，目标峰面积才会随着浓度的增大而稳定地变大。因此，在此色谱柱条件下，甲基汞浓度需不小于5 μg/L，才适用于检测废水中的甲基汞。具体见图1和表1。

图1 使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的标准曲线

表1 工作曲线线性范围

3.1.1 精密度 分别对浓度为15、40、80 μg/L的甲基汞试液进行6次平行测定，计算相对标准偏差，研究本方法的精密度。测定结果见表2。

表2 精密度结果

由表2可知，3种不同浓度的甲基汞溶液所测得的相对标准偏差均在0.3%～0.5%范围内，说明此方法的精确度较高[9]。

3.1.2 检出限的测定 根据《环境监测技术导则》(HJ 168─2010)[10]，在上述最优仪器条件下，重复7次空白实验，将所测结果换算成浓度值，计算水中甲基汞的检出限(MDL)。

将7次空白实验标准谱图中峰面积代入标准曲线中，计算出空白样品中浓度，计算7次空白实验的平行偏差(S)，推导出使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的检出限(MDL)。计算公式如下：

MDL=t(6,0.99)×S

(1)

公式(1)中：MDL为方法检出限；S为7次平行测定的标准偏差；t为自由度为6，置信度为99%的t分布。

根据上述公式计算出使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的检出限，见表3。

表3 Elite-5MS色谱柱气相色谱法检出限计算结果

根据表3可知，使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的检出限为1.68×10-3μg/L。

3.1.3 准确度 使用空白样品加标回收的测定方法得出Elite-5MS色谱柱气相色谱法的回收率范围(表4)。

表4 本方法的回收率

由表4可知，使用Elite-5MS色谱柱气相色谱法的回收率在98.89%～101.43%范围内，此方法的准确度较高。

3.2 使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的标准曲线

根据仪器所测峰谱图可知，当使用HTHG-PW15S色谱柱时，在上述最优色谱条件下，当甲基汞溶液浓度高于5 μg/L时，甲基汞的目标峰面积过大，导致目标物质测量不准确；当甲基汞溶液浓度不大于5 μg/L时，目标峰面积才会随着浓度的增大而稳定地变大。因此，在此色谱柱条件下，甲基汞浓度需不大于5 μg/L。具体见图2和表5。

图2 使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的标准曲线

3.2.1 精密度 分别对浓度为0.0005、0.0015、0.15 μg/L的甲基汞试液进行6次平行测定，计算相对标准偏差。测定结果见表6。

由表6可知，3种不同浓度的甲基汞溶液所测得的相对标准偏差均在0.8%～1.3%范围内，说明此方法的精确度较高[9]。

3.2.2 检出限的测定 根据《环境监测技术导则》(HJ 168─2010)[10]，在上述最优仪器条件下，重复7次空白实验，将所测结果换算成浓度值，计算水中甲基汞的检出限(MDL)。

将7次空白实验标准谱图中峰面积代入标准曲线中，计算出空白样品中浓度，计算7次空白实验的平行偏差(S)，推导出使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的检出限(MDL)。计算公式如下：

MDL=t(6,0.99)×S

(2)

公式(2)中：MDL为方法检出限；S为7次平行测定的标准偏差；t为自由度为6，置信度为99%的t分布。

根据上述公式计算出使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的检出限见表7。

根据表7可知，使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的检出限为1.19×10-4μg/L。

表7 HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法检出限计算结果

3.2.3 准确度 使用空白样品加标回收的测定方法得出HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的回收率范围(表8)。

由表8可知，使用HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的回收率在94.12%～102.94%范围内，此方法的准确度较高。

表8 本方法的回收率

3.3 两种气相色谱法的比较

综上所述，Elite-5MS色谱柱气相色谱法和HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的准确度、精密度、检出限以及测定范围具体见表9。

表9 两种气相色谱法的比较一览表

由表9可知，Elite-5MS色谱柱气相色谱法的精密度相对于HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法较低；Elite-5MS色谱柱气相色谱法与HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的准确度都较高；HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的检出限是Elite-5MS色谱柱气相色谱法的检出限的1/10，表明HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的灵敏度更高，可检测更低浓度的水中甲基汞；HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法可测定水中浓度很低的甲基汞。当甲基汞浓度过高时，仪器目标峰面积过大，导致结果失准，具体测定范围为不大于5 μg/L；Elite-5MS色谱柱气相色谱法可测定水中浓度较高的甲基汞，当甲基汞浓度过低时，仪器目标峰面积过小，导致结果失准，具体测定范围为不小于5 μg/L。

4 实际样品的测定

4.1 实际样品的前处理

实际样品为城市污水和地表水两种样品，其前处理流程见图3[11]。

图3 样品的前处理流程图

4.2 样品结果

为保证实际样品测试的准确性，在样品测试过程中添加质量保证手段，即在城市污水样品测试过程中增加编号为GBW08675的标准物质样品[浓度为(65.2±2.5)μg/L的标准液体]；由于甲基汞的标准物质溶液浓度种类较少，因此在测试地表水样品过程中添加一组空白加标溶液。具体结果见表10。

由表10可知，Elite-5MS色谱柱气相色谱法和HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法在测试实际样品的过程中，质量控制结果是满足质量控制要求的，因此，这两种方法可用于实际样品测试。

表10 实际样品测试结果一览表

5 结论

用两种色谱柱条件下的气相色谱法测定水中的甲基汞都较为准确，线性相关系数达到了0.9999，线性相关程度较高。Elite-5MS色谱柱气相色谱法的精密度相对于HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法较低；两种气相色谱法的准确度都较高；HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法的灵敏度更高，可检测更低浓度的水中甲基汞。

Elite-5MS色谱柱气相色谱法适用于检测水中甲基汞浓度较高的情况，即浓度不低于5 μg/L；HTHG-PW15S色谱柱气相色谱法适用于检测水中甲基汞浓度较低的情况，即浓度不高于5 μg/L。两种方法可用于实际样品检测，对水中甲基汞检测前景具有重要的意义。