在线SPE-LC-ICPMS | 高盐度海水样品直接上样分析,实现汞形态的超灵敏检测

2021-12-06

汞污染,国际社会广泛关注

  汞是一种有毒性的重金属元素,会对人类和生态系统健康造成严重危害,目前已成为国际社会广泛关注的环境污染物之一。人类在食用含有超标汞的产品后,可引起心血管系统、免疫系统、神经系统等受损,历史上严重的汞中毒事件包括1956年的日本熊本县水俣病事件、1971年伊拉克全国性汞中毒事件等。汞通常以不同的形态(无机汞和有机汞)存在。其中,无机汞可通过生物体内代谢的方式排出体外,而有机汞(主要为甲基汞,水俣病的罪魁祸首)则易于与有机配位体基团结合,导致其在生物体内分解速度缓慢,毒性更强。


图1汞形态的转化及通过食物链的摄入
(Poulain, A.J. et al, Science, 2013)

  在生态系统中,有机汞具有生物富集性,例如,鱼肉中汞的含量可达10 mg/kg以上。为了人类健康和生态系统可持续发展,有必要对环境中的汞形态进行监测。

岛津应对策略及解决方案

  环境中汞的含量通常比较低,如环境水样中总汞浓度在pg/L-ng/L,汞的形态分析需要借助高灵敏探测方法(如冷原子荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法)来实现。为了应对环境水样品中痕量汞形态分析的挑战,岛津中国创新中心与中科院生态环境中心合作开发了一套在线SPE-LC-ICPMS分析系统,用于测定环境水样品中的痕量汞形态。


图2 在中科院生态环境中心进行SPE-LC-ICPMS实验

  该系统通过第一维液相上的SPE柱对水样品中不同形态的汞进行富集;然后通过六通阀切换,在第二维分析柱上完成不同形态汞的分离,并借助高灵敏ICPMS,实现了皮克量级汞形态的快速、灵敏检测。岛津中国创新中心通过对分析参数进一步优化,使SPE-LC-ICPMS分析系统对甲基汞的检出限达到0.25 pg(进样量5 mL),优于环保标准《水质 烷基汞的测定 吹扫捕集/冷原子荧光光谱法》中所用分析方法的检测能力(检出限0.90 pg,样品量45 mL)。


图3. 甲基汞、二价汞和乙基汞的标曲曲线
(0.05 – 0.8ppt)

海水样品中甲基汞的测定

  利用建立的SPE-LC-ICPMS联用系统,对3个海水样品(采样位置如图4所示)中的汞形态进行了分析。3个海水样品中甲基汞的含量分别为0.096 ng/L、0.061 ng/L和0.058 ng/L,与文献报道的加拿大附近海水中甲基汞浓度值(0.057-0.095 ng/L)【1】、意大利附近海水中甲基汞浓度值(0.06-0.13 ng/L)【2】基本一致,表明本方法准确、可靠,可应用于海水样品中汞形态的分析。


图4 海水样品采样位置

表1 本方法(SPE-LC-ICPMS)与标准分析方法
分析性能比较

方法·特点

  1. 分析全自动化操作:环境水样,在线SPE富集、分离、质谱检测
  2. 简单、快速分析:前处理简单过滤,全部分析可在15 min内完成
  3. 高灵敏分析:烷基汞、二价汞同时检测,甲基汞检出限0.25 pg
  4. 高盐度海水样品分析:可直接进样分析盐度为35‰的海水样品

小结

  岛津中国创新中心与中科院生态环境中心合作开发了在线SPE-LC-ICPMS联用系统,实现了环境水样中超痕量汞形态的准确、快速分析。分析方法对甲基汞的检出限为0.25 pg,优于国家标准中推荐方法的检出限,达到国际领先水平。简单、快速、灵敏的汞形态分析能力,使本方法在常规检测及应急响应场景下具有广阔的应用前景,在环境水样(生活饮用水、地表水、海水等)检测和食品安全及检测中将发挥重要作用。

参考文献:
1. Vincent L. ST. Louis,Holger Hintelmann, Jennifer A. Graydon, Jane L. Kirk, Joel Barker, Brian Dimock, Martin J. Sharp, Igor Lehnherr, Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 6433-6441.
2. W.R.L. Cairns, M. Ranaldo, R. Hennebelle, C. Turetta, G. Capodaglio, C.F. Ferrari, A. Dommergue, P. Cescon, C. Barbante, Analytica. Chimica. Acta, 2008, 622, 62-69.

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