微波物種分析技術:砷、汞與錫化合物

2010-03-11

微波物種分析技術:砷、汞與錫化合物

汞、錫以及砷的物種分析(Speciation)

影響生態環境的污染物質,依其特性可以粗略區分為無機性污染物質、有機性污染物質及放射性物質等。重金屬即為無機性污染物,可能直接或間接對生物、家畜或人類造成危害。魚類是水族生態食物鏈的頂端族群,可能經由攝食浮游生物、海藻海草及小型魚蝦而蓄積濃縮大量的重金屬,如鎘、鉻、鉛、汞⋯等。魚肉是人類主要的食用部位,因此檢測魚肉的重金屬含量可了解魚體是否遭受污染,以及是否可上市供消費者食用。一般學者將『攝取微量時便顯出有害症狀的金屬』定義為『有害性金屬』,本篇報導主要著重於汞、錫以及砷的物種分析(Speciation)方式。 在此我們先簡單介紹一下汞、錫以及砷物種的特性:

所有型態的汞皆具有毒性,但相較於無機態的汞,有機汞的毒性更高,特別是甲基汞。因此甲基汞是在所有汞型態中最被重視的。

1. 甲基汞分子模型

丁基錫是一種錫化合物,其中的三丁基錫常用來作為殺菌劑而用於船隻外殼,可避免生物附著於船殼上,三丁基錫便會因此而溶解到海水中最終在魚體內累積成高濃度。丁基錫的毒性取決於丁基團的數目,因此歐盟將三丁基錫列入優先管制物質清單。美國環保局也已建立了三丁基錫的水環境標準以保護海洋水生物。

2. 分子模型:一丁基錫MBT(左);二丁基錫DBT(中);三丁基錫TBT(右)
3. 分子模型:砷甜菜鹼AsB(左);二甲基次砷酸DMA(右)

因火山噴發、皮革工業以及除草劑等農藥的使用造成砷散佈在環境中。砷可形成無機砷(AsIII/ ASV)或有機砷(砷甜菜鹼AsB,砷膽鹼AsC,二甲基次砷酸DMA),其中無機砷的毒性高於有機砷。對魚類而言,有機砷的累積濃度能達到1~100 mg/Kg,其中約有50~90%的砷是以毒性較低的砷甜菜鹼(AsB)形式存在。

汞、錫、砷化合物之萃取前處理

美國CEM公司為全球最大的專業微波化學儀器生產商,其產品占世界微波分析化學產品市場的65%以上,該公司最新的Discover SP-D全自動聚焦式微波消化器除了可以進行重金屬消化前處理外,更可用來進行微波輔助萃取,亦能同時進行甲基汞、一丁基錫、二丁基錫與三丁基錫的萃取。

甲基汞、一丁基錫、二丁基錫與三丁基錫的萃取實驗流程

樣品:牡蠣組織標準品 (BCR-710)
前處理方式:微波輔助萃取法
分析方式:同位素稀釋法 + GC-MS

微波輔助萃取流程:

  1. 取0.1g樣品至10ml反應瓶中,添加119Sn富集元素至樣品中,添加的濃度應為樣品中丁基錫化合物預期濃度的1~10倍, 接下來添加201MeHg,添加濃度需在樣品中甲基汞預期濃度以下。
  2. 加進4ml氫氧化四甲基銨(25%)與一個磁攪拌子。
  3. 蓋上瓶蓋後,搖晃使樣品均勻混和。
  4. 將樣品瓶放入Discover SP-D中進行微波萃取
  5. 經衍生化與淨化後,以GC-MS分析。

除有機汞與有機錫之外,Discover SP-D全自動聚焦式微波消化系統亦可進行砷甜菜鹼(AsB)與二甲基次砷酸  (DMA)的萃取,流程如下:

砷甜菜鹼與二甲基次砷酸的萃取實驗流程

樣品:魚肉標準品(BCR-267)與Dogfish mussel標準品 (DORM-2)
前處理方式:微波輔助萃取法
分析方式:HPLC-ICPMS

微波輔助萃取流程:

  1. 取0.1g樣品到10ml反應瓶中
  2. 加入5ml 水/甲醇混和液(1:1)並放入磁攪拌子
  3. 蓋上瓶蓋後手動搖晃反應瓶讓樣品均勻混和
  4. 將樣品瓶放入Discover SP-D中進行微波萃取
  5. 以2500rpm離心5分鐘後,取0.45µm的濾膜進行過濾
  6. 以HPLC-ICPMS進行分析

以全自動聚焦式微波消化器萃取汞、錫、砷之回收率

甲基汞、一丁基錫、二丁基錫與三丁基錫之萃取回收率如下表1:

1. 甲基汞、一丁基錫、二丁基錫與三丁基錫之萃取回收率
--檢測值理論值
甲基汞109±4ng Hg/g107±17ng Hg/g
一丁基錫34±6ng Sn/g34±9ng Sn/g
二丁基錫49±2ng Sn/g42±9g Sn/g
三丁基錫53±3ng Sn/g54±7ng Sn/g

砷甜菜鹼(AsB)與二甲基次砷酸(DMA)

表2. 砷甜菜鹼之萃取回收率
DROM-2檢測值理論值
AsB15.7 ± 0.1 mg As/Kg16.4 ± 1.1 mg As/Kg
表3. 砷甜菜鹼、二甲基次砷酸之萃取回收率
BCR-627檢測值檢測值
AsB49 ± 1 µmol/Kg52 ± 3 µmol/Kg
DMA1.9 ± 0.1 µmol/Kg2.0 ± 0.3 µmol/Kg

全自動聚焦式微波消化系統可快速完成汞、錫與砷的物種萃取

以Discover SP-D全自動微波消化系統進行微波輔助萃取可短時間內完成汞、錫與砷的物種萃取,最多可放置96個樣品全自動進行實驗,且個別樣品可設定個別條件進行萃取,大幅降低人力消耗,並能得到優良的回收率。

作者:陳志明、王鐙億/科安企業(股)公司

欲了解更多的儀器資訊與實驗細節,歡迎來電洽詢 02-2728-2767或 來信與我們聯繫

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參考文獻

  • 藥物食品檢驗局調查研究年報. 24 : 401-420 2006
  • Maria Jimenez Moreno, Jaime Pacheco-Arjona, Pablo Rodríguez-González, Hugues Preud’Homme, David Amouroux, Olivier F. X. Donard. Simultaneous determination of monomethylmercury, monobutyltin, dibutyltin and tributyltin in environmental samples by multi-elemental-species-specific isotope dilution analysis using electron ionisation GC-MS. Journal of Mass Spectrometry, 2006, 41 (11), 1491 – 1497.
  • CEM Application note