沉積物中汞物種分析法:微波萃取/HPLC-VGAFS

2013-05-01

沉積物中汞物種分析法:微波萃取/HPLC-VGAFS

本文將分享利用CEM Discover SP聚焦式微波合成儀,搭配高效液相層析儀與冷蒸氣原子螢光光譜儀(HPLC-VGAFS),應用於沉積物中汞物種濃度的分析,能得到快速、便利及絕佳的回收率。

以聚焦式微波合成儀搭配HPLC-VGAFS進行沉積物甲基汞分析

汞在環境中的的毒性、生物化學反應及運行方式與其物種型態有非常大的關連,硫酸鹽還原細菌具有將無機汞甲基化的能力,所以在被汞污染的沉積物中容易發現甲基汞,而甲基汞(MeHg+)正是汞物種中毒性最高的一種,因此測定沉積物中的甲基汞濃度是非常重要的課題,本研究的目的是開發簡單、快速且穩健的分析方法來分析沉積物中的甲基汞,本文探討以高效液相層析儀與冷蒸氣原子螢光光譜儀(HPLC-VGAFS)來進行沉積物中汞物種濃度的分析,取0.1% (v/v)的2-mercaptoethanol作為萃取試劑,使用Discover SP聚焦式微波合成儀進行微波萃取後,將樣品離心,取上層液注入HPLC-VGAFS系統中進行汞物種的分離與測定,藉由逆相C18管柱,移動相選擇3%(v/v) acetonitrile混合60 mM ammonium acetate-acetic acid (pH 4.5) 與0.1% (v/v) 2-mercaptoethanol,以2.0mL/min-1的流速進行分析,甲基汞(MeHg+)的偵測極限為0.58ppb,平均回收率為96.2%。乙基汞(EtHg+)偵測極限為1.1ppb,平均回收率為88.7%。無機汞(Hg2+)偵測極限為0.48ppb,平均回收率為95.8%。

mercury analysis

使用聚焦式微波合成儀進行沉積物樣品前處理

沉積物樣品取自中國瀘州市江陽區的沱江,冷凍乾燥處理後,研磨並篩選粒徑小於63μm的部分,爾後以18℃儲存於棕色玻璃瓶中。CRM則選用IAEA-405與ERMCC580。樣品萃取使用CEM Discover SP聚焦式微波合成儀進行,此微波加速反應系統使用非接觸式紅外線溫度感應器來量測溫度,溫度偵測範圍為0°C至300°C,並具備市場上最高的微波密度,可讓反應速率提升10倍以上。 取0.2克樣品,添加標準品後,放入微波反應瓶中,加入3mL的0.1% (v/v) 2-mercaptoethanol與攪拌子,放入Discover SP中,以進行2分鐘預攪拌後,以40℃恆溫8分鐘,待微波結束並冷卻後,將樣品以1500rpm離心3分鐘,再以0.22μm的玻璃纖維濾紙過濾並儲存於2mL vial中,保存於4℃的冰箱內。

以HPLC–VGAFS系統分析汞元素濃度 

下圖即為本實驗中使用的HPLC–VGAFS系統與其細部條件,包含一台使用C18管柱來分離汞物種的HPLC系統以及偵測元素物種的VGAFS系統。樣品以Rheodyne 7725i樣品注射閥配合500μL樣品回路管注入,移動相則以Shimadzu LC-20AT HPLC幫浦進行輸送,管柱選用150 mm × 4.6 mm/5-μm的Venusil MP-C18管柱(BonnaAgela Technologies Inc.),以isocratic模式在室溫下進行分離,分離後的汞物種以濕式化學氧化法(K2S2O8)配合UV燈(15W UV-C燈管,台灣Huadeng製),於氧化反應線圈中氧化為無機汞。還原劑(KBH4)與載體溶液(鹽酸)則在樣品通過氧化反應線圈後注入,再送往還原反應線圈。混合物與氬氣混合後送至氣-液分離裝置,氣體被分離並送到原子螢光光譜儀中(AFS-9130,Titan製),分析汞元素濃度。

表1. HPLC-VGAFS系統條件

以聚焦式微波合成儀進行甲基汞前處理之分析結果 

萃取溫度最佳化 

萃取時間、溫度以及2-mercaptoethanol濃度皆會影響回收率。經測試後,選擇8分鐘的微波萃取時間與0.1% (v/v) 2-mercaptoethanol可得到最佳的回收率。以微波8分鐘為條件進行不同溫度下的測試,結果可見下圖1。

圖1:以微波8分鐘為條件進行不同溫度下的萃取回收率結果

根據此圖,可知道隨著溫度由40℃增加至120℃,乙基汞的回收率由87.9%± 6.4% 降至31.4% ± 7.1%。而溫度由80℃增加至120℃時,甲基汞的回收率則會開始下降,然而,汞離子的回收率卻會因此而從92.3% ± 5.3%至128.5% ± 8.8%,這代表當溫度較高時,甲基汞與乙基汞會開始轉換成汞離子,因此選擇40℃作為萃取溫度可降低甲基汞與乙基汞的轉換程度。

萃取分析結果

以2-mercaptoethanol進行沉積物中的汞物種分析有許多優勢,其萃取程序簡單、快速且只使用毒性較低的萃取試劑。分析結果已經列於下表,並與其他萃取方法做比較,可看出新萃取方式的回收率與舊的方式十分接近,相對標準偏差在8%以內。

表2. CRM與實際樣品之汞物種回收率測試(n=3)

下表則顯示出此分析方法的偵測極限,並以六支20ng樣品進行了相對標準偏差(RSD)計算,並另外進行了5、20及40ng回收率的測試,回收率皆相當不錯。

表3. HPLC-VGAFS分析效能

微波萃取裝置能大幅提升分析前處理效率

本萃取方法結合微波萃取裝置與HPLC-VGAFS系統,可偵測沉積物中的低濃度甲基汞、乙基汞與汞離子,選擇2-mercaptoethanol作為萃取試劑,只需使用單一試劑即可完成萃取,搭配聚焦式微波輔助,不僅所需萃取溶劑量低、更使得冗長的萃取過程縮短至10分鐘,大幅提升分析前處理的效率。將萃取完的樣品直接注入HPLC-VGAFS系統便可完成汞物種的分離與測定,無論是CRM或是天然沉積物樣品(取自中國),皆可成功地完成分析並取得良好回收率。

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

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

參考文獻

  • l   Speciation Analysis of Mercury in Sediments by HPLC Using HPLC Hyphenated to Vapour Generation Atomic Fluorescence Spectrometry Following Microwave-Assisted Extraction,Geng Leng, Li Feng, Shao-Bo Li, De-Zhong Dan, Ping Yang , May 01, 2013, LCGC Europe, Volume 26, Issue 5