1、 本科 毕业设计 （ 20 届） 液液萃取 -原子荧光法测定环境水样中 甲基 汞 所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 : 介绍了一种测定环境水样中甲基汞的方法，将液液萃取分离富集方法与原子荧光法联用，直接测定甲基汞的含量。方法检出限为 5.0 ng/L，在 0.04-1.0 g/L内，线性相关系数大于 0.995。对池塘水和自来水进行加标回收实验，回收率在 81%104%之间。 关键词 : 液液萃取； 原子荧光法； 甲基 汞； 环境水 II Abstract:In this paper, a direct method of dete
2、rmining methyl mercury species, in which liquid-liquid extraction was combined with atomic fluorescence spectrometry, in environmental waters was described. The detection limit of methyl mercury was 5.0ng/L, and in the concentration range 0.04-1.0 g/L, the linear correlation coefficients was greater
3、 than 0.995. The pond water and tap water were spiked for recovery tests, with recovery of 81% to 104%. Keywords:Liquid-liquid extraction; Atomic fluorescence; Methyl mercury ; Environmental waters1 目 录 摘要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 选题背景 . 1 1.2 汞 分析检测方法 . 2 1.2.1 电化学 法 . 2 1.2.2 荧光分光光度 法 . 2 1.
4、2.3 紫外可见分光光度 法 . 2 1.2.4 基于纳米技术的 Hg2+测定法 . 3 1.3 相关研究成果 . 4 2 实验部分 . 6 2.1 原理 . 6 2.2 仪器工作流程 . 6 2.3 实验内容 . 6 2.3.1 实验仪器 及工作条件 . 6 2.3.2 实验试剂 . 6 2.3.3 样品前处理步骤 . 7 2.3.4 试验方法 . 7 2.4 形态分离与检测 . 8 2.5 仪器条件 . 8 3 结果与分析 . 9 3.1 试验条件的选择 . 9 3.1.1 负高压 . 9 3.1.2 灯电流 .9 3.1.3 原子化高度 .9 3.1.4 载气流量 .9 3.1.5 原子
5、化温度与硼氢化钠浓度 .9 3.1.6 L-半胱氨酸溶液的浓度 . 10 2 3.1.7 载流及其浓度 . 10 3.2 干扰试验 . 10 3.3 方法性能 . 11 3.3.1 检出限、线性范围和精密度 . 11 3.3.2 样品分析 . 11 4 结论 . 11 参考文献 . 13 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 1.1 选题背景 汞是典型的有毒元素，是全球性的重要污染物之一，至今全世界每年仍有将近 5000 吨的各种形态的汞被排放到环境中。在微生物的作用下，环境中的无机汞可以转化为毒性更强的有机汞。在所有的汞形态中，甲基汞最具毒性。人体血液中甲基汞的含量若超过 0.2
6、g/g时就会出现中毒症状，乙基汞的毒性次于甲基汞而高于无机汞，且甲基汞和乙基汞均为脂溶性的，容易被生物体吸收，并通过食物链富集最终进入人体 1。 20 世纪 50 年代，在日本熊本县曾发生过水俣病 2，其致病的物质就是甲基汞。这次世界 历史上首例重大重金属污染事件，引起了全球研究者对汞污染问题的广泛关注。随着汞污染问题研究的不断深入，甲基汞检测方法的研究也不断发展起来。环境中的甲基汞是通过汞的甲基化过程产生的，这一过程主要发生在沉积物及水体中，产生的一甲基汞极易溶于水体，只有少量的二甲基汞散逸到大气中，之后立刻被光解为甲烷、乙烷和汞，但以现有的检测手段，通常检测不到大气中的甲基汞。 重金属的生
7、物毒性与其在环境中的形态密切相关。汞在环境中以无机汞、气态单质汞 ( Hg0 )和有机汞 3 种形态存在。 Hg0 具有较长的居留时间 (一般 0.52 a) ,可以参与全球大气循环 ,是一种全球性污染物 2。有机汞化合物是汞生物传播的主要途径 ,尤其是具有高脂溶性的甲基汞 (MeHg) ,极易被生物体吸收、利用 ,且在生物体内分解缓慢 (半衰期约为 70d) ,易发生生物富集 ,如藻类对甲基汞的富集系数可达 1 104,甲壳类为 1 102 1105,鱼类可高达 1 105 110723。通过食物链的传递放大作用 ,甲基汞将严重威胁人类的健康与安全 4。 汞是中国第一批制定环境质量标准和排放
8、限制标准的污染物之一。在震惊世界的八大公害事件中 ,就有因汞中毒导致的水俣 病。由于汞的毒性很强 ,且易被生物富集 ,并通过食物链使人中毒 ,因此中国把汞列为 “ 第一类污染物 ” .最近美国、 日本等发达国家已把汞列为环境激素类污染物。汞及其化合物对人体健康存在多种危害 ,若存在于天然水体中 ,则会对大范围的人群造成威胁。环境中汞的分析测定是人们十分关注的课题。 目前中国 的环境监测系统 对水中汞的 标准 监测方法有双硫腙分光光度法 (GB7469-87)、冷原子吸收法 (GB7468-87)及原子荧光法。 其中双硫腙分光光度法适合污染源的测定 ,检测范围为 240g/ L。该方法在实际应用
9、中比 较成熟 ,容易掌握 。 冷原子吸收法灵敏度较高 ,适合测定汞含量为 0.1g/ L0.5g/ L 的地表水样 ,是目前中国各级环境监测站最常用、也是最不容易掌握的方法 ， 在使用中往往难以得到好的准确度和精密度 。 原子荧光法分为冷原子荧光法和加热原子荧光法 ， 在各级2 环境监测站中有所应用 ，并 有成熟的商品仪器 ， 是目前测定 Hg、 As、 Bi、 Se、 Sb、 Be、 Te、 Ge 等元素 最可靠、最 准确 的方法。中国国家环保总局已列项制定加热原子荧光法测定 Hg、 As、 Bi、Se、 Sb 等标准方法系列 ,从仪器设备到应用技术 ,中国均居世界领先地位 。 由于原子荧光
10、法灵敏度极高 ,测定范围是 0.003 g/L 0.3 g/L (不经稀释 ) ,因此对实验室环境、 试剂纯度要求很高。同时环境监测人员的经验和技术水平也直接影响数据的质量。为此利用中日合作项目 (JICA)的资金支持 ,中国环保部曾 对中国地表水中汞监测存在的问题进行研究 ,主要使用的 是 原子吸收法和原子荧光法 5。 1.2 汞分析检测方法 自然界的汞主要以无机汞 (Hg2 +)和有机汞 (CH3Hg+)形式存在 ,有机汞亦可以经过消解成 Hg2 +形式进行测定 ,目前 ,对 Hg2 +的检测分析新方法层出不 穷 ,总体分以下几类 :电化学法、荧光分光光度法、紫外可见分光光度法、基于纳米技
11、术的 Hg2 +测定法。 1.2.1 电化学 法 Cabello-Carramolino,G .6建立了一种新 型 的 Hg2 +的电化学检测法。通过对凝胶电极的修饰从而在电化学上来实现对 Hg2 +的检测 ,其检测的线性范围为 5.0 10-85.0 10-5mol/L,检出限 3.0 g L-1。王亚珍 ,许江扬 7提出了以 nano- TiO2膜修饰玻碳电极作为工作电极 ,采用阳极溶出伏安法测定水相中的痕量 Hg2 +， 详细研究了 Hg2 +在 nano-TiO2膜修饰玻碳电极上的电化学响应行为。线性范围为 2 10-81 10-6mol/L。检出限可达 5 10-9mol/L. 1.
12、2.2 荧光分光光度 法 Matsushita, M8.等研究发现 ,当一种特殊的抗原与对应的抗体反应的时候会生成一种具有荧光的化合物 ,当加入相应的 Hg2 +时 ,会生成一种不具有荧光特性的化合物 ,对整个反应产生荧光粹灭效应，从而以此来检测 Hg2 +。 Ko, S-K ; Yang, Y.-K.9等设计了一种基于罗丹明系列结构荧光增强法检测 Hg2 +的荧光法 ,在没有 Hg2+的情况下 , RhB结构在本质上来说在 551 nm处是无荧光产生的 ,但加入 Hg2 +后 ,由于 Hg2 +的作用使得 RhB的结构发生变化 ,产生了环状结构 ,从而使得在 551nm处的荧光信号随着 Hg
13、2 +的增多而增强 ,由此来实现对 Hg2 +的荧光增强检测。 1.2.3 紫外可见分光光度 法 Khabarov, Yu . G研究用亚硫酸钠与 Hg2+在水溶液中反应生成的产物在 230nm处有最大紫外吸收峰 ,检测 Hg2+的线性范围 0.513.0mg/L,检测实现了快速化操作。刘梅等研究了在在硫酸介 质中 , Hg2+与硫氰酸钾 6G和罗丹明 6G形成三元离子缔合物 ,阿拉伯胶和吐温 20混合胶束可对测定体系增溶、增稳、增敏 ,建立的方法可在水相中测定痕量汞。该方法测定汞的线性范围为 0.1 1.5 mg/L ,3 检出限为 0.08 mg/ L。 1.2.4 基于纳米技术的 Hg2
14、+测定法 近年来国内外不断的提出基于纳米技术的 Hg2+检测新方法 ,鲍军方等利用 Hg2+的核酸适体修饰纳米金形成探针建立了一种定量检测 Hg2+离子的方法 . Hg2+与 DNA作用形成 T- Hg-T的结构 ,导致 在高 盐的 情况下 纳米 金失 去 DNA 在发 生凝 聚 变 色来 实现 Hg2+ 测定 , 线 性范围 为5.010-97.210-7molL-1,检测限可达 3.310-10molL-1。 Matthew Rex, FlorencioE.等提出了新的基于金纳米棒的 Hg2+检测法 ,基于 Hg0与 Au0之间的特殊反应从而实现 Hg2+高的灵敏度的测定 10。 1.3
15、相关研究成果 汞及其化合物属于剧毒物质，可在体内积蓄。进入人体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒。天然水中含汞极少。工业污水管网中汞的污染主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属 冶炼、军工等工业废水。国标要求生活饮用水汞的含量应小于 0.001mg/L。汞作为水质污染指标已成为排水监测的重要监测项目之一。测定污水中的汞对保证污水处理厂所处理的污水达标排放，避免对水环境造成污染，具有十分重要的意义 11。 原子荧光光谱分析法 (AFS)是基于物质基态原子吸收辐射光后，本身被激发成激发态原子，不稳定而以荧光形式放出多余能量，根据产生特征荧光强度进行分析的方法。它通常被
16、认为具有以下特点：谱线简单，干扰少；灵敏度高，检出限低；可适用于多元素同时分析；仪器简单价廉，可用非色散仪器；精确度类似 于原子吸收光谱 AAS，优于原子发射光谱 AES。 张杰 12等采用断续流动氢化物发生原子荧光测定饮用水中汞的方法，研究了酸度、硼氢化钾浓度、灯电流、载气流速等对测定汞的影响。在优化了灯电流 50 mA,优化在气流量为 500 mL/min，检测限为 0.02 ng /mL，方法应用于水样中汞的测定，样品加标回收率在 96.2%102%之间，相对标准偏差为 2.3%。方法具有操作简便、快速、灵敏度高等优点。 李飞 13等，利用氢化物发生 -原子荧光分析技术（ HG-AFS）
17、同时测定水样中汞。通过一系列条件实验，设定了 合理有效的水样前处理方法，仪器测定条件以及主要试剂的浓度。并从其线性范围、最低检出限、精密度、准确度、回收率等方面进行检测，回收率为 94.4%104.2%，与传统方法进行比较，结果表明该方法优越于传统方法，测定水中汞，具有很好的可行性和适用性。 徐学笛 14研究了用氢化物发生 原子荧光法测定生活废水中微量汞的最佳实验条件及其测定微量汞的方法。此法是在硝酸介质中 ,以硼氢化钾作还原剂，将被测元素转化为挥发性氢化物 ,以高纯氩气作为载气将挥发性气氢化物从母液分离，并导入石英炉原子化器中原子化。以空心阴极灯作激发 光源 ,激发被测元素原子发出荧光，其荧
18、光强度在一定范围内与被测元素的浓度成正4 比。从实验中得出本方法精度高 ,准确度好 ,操作方法简单。 黎智 15采用溴酸钾与溴化钾消解试样，将低价汞转化为汞 ( )，用盐酸羟胺还原过量的氧化剂后 ,采用 HG-AFS 法测定 ,0.042.0 ng/mL 范围内， r = 0.996，最低检出限为 0.04 ng/mL，相对标准偏差 (2.0 ng/mL 标准溶液 )为 2.5%，样品回收率在 92.5%110.5%之间。 张延妮 16采用氢化物发生 -原子荧光光谱法同时测定水中砷和汞。对仪器的工作 条件负高压、灯电流、载气和屏蔽气流量作了详述 ,还就各种对测定有影响的因素 ,包括酸的种类及其
19、浓度、硼氢化钾的加入量、硫脲 -抗坏血酸混合液的浓度及共存离子的干扰等也作了研究并予以优化选择。荧光强度与砷及汞的质量浓度在 0.20100.00 g/L及 0.0180.00g/L范围内呈线性关系 ,方法的检出限 (3S/N)依次为 0. 06 g/L和 0.006 g/L，精密度试验求得其相对标准偏差 (n= 11)均小于 5 %。应用此法对自来水和景观用水进行分析，并以此两样品为基体做回收试验，测得砷和汞的回收率分别为 100.2 %， 104.9%和 98.0 %， 101.0 %。 杭义萍 17等以硼氢化钾还原 -原子荧光光谱法 (KBH4 -AFS)为检测手段 ， 研究了纳米 Ti
20、O2 (锐钛型 )对 Hg( )的吸附行为 ,考察了影响吸附和解脱的主要因素 ,并考察了共存离子的干扰影响。在较宽的 pH 范围内 ,纳米 TiO2 对汞具有良好的吸附性能。在优化的实验条件下 ,具有吸附容量较大和吸 附速度较快的特点 , 该法测定汞的检出限为 0.004 ng/mL, 相对标准偏差 (RSD) 为3.3%(n=9,=0.05 ng/mL)。将本法应用于标准样品 GSS-8、 GSS-4 的测定 ,其测定值与标准值吻合。已应用于实际水样中汞的测定。 林燕奎 18等， 建 立液相色谱串联原子荧光光谱检测水产品中不同形态汞的方法。选择合适的提取液 (10 HCl+1硫脲 +13.1
21、5 KCl)和流动相（ 5乙腈 +5乙酸胺 +0.1半胱氨酸）提高无机汞、甲基汞和乙基汞的提取事和分离度；通过调整灯电流、载气和屏蔽气流量以及氧化剂和还 原剂的浓度，优化原子荧光检测条件，便待涮物的荧光强度达到最佳状态。采用该方法，无机汞、甲基汞和乙基汞的测定低限分别为 0.5、 0.2 和 0.4 g L，标准曲线的线性范围均为 1.01000 g L，线性相关系数均大子 0.999。海鱼、贝类、甲壳类等不同水产品中不同加标水平的回收率在72 110之间。相对标准偏差 RSD在 3.0 12.2之间 (n=6)。该方法适用于检测水产品中汞含量。 周睿 19建立原子荧光光谱法同时测定水样中的汞
22、和砷的方法。原子荧光光谱法同时测定水样中的汞和砷。在最佳测试条件下 汞的检出限 0.2399 g/L，测定的相对标准偏差为 0.88 3.27，样品的加标回收率为 104 114；砷的检出限为 0.4995 g L，测定的相对标准偏差为1.471.71， 回收率在最佳条件下，在水样中加入高、中、低三个浓度的砷和汞连续测定 6 次，5 进行加标回收的试验，测定 样品的加标回收率为 99.6 108.8。该方法在最佳测试条件下可以准确、快速地同时测定水样中的汞和砷。 李丹 20等人采用 SnCl2 作为还原剂，在硝酸体系下，用氢化物发生 -原子荧光光谱法测定陆地水中痕量汞，对检测条件 及共存元素的
23、干扰进行研究，结果表明 500 mg/L Fe， Pb， Mn， Cu， Ca，Na， K， Mg并不影响 Hg的测定。选择优化后的实验条件，汞的检出限为 0.001 g/L,精确度为 1.73%，可用于湖泊水生态环境调查评价样品中痕量汞的测定。 郭新红 21等建立了氢化物发生 -原子荧光法同时测定地下水中砷和汞的方法。研究了灯电流、 载气流速、原子化器高度、盐酸浓度和硼氢化钾浓度等因素对检测的影响。在仪器最佳工作条件下 ,砷和汞的质量浓度分别在 1.2100 ng/mL 和 0.0221.0 ng/mL 范围时呈现良 好的线性关系 ,相关系数均在 0.9994 以上；砷和汞的检出限分别为 0
24、.21 ng/mL 和 0.0038 ng/mL；对不同含量的砷、汞混合溶液进行测定，相对标准偏差分别小于 0.78%和 1.2%(n=11)。加入硫脲 -抗坏血酸混合掩蔽剂，提高了干扰元素的允许量及方法的灵敏度。应用于山东、河南、安徽及长三角地下水样检测 ,其结果符合地质矿产实验室有关水样测试的质量管理规范要求 ,回收率在 96%112%之间。 本文在分析实验中，应用 液液萃取与 原子荧光光谱法 联用 测定 水样 中汞的方法时，汞的荧光强度受许多因素影响，如灯电流、 载气流量、还原剂浓度、 L-半胱氨酸溶液的浓度 等因素。因此本文研究并优化了 AFS-830 型双道原子荧光光度计测定水样中汞时的分析条件，进行了精确度和准确度试验 。
