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汞元素形態(tài)分析樣品前處理技術(shù)

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概述

為了能準(zhǔn)確測(cè)定樣品中的形態(tài)含量，必須有一個(gè)能夠保證樣品中的各個(gè)形態(tài)完整高效的轉(zhuǎn)移到提取液中的樣品前處理方法。在提取過(guò)程中，分析物和提取溶液、介質(zhì)及提取容器壁會(huì)發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，可能會(huì)導(dǎo)致形態(tài)的損失或者轉(zhuǎn)化，使得測(cè)定的結(jié)果不準(zhǔn)確。形態(tài)分析常常需要一步或者多步萃取程序，一步萃取的方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而且形態(tài)變化較小，但提取效率太低；而多步萃取方法可以根據(jù)不同形態(tài)的不同特征采取不同的萃取方法，能大大提高萃取的效率，但是由于經(jīng)過(guò)幾步轉(zhuǎn)化，很難避免樣品中的各形態(tài)的損失或者轉(zhuǎn)化。

以汞元素為例，從實(shí)際樣品中提取各種形態(tài)的汞最常用的是酸提取法和堿消解法。酸提取技術(shù)以20世紀(jì)60年代Westoo提出的在HCl介質(zhì)中用苯從魚肉中萃取甲基汞為代表，這一過(guò)程需要分幾次才能得到純凈的甲基汞苯溶液。利用酸提取法可以萃取生物樣品如魚、軟體動(dòng)物、人尿、海豚肝臟中的汞形態(tài)，也可以萃取土壤、底泥中的汞形態(tài)。有機(jī)汞化合物被萃取到有機(jī)相層中后，加入適量的水，用氮?dú)饣蛘呖諝獯蹈捎袡C(jī)相，或者直接用硫代硫酸鈉或半胱氨酸反萃后直接進(jìn)樣。

生物樣品用堿消解是一種非常有效的萃取方法, 萃取效率可達(dá)95%～105%。常用的堿消解試劑為四甲基氫氧化銨（TMAH）或25%氫氧化鉀/氫氧化鈉－甲醇溶液。加入堿消解試劑后振蕩或者超聲，待堿消解液冷卻后，加入6mol/L鹽酸酸化，然后加入甲苯或者二氯甲烷萃取，有機(jī)汞化合物被萃取至有機(jī)相中，無(wú)機(jī)汞仍殘留在水相中，將有機(jī)相轉(zhuǎn)移入樣品管中，緩慢吹入氮?dú)?，將有機(jī)溶劑吹干后用流動(dòng)相稀釋進(jìn)樣或者直接用水定容可提高靈敏度，或者可用少量硫代硫酸鹽溶液再次反萃取。對(duì)甲基汞化合物來(lái)說(shuō)，堿消化法比常規(guī)苯萃取法的回收率要高，表明堿消化的效果更好，用堿消化法可測(cè)得魚樣中甲基汞的含量占總汞的95%。但是與酸相比，由于不易獲得較純的堿溶液，堿消解法容易導(dǎo)致樣品的污染，此外，堿消解法還會(huì)導(dǎo)致樣品基體中有機(jī)物、硫化物或有色金屬離子與汞化合物共萃取，給后續(xù)的分離測(cè)定帶來(lái)嚴(yán)重干擾。

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汞元素形態(tài)分析樣品前處理示例

2.1  大米樣品中甲基汞和乙基汞的測(cè)定

大米樣品室溫下干燥，用研磨機(jī)研碎，過(guò)40目篩。

稱取2.00g米粉于50mL玻璃離心管中（對(duì)于回收率研究，在米粉樣品中加入適合的有機(jī)汞的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）。加入5mL Milli-Q水，隨后加入4mL酸化的KBr/CuSO₄（3：1）。機(jī)械搖動(dòng)離心管過(guò)夜，接著加入6mL CH₂Cl₂搖動(dòng)1h，萃取有機(jī)汞到CH₂Cl₂相中。在2000rpm/min下離心10min后，4mL CH₂Cl₂相轉(zhuǎn)移到7mL的玻璃管中，用1mL 0.01mol/L Na₂S₂O₃ 萃取。搖動(dòng)45min來(lái)提高萃取效率。放置幾分鐘使溶液分離。(0.6-0.8)mL水相轉(zhuǎn)移到3mL微離心管中。接著加入0.3mL酸化的KBr/CuSO₄（3：1）溶液和0.5mL CH₂Cl₂。萃取物被快速的搖30min，在5000rpm下離心15min后測(cè)定。

2.2  生物參考試樣中無(wú)機(jī)汞和甲基汞的測(cè)定（標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)：CRM463、DORM-1和TORT-1）

將(0.1-0.5)g凍干組織試樣和5mL萃取劑溶液置于萃取管中，并暴露于一定功率(20-80)W的微波輻射中(1-4)min。萃取后，將試液冷至室溫，然后用5mL甲醇稀釋，振蕩均勻，過(guò)濾后測(cè)定。 

甲基汞的提取效率順序：硝酸、鹽酸、乙酸、TMAH和甲醇-KOH溶液。

2.3  魚樣品中汞的形態(tài)分析

分別稱取0.025g DORM-2角鯊魚樣品（National Research Council of Canada, Ottawa, Canada）和旗魚樣品各三份于Teflon消解容器中。加入25ml萃取溶液，萃取溶劑為0.05%( m/v)L-cysteine+0.05%(v/v)2-mercaptoethanol(巰基乙醇)。接著樣品放入微波消解器中，在60℃條件下，暴露于微波下2min，1min達(dá)到所需溫度。樣品冷卻到室溫后，離心5min，取上層清液測(cè)定。

2.4  海產(chǎn)品中甲基汞和總汞的測(cè)定

稱取均勻可食用部分的海產(chǎn)品(0.5±0.05)g（最大0.65g，依賴于均一化樣品時(shí)所加入的含水量）或凍干的參考物質(zhì)(0.2±0.02)g于60mL琥珀色玻璃萃取管中，蓋緊蓋子，儲(chǔ)存于冰箱中，(3-10)℃條件下過(guò)夜。在萃取管中加入(50±0.5)mL 1%(w/v) l-cysteine.HCl.H₂O萃取液。蓋緊萃取瓶，用手劇烈地?fù)u(15-20)s后，放于水浴中，保持(60±4)℃ 120min，期間用手劇烈地?fù)u溶液至少2次，每次(15-20)s，加熱120min以后，萃取瓶放入(22±5)℃的水中(10-15)min，萃取管冷卻到室溫后，萃取液過(guò)濾，測(cè)定。

2.5 金槍魚樣品中汞形態(tài)分析方法的比較  

（1）25% KOH/甲醇(w/v)堿性萃取

稱取0.3g樣品于離心管中，加入3mL 25% KOH/甲醇(w/v)溶液，樣品放入70℃的水浴中加熱30min后，再超聲30min。萃取程序重復(fù)3次，萃取完后，上清液在3500rpm下離心10min。消解液接著被轉(zhuǎn)移到另一個(gè)新的離心管中，分析之前，樣品用4mol/L醋酸調(diào)節(jié)pH至4.0。

（2）上述萃取程序用10mL 25% TMAH-甲醇(w/v)溶液也可，萃取過(guò)程同上。

（3）5% TMAH/甲醇(w/v)堿性萃取

稱取0.2g樣品于微波消解罐中，加入2mL 25% TMAH/KOH(w/v)溶液，用超純水定容至10mL。微波程序：步驟1，室溫至180℃，10min；步驟2，180℃，10min。消解罐冷卻至室溫，消解液經(jīng)0.22μm玻璃纖維過(guò)濾器過(guò)濾。分析之前，樣品用4mol/L醋酸調(diào)節(jié)pH至4.0。  

2.6 魚組織樣品中總汞和甲基汞的分析

精確稱取凍干樣品0.5g于干凈的100mL Teflon消解罐中。加入10mL 5mol/L HCl和0.25mol/L NaCl。一個(gè)3cm長(zhǎng)的Teflon攪拌棒放于消解罐中，用于微波萃取過(guò)程中攪拌樣品。密封消解罐，在60℃照射10min。3min達(dá)到設(shè)定的60℃。微波加熱后，冷卻至室溫，在3000rpm下離心20min，上層清液用0.22μm玻璃纖維過(guò)濾器過(guò)濾，測(cè)定。  

2.7 魚樣品中甲基汞的分析

（1）稱取(1.5-2.0)g樣品，用少量水先潤(rùn)濕，加入HCl和甲苯，搖15min，離心，甲苯萃取液轉(zhuǎn)移到一個(gè)分液漏斗中，加入半光氨酸溶液，搖15min，離心后，水相被移出，用甲苯反萃取，萃取液直接測(cè)定。

（2）稱取(0.8-1)g樣品，加入H₂SO₄，然后用甲苯萃取。萃取液直接測(cè)定。

（3）稱取大約0.25g的樣品，用HCl萃取2次，合并萃取液，調(diào)節(jié)pH為(4～6)，過(guò)濾后測(cè)定。UV燈照射前后測(cè)試結(jié)果的差值為甲基汞的含量。

（4）稱取0.3g樣品，加入0.5mL含H₂SO₄(9mol/L)的20% KCl水溶液，在145℃條件下蒸餾。餾分用去離子水定容到10mL，調(diào)節(jié)pH至6.0，進(jìn)樣。

2.8 沉積物標(biāo)準(zhǔn)參考樣品中甲基汞的測(cè)定

稱取大約1g干燥均勻的沉積物于萃取管中，加入10mL 2mol/L硝酸，在60W條件下微波照射3min。微波照射后，樣品溶液轉(zhuǎn)移到一個(gè)15mL的離心管中，在5000rpm離心5min，取上層清液，用醋酸鹽緩沖液調(diào)節(jié)pH至4.0，用水定容，測(cè)定。

2.9 土壤樣品中無(wú)機(jī)汞和甲基汞的測(cè)定

精確稱取土壤樣品(0.50±0.01)g于50mL聚丙烯離心管中，加入5mL CH₃OH和100μL 6mol/L HCl。樣品在微波爐中被萃取，微波程序保持30％功率20min，樣品萃取后，溶液冷卻至室溫，固液分離。樣品用去離子水稀釋到10mL，經(jīng)0.45μm的尼龍濾膜過(guò)濾后進(jìn)樣。

2.10 農(nóng)田土壤中甲基汞和乙基汞的測(cè)定

稱取4.000g農(nóng)田土壤于100mL錐形瓶中,加入5滴濃HNO₃。用10mL pH4.0 HAc/NaAc緩沖溶液浸泡24h后,以2000rpm/min的速度離心10min。取上層清液經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后測(cè)定。

2.11 沉積物物中甲基汞的測(cè)定

（1）蒸餾法

① 稱取0.25g樣品，加入1mL 10%NaCl和1mL 50%H₂SO₄，用去離子水稀釋到10mL，在140℃條件下，以(8-10)mL/min的速度蒸餾，餾分用去離子水定容到10mL，取3mL溶液用5%NH₄OAc調(diào)節(jié)pH至6.0，進(jìn)樣。

② 稱取樣品0.2000g，加入500μL H₂SO₄(8mol/L)和200μL 20%NaCl蒸餾，溶液用二次去離子水稀釋至10mL。在145℃，60mL/min氬氣流條件下，以(6-8)mL/h的速度蒸餾(75-90)min。餾分被收集在一個(gè)玻璃瓶中，保持在冰凍的水浴中。餾分被稀釋至10mL，取5mL溶液用0.1mmol/L醋酸銨調(diào)節(jié)pH為6.0，進(jìn)樣。

（2）甲苯萃取法

稱取1g樣品，加入7mL HCl(6mol/L)萃取，用5mL甲苯萃取2次，用1mL Na₂S₂O₃反萃取，萃取液過(guò)濾后測(cè)定。 

2.12 土壤/沉積物中汞的形態(tài)提取

沉積物中甲基汞的提取，可采用乙酸、硝酸、KBr-H₂SO₄-CuSO₄混合液及NaBr-Na₂SO₄(3:1)-H₂SO₄(5%)為提取液，提取可在微波場(chǎng)的作用下進(jìn)行。此文獻(xiàn)萃取程序如下：

稱取(0.1-1)g試樣，加入5mL水和5mL冰醋酸提取溶劑于微波消解管中，微波萃取4min。萃取液調(diào)節(jié)pH為6.0左右，溶液經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后測(cè)定。

2.13 沉積物中甲基汞的測(cè)定

精確稱取0.2g的沉積物樣品，加入5mL H₂SO₄ 溶液，放于100℃的水浴中加熱30min。消解液用甲苯萃取，然后反萃取到硫代硫酸鹽中。

2.14 沉積物試樣中汞的形態(tài)分析

稱取沉積物試樣1.0g，懸浮在10mL 6mol/L HNO₃中，置于60W微波爐中照射3min后，在5000r/min下離心，分離出懸浮液，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?nbsp;

2.15 凍干組織試樣中汞的形態(tài)分析

稱取0.5g凍干組織試樣于15mL容量瓶中，加入2mL NaOH(10%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，在80℃下加熱4h后，用乙酸調(diào)節(jié)pH為4.0（加3mL緩沖液）。然后，加入1.5mL NaBEt₄溶液(0.4%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，振蕩1h。最后，將溶液萃取至有機(jī)相戊烷中。再于2500r/min下離心，取懸浮液用于柱分離。

備注：以上樣品前處理方法來(lái)自文獻(xiàn)。