基于GC-ICPMS的铅和汞同时形态分析的新接口新内标和新衍生方法研究

摘要

重金属元素对于环境和生命体具有重要的影响，而随着经济的发展，这些元素的使用量也在日益增加，其进入环境和生命体的机会也在增加，它们导致的环境污染以及中毒事件也时有发生，并引起了世界各国的广泛关注。因此，有关重/类金属元素的污染及危害的研究一直是环境/生命科学中的重要课题之一。目前有关重/类金属污染及其危害的研究已经由单一元素含量的测定，逐渐发展为研究痕量重/类金属在环境/生命体中的浓缩与富集，价态与形态分析，以及生态毒理效应和生物可利用性的分析。其中，重/类金属元素的形态分析以及生态毒理效应更是研究的重点。 本论文针对铅和汞形态分析这一研究热点，主要开展了以下几个方面的工作研究：1．以气相色谱—电感耦合等离子体质谱为检测平台建立了同时进行铅和汞形态分析的方法。2．合成了氯化三丙基铅内标物，并将其应用于铅和汞的形态分析中，有效的提高了分析的准确性。3．分析了具有时间分辨能力的树兜和泥炭沼(时间隧道)样品中重/类金属的含量和形态分布，探讨了环境中物质形态的演变过程。本论文主要包含以下几个方面的内容： 第一章主要对铅和汞在自然界中的含量和存在形式、污染来源、对自然环境的影响及对人体的毒性进行综述。阐述元素形态分析的重要性，解释了汞形态分析工作的重要性和实际意义，对汞形态分析中采用的各种联用技术方法进行了详细的介绍。并提出发展新的分析方法对环境中及生物体内铅和汞的总量及形态进行研究的设想。 第二章主要是发展了链接毛细管气相色谱(capillary Gas Chromatography，cGC)电感耦合等离子体质谱(Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICPMS)的热扩散接口(Thermo Diffusion Interface，TDI)技术，构建了适于铅和汞形态分析的cGC—TDI—ICPMS联用分析平台。优化了气相色谱分离、电感耦合等离子体质谱的测定和接口温度等条件，提出以丁基溴化镁格氏试剂同时衍生无机和有机汞和铅，使铅和汞同时形态分析时间缩短到了7分钟以内，并且分离效率和灵敏度有很大的改善，对于pb2+，Me3Pb+，Me4Pb，Et3Pb+，Et4Pb和Hg2+，MeHg+，EtHg+等形态的检出限分别为7.0 pg g-1，0.04 pg g-1，0.07 pg g-1，0.06 pg g-1，0.06 pg g—1，0.2 pg g—1，0.09 pg g—1，0.1 pg g—1。建立稳定、高效的样品前处理方法，尝试了多种的鳌合试剂的使用和添加量以及pH条件，使铅和汞的不同形态的回收率在92.2％—110％之间。 第三章合成了“氯化三丙基铅”(tri—n—propyl—lead chloride，Pr3PbCl)。建立了以Pr3PbCl作为铅和汞同时形态分析的“新内标物”的cGC—TDI—ICPMS分析方法。该方法可以作为同位素稀释/同位素内标校准方法之外的又一种新选择。将Pr3PbCl分别加入系列标准溶液和待测物中，并一起经过样品前处理及分离分析的全过程，校正样品处理和检测过程中的“损失/沾污”和“仪器波动”所造成的分析误差，使方法的精密度和准确度大为提高。BCR标准参考物BCR463(金枪鱼)、BCR580(河口底泥)和NIST1946(湖鱼)被用来验证所建立的铅和汞形态分析方法的准确度，最后将所建立的方法应用于实际底泥，树表皮样品及海产品中铅和汞的形态分析。 第四章应用所建立的方法于具有时间分辨能力的泥炭沼(peat bog)和树兜(tree bark pocket)时间隧道样品中铅和汞及其他重/类金属元素的含量和形态分析，并结合铅的同位素分析实现了追踪污染源的历史变迁，揭示和预测大气、水体污染的演变历史和趋势。 第五章总结了本硕士研究论文的研究工作，对其存在的不足进行了检讨，对需进一步开展的研究工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1铅和汞微量元素测定的重要性

1.1.1铅的概述

1.1.2汞的概述

1.2元素形态分析

1.2.1元素形态分析的概念和意义

1.2.2联用技术在形态分析领域中的应用

1.3铅和汞的形态分析

1.3.1气相色谱—原子光谱法

1.3.2液相色谱—原子光谱法

1.3.3毛细管电泳法

1.4本工作的设想及工作内容

1.5参考文献

第二章GC-ICPMS联用技术及在铅和汞形态分析中的应用

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1仪器

2.2.2试剂

2.2.3分析步骤

2.3结果与讨论

2.3.1样品前处理条件优化

2.3.2色谱分离条件优化

2.3.3电感耦合等离子体质谱检测条件优化

2.3.4 GC-ICPMS接口加热模块温度优化

2.3.5实际样品中铅和汞形态测定

2.4总结

2.5参考文献

第三章新型内标物氯化三丙基铅的合成表征及应用

3.1前言

3.2文献调研与合成路线

3.3实验部分

3.2.1铅钠合金的制备

3.3.2氯化三丙基铅的制备

3.4结果和讨论

3.4.1合金的表征

3.4.2内标物的表征

3.4.3内标物在形态分析中的应用

3.5结论

3.6参考文献

第四章泥炭沼和树兜中铅、汞等十种元素含量的时间分辨及铅、汞形态分析

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1仪器

4.2.2试剂

4.2.3十种元素含量及铅同位素比的测定

4.2.4铅、汞形态分析样品处理过程

4.3结果与讨论

4.4总结

4.5参考文献

第五章总结与展望

在校期间发表的论文

致谢