（应用化学专业论文）水产品中总汞和甲基汞、乙基汞的测定方法的建立.pdf

摘要 自从2 0 世纪9 0 年代日本发生水俣病事件以来，汞作为全球性的污染物质已经引 起人们的广泛关注和研究。有关于汞的研究方法，已经由总汞的测定深入到形态汞 的研究。各种技术手段和方法也不断的被使用。其中，电感耦合等离子体质谱 ( i c p - m s ) 是其中发展比较完善的技术之一。i c p m s 技术具有灵敏度高、分析精度 高、分析元素范围宽、速度快等优点。目前该技术已经被广泛的应用于材料和生命 科学样品中的形态分析。 论文分为三部分： l 、介绍了汞的物理化学性质、主要用途，汞污染的主要来源，概述了汞环境污 染现状、汞污染对人类健康的危害与汞污染防治。 2 、i c p m s 测定水产品中总汞分析方法研究： ( 1 ) 样品微波消解条件的研究。实验了水产品微波消解的温度、压力和消解时间 及不同酸介质对分析结果的影响。 ( 2 ) 对等离子体质谱仪的工作条件、检测参数和调谐参数进行了的优化。 ( 3 ) 研究了质谱干扰和非质谱干扰、氧化物和双电荷等对检测结果的影响因素及 消除方法。 ( 4 ) 建立了微波消解一i c p m s 测定水产品中总汞的分析方法。 3 、h p l c i c p m s 法测定水产品中的甲基汞和乙基汞： ( 1 ) 液相色谱等离子体质谱联机技术的研究。研究了连接管路材质，内径及接 口对液相色谱等离子体质谱仪分离和测定的影响。优化了等离子体质谱仪的测定条 件。 ( 2 ) 通过条件实验确立最佳色谱条件。比较了不同型号的c 1 8 色谱柱对汞形态的 分离性能，研究了流动相中络合剂、流动相的流速、p h 和甲醇的含量对色谱分离的 影响。 ( 3 ) 样品前处理条件的研究。样品处理是汞的形态分析中最重要的步骤。水产品 的基质比较复杂，实验比较了常用的提取方法。研究了微波辅助提取和超声波辅助 提取对测定结果的影响，确定了碱体系微波辅助提取的的最佳条件。在此基础上， 研究了提取液的富集和净化条件。 ( 4 ) 建立了碱体系微波微波辅助提取h p l c i c p m s 测定水产品中的甲基汞和乙 基汞的检测方法。通过色谱峰的保留时间和峰面积进行定性定量分析。测定了两种 标准物质中甲基汞的含量。结果与标准值基本吻合。 ( 5 ) 对方法进行了实验室内和实验室外的验证，确保方法的精密度和检出限。 关键词：微波消解；i c p - m s ；h p l c ；k o h 碱体系； a b s t r a e t m e r c u r yw a sp o l l u t e di nm a n yp r o d u c t i o na n dl i f eb e c a u s eo fi t ss p e c i a l n a t u r e m m m e r c u r ym a yf l o ww i t ht h ta t m o s p h e r i ca n dt h es e ai nt h ew h o l ew o r l d s i n c e ，j a p a n sm i n a m a t ad i s e a s ew a si n c i d e n t e di nt h e l9 9 0 s ，m e r c u r ya sag l o b a lp o l l u t a n t m a t e r i a lh a sb e e nw i d e s p r e a dc o n c e r n e da n dr e s e a r c h e d t h er e s e a r c ha b o u tm e r c u r yh a v e p e n e t r a t e df r o mt h et o t a lm e r c u r y t $ d e t e r m i n a t i o ni n t ot h es h a p em e r c u r ya n a l y s i s m a n y t e c h n o l o g i 【c a lm e a n sa n dm e t h o d sa r eu s e d t h ei c p - m si sm o r es e r l s i t i v i t e ，h i g h e r a n a l y s i sp r e c i s i o n ，w i d e ra n a l y t i c a le l e m e n ts c o p e ，m o r eq u i c kt h a nt h eo t h e rm e t h o d s a t p r e s e n tt h i st e c h n o l o g ya l r e a d yb yw i d e l yu s e di nm a t e r i a l sa n dl i f es c i e n c e sf o ra n a l y s i s o nm a n yk i n do fs a m p l e s t h e p r e s e n tp a p e rd i v i d e si n t ot h r e ep a r t s ： 1 、t h ea r t i c a li n t r o d u c e dt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so f m e r c u r y ，t h em a i n a p p l i c a t i o n , t h em e r c u r yp o l l u t i o n si m p o r t a n ts o u r c e ；t h em e r c u r ye n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o np r e s e n ts i t u a t i o n , t h em e r c u r yp o l l u t i o nt ot h eh u m a n h a r ma n dt h em e r c u r y p r e v e n t i o na n dc o n t r 0 1o fp o l l u t i o n ，a n ds oo n 2 、t h ea n a l y s i sm e t h o dr e s e a r c ho nd e t e r m i n a t i o nt o t a lm e r c u r yi na q u a t i cp r o d u c t sb y i c p m s ： ( 1 ) t h ec o n d i t i o n sw h i c hs a m p l e sw e r ed i g e s t e db ym i c r o w a v ed i g e s t i o ns y s t e mw a s s t u d i e d t h i sp a p e rh a st e s t e dp a r a m e t e r sa b o u tt h et e m p e r a t u r e ，t h ep r e s s u r ea n dt h e r e s o l u t i o nt i m ef o rt h ea q u a t i cp r o d u c t sm i c r o w a v er e s o l u t i o n ；h a sa n a l y z e dt h er e s u l t c o m p a r e dw i t l lt h ei n f l u e n c eo f t h ed i f f e r e n ts o u rm e d i u m ( 2 ) t h ew o r k i n gc o n d i t i o n s ( d e t e c t i o np a r a m e t e r sa n dt u n i n gp a r a m e t e r sa n dt h e p l a s m am a s ss p e c t r o m e t e r ) h a v eb e e no p t i m i z e d ( 3 ) t h ei n f l u e n c eo ft h em a s ss p e c t r u md i s t u r b a n c ea n dt h en o n m a s ss p e c t r u m d i s t u r b a n c e ，t h eo x i d ec o m p o u n da n dt h ed o u b l ec h a r g eh a v e b e e ns t u d i e d ( 4 ) a na n a l y s i sm e t h o dw a s s e tu pb a s eo nt h ed e t e r m i n a t i o no ft h et o t a lm e r c u r yi n a q u a t i cp r o d u c tb ym i c r o w a v ed i g e s t i o n i c p m s ， 3 、t h em e t h o dd e t e r m i n a t i n gm e t h y lm e r c u r ya n de t h y lm e r c u r yi nt h ea q u a t i cb e i n g s b yh p l c - i c p - m s ： ( 1 ) h p l c - i c p - m so n l i n et e c h n o l o g yw a sr e s e a r c h e d w eh a v eg e tt h eb e s t e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ( 2 ) t h eo p t i m a lc h r o m a t o g r a p hc o n d i t i o nw a se s t a b l i s h e dt h r o u g ha b u n d a n tt e s t s w e h a v et e s t e dt h em a n ye x p e r i m e n t sw h i c hw e r ec o m p a r e dw i t ht h ed i f f e r e n tm o d e l sc , s c h r o m a t o g r a p h i cc o l u m n 、t h ef l o w i n gs p e e d 、p ha n dt h em e t h y la l c o h o lc o n t e n tt ot h e m e r c u r ys h a p e ss e p a r a t i o np e r f o r m a n c e ( 3 ) t h es a m p l ep r e t r e a t m e n tc o n d i t i o nw e r er e s e a r c h e d t h es a m p l ep r e p a r a t i o ni s o n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts t e p si nt h em e r c u r ym o r p h o l o g i c a la n a l y s i s t h ea q u a t i c p r o d u c tc o m p o n e n ti sq u i t ec o m p l e x t h ee x p e r i m e n t sh a v ec o m p a r e dt h ef a m i l i a ru s e d a c i dp i c k l i n gf o r m u l a t i o na n dt h ea l k a l is o a k st h ef o r m u l a t i o nt h ee x t r a c t i o ne f f e c t i th a s s t u d i e dt h ei n f l u e n c ea b o u tt h em i c r o w a v ea u x i l i a r ye x t r a c t i o na n dt h eu l t r a s o n i cw a v e a u x i l i a r ye x t r a c t i o n w eh a v ec h o o s e dt h ea l k a l is y s t e mm i c r o w a v ea u x i l i a r ye x t r a c t i o na s t h eo p t i m a lc o n d i t i o n a tl a s t , w eh a v es t u d i e dt h ec o n c e n t r a t i o nc o n d i t i o na n dt h e p u r i f i c a t i o nc o n d i t i o n ( 4 ) w eh a v ee s t a b l i s h e dt h ea l k a l is y s t e m m i c r o w a v em i c r o w a v et od i s t i l la n d d e t e r m i n a t et h em e t h y lm e r c u r ya n dt h ee t h y lm e r c u r yi na q u a t i cp r o d u c tb yt h e h p l c i c p m s t h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dt h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sw a sd e t e r m i n e d t h r o u g ht h ec h r o m a t o g r a p hp e a k sr e t e n t i o nt i m ea n dt h ep e a ka r e a w eh a v ed e t e r m i n e d t h em e t h y lm e r c u r yc o n t e n to ft w os t a n d a r ds u b s t a n c e s ( d o r m 一2 ，d o l ，t 一3 ) i tw a se q u a l t ot h ec e r t i 6 c a t e dr e s u l t s ( 5 ) t h em e t h o dw a sv a l i d a t e di nt h el a b o r a t o r ya n do u t s i d et h el a b o r a t o r yf o rt h e m e t h o dt h ea c c u r a c ya n dd e t e c t i o nl i m i t t s k e y w o r d s ：m i c r o w a v er e s o l u t i o n ；i c p - m s ；h p l c ；k o h ；m e r c u r y 2 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 做作者签名吕穆 醐：卅年仿如 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密 不保 年解密后适用于本声明。 ( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名易裔 皂 l ， 学“驾： 日期：砂产铝如 劾苫工们7 5 7 f，。 0 侈 第一章文献综述 第一章文献综述 汞在自然界中分布极广，几乎所有的矿物中都含有汞，随着全球性工业化进程 的发展，汞元素由于其特殊性质被大量的应用于生产生活的各个方面。汞可以随着 大气和海洋的流动而在世界范围内扩散。所以，汞的污染不是某一个国家的问题， 而是整个世界的污染问题。在大气和水环境中都存在不同形态的汞，汞的存在形态 不同，其毒性和可利用性也不同。汞是进行工业生产、科学研究不可缺少的物质之 一，在人类的生产生活中起着重要作用。但是汞又是对人类和高等生物最具危害的 有毒元素之一n 1 。近几十年以来，国际上发生了多次重大的汞污染和汞中毒事件： 2 0 世纪5 0 年代，日本的水俣病事件；2 0 世纪7 0 年代初，伊拉克“毒小麦 汞中毒事 件；2 0 世纪8 0 年代，巴西著名的亚马逊河污染事件。因此，由汞及其化合物造成的 环境污染问题，已经成为危害人类生存的重要的公害之一。 由于汞的独特的物理和化学性质，元素态汞和氧化态汞都被广泛的应用于气压 计、温度计，测定生物中的甲基汞已经成为汞污染研究的重点之一，其测定结果不 仅对食品中的汞污染控制有重要意义，还能提供涉及水环境污染状况的相关信息。 鱼类和贝类等水产品由于富含高品质蛋白和其他必需营养素而成为人类健康膳 食必不可少的一部分乜1 。据全球汞状况评估的报告中指出，人类受攻污染伤害 的途径有很多，但是大多数人是因为食用了被汞污染的鱼类和其他海洋生物。由于 人类排放的汞随着大气和海洋四处流动，因此全球的鱼类都可能受到了不同程度的 污染。报告中还指出，在海洋中处于生物链最高层的鲨鱼、箭鱼、枪鱼、带鱼等大 型鱼类及海豹体内的汞的含量最高。鱼在含汞量0 0 l 0 0 2 p g l 的血压计及医学、 化妆品、电池、电子开关、金银、油漆、造纸、杀虫剂等各个方面的生产和生活中。 人类几个世纪的工业生产的发展，造成了各种形态汞的大量释放，使得全球环境中 的汞的含量水平大幅度升高。 汞及其化合物都是高毒性的，是常见的典型污染元素。不同形态的汞，其毒性 也有很大不同。其中，甲基汞可以通过食物链的富集作用，最终进入生物链中最高 等级的人体中，通过对神经系统的损伤，引起一系列神经、精神疾病，对人体健康 危害最大。震惊世界的同本水俣病事件就是由于当地的渔民误食用了被甲基汞污染 的鱼类而造成的。除了职业暴露外，水产品是人类获取甲基汞的主要来源。因此水 中生活就会中毒；人若食用o 1 9 汞就会中毒致死。 汞及其化合物的毒性都很大，特别是汞的有机化合物毒性更大。毒性最大的是 甲基汞，甲基汞是一种亲脂性高毒物b 1 ，对人的作用特别顽强，进入人体以后，进 入人体的各个器官组织中，主要是侵入神经系统，尤其是中枢神经系统，其中最严 1 青岛人学硕十学位论文 重的是小脑和大脑两半球，并且这些损害是不可逆转的。甲基汞还可以通过胎盘屏 障侵害胎儿，使胎儿先天性汞中毒，或畸形，或痴呆。此外，甲基汞对精细胞的形 成有阻碍和意志的作用，使男性生育能力下降。水俣病就是甲基汞中毒的典型疾病， 以小脑性运动失调、视野缩小、发音困难为主要症状，已经被r 本政府列为公害病。 汞的毒性一般是积累性的，往往要几年或者十几年才能反应出来，是一种可以 引起严重慢性中毒的重金属元素。长期使用含汞元素的化妆品，会慢慢积累而不能 排出体外，从而引起人体骨骼、牙齿、神经系统、内脏器官等疾病，严重的会危及 人类生命短期症状，会皮肤发红，甚至肿胀、灼痛。停止使用以后，嫩滑的皮肤很 快会发黄起斑甚至是发黑，影响美容。汞中毒患者的临床症状表现为乏力、多梦等 症状，随着病情发展，逐渐出现头晕、失眠、多梦、性情暴躁、记忆力减退等症状。 另据报道，美国十二分之一或将近5 0 0 万妇女体内的汞含量高于安全标准，每年可 能够有高达3 0 万的新生儿因为汞污染而影响到智力和神经，在全球范围内，可能有 近千万新生儿受到影响。最新科研表明，共污染还可能导致心脏病和高血压等心血 管疾病，并可能影响到人类的干、甲状腺和皮肤功能。 由于特殊的物理化学性质及地球化学特征，使得汞在很多领域具有不可替代的 用途，人类工业化进程随着发展，越来越多的汞元素被释放进环境中。汞作为重要 的全球性污染物，日益受到各界的广泛重视，对大气、降水中汞形态的研究也渐有 报道。 但是传统的分析化学只测定样品中待测定元素的总量或总浓度，汞的形态不 同，产生的毒性也不同。研究证明，环境中特定元素的生物可给性或在生物体中的 积累能力或对生物的性与该元素在环境中存在的物理形态及化学形态密切相关。所 以表征与测定元素在环境中存在的各种物理形态与化学形态，成为当前国际上环境 分析化学的前沿课题之一，尤其是重金属的化学形态研究已成为近2 0 年来环境科学 研究中迅速发展的一个方面。涉及多种环境样品，既有河流水、悬浮物、沉积物， 又有土壤、大气、降水、煤炭、生物体等，汞形态分析的研究必将会延伸到地球环 境的各个领域。 1 1 汞的物理化学性质及主要用途 汞( m e r c u r y ，h g ) 在室温下，汞是唯一液态金属，呈银白色，外观像液体的银， 故通常称它为水银( o u i c k s il v e r ) 。它的化学性质不活泼，在平常情况下不易发生化 学变化，所以在自然界里能以游离态存在。它虽然是金属( 有金属光泽，能传热、导 电，能失去电子成为正离子等) ，但与其它金属相比却有许多特殊的性质。它有熔点 低、沸点低、密度大、表面张力大，挥发性高，在2 7 3 k ，一- - 5 7 3 k 之间体积膨胀系数均 2 第一章文献综述 匀，不沾湿玻璃，能溶解n a ，k ，z n ，c d ，s n ，p b 等金属形成汞齐等特殊性质。汞 的特殊性质与其原子结构和晶体结构有关。从原子结构看，汞的外三层含有3 2 ，1 8 ， 2 个电子。这是封闭的饱和结构，特别稳定，金属键最弱。从晶体结构看，原子半 径( 1 5 2 p m ) 较大，结间距离较大，晶格为斜方六面体，变形性较大，是一种从金属晶 体向层状过渡的形式汞的饱和蒸汽压、蒸发浓度和速率与温度变化有关，皆随温度 的升高而急剧升高。在高温条件下，汞的化合物、配合物趋于不稳定，汞易于在气 相中富集。正是这种在金属里特殊的物理化学性质及地球化学特征，使得汞在很多 领域具有不可替代的用途h 1 。汞以各种形态在自然界中广泛存在，其行为特征与其 它金属元素明显不同的是：汞以单质的形式存在于大气中，随大气循环进行长距离 传输，造成全球性污染；另外，汞的甲基化作用在其地球化学循环中所起的作用非 常重要5 1 。 汞和汞的化合物在工业、农业、医药、日常生活中应用十分广泛。汞在现代工 业中有着广泛的应用。汞中毒是较常见的职业病之一，如汞矿的开采、冶炼，制选 汞齐，实验、测量仪器的制造和维修。化学工业用汞作阴极电解食盐，生产烧碱和 氯气。军工生产中雷汞的使用，塑料、染料工业用汞作催化剂，医药及农业生产中 含汞防腐剂、杀菌剂、灭藻剂、除草剂的使用等等。如防护不当，均可引起汞中毒。 在日常生活中，水银体温计破碎、食用了含汞元素的食品和药品( 部分中药) ，也能 引起汞中毒阳1 。汞中毒的机理目前尚未完全清楚。目前已知道的是，h g s 反应是汞 产生毒性的基础。金属汞进人人体后，很快被氧化成汞离子，汞离子可与体内酶或 蛋白质中许多带负电的基团，如巯基等结合，使细胞内许多代谢途径，如能量的生 成、蛋白质和核酸的合成受到影响，从而影响了细胞的功能和生长。汞通过核酸、 核苷酸和核苷的作用，阻碍了细胞的分裂过程。无机汞和有机汞都可引起染色体异 常并具有致畸作用。此外汞能与细胞膜上的巯基结合，引起细胞膜通透性的改变， 导致细胞膜功能的严重障碍。现在世界上约有8 0 多种工业生产需要用汞作原料或辅 助材料，每年散失在环境中的汞估计达五千吨，己遍及全球。目前环境中存在大量 的汞污染源，都能造成不同程度的汞污染，虽然每种物质中汞含量都不很大，但总 量可观，而且汞在环境中的富集作用和甲基化性能也不能令人忽视。 1 2 汞环境污染现状 调查资料显示，在人类生活环境中，汞无处不在。自然界的汞，处在周而复始 的循环中。风化作用、火山爆发及燃煤、金属冶炼等人为活动造成汞的汽化。而大 气中的汞蒸汽，随着降雨、下雪重返大地，进入土壤和江河湖海、被植物吸收；被 海洋生物吸收，通过食物链的作用最终进入人体。现在自然界汞循环量每年高达1 0 0 多万吨：土壤中汞含量为每公斤7 0 9 9 ，海洋中的汞储量已7 0 0 0 万吨之多。它使得现代 气 青岛大学硕士学位论文 人体内的汞元素，比历史上任何时代的人都多。 目前汞污染的特点是浓度低、范围广，对人群健康的影响主要表现为低剂量、 长期暴露而引起的非典型性、多系统的慢性损害，尤其是对后代健康的影响。 自然界中的汞主要以金属汞、无机汞和有机汞的形式存在，其中9 9 9 的汞呈稀 疏的分散状态所以它以微量广泛分布在岩石、土壤、大气、水和生物之中，构成 汞的地球化学循环，汞从污染源排放到环境中后，尽管部分仍只在无机汞的各种形 式之间转化，但有限的参与生物迁移的部分汞能在微生物的作用下，转变为剧毒的 甲基汞，此过程主要发生在水体中由于m e h g 具有很强的亲脂性，因此水中低量的 m e h g 能被水中生物所吸收通过食物链的逐级富集和转移，最终进入人体威胁到 人类的健康和安全虽然在一些天然水体中汞的浓度可能只有n g m l 水平，但是由于 生物富集作用，在食物链上端的动物体内汞的富集因子可能会高达1 0 6 哑 。因此，m e h g 在自然界中的代谢实际上是其迁移与累积的过程，是一种危害人体健康与威胁人类 安全的生物地球化学过程哺1 。 1 3 汞对人体健康的危害 汞及其化合物对人体的危害不仅与其进入人类身体里的总量有关系，也与汞的 形态有重要的关系。汞及其化合物毒性都很大，但是相对来说，有机汞的毒性大于 无机汞，有机汞中又以甲基汞和二甲基汞毒性最大。其毒性以慢性神经毒性居多。 元素汞主要通过呼吸道被吸收，生物利用率接近1 0 0 ，其很难经消化道吸收，但汞 盐及有机汞易被消化道吸收。吸收后汞及其化合物先集中到肝，后转移至肾；可透 过血脑屏障和胎盘，并可经乳汁分泌。汞主要经尿和粪排出，少量随唾液、汗液、 毛发等排出呻1 。 汞常以蒸汽状态污染空气，可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。 当汞进入人体后，即集聚于肝、肾、大脑、心脏和骨髓等部位，造成神经性中毒和 深部组织病变，引起疲倦头晕、颤抖、牙龋出血、秃发、手脚麻痹、衰弱等症状， 甚至会出现精神混乱，进而疯狂痉挛致死。汞对口、粘膜和牙不利影响，长时间暴 露在高汞环境中可以导致脑损伤和死亡。 据全球汞状况评估的报告中指出，人类受汞污染伤害的途径有很多，但大 多数人是因为食用了被汞污染的鱼类和海洋哺乳动物。由于人类排放的汞随着大气 和海洋流四处流动，因此全球的鱼类都可能受到了不同程度的污染。报告中还指出， 在海洋中处于生物链最高层的鳖鱼、箭鱼、枪鱼、带鱼等大型鱼类以及海豹体内的 汞含量最高。鱼在含汞量0 0 1 0 0 2 u g 的水中生活就会中毒。它在自然界以会属汞、 无机汞和有机汞的形式存在，甲基汞是有机汞的主要存在形式。至今为止，实际样 4 第一章文献综述 品往往只能检测到甲基汞u 引。 汞及其化合物毒性都很大，特别是汞的有机化合物毒性更大。毒性最是甲基汞， 甲基汞对人的作用特别顽固，进入人体后遍布全身各器官组织中，要侵害神经系统， 尤其是中枢神经系统，其中最严重的是小脑和大脑两半球，且这些损害是不可逆的。 甲基汞还可通过胎盘屏障侵害胎儿，使胎儿先天性汞毒，或畸形，或痴呆。此外甲 基汞对精细胞的形成有抑制作用，使男性生力下降。水误病就是甲基汞中毒的典型 疾病，以小脑性运动失调、视野缩小、音困难主要症状，已被日本政府宣布为公害 病。汞的毒性是积累性的，往往要几年或十几年才能反应出来，所以汞也是一可引 起严重慢性中毒的重金属元素，汞在自然界中，能被动植物富集，经生物转化作用 而转变为毒性更大的有机汞( 甲基汞、醋酸苯汞等) ，通过食物链进入人体后，对机 体产生毒性作用n 。 关于重金属毒害作用的分子机理，从大量的动物毒性试验结果可得知，重金属 致毒的机理可概括为三种主要情况：一是妨碍生物大分子的重要生物功能：二是取代 生物大分子中的必需元素：三是改变了生物大分子具有活性部位的构象。重金属元素 结合到酶分子中的咪唑基、琉基、梭基、氨基、肤基等功能团上，从而导致酶失活。 非生物体必需的金属元素经常通过置换蛋白质和酶活性中心的必需金属而影响它们 的功能。核酸( d n a 和r n a ) 是生物的遗传物质，它含有很可结合金属离子的活性 位点和非活性位点。当重金属离子浓度较低时，只有互的碱基才发生配对作用，使 两条链牢固地结合在一起：当重金属离子浓度较高时，由于重会属离子的稳定作用使 两条链结合在一起，此时，除了互补的碱基配对外，非互补的碱基也能配对，从而 导致碱基的错配，使遗传信息的传递发生错误，生物体产生病变。其机制可能是m e h g 可改变细胞膜的通透性，破坏细胞离子平衡，抑制营养物质进入细胞，引起离子渗 出细胞膜，以及通过c h g 键的断裂产生自由基，干扰细胞的正常形态和功能，导 致细胞崩解死亡；此外，甲基汞属于亲巯基物质，它易于与生物大分子及d n a 分子 结合，也可造成d n a 损伤，从而引起细胞死亡。甲基汞的毒作用机制大致有3 种说 法：1 ，巯基学说，认为甲基汞与含巯基的物质结合成汞的硫醇盐进入机体，引起与 一s h 基有关的代谢发生紊乱，引起人体汞中毒；2 ，自由基学说，认为c h g 键断裂， 产生自由基，引起自由基反应破坏了蛋白质、核酸等生物大分子的结构；3 ，脂质过 氧化学说汞中毒的常用解毒剂有二巯丙磺钠、二巯丙醇、乙酰消旋青霉胺等等，主 要原理是其筑基可与汞离子结合成为巯一汞复合物，随着尿排除，是组织中被汞离子 抑制的酶得到复能别。 5 青岛人学硕士学位论文 1 4 汞的环境标准 汞的环境标准见表1 表1 1 汞的环境标准 类别磁岛允i 谨驶的农禽盆束源 乍阋窄气 0 0 1l n “， q , l h i f f j ：地- ? 9 ) 居住区大气 0 0 0 0 3m g m ( ij 均值) 中田仞雒7 9 ) 人气污染物 0 0 1 5r n g l l l 3 t 1 嚣( g b l 6 2 9 7 - 1 9 9 6 ) 综合摊敞标准 污水 o - 晒l ，哕l中溺( g b 8 9 7 8 - l 卿哪 综合捧放标准 生看饮用永 0 0 0 1 删以中i 璃( g b 5 7 4 9 8 5 ) h 生标准 农嘲灌溉 0 0 0 1m g l l 水佧、卑作、蔬菜)中国( o b s 0 4 蝴) 水质标准 l 类h 类m 荚l v 类v 类 地下农 o 0 0 1l l 中国 g b t 1 4 8 4 8 9 3 ) 质量标准( m g l )0 ，0 0 5 0 o d ( 1 5o 1o l j ： 渔业水赝拓准 o 0 0 0 占m g l中罔( g b i l 6 0 7 s g ) 地褒水j f 境l 类 l i 炎h i 炎i v 类v 类 中饵( g h z b i 1 9 9 9 ) 质蓝标准( m g l )o 0 【x ，0 5 o ，) 5o 0 lo l哪l 海水水赝拓准 i 类 玎类1 1 1 类l v 类 l 中强g b 3 1 1 9 7 1 嘶) ( t o g a ) 0 0 2 o 0 50 1 0 1 0 2 5 ：壤蚪境级缓j 级 巾陶 g b l 5 6 18 - 1 9 9 5 ) 殛蘑酥准 m g a g ) 1 5o 3 1 oo 1 5 姗体绂靠物浸： i 磷 0 0 5m g t 中 蜀( g b 5 0 5 8 3 - 1 9 9 6 ) 住笛炳杯准值 城镇垃圾 5 m g k g 中国( g i 硌1 7 2 - 8 7 ) 农用挖钢标准 生活婶圾焚烧污雍 挖制杯准 0 2m g ，诎测定均值) 中陶( g w k b 3 2 0 0 0 ) 各国针对水产品中的总汞和甲基汞含量都有严格的限量标准：食品法典委员会 ( c a c ) 限定鱼类产品中甲基汞的含量为0 5 m g k g ，食肉鱼类1 o m g k g ：日本 0 3 m g k g 美国制定鱼体甲基汞含量标准：鱼和贝类，甲基汞含量不得超过0 3 m g k g 。 6 第一章文献综述 我国限定鱼类中甲基汞含量0 5 m g k g ，食肉鱼类1 o m g k g ( g b 2 7 6 2 2 0 0 5 食品中污 染物限量) 。欧盟已经立法要求不仅要测定总汞的含量，而且要区分不同形态汞的 含量，所以对甲基汞与汞的不同形态进行分析是十分重要的。从2 0 0 8 年起，甲基汞 以列入国家残留监控计划，最高残留限量为水产品中汞限量指标见表2 。 表1 2水产品中甲基汞限量指标 1 5 汞的形态研究的概念及意义 形态分析( s p e c i a t i o na n a l y s i s ) 是当前环境科学、生物化学和生命科学领域 中比较前沿的研究课题。元素不同的形态具有不同的化学特性和毒性。如何能够准 确的定性和定量不同形态的化合物，是形态分析最重要的任务。化学形态分析通常 指的是金属与生命有关元素的价态和络合物分析，即测定人们感兴趣的元素的各种 价态、络合态及其在样品中的含量或分组分类的形态分析它不同于传统的元素分 析，它比测定元素的总量要困难得多n 引。 海洋鱼类是海洋生态系统的高级消费者，也是人类重要的食物来源。进入海洋 的重金属，一方面通过食物链和直接的接触进入鱼类的机体而产生毒性，影响其生 存：另一方面在其体内积累或富集的重金属会进一步危害到以鱼为食的海鸟、海洋哺 乳类和人类。 生物监测是系统地利用生物反应来评价环质监测，具有时效性、综合性和敏感 性，能反以及各环境因素变化的协同和拮抗作用的结果，准确进行定性和定量，多 年来人们通过研究重金属对水生生物的证明，水生生物体内的重金属含量可以反映 其因此利用生物指示种监测海洋环境的重金属。在过去的二十多年里，在世界范围 内实施了国是“贻贝观察”计划，一些国家也已实施了生最新的发展是在线生物监 测，即在线生物物监测或生物早期警报系统，是近年在生物毒生物置于监测室内， 建立生物信号检测系统，数变化警报污染事件，主要用于监测污染物毒监测有很多 优点。它提供了一种快速而经济的方法。从研究结果来看，水生生物体内的重金属 7 青岛人学硕+ 学位论文 含量也基本反映了本地的重金属污染状况。 汞是一种有毒的重金属，汞进人海洋生物后部分形成毒性更大的有机汞，由于 甲基汞比无机汞容易被吸收而且排泄缓慢它能在海洋生物中富集到很高的浓度通 过生物链危害人类健康n 刖。鱼类体形愈巨大生命周期愈长则水银存于体内的机 会愈大汞含量也愈高。美国环保部门表示：几乎所有的海产品都含有一定量的汞但 是鲨鱼、剑鱼、鲭鱼、方头鱼含汞量尤其高。 在环境科学领域中，许多元素的毒性与其化学形态有很大关系，有机金属化合 物的毒性比其相应的金属或无机金属化台物要大得多，在生物学领域中，决定生物 体系与与金属键的作用方式的是金属的化学形态，而不是其总量n 5 1 。 元素形态概念的提出是现代环境、材料和生命科学等学科的发展需要，仅测量体 系中元素的总量已不能满足研究该元素在体系中的生理、毒理作用的需要。元素的 行为效应并不仅仅取决于该元素的总量，特定的元素只有在特定的浓度范围和一定 的存在形态才能对生命系统和生物体发挥作用。依据国际纯粹化学和应用化学联合 会( i u p a c ) 定义：元素的形态是该元素在不同种类化合物中的表现或分布：形态分析 是样品中元素的一个或多个化学形态的定性和定量分析活动n6 j 。元素形态分析需要 用现代分析技术对环境、生化样品中的元素形态进行原位、在线、微区和瞬时的高 灵敏度和高分辨率的综合分析，只用单一仪器或技术已很难完成分析任务，因此联用 技术是现代分析科学的重要研究手段，8 0 年代以来，形态分析方法研究有了很大发 展，由液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳等组成的现代色谱学成 为元索形态分离的基础，这些分离技术与原子光谱仪和质谱仪的联用大大提高了分 析方法的灵敏度和选择性，在复杂体系中元素的形态分析方面发挥了重要作用，成 为分析化学的一大热点，受到国内外科学家越来越多的重视。近年来各国际分析化 学会议均把它作为独立学科看待。每年也都有各种有关形态分折的会议在世界各地 举行。毫无疑同，形态分析己成为分析化学中一个独立的分支。 1 5 1 样品的前处理 样品处理的方法决定了整个方法的检出限、精密度和准确性，是汞的形态分析 中最重要的步骤之一。有机汞化合物在生物组织中与硫牢固结合，必须经化学处理 破坏硫化物并转变为卤代烷基汞方可提取至有机溶剂中n 7 1 。 在样品提取过程中如何保持各种汞形态的稳定性，保证样品中各种汞形态的的 原始特性不变，防止样品的污染，克服汞的吸附和挥发都是汞的形态分析样品处理 中的需要解决的问题d s 。 1 5 1 1 酸消化萃取 第一章文献综述 2 0 世纪6 0 年代w e s t o n n 们提出在h c l 介质中用苯从鱼肉中萃取甲基汞，这一萃取 过程需要分几次才能得到纯净的甲基汞苯溶液。在此基础上发展了分别在盐酸中加 入了n a c l 、k b r 、碘乙酸等物质，再用苯，甲苯，氯仿或二氯甲烷等有机溶剂连续 萃取，从巯基上解析出有机汞并转化为卤代烷基汞，以毒性较低的甲苯和二氯甲烷 取代毒性较高的苯，再以半胱氨酸、硫代硫酸钠等使之生成水溶性烷基汞络合物和 干扰物质分离净化，可从样品中选择性的萃取甲基汞。 江桂斌等啪1 采用硫酸铜一溴化钾一硫酸混合试剂处理样品，用苯一次萃取可获 得较好的净化提取效果样品，减少了反复萃取的步骤，后经气相色谱一原子吸收光 谱法( g c a a s ) 测定，最低检测限为1 1 0 叫o g ( 以汞计) 。s a b e r t e h r a n i 雎妇在甲苯提 取液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钯( p d _ d d c ) 使甲基汞与d d c 在有机提取液中形成 螯合物，可以减少反萃取步骤，缩减提取时间。直接经原子吸收光谱仪( e t a a s ) 澳0 定生物样品中的甲基汞，检出限为0 0 1 5 p g k g ；r s d = 1 2 ( n = 5 ) 。 研究认为，加入络合剂有助于提高氯仿的萃取率，加入h g c l 、c u c l 可将固体样 品中的甲基汞与复合的- s h 基分离吻1 。 1 5 1 2 酸消化+ 超声波辅助溶剂萃取 孙瑾等选择6 m o l lh c i 作为溶剂，超声2 h ，以有机溶剂萃取，再以水反萃， 稀释后直接进行测量m e h g 的含量。此方法可用于同时测定t h g 和m e h g ，检出限为 0 0 1 n g m l 一。 k r i s h n a 等嘲1 采用了硝酸一硫脲体系结合超声辅助技术将无机汞与甲基汞从生 物样品中更好地提取出来。 王萌等5 1 使用5 m o l l 的盐酸超声波提取样品中的无机汞和甲基汞，采用 h p l c i c p m s 联用的方法成功测定了多种生物标准参考物中h 孑+ f f 【i c h 3 h g + 的含 量。 1 5 1 3 碱消化萃取 因水产品基质复杂，含脂类高，碱解成为分析生物样品常用的方法。常用的碱 解试剂为氢氧化钾甲醇溶液( k o h m e o h ) 、四甲基氢氧化铵水溶液( t m a h h 2 0 ) 、 四甲基氢氧化铵甲醇溶液( t m a h m e o h ) 等n 钔。 1 5 1 4 碱消化+ 微波辅助萃取 c h e n 等乜6 1 选用了t m a h h 2 0 开罐式聚焦型微波辅助碱解提取，添加铜离子 ( c u 2 + ) 以便更好的解析出有机汞，后经水相衍生化后，最终由币庚烷提取测定。j 下庚 烷代替了原有的苯、卤代烷烃等有毒试剂。 o 青岛大学硕十学位论文 n e v a d o 阱1 认为开罐式聚焦型的微波消萃取难以控制萃取条件和汞蒸气的挥发， 采用了密闭式微波辅助技术对样品进行了碱解( t m a h h 2 0 ) ；经气相色谱一原子荧 光光谱法( g c a f s ) 测定了鱼肉组织中的甲基汞。 1 5 1 5 酸挥发预富集 这是一种将待测的汞化台物形态转化成挥发性的衍生物，从而避免用有机溶剂 萃取的分离富集方法汹1 。将均化的固体样品溶于含过量n a c l 的稀h 2 s 0 4 中、用1 5 0 的空气或氮气流蒸馏是分离h 9 2 + 和甲基汞的有效方法，所形成的c h 。h g c l 被蒸馏出来 并收集于一密闭试管中，经水冷后储存于黑暗之处以防甲基汞的降解，然后再用原 子光谱检测器测定汹1 。 1 5 1 6 固相萃取法( s p e ) s p e 也用于分离富集汞化合物。l e e 和m o w r e r 跚1 用巯基棉纤维填料作吸附剂将水 溶液中的甲基汞吸附到微柱，用2 m o f l h c i 洗脱后经苯萃取，最后用g c e c d 检测。 溶液中的无机和有机汞也可被二硫代氨基甲酸盐填充柱富集，经酸性硫脲洗脱 后用甲苯取再经格氏化反应，并可通过多种手段，特别是气相色谱一微波等离体 一原子发射光谱( g c m i p a e s ) 进行分离和测定1 1 。 1 5 1