固相萃取-固相光谱联用仪器（本实验室研发^[4]）；PHS-25型数字型精密酸度计(梅特勒-托利多（上海）仪器有限公司)；超纯水净化系统（SARTORIUS arium 611DI型，德国赛多利斯集团）；AB104-N电子天平（梅特勒-托利多（上海）仪器有限公司）。

混合纤维素膜A(孔径0.22 μm，上海兴亚净化材料厂)，尼龙膜(孔径0.22 μm，上海兴亚净化材料厂)，聚醚砜膜(孔径0.22 μm，上海兴亚净化材料厂)，混合纤维素膜B(孔径0.22 μm，天津津腾有限公司)，硝酸汞(纯度98%，阿法埃莎化学有限公司)，浓硝酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，双硫腙(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，丙酮(分析纯，上海阿拉丁试剂有限公司)，氢氧化钠(分析纯，上海阿拉丁试剂有限公司)，乙二胺四乙酸（EDTA）二钠(分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司)，河水样品（采自华东理工大学青春河）。

100 mg/L Hg²⁺溶液：称取0.016 2 g Hg(NO₃)₂，用pH=2的超纯水（浓硝酸调节）定容至100 mL，逐级稀释至所需浓度。现配现用。

100 mg/L双硫腙溶液：称取0.01 g双硫腙，用丙酮溶解并定容至100 mL。

6 mg/L双硫腙溶液：取6 mL100 mg/L双硫腙溶液，用丙酮定容至100 mL。

2 g/L碱洗液：称取2 g NaOH溶于超纯水中，加入2.5 g EDTA二钠，定容至1 L。

0.21 g/L EDTA二钠掩蔽溶液：称取0.021 mg EDTA二钠溶于热超纯水，定容至100 mL。

实验中所用水均为超纯水，所用玻璃仪器均先用洗衣粉清洁，再用10%（质量分数）的硝酸浸泡15 min，然后用超纯水冲洗3次。

Hg²⁺可与络合剂双硫腙发生络合反应生成橙色络合物，但是由于加入的络合剂双硫腙是深绿色的，且过量，因此，将反应后的溶液过滤富集到混合纤维素膜，然后直接向膜上滴加碱洗液，洗掉膜上剩余双硫腙，膜上富集物颜色由深绿色变为橙色。

取30.0 mL预先用浓硝酸调至pH=2的样品溶液，加入1 mL质量浓度为6 mg/L的双硫腙丙酮溶液，置于样品架，反应4 min。将混合纤维素膜放置在砂芯上，加置滤杯和溶剂输入装置。打开仪器操作软件，开启真空泵使真空度控制在0.06 MPa，负压上样。溶液经由管道富集到微孔滤膜上，滤液流至收集瓶中。进样完成后，滴加2 mL碱洗液。取出滤膜，热风干燥。干燥后的滤膜无需洗脱，直接在线采集滤膜上样品点的可见光谱，取479.3 nm处吸光度值进行定量分析。

pH是汞-双硫腙络合物形成的关键因素。络合反应为：Hg²⁺+2H₂L=Hg（HL）₂+2H⁺（其中H₂L是双硫腙）。低pH容易引起络合物Hg（HL）₂的分解，而高pH可能导致Hg²⁺的水解。实验考察了pH为1~6范围内，pH对溶液中形成Hg-双硫腙络合物的影响。结果如图1所示，在pH=2时，膜上汞-双硫腙络合物在最大吸收波长处获得最大吸光度，因此后续选择pH=2的溶液进行实验。

图  1  样品溶液pH值对汞-双硫腙络合物吸光度的影响

Figure 1.  Effect of pH value on absorbance of Hg-dithizone complex

考察了2~25 min时反应时间对络合物吸光度的影响，结果如图2所示。当反应时间为4 min时，络合物的吸光度最大，且比较稳定。随着反应时间继续增加，反应生成的络合物可能逐渐分解而导致络合物的吸光度降低。因此，后续实验选择反应时间为4 min。

图  2  反应时间对汞-双硫腙络合物吸光度的影响

Figure 2.  Effect of reaction time on absorbance of Hg-dithizone complex

用30 mL质量浓度为7 μg/L Hg²⁺溶液，考察了4种常用微孔滤膜（混合纤维素膜A、混合纤维素膜B、尼龙膜、聚醚砜膜）富集汞-双硫腙络合物的性能。按实验方法进行富集和光谱测定。结果显示，混合纤维素膜A的富集效果最佳，吸光度值最大。其他种类膜存在富集不均匀、易扩散、没有明显富集效果、光谱信号弱等问题，故后续实验中选择混合纤维素膜A进行实验。

考察10~175 mL范围内溶液体积对膜富集的效果。当Hg²⁺溶液的质量浓度为7.0 μg/L、pH为2、真空度为0.06 MPa时，按照1.4节方法进行富集，结果如图3所示，随着样品体积从10 mL增加到100 mL，最大吸收波长处络合物的吸光度明显增加；当样品体积从100 mL增加到170 mL时，络合物的吸光度趋于平稳。从富集时间、效率、稳定性以及后续标准曲线等方面考虑，选择30 mL的样品体积进行后续实验。

图  3  样品体积对汞-双硫腙络合物吸光度的影响

Figure 3.  Effect of sample volume on absorbance of Hg-dithizone complex

在富集真空度为0.015~0.08 MPa时，富集真空度的改变对富集效果影响不大。综合考虑操作时间、富集效率、真空度稳定性等因素后，最终选择富集的真空度为 0.06 MPa。

在确定溶液体积的前提下，络合剂双硫腙溶液的质量浓度和碱洗溶液质量浓度是优化汞-双硫腙膜富集的重要参数，因为两种溶液的质量浓度均会影响膜上络合物的富集量，即影响膜上光谱的测定结果。加入1 mL 3.0~10.0 mg/L双硫腙溶液并富集完成后，再滴加2 mL 0.4~4.0 g/L碱溶液以洗去过量双硫腙，干燥后测定膜上光谱，考察碱和双硫腙质量浓度对汞-双硫腙络合物吸光度的影响，结果如图4所示。

图  4  碱和双硫腙质量浓度对汞-双硫腙络合物吸光度的影响　　

Figure 4.  Effect of mass concentration of alkaline and dithizone on absorbance of Hg-dithizone complex

由图4可得，加入1 mL 6 mg/L双硫腙溶液并完成富集后，滴加2 mL 2 g/L碱溶液洗去过量双硫腙条件下测得的膜的吸光度值最大。因此，后续实验选择先加入1 mL 6 mg/L双硫腙溶液，富集完成后，再滴加2 mL 2.0 g/L碱溶液以洗去过量双硫腙。

汞-双硫腙络合物溶液富集到混合纤维素膜上，经碱洗后测得的固相光谱见图5。比较图中双硫腙溶液、汞-双硫腙络合物溶液（双硫腙过量）和碱洗汞-双硫腙络合物的固相光谱可知，显色反应中过量的双硫腙会对络合物的光谱测定造成明显干扰，通过碱洗的方式，可去除其干扰，络合物的吸收峰在479.3 nm。因此后续选择碱洗后的固相光谱进行分析，分析波长选择479.3 nm。

图  5  富集双硫腙、汞-双硫腙络合物（碱洗/未碱洗）的膜固相光谱图

Figure 5.  Solid phase spectra of enriched dithizone、Hg-dithizone complex (alkaline washing/without alkaline washing)

在最佳实验条件下，探究了Hg²⁺质量浓度（0.5~50 μg/L）与吸光度的关系，结果如图6所示。在该质量浓度范围内，吸光度（y）与Hg²⁺质量浓度（x）呈二次函数关系（y=−0.000 127x²+0.014 2x+0.092 9），相关系数R²=0.995。在较小质量浓度（0.5~30 μg/L）范围内，它们呈良好的线性关系（y=0.010 7x+0.105），相关系数R²=0.993。利用9次空白样品计算其标准偏差（S），按3倍标准偏差估算本实验方法的检出限（3S/k，k为线性标准曲线斜率）为0.444 μg/L。该方法的检出限低，明显优于传统的双硫腙分光光度法。

图  6  Hg²⁺质量浓度与吸光度之间的关系

Figure 6.  Relationship between Hg²⁺ mass concentration and absorbance of solution

为了评估所建立方法的选择性，考察了实际样品中可能存在的几种无机离子的干扰。当一定浓度的某物质引起待分析物的检测信号变化超过±5%时，认为此浓度的某物质对待分析物检测构成干扰，此时干扰物质质量与待分析物的质量之比称为容忍比。容忍比越小，干扰越强。结果表明，K⁺、Na⁺、${\rm{NO}}_3^- $、${\rm{PO}}_4^{3-}$、${\rm{SO}}_4^{2-}$、CH₃COO⁻等无机离子对检测无干扰，Fe³⁺、Pb²⁺的容忍比为1 000，Zn²⁺、Co²⁺的容忍比为2 000，Mg²⁺的容忍比为3 000，Ca²⁺、Al³⁺的容忍比为5 000。Cu²⁺和Cd²⁺的容忍比为5，显然会严重干扰Hg²⁺的测定。原因是Cu²⁺和Cd²⁺容易生成铜/镉-双硫腙络合物^[16]，并在479.3 nm附近产生强烈吸收，因此使用掩蔽剂EDTA二钠掩蔽Cu²⁺和Cd²⁺对Hg²⁺的干扰。已知EDTA二钠与M²⁺（M为Cu、Cd）的络合比为1∶1，过量的EDTA二钠不会对汞和双硫腙的络合反应产生干扰。为确保溶液中干扰离子Cu²⁺和Cd²⁺被完全掩蔽，且尽量减少试剂的添加量，加入干扰离子的EDTA二钠（干扰离子与EDTA二钠物质的量之比1∶1.2）掩蔽溶液。实验结果表明，加入EDTA二钠可有效消除干扰离子的干扰，Cu²⁺和Cd²⁺的容忍比提高至1 000和1 500。

为了检验所建立方法的准确性和实用性，本文将其用于河水和自来水样品中Hg²⁺含量的测定。将河水样品和自来水样品用微孔尼龙滤膜过滤，然后使用固相前处理柱Ag柱和H柱处理^[17-18]，滤液用于后续检测。用电感耦合等离子体质谱法以及本文方法对河水样品进行检测，均未检出Hg²⁺，为此在样品中添加10、15、20 μg/L的Hg²⁺进行加标回收实验，结果见表1。

表1显示，使用本方法测定的Hg²⁺在河水中的回收率（R）范围是97.6%~101.5%，5次平行实验相对标准偏差（RSD）在3.84%~9.68%之间。Hg²⁺在自来水中的R范围是91.3%~108.0%，5次平行实验RSD在2.06%~6.19%之间。与ICP-MS检测结果进行对比分析，两种检测R均在80%~110%之间，结果满足日常分析要求，说明本方法与ICP-MS检测结果基本一致，证明了本文提出的富集-部分洗脱-固相光谱法可用于河水、自来水水样中Hg²⁺含量的检测。

（1）采用SPES技术可大幅提高水中Hg²⁺检测的灵敏度。

（2）采用碱洗除去膜上过量的双硫腙，在线采集膜上固相光谱用于定量分析。对于可能存在的干扰物，使用EDTA二钠掩蔽，提高了方法的选择性。

（3）设备简单价廉、灵巧便携、操作简便，适用于水质中Hg²⁺的快速检测和现场检测。