一次性固相微萃取-高效液相色譜法測定環境水樣中的3種多環芳烴

劉志超, 胡霞林, 劉景富＊

(1.中國科學院生態環境研究中心,環境化學與生態毒理學國家重點實驗室,北京 100085; 2.同濟大學環境科學與工程學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海 200092)

多環芳烴(PAHs)是分布最廣且對人的健康威脅極大的環境致癌物[1,2]。隨著工業的發展和人類活動范圍的擴大,多環芳烴的分布日益廣泛,在水體、空氣和土壤及沉積物中都能發現它們的存在。

固相微萃取(SPM E)[3]是 20世紀 90年代初發展起來的一種集采樣、萃取和富集為一體的樣品前處理技術,其操作簡單,樣品處理步驟少,已廣泛用于環境有機污染物的分析。商品化的 SPM E萃取頭價格昂貴,使用壽命有限 (約 50～100次),成本較高;另外,這些萃取頭多次使用后,容易導致萃取頭纖維污染。M ayer等[4]和 Hu等[5]將涂有聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的石英光導纖維作為一次性SPM E被動采樣裝置,取得了滿意的效果。該一次性纖維價格低廉,顯著降低了分析測試成本,同時還克服了污染物在纖維上的殘留等問題。本文將涂有PDMS的石英光導纖維作為一次性 SPM E纖維,與高效液相色譜(HPLC)-熒光檢測技術結合,建立了測定環境水樣中菲、熒蒽和的分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

安捷倫 1100型高效液相色譜系統,包括 Agilent1100型單元泵和 Agilent1100型熒光檢測器 (美國安捷倫公司);84-1A型磁力攪拌器 (上海碩光電子科技有限公司);1.5cm玻璃磁轉子。一次性萃取纖維(涂有 30μm厚度 PDMS的石英纖維,由丹麥環境科學研究所M ayer博士贈送),均勻地將其截為 1.5cm長的小段,使用之前用丙酮清洗兩次以去除可能存在的雜質。

1.2 色譜條件

色譜柱為日本 Y MC J’sphere ODS-H80柱(150 mm×4.6mm,4μm)。對于菲、熒蒽和3種化合物,設定檢測器的激發波長分別為 246、280和260nm,發射波長分別為 375、450和 370nm。流動相為 100%甲醇,流速為 0.8mL/m in。

1.3 實驗方法

在 100mL錐形瓶中加入攪拌磁子和 60mL樣品溶液,放入兩段 PDMS纖維,在 1 200r/m in轉速下進行萃取;萃取 60m in后將 PDMS纖維取出,并放入色譜自動進樣瓶的一次性內插管 (200μL)中,加入 120μL甲醇進行密封靜置解吸;解吸 24h后取20μL解吸液進行 HPLC分析。

2 結果與討論

2.1 解吸時間的確定

解吸是被萃取物在解吸液與 PDMS涂層兩相間的分配過程,并逐漸趨于分配平衡。實驗考察了富集了菲、熒蒽和3種 PAHs標準溶液的 PDMS纖維在甲醇中浸泡的解吸時間曲線。結果表明,由解吸時間為 1d(24h)始,延長解吸時間至 7d(168 h),所得到的色譜峰面積基本保持不變,即解吸 24 h后已經達到動態平衡,故本實驗選擇纖維解吸時間為24h。

2.2 萃取時間的確定

萃取時間是影響 SPM E的重要因素[6,7]。圖1是萃取時間對萃取效率的影響。結果表明:萃取時間越長,萃取量越大。由于 3種 PAHs在 PDMS中的分配系數從菲向遞增,在 60m in時,菲已經達到萃取平衡,而熒蒽和仍有緩慢增大趨勢。為了獲得較高靈敏度的同時又能節約萃取時間,本實驗選擇的萃取時間為 60m in。

圖1 萃取時間對多環芳烴萃取效率的影響F ig.1 Effect of ex traction tim e on the ex traction efficiency of p olycyclic a rom a tic hydroca rbons

2.3 攪拌速度的影響

攪拌速度的增大一般可增大物質從溶液向萃取纖維的傳輸速度,從而提高萃取效率[8,9]。本實驗考察了攪拌速度對萃取效率的影響,結果如圖2所示。可以看出,攪拌速度的增大并沒有對菲的萃取效率產生明顯的影響,這是由于菲的分配系數較低,在較低的轉速下就已經達到平衡。而對熒蒽和峰面積則有不同程度的增加,的增大趨勢大于熒蒽。考慮到玻璃磁子的承受能力,在不影響實驗靈敏度的情況下,最后將攪拌速度定為 1 200r/m in。

圖2 攪拌速度對多環芳烴萃取效率的影響Fig.2 Effect of stirring speed on the extraction efficiency of polycyclic arom atic hydrocarbons

2.4 鹽效應的影響

一般而言,增加溶液中的離子強度會降低有機物在溶液中的溶解度,增大其在有機相的分配系數,從而提高萃取效率[10];同時,鹽的存在增大了溶液黏度,從而會降低有機物在溶液中的擴散速度[6,11]。因此,對于一個非平衡的 SPM E體系,鹽度的影響是上述兩個因素的綜合結果。圖3給出了樣品中加入N aCl得到的鹽效應曲線。從圖3中可以看出,對于分配系數較小的菲和熒蒽,鹽的存在對萃取效率的影響不大;對于分配系數較大的屈艸,在較低的N aCl質量濃度 (小于 5g/L)下,加入鹽后降低了其在溶液中的溶解度,對萃取效率呈正效應;而當N aCl質量濃度大于 5g/L時,溶液的黏度成為影響萃取效率的主要因素,導致加入鹽后呈現負效應。圖3還表明,溶液中 N aCl的質量濃度為 20～50 g/L時,3種 PAHs的萃取效率基本不變。對于環境水樣(海水),其鹽度范圍為 0～30g/L,因此,在標準溶液和實際樣品中加入 20g/L N aC l均可以消除樣品基體中鹽的影響。

圖3 鹽度對多環芳烴萃取效率的影響F ig.3 Effect of sa lin ity on the ex traction efficiency of po lycyclic a rom a tic hydroca rbons

2.5 樣品溶液酸度的影響

一般環境水樣的酸度范圍為 pH5～8[12],因此實驗考察了樣品溶液的 pH為 5～8時對 3種目標化合物的萃取效率的影響,實驗結果表明三者的萃取效率保持不變。這是由于多環芳烴本身的結構決定了其不會在水中離解,溶液的 pH改變不會影響其化學狀態和溶解度,因而對萃取沒有明顯的影響。

2.6 方法的線性范圍、檢出限和精密度

在優化的萃取實驗條件下,以峰面積 Y對 3種分析物的質量濃度 X(μg/L)做工作曲線。對 0.5 μg/L的 PAHs標準溶液平行測定 6次,以得到方法的精密度;檢出限由 3倍信噪比 (S/N=3)計算得到。方法的線性回歸方程、相關系數 (r2)、線性范圍、精密度(以相對標準偏差(RSD)計)和檢出限見表1。

2.7 實際水樣分析

用所建立的分析方法測定了云南省富源縣某焦化廠的廢水樣,測得菲的質量濃度為 5.6μg/L,熒蒽的質量濃度為 1.8μg/L,未檢出。實際樣品的加標回收率為80.0%～107%,樣品測定的RSD(n= 6)為 2.9%～8.9%,說明該方法不受環境基質的干擾。實際樣品的分析結果見表2。

表1 方法的線性回歸方程、相關系數、線性范圍、精密度(RSD)和檢出限Tab le1 Regression equa tions,co rre la tion coefficien ts(r2),linea r ranges, p recisions(RSD)and de tection lim its of the m e thod

表2 實際環境水樣中 3種 PAHs的加標回收率(n=6)Tab le2 Recove ries of the th ree PAHs in a rea l w a te r samp le(n=6)

3 結語

建立了一次性 SPM E與 HPLC聯用測定環境水樣中的菲、熒蒽和3種 PAHs的方法。該方法成本低,SPM E纖維一次性使用,避免了傳統 SPM E纖維污染物殘留的問題;方法操作簡單,快速、靈敏,精密度好,實際樣品分析的回收率高,不受環境基質的干擾。該方法適合于環境水樣痕量 PAHs的快速檢測。

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