固相萃取—高效液相色譜法測(cè)定水質(zhì)中16種多環(huán)芳烴

史鑫源　王小菊　劉保獻(xiàn)等

[摘 要] 建立固相萃取-高效液相色譜法測(cè)定水質(zhì)中16種多環(huán)芳烴，研究不同色譜條件對(duì)16種多環(huán)芳烴分離效果的影響，得出最佳分離條件；并通過系統(tǒng)考察樣品的流速、洗脫條件和有機(jī)改性劑加入量對(duì)測(cè)定的影響，得出最佳固相萃取條件。研究結(jié)果表明，利用ZORBAX ECLIPSE PAH色譜分離專用柱，以甲醇和水為流動(dòng)相，采用梯度淋洗和變化的紫外、熒光程序可以很好分析16種多環(huán)芳烴，分離度均在2.0以上；采用固相萃取-高效液相色譜法測(cè)定水中16種多環(huán)芳烴，5種不同水質(zhì)的加標(biāo)回收率均可達(dá)60%-110%，且準(zhǔn)確度和精密度較高，RSD均小于10%，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性均能在0.999以上。同時(shí)，采用熒光為檢測(cè)器，本方法中目標(biāo)化合物的方法檢出限為10-200 pg/L，可以很好滿足目前監(jiān)測(cè)要求。

[關(guān)鍵詞] 固相萃取；高效液相色譜；多環(huán)芳烴；水質(zhì)

中圖分類號(hào)：o657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-5200（2014）06-065-06

多環(huán)芳烴（PAHs），是指兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)以線狀、角狀或簇狀排列的稠環(huán)碳?xì)浠衔铮且环N有色的晶體物質(zhì)，具有高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)及辛醇-水分配系數(shù)，低的蒸氣壓和水溶性。PAHs是最早被發(fā)現(xiàn)具有致癌作用的物質(zhì)，已知的500多種致癌物質(zhì)中有200多種是PAHs及其衍生物[1]，而且許多PAHs具有致癌性、致畸性、致突變性[2]。隨著工業(yè)發(fā)展，煤和石油等消耗急劇上升，多環(huán)芳烴在環(huán)境中已經(jīng)廣泛存在[3]。盡管在環(huán)境中有各種不同的PAHs，但根據(jù)其毒性及性質(zhì)，US EPA 最終確認(rèn)16 種PAHs為優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物。

我國科研工作者對(duì)水質(zhì)中多環(huán)芳烴的研究也主要針對(duì)US EPA確認(rèn)的16種優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物，分析方法主要有薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法等[4-8]。高效液相色譜法因檢出限低、靈敏度高、對(duì)多環(huán)芳烴的分離度好，是目前最為常用的分析方法。對(duì)于水質(zhì)中多環(huán)芳烴的測(cè)定，從水中萃取和濃縮多環(huán)芳烴是測(cè)定水中PAHs 的關(guān)鍵步驟，目前主要的前處理方法有液-液萃取（LLE）[9]、固相萃取（SPE）[10]、固相微萃取（SPME）[11-12]等技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，固相萃取相對(duì)于其他幾種前處理方法，具有自動(dòng)化程度高、節(jié)約溶劑和人力、萃取效率高等特點(diǎn)[13]。

本文結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，采用固相萃取-高效液相色譜法測(cè)定水質(zhì)中16種多環(huán)芳烴，通過優(yōu)化不同的前處理和分析測(cè)試條件，使用更專業(yè)的色譜柱提高各化合物的分離度，添加有機(jī)改進(jìn)劑增加固相萃取的效率等，得出一個(gè)適合不同水質(zhì)中16種多環(huán)芳烴的監(jiān)測(cè)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

液相色譜：Agilent-1200，色譜柱ZORBAX ECLIPSE PAH，4.6×150mm×3.5μm，100位自動(dòng)進(jìn)樣器，檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器；固相萃取儀：Supelco，VISIPREPTM-DL，四通道，DOA-P504-BN無油隔膜真空泵；固相萃取柱：Waters-C18固相萃取柱，500mg×6mL；氮吹儀：Organomation Associates Int，N-EVAP-111型，12位，溫度控制：室溫～80℃。

所有實(shí)驗(yàn)室用水均為超純水；多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)樣品（16混，200.0μg/mL，Accustandard，Z-013-17）；無水硫酸鈉（分析純）；二氯甲烷 （農(nóng)殘級(jí)），甲醇（農(nóng)殘級(jí)）；氮?dú)猓?9.999%）。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

色譜條件：柱溫40℃，流動(dòng)相為甲醇和水，進(jìn)樣量為10.0μL；固相萃取條件： 10mL純水-10mL甲醇-10mL二氯甲烷-10mL甲醇-10mL測(cè)定水活化固相萃取柱，以一定流速萃取，再用10mL純水淋洗，一定量二氯甲烷洗脫。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

考慮到紫外檢測(cè)器和熒光檢測(cè)器的靈敏度不一樣，標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制采用2種不同的濃度系列， 分別為高濃度標(biāo)準(zhǔn)系列：適用于紫外檢測(cè)器，采用逐步稀釋的方法利用中間液配制濃度分別為1.0、2.0、5.0、10.0μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液；低濃度標(biāo)準(zhǔn)系列：適用于熒光檢測(cè)器，采用逐步稀釋的方法，配制成濃度分別為0.025、0.05、0.1、0.2μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。

2.2 樣品前處理

2.2.1 萃取 取水樣1.0 L，加入一定量甲醇改進(jìn)劑，使用固相萃取儀，采用Waters-C18固相萃取柱，固相萃取柱經(jīng)活化后，以一定流速萃取水樣，完畢使用純水淋洗、二氯甲烷洗脫，收集洗脫液于棕色管中。

2.2.2 濃縮 使用氮吹儀濃縮上述接收的洗脫液至2～3mL，加入3mL甲醇，吹至0.5～1.0mL，如上用甲醇反復(fù)置換3次，最后定容至1.0mL，待上機(jī)使用。

3 結(jié)果與討論

3.1 分離檢測(cè)條件

16種PAHs組分除苊烯不產(chǎn)生熒光外，其余15種組分均能產(chǎn)生較強(qiáng)熒光，故除苊烯使用紫外檢測(cè)器檢測(cè)，其余15種組分均可使用熒光檢測(cè)器檢測(cè)以獲得最佳的靈敏度。對(duì)于多環(huán)芳烴的分析，研究使用較多的流動(dòng)相為乙腈和水，考慮到乙腈的毒性較高、價(jià)格較貴，本方法采用甲醇和水為流動(dòng)相。為了得到較好的分離度，本文在1.2的條件下，使用梯度洗脫，利用程序可變波長的紫外和熒光進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.1 梯度洗脫程序的確定 紫外檢測(cè)器波長選擇230 nm，以標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜分離試驗(yàn)，逐步調(diào)整混合流動(dòng)相的比例和流速，使16種組分完全分離，并最終確定洗脫程序。利用本方法，采用表 1所示的梯度洗脫程序，16種PAHs均可得到基線分離，最接近的峰的分離度大于1.0，且各峰峰型較好，出峰尖銳、對(duì)稱。

3.2.1 有機(jī)改進(jìn)劑的確定 考慮到PAHs特別是環(huán)數(shù)較多的PAHs的水溶性很差，為了提高PAHs的回收率，往往在添加了標(biāo)準(zhǔn)樣品的水中使用有機(jī)溶劑改進(jìn)劑，通常可加入甲醇、異丙醇、四氫呋喃或者他們的混合物。為保證和液相色譜流動(dòng)相的一致性，本文采用甲醇作為改進(jìn)劑，并研究不同的加入量對(duì)固相萃取回收率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，加入有機(jī)改進(jìn)劑甲醇以后，可以大大提高PAHs的回收率，特別是對(duì)分子量較大的物質(zhì)，結(jié)果見圖 3。其中甲醇的加入量在10%～20%回收率均較好，回收率在60%～110%之間。但有機(jī)試劑加入太多也會(huì)造成固相萃取過程中PAHs的損失，這可能是較多的有機(jī)試劑會(huì)對(duì)固相萃取柱有一定洗脫作用。本文采用10%的甲醇加入量，在保證回收率情況下，盡量使用最少的有機(jī)試劑。

3.2.2 萃取流速的確定 樣品的萃取流速對(duì)PAHs的回收率有一定影響，使用10%的甲醇改進(jìn)劑，5、10、15mL/min的萃取速度對(duì)PAHs回收率的影響，結(jié)果見圖 4。 研究發(fā)現(xiàn)樣品流速增加會(huì)降低化合物的萃取效率，特別是對(duì)高濃度的水樣，萃取流速影響較大。但過低的流速會(huì)延長萃取時(shí)間，降低工作效率，為取得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并考慮萃取時(shí)間，本文采用5mL/min的流速進(jìn)行試驗(yàn)。

a：熒光檢測(cè)器，0.05μg/mL；b：紫外檢測(cè)器，2.0μg/mL。

有機(jī)改進(jìn)溶劑：甲醇，10%；洗脫溶劑：二氯甲烷，10mL。

3.2.3 洗脫條件的確定 水樣經(jīng)固相萃取柱萃取完畢后，用純水淋洗，用氮?dú)鈱⒐滔噍腿≈蹈桑枚燃淄闉橄疵撊軇看蜗疵撚昧?ml，洗脫流速為2mL/min，分別考察洗脫1次、2次、3次PAHs的回收率，結(jié)果見圖 5。由圖得出，經(jīng)2次洗脫以后，萃取柱上的樣品基本洗脫干凈，即采用10mL的洗脫液即可。

3.3 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與重現(xiàn)性 穩(wěn)定的保留時(shí)間（RT）對(duì)于從復(fù)雜的環(huán)境集體中正確識(shí)別分析物非常重要；標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系的好壞，對(duì)化合物的定量結(jié)果有很大的影響。本方法通過測(cè)定10次統(tǒng)一濃度的PAHs標(biāo)準(zhǔn)樣品，得出PAHs個(gè)化合物的RT和峰面積精度，RT精度小于0.1%，而峰面積的RSD小于2%，結(jié)果見表 4。另外，通過表4可知，16種PAHs在紫外和熒光檢測(cè)器上的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系都很好，相關(guān)系數(shù)r2均在0.999以上。

3.3.3 精密度 于1.0L 純水中加入1.0mL高、低兩種不同的濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品（2.0、0.05μg/mL），固相萃取后分別在紫外和熒光檢測(cè)器檢測(cè)，重復(fù)7次，研究其精密度，結(jié)果見表 6。由表可以見，本方法的精密度較高，除個(gè)別低濃度的低環(huán)化合物由于受前處理影響較大，容易揮發(fā)，其相對(duì)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差稍大以外，其他化合物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%。

3.3.4 加標(biāo)回收率 選擇5種不同水質(zhì)的水樣（純水、自來水、飲用水、河水和生活污水），分別加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行回收率測(cè)定，考慮到幾種不同水質(zhì)中一般PAHs污染物的濃度，分別于1.0L純水、自來水、飲用水中加入1.0mL濃度為0.05μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)樣品（水質(zhì)較干凈可不用凈化）；于1.0L河水和生活污水中加入1.0mL濃度為2.0μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)樣品。結(jié)果見表 7，由表7可知，5種不同水質(zhì)的加標(biāo)回收率各物質(zhì)均在60%～110%之間，可以滿足目前檢測(cè)的質(zhì)量控制要求。

3.3.5 注意事項(xiàng) （1）多環(huán)芳烴是強(qiáng)致癌物質(zhì)，操作時(shí)必須極其小心，不允許人體與多環(huán)芳烴固體、溶劑萃取物、標(biāo)準(zhǔn)樣品直接接觸，配置標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)應(yīng)在通風(fēng)柜里進(jìn)行，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施；（2）被多環(huán)芳烴污染的容器可用紫外燈在360nm下檢查，使用過的玻璃器皿應(yīng)在重鉻酸鉀洗液中浸泡至少4h；（3）由于環(huán)境空氣、水體、顆粒物中含有痕量的多環(huán)芳烴，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)多檢查空白值；（4）氮吹濃縮過程中，應(yīng)避免濃縮樣品至0.5mL以下，濃縮過程應(yīng)避光進(jìn)行；（5）實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生的廢液屬于危險(xiǎn)廢物，應(yīng)按環(huán)保部相關(guān)要求，交由具有資質(zhì)的單位處置。

4 結(jié)論

本方法選擇美國環(huán)保署規(guī)定的“優(yōu)先監(jiān)測(cè)列表”里的16種多環(huán)芳烴為目標(biāo)化合物，利用固相萃取-高效液相色譜法研究測(cè)定水中16種多環(huán)芳烴。通過研究了不同的色譜條件對(duì)16種多環(huán)芳烴分離效果的影響，系統(tǒng)考察樣品的流速、洗脫條件和有機(jī)改性劑加入的量對(duì)測(cè)定的影響，得出最佳的實(shí)驗(yàn)條件。

研究結(jié)果表明，利用ZORBAX ECLIPSE PAH色譜分離柱，使用甲醇和水為流動(dòng)相，采用梯度淋洗和變化的紫外、熒光程序可以很好地分離16種多環(huán)芳烴，分離度均在2.0以上。使用10%的甲醇改進(jìn)劑，以5ml/min流速萃取1.0L水樣，10ml二氯甲烷洗脫萃取柱，5種水樣的加標(biāo)回收率均可達(dá)60%-110%，使用熒光檢測(cè)器時(shí)方法檢出限為10-200pg/L，紫外檢測(cè)器時(shí)檢出限為0.4-2.0 ng/mL。同時(shí)，采用固相萃取-高效液相色譜法測(cè)定水中16種多環(huán)芳烴，準(zhǔn)確度和精密度較高，RSD均小于10%，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性均能在0.999以上，方法可以很好的滿足目前監(jiān)測(cè)要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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