超聲提取-高效液相色譜法測定空氣中苯并［a］芘

張小輝，王曉雁，劉美美，韓張雄

(陜西省地質礦產實驗研究所，陜西 西安 710054)

環境空氣中的苯并［a］芘是一種對人體危害極大的致癌污染物［1］，其大部分(約97%)與顆粒物結合而存在于空氣顆粒物中，所以通過分析大氣采樣濾膜上截留的苯并［a］芘含量，就可以了解環境空氣質量的變化情況。目前國內外對苯并［a］芘的分析方法主要有4 種:GC-MS［2］、GC-FID［3］、HPLCUV［4］、HPLC-FLD［5］法，其中HPLC-FLD 法因其高靈敏度和高選擇性而最有優勢。本文以上述儀器配置為基礎，在樣品前處理中采用超聲提取技術替代傳統的回流提取技術，節省了樣品前處理時間;對于污染較重的樣品，采用硅膠小柱凈化后分析，獲得了滿意的結果，方法檢出限在滿足國標要求的基礎上降低至3 ×10－5μg/Nm3，適用于環境空氣中痕量苯并［a］芘樣品的分析檢測。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

甲醇、乙腈均為色譜級;娃哈哈純凈水;空白濾膜(Φ=95 mm)。

KQ-500DE 型超聲波清洗器;島津LC-20AT 高效液相色譜儀;Inertsil ODS-SP 柱(25 cm ×4.6 mm);MTN-2800W 氮吹儀。

1.2 樣品

大氣樣品按照通行的標準采樣方法采集(采樣后立即冷凍保存并盡快分析)，加標樣品用向剪碎的空白濾膜中添加苯并［a］芘標準溶液后在通風櫥中放置0.5 h 后代替。

1.3 實驗方法

將已采過樣的濾膜用干凈的剪刀剪成n 份后，置于帶有蓋子的離心管中，加入定量甲醇或乙腈，放于超聲波清洗器中超聲萃取10 min(控制超聲溫度在35 ℃)。取出離心管靜置20 min，待溶液清亮，將上清液轉入帶有可以精確定容至1 mL 的比色管中。濾膜殘渣中再次加入定量甲醇或乙腈，重復上述萃取操作。合并萃取液，在柔和的氮氣流下濃縮后精確定容，上機測定(由于萃取液未經凈化或過濾，為避免濾膜殘渣堵塞液相色譜管道或色譜柱，萃取液在冰箱冷凍，待完全清亮后再拿出放置至室溫后上機測定)。用作流動相的甲醇、乙腈及水在使用前超聲脫氣0.5 h。

液相色譜條件:流動相乙腈∶水=80∶20(V/V)，流速1.0 mL/min，色譜柱溫35 ℃，熒光檢測器條件:發射波長297 nm，檢測波長430 nm［6］。

2 結果與討論

2.1 高效液相色譜分析條件

2.1.1 熒光檢測器發射波長和檢測波長 為了獲得苯并［a］芘的最大響應，使用HPLC 的停泵掃描功能，熒光檢測器發射波長在250 ～350 nm 范圍內掃描，最大值約在297 nm。對檢測波長在350 ～500 nm掃描，最大值分別在405 nm 和430 nm 附近，結果見圖1。

圖1 熒光檢測器發射波長和檢測波長的選擇Fig.1 Selection of excitation and emission wavelength of FLD

但在405 nm 檢測波長處對發射波長進行掃描，苯并［a］芘無明顯色譜峰(即尋找不到最佳發射波長)，以430 nm 作為檢測波長時，發射波長掃描至297 nm 附近熒光強度有最大峰值。故確定熒光檢測器發射波長297 nm，檢測波長430 nm。

2.1.2 流動相對苯并［a］芘分離效果的影響 比較了甲醇-水和乙腈-水2 種流動相體系下苯并［a］芘的靈敏度，結果表明，紫外截止波長更短的乙腈比甲醇作流動相時苯并［a］芘的靈敏度更高。

分別考察了乙腈/水比例為70∶30，75∶25，80∶20，85∶15，90∶10 時苯并［a］芘的分離效果和總分析時間，經綜合比較，確定乙腈比例為80%時苯并［a］芘峰附近無雜峰干擾，且分析時間較短，可作為適宜流動相比例條件。

2.1.3 流動相流速 流動相流速的合理選擇在一定程度上可以規避干擾峰對測定結果的影響。考察了流 動 相(乙 腈 比 例80%)流 速1. 0，1. 2，1.5 mL/min時苯并［a］芘的分離效果。結果表明，流速1.0 mL/min 為適宜條件。

2.2 苯并［a］芘的超聲萃取條件

2.2.1 萃取溶劑 考察甲醇、乙腈作為萃取溶劑時對空氣濾膜中苯并［a］芘的萃取效率影響。結果表明，2 種溶劑沒有顯著區別。對2 種溶劑作為流動相時苯并［a］芘的靈敏度作了比較，見圖2，圖中苯并［a］芘出峰時間為12.3 min。

圖2 空氣濾膜中苯并［a］芘的萃取效率對比Fig.2 Comparison of extraction efficiency of benzo［a］pyrene from air filter membrane

由圖2 可知，紫外截止波長更短的乙腈比甲醇作流動相時苯并［a］芘的靈敏度更高，故確定以乙腈作為萃取溶劑。

2.2.2 溶劑用量 考察乙腈用量對空氣濾膜中苯并［a］芘回收率的影響，結果見表1。

表1 乙腈用量對苯并［a］芘萃取回收率的影響Table 1 The effect of acetonitrile quantity on recovery of B［a］P

由表1 可知，乙腈用量對苯并［a］芘的回收率影響不大，乙腈用量從15 mL 到30 mL 時苯并［a］芘的回收率均在81%以上，可以滿足一般有機分析要求。考慮到節省成本和后續樣品濃縮的效率，確定乙腈用量為15 mL。

2.2.3 萃取次數 考察萃取次數1，2，3 次時空氣濾膜中苯并［a］芘的回收率。結果表明，隨著萃取次數增加，苯并［a］芘的回收率隨之提高，當萃取次數3 次時，回收率達到100% 左右。乙腈用量為20 mL及30 mL 時，苯并［a］芘的回收率與萃取次數之間均有類似的規律。考慮到實際樣品可能更為復雜，共存的雜質也會被一同萃取出來而影響苯并［a］芘的回收率，所以，選擇萃取次數3 次。

2.3 方法的性能參數

2.3.1 方法檢出限 添加10 μL 0.525 μg/mL 苯并［a］芘標準溶液于空白濾膜中，平行做7 份，計算測定值的標準偏差(s)，以結果的3 倍標準偏差計算，當采樣體積為108 m3時，方法檢出限為3 ×10－5μg/Nm3。

2.3.2 方法回收率和精密度 對本方法進行7 次平行實驗，向空白濾膜中添加一定量的苯并［a］芘標準溶液，結果見表2。

表2 方法精密度和準確度(n=7)Table 2 The accuracy and precision of the method

由表2 可知，苯并［a］芘的回收率為96.6% ～111.2%，相對標準偏差(RSD，n = 7)為7. 8% ～10.1%。

2.4 實際樣品分析

將本文所建立的方法應用于E15037 批30 個空氣濾膜樣品中苯并［a］芘的測試，結果為部分檢出，方法質量參數能夠滿足國標要求。

3 結論

系統地研究了空氣中苯并［a］芘樣品的提取方法和高效液相色譜-熒光檢測器分析測定方法，優化確定了如下分析條件:Inertsil ODS-SP 色譜柱(250 mm × 4. 6 mm，5 μm)，柱溫35 ℃，進樣量20 μL，柱流量1.0 mL/min。流動相為乙腈/水(體積比80∶20)。熒光檢測器激發波長297 nm，檢測波長430 nm。樣品最佳提取條件為:樣品用15 mL 乙腈萃取3 次，萃取液合并，氮吹濃縮定容至2 mL。在上述實驗條件下，空氣濾膜樣品中苯并［a］芘的分析檢出限低(3 ×10－5μg/Nm3)、精密度好(7.8%～10.1%)、回收率高(96.6% ～111.2%)。由于苯并［a］芘是一種具有強致癌作用的環境污染物，該方法的建立可以為研究苯并［a］芘在環境特別是在大氣中的遷移、轉化機制，為環境空氣中苯并［a］芘的監測提供技術支持。

［1］ 國家環境保護總局《空氣和廢氣監測分析方法》編委會.空氣和廢氣監測分析方法［M］.4 版.北京:中國環境科學出版社，2002:627.

［2］ 王春蘭，汪軍霞，胡靜，等.加速溶劑/固液固萃取-氣相色譜/質譜法分析卷煙煙氣中苯并［a］芘［J］. 分析化學，2013，41(7):1069-1073.

［3］ 陳兆文，周升如，王少波. 水質中苯并［a］芘的毛細管氣相色譜法分析［J］.艦船科學技術，1994(3):18-22，30.

［4］ 國家環境保護局. GB/T 15439—1995 環境空氣苯并［a］芘的測定高效液相色譜法［S］.北京:中國標準出版社，1995.

［5］ 尹燕敏，顧海東，周民鋒，等.加速溶劑萃取-高效液相色譜法測定環境空氣中的苯并［a］芘［J］.環境監測管理與技術，2013，25(5):28-30.

［6］ 李松，饒竹.超高效液相色譜法檢測地下水中苯并［a］芘［J］.巖礦測試，2010，29(6):675-678.