快速溶劑提取-高效液相色譜法測定PM2.5中16種多環芳烴

袁小雪 江 陽 楊長曉 謝碧俊 雍 莉 胡 彬 劉 滔

(四川省疾病預防控制中心理化檢驗所， 成都 610041)

快速溶劑提取-高效液相色譜法測定PM2.5中16種多環芳烴

袁小雪 江 陽 楊長曉 謝碧俊 雍 莉 胡 彬 劉 滔*

(四川省疾病預防控制中心理化檢驗所， 成都 610041)

建立大氣細顆粒物(PM2.5)中16種多環芳烴(PAHs)的快速溶劑提取-直接進樣-高效液相色譜測定方法。PM2.5經玻璃纖維濾膜收集，采樣后的濾膜直接用乙腈經快速溶劑萃取儀提取，以乙腈和水作為流動相，提取液通過ZORBAX Eclipse PAH液相色譜柱分離，紫外串聯熒光檢測器檢測。16種PAHs分離效果良好，在0.025～5.000 μg/mL范圍內線性相關系數r≥0.9998，方法加標回收率為78.3%～113.2%，相對標準偏差為0.5%～9.5%，檢出限為0.007～0.062 ng/m3。本方法操作簡便、快速、準確、靈敏，適于PM2.5中16種PAHs的同時測定。

快速溶劑提取; PM2.5; 多環芳烴; 高效液相色譜法

2017-04-26收稿; 2017-09-04接受

* E-mail: liutaoschx@126.com

1 引 言

近年來，霧霾污染天氣在我國頻繁出現，尤其在一些大中城市，霧霾天氣在冬季幾乎成為常態。霧霾主要由可吸入顆粒物、硫化物及氮氧化物組成，而在可吸入顆粒物中，PM2.5占有相當大的比重[1]。多環芳烴(PAHs)作為PM2.5吸附的一類持久性有機污染物，指分子中含有兩個及兩個以上苯環的碳氫化合物，因長久存在于環境中，可通過呼吸進入人體上呼吸道、支氣管及肺泡，在人體內很難代謝，并具有強的致毒性、致癌性而引起廣泛關注[2]。2012年環保部發布空氣質量新標準，新增了PM2.5成分的檢測項[3]。2013年起，國家衛計委在全國多個城市同時開展空氣污染(霧霾)人群健康影響監測工作。因而，準確測定PM2.5中PAHs濃度，對于評價大氣污染程度及維護公眾健康具有重要的意義。

目前，已報道的PM2.5中PAHs的預處理方法有索氏萃取法[4,5]、超聲輔助萃取法[6,7]、微波輔助萃取法[8,9]、固相(微)萃取法[10～12]、二級熱脫附法[13]和超臨界流體萃取法[14]等。快速溶劑萃取法作為一種較新的PAHs提取方法應用則相對較少[15～17]。該方法主要通過高溫、高壓原理來加速固體或半固體樣品中待測物在萃取劑中的溶解，具有操作簡便、有機試劑用量少、萃取速度快、效率高和重現性好等優點。文獻報道的測定PM2.5中PAHs的方法有熒光法(FL)[18]、室溫燐光光譜法(RTPS)[19]、氣相色譜法(GC)[20]、高效液相色譜法(HPLC)[21,22]、氣相色譜-質譜聯用法[6,12,23]和氣相色譜-串聯質譜法(GC-MS/MS)[24,25]等。其中，FL法靈敏度高，但需預分離, 且該方法對基體復雜樣品分離效果差; RTPS法簡便、快速、干擾小，但其靈敏度較低; GC法分析高沸點PAHs及對其同分異構體的分離存在一定的困難; GC-MS法具有高靈敏、高定性能力，但與GC法存在同樣問題; GC-MS/MS法靈敏度高，但儀器昂貴。 HPLC法不受PAHs揮發性和熱穩定性限制，具有操作簡便、快速、靈敏度高、成本低等優勢。

本研究以美國環境保護署提出的16種優控PAHs作為目標化合物，直接用乙腈作為萃取劑，提取液不經濃縮、氮吹、過濾等復雜后續操作過程，直接進樣分析，有效控制了PAHs的損失，建立了快速溶劑提取-直接進樣-高效液相色譜測定PM2.5中16種PAHs的新方法，并將其用于成都市大氣采樣樣品中PAHs的測定。

2 實驗部分

2.1儀器與試劑

1260高效液相色譜儀(配紫外和熒光檢測器，美國安捷倫公司); ZORBAX Eclipse PAH液相色譜柱(150 mm × 4.6 mm × 5 μm，美國安捷倫公司); Milli-Q超純水儀(美國Millipore公司); N-EVAP-112型氮吹儀(美國Organomation公司); ASE350快速溶劑提取儀(美國戴安公司); TH-150C型PM2.5采樣器(武漢市天虹儀表有限責任公司)，玻纖濾膜(直徑90 mm，美國Pall公司)。

16種PAHs(萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘、茚并[1,2,3-cd]芘的英文簡寫分別為：Nap、AcPy、Acp、Flu、PA、Ant、FL、Pyr、BaA、CHR、BbF、BkF、BaP、DBA、BghiP、IND，其編號分別為1～16)混合標準溶液500 μg/mL(美國Accstandard試劑公司)，乙腈、二氯甲烷、正己烷、丙酮(色譜純，美國Scientific試劑公司)，超純水。

2.2樣品采集

參照HJ 646、647-2013采樣方法，在成都市設置3個采樣點，于2016年1～3月每月連續采樣7天(其中3月為霧霾天氣，連續采樣12天)，采樣流量100 L/min，采樣時間24 h，采樣點均避開污染源及障礙物。

2.3樣品前處理

采用快速溶劑提取儀，在一定靜態萃取時間內，施以高溫、高壓, 加速待測物在萃取劑中的溶解。具體操作步驟：將玻纖濾膜樣品切為4等份，取1/4剪碎，與硅藻土混勻后放入ASE 350快速溶劑提取儀的5 mL萃取池內，再加入2 mL乙腈萃取，萃取溫度100℃，壓力1500 psi，靜態萃取時間5 min，循環1次，N2吹掃30 s，提取液直接進樣分析。

2.4儀器分析條件

參考HJ 647-2013標準方法并進行改進。具體分析條件如下：乙腈和超純水分別為流動相A和B相，流速2.0 mL/min。梯度洗脫程序為：0～20 min，40% A; 20～25 min，40%～100% A; 25～30 min，40% A。柱溫25℃，進樣量10 μL。如表1，設定熒光檢測器波長切換程序。因苊烯無熒光，故采用紫外定量，波長為220 nm。

表1 熒光檢測器波長切換程序

Table 1 Wavelength switching program for fluorescence detector

化合物Compound保留時間Retentiontime(min)激發波長Excitationwavelength(nm)發射波長Emissionwavelength(nm)Nap、AcPy、Acp、Flu0．0280324PA、Ant10．0254370FL12．0290460Pyr、BaA13．0300400CHR16．2280385BbF、BkF、BaP、DBA、BghiP17．5300430IND22．5305500Naphthalene(Nap)；Acenaphthylene(AcPy)；Acenaphthene(Acp)；Fluorene(Flu)；Phenanthrene(PA)；Anthracene(Ant)；Fluoranthene(FL)；Pyrene(Pyr)；Benzo(a)anthracene(BaA)；Chrysene(CHR)；Benzo(b)fluoranthene(BbF)；Benzo(k)fluoranthene(BkF)；Benzo(a)pyrene(BaP)；Dibenzo(a，h)anthracene(DBA)；Benzo(g，h，i)perylene(BghiP)；Indeno(1，2，3?cd)pyrene(IND)

2.5質量控制

每批次玻纖濾膜均進行濾膜空白實驗，確保濾膜中的萘與菲的含量低于50 ng，其它PAHs含量均低于10 ng[27]。每個采樣點每天均采集空白樣品。樣品應密閉、低溫、避光保存，在效期內完成提取和測定。每次實驗先進行試劑空白和實驗室空白實驗，每測定10個樣品，進一針標準溶液，測定值應在10%標準值內。

3 結果與討論

3.1萃取條件優化

3.1.1萃取溶劑選擇考慮到溶劑的膨脹系數和極性因素，分別選取正己烷-丙酮、二氯甲烷-丙酮、正己烷-二氯甲烷(3對溶劑體積比均選擇1∶1和2∶1兩組)和單獨乙腈作為萃取劑，固定萃取溫度為120℃、壓力為1500 psi、靜態萃取時間為7 min進行實驗。結果表明，采用乙腈提取時，平均加標回收率最高，故選擇乙腈作為萃取劑。選擇2、3、4和5 mL乙腈分別實驗，所得平均回收率均在85%以上，且無明顯差異，綜合考慮方法靈敏度和溶劑用量問題，乙腈用量最終選擇2 mL。

3.1.2萃取溫度選擇分別設定萃取溫度為80、90、100、110 和 120℃進行實驗。當萃取溫度為100℃時，平均加標回收率最高，故最佳萃取溫度為100℃。

3.1.3萃取壓力選擇分別設定萃取壓力250、500、1000、1500和2000 psi進行實驗，平均加標回收率隨著萃取壓力的升高而提高，當達到1500 psi后，不再發生明顯變化，因此，確定最佳萃取壓力為1500 psi。

3.1.4靜態萃取時間選擇靜態萃取時間分別設為3、5、7、9 和 11 min進行實驗，當萃取5 min時，平均加標回收率已達到90%，繼續延長萃取時間，回收率不再發生顯著變化，故最佳靜態萃取時間為5 min。

圖1 不同前處理方法對16種PAHs加標回收率的影響Fig.1 Effect of pretreatment methods on recoveries of 16 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)

3.2不同前處理方法萃取效果比較

本研究將快速溶劑提取法與超聲和索氏提取兩種常見前處理方法進行了實驗比對。由圖1可知，快速溶劑提取法的萃取效率明顯高于超聲提取法(特別是低環PAHs)，甚至優于索氏提取法。因為高溫、高壓可增加PAHs在萃取劑中的溶解度，從而直接提高萃取效率。而且，快速溶劑提取儀密封性好，使得易揮發的低環PAHs在前處理過程中損失減少，加之提取液直接進樣分析，也較大程度減少了樣品中PAHs因后處理帶來的損失，從而間接提高了萃取效率。

3.3方法學考察

圖2 標準溶液的紫外(A)和熒光(B)檢測色譜圖Fig.2 Chromatograms of standard solution with ultraviolet detector (A) and fluorescence detector (B)

3.3.1方法線性、檢出限及定量限采用乙腈分別配制濃度為0.025、0.05、0.1、0.5、1.0和5.0 μg/mL的混合標準系列，依次進樣分析，熒光和紫外色譜如圖2，由圖2可知，16種PAHs分離良好。連續進樣10次接近于試劑空白的混合標準溶液，以3倍標準偏差為標準溶液檢出限，4倍標準溶液檢出限為標準溶液定量限，然后以采樣體積144 m3、采集效率90%計算方法檢出限和定量限，結果見表2，16種PAHs在0.025～5.000 μg/mL范圍內具有良好的線性關系，方法檢出限為0.007～0.062 ng/m3，定量限為0.028～0.248 ng/m3。

表2 線性方程、線性相關系數、方法檢出限及定量限

Table 2 Linear equations, linear correlation coefficients, detection limits and limits of quantitation

化合物Compound線性回歸方程Linearequation相關系數Correlationcoefficient檢出限Detectionlimit(ng/m3)定量限Limitofquantitation(ng/m3)Napy=7．78754x+0．09331．00000．0350．140AcPyy=49．0365x-0．40770．99990．0100．040Acpy=21．5922x+0．07451．00000．0090．036Fluy=34．3272x+0．31770．99990．0210．084PAy=30．0023x+0．38970．99990．0470．188Anty=23．8890x+0．21490．99990．0230．092FLy=8．8276x+0．01810．99990．0150．060Pyry=12．3672x-0．01390．99990．0170．068BaAy=14．4147x+0．06811．00000．0500．200CHRy=16．8610x+0．02471．00000．0310．124BbFy=18．7203x+0．05341．00000．0620．248BkFy=112．7012x+4．28370．99980．0100．040BaPy=47．3973x+0．55620．99990．0280．112DBAy=9．5437x+0．02810．99990．0070．028BghiPy=14．1368x+0．04581．00000．0090．036INDy=3．7781x-0．04250．99990．0110．044

3.3.2方法精密度與準確度在標準線性范圍內，取低、中、高濃度的混合標準溶液分別加到11份空白濾膜上，按照2.3和2.4節進行前處理及測定，并計算相對標準偏差; 取加入低、中、高濃度混合標準的樣品加標濾膜，經相同處理后測定，并計算加標回收率，結果見表3，本方法加標回收率為78.3%～113.2%， 相對標準偏差為0.5%～9.5%。

表3 16種多環芳烴的加標回收率和相對標準偏差

Table 3 Recoveries and relative standard deviations of 16 kinds of PAHs

化合物Compound加標回收率Recovery(%)0．025μg/mL0．5μg/mL5．0μg/mL相對標準偏差Relativestandarddeviation(%)0．025μg/mL0．5μg/mL5．0μg/mLNapAcPyAcpFluPAAntFLPyrBaACHRBbFBkFBaPDBABghiPIND78．383．285．789．3110．2102．198．993．597．5102．3107．599．8103．1105．795．497．980．387．389．0105．893．4111．0103．296．593．9109．4104．692．998．0106．3102．396．983．385．383．599．0103．894．791．2113．2109．3108．996．298．8106．8103．2106．8110．23．25．01．12．80．70．54．68．31．74．42．91．06．25．37．22．91．82．45．37．49．54．16．04．76．70．82．85．26．85．22．13．54．55．14．43．82．66．08．37．30．90．62．44．36．22．24．04．2

3.4方法實際應用

將采自于2016年1～3月的3個采樣點所有濾膜樣品按照本方法進行前處理及測定，并計算16種PAHs 的平均濃度及總濃度，所得結果見表4。各采樣點PAHs總濃度變化范圍為16.08～50.98 ng/m3。 其中，1月和2月樣品濃度較低，3月樣品濃度較高(特別是高環PAHs)，因為3月多為霧霾天氣。3個采樣點中，測得的2～4環PAHs含量均較低，因為低環PAHs在大氣中主要以氣相形式存在。

表4 成都市3個采樣點PM2.5中16種PAHs的平均濃度及總濃度(ng/m3)

Table 4 Average and total concentrations of 16 PAHs in PM2.5 at three sampling points (SP) in Chengdu (ng/m3)

化合物Compound1月份January采樣點1SP1采樣點2SP2采樣點3SP32月份February采樣點1SP1采樣點2SP2采樣點3SP33月份March采樣點1SP1采樣點2SP2采樣點3SP3NapAcPyAcpFluPAAntFLPyrBaACHRBbFBkFBaPDBABghiPIND∑PAHs0．410．190．050．210．990．102．431．051．492．582．361．242．101．344．182．5423．270．550．460．080．230．750．271．581．853．443．943．122．602．223．683．703．4331．920．640．11ND0．120．910．152．491．261．052．212．551．372．071．686．253．5926．450．18NDNDND0．590．071．971．120．861．651．620．791．290．893．191．8516．080．060．100．090．020．660．072．341．221．061．902．041．021．801．263．812．4519．890．140．720．130．100．650．113．861．463．264．524．152．144．162．623．465．1836．650．590．140．020．121．080．213．441．411．603．925．602．643．852．609．055．1641．430．370．090．060．030．670．052．704．343．232．194．885．562．586．647．816．8948．090．680．530．060．200．750．033．891．743．116．436．323．004．963．249．596．4550．98

4 結 論

本研究建立了PM2.5中16種PAHs的快速溶劑提取-直接進樣-高效液相色譜測定方法。快速溶劑提取法較索氏提取、超聲提取等前處理方法的萃取效率更高; 操作更智能、快速; 萃取劑使用量少，對環境更友好; 提取液直接進樣分析，基體無干擾，且避免了后續處理過程中待測物的損失及產生的相應誤差，使分析結果更加準確、可靠。本方法操作簡便、快速、準確、靈敏，適于PM2.5中16種PAHs的同時檢測，可為PM2.5中PAHs的污染分布特征及源解析提供有力的數據支持。

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Determinationof16KindsofPolycyclicAromaticHydrocarbonsinAtmosphericFineParticlesbyAcceleratedSolventExtractionCoupledwithHighPerformanceLiquidChromatography

YUAN Xiao-Xue, JIANG Yang, YANG Chang-Xiao, XIE Bi-Jun, YONG Li, HU Bin, LIU Tao*
(SichuanCenterforDiseaseControlandPrevention,InstituteofPhysicochemicalDetection,Chengdu610041,China)

A method for determination of 16 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in atmospheric fine particles (PM2.5) was developed based on accelerated solvent extraction-direct injection coupled with high performance liquid chromatography (HPLC). PM2.5 was collected by glass fiber membrane filter and pretreated with acetonitrile by accelerated solvent extraction. The extract was separated by ZORBAX Eclipse PAH column with acetonitrile and water as mobile phase, and detected by ultraviolet and fluorescence detectors. The result showed that the 16 kinds of PAHs were well separated and there were good linear relationships (r≥0.9998) in the concentration range of 0.025-5.00 μg/mL. The recoveries were from 78.3% to 113.2%. The relative standard deviations ranged from 0.5% to 9.5%. The detection limits were 0.007-0.062 ng/m3. The method was simple, rapid, accurate and sensitive, and suitable for the simultaneous determination of 16 kinds of PAHS in PM2.5.

Accelerated solvent extraction; Atmospheric fine particles; Polycyclic aromatic hydrocarbons; High performance liquid chromatography

26 April 2017; accepted 4 September 2017)

10.11895/j.issn.0253-3820.170262