ASE快速溶劑萃取對(duì)濾膜中PAHs前處理分析能力的建設(shè)

高媛 張勇

（中檢集團(tuán)理化檢測(cè)有限公司 上海 200436）

1 背景簡(jiǎn)介

1.1 快速溶劑萃取（ASE）

目前，針對(duì)大氣樣品中多環(huán)芳烴的提取，常用二氯甲烷、乙腈、苯、甲苯、環(huán)乙烷、乙醚、正己烷及其混合物為提取劑，進(jìn)行索式提取或超聲波提取、K-D濃縮或旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后用硅膠或玻璃纖維棉柱層析的方法對(duì)多環(huán)芳烴（PAHs）樣品進(jìn)行預(yù)處理。索式提取是經(jīng)典的提取方法，由于提取效率高，被當(dāng)作我國(guó)環(huán)境空氣測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)提取方法。然而索式提取操作煩瑣且費(fèi)時(shí)，且所用溶劑量大，需進(jìn)一步濃縮。因此，該方法用于大氣顆粒物中多環(huán)芳烴前處理的研究并不多。超聲波萃取省時(shí)、溶劑用量相對(duì)較少，是目前PAHs 樣品處理中較為常用的萃取方法。然而，超聲波萃取法萃取不完全，用于多環(huán)芳烴的研究也相對(duì)較少。

傳統(tǒng)的提取方法適用于大多數(shù)樣品，但需消耗大量的溶劑且費(fèi)時(shí)，對(duì)大分子量PAHs 回收率較低。為此，近幾年ASE 技術(shù)逐漸替代了傳統(tǒng)的提取方法。ASE 具有萃取效率高、萃取時(shí)間短（0.5 h 以內(nèi)一個(gè)樣品）、后處理簡(jiǎn)單且無(wú)二次污染、對(duì)人員有機(jī)溶劑傷害小、選擇性好等特點(diǎn)，易與高效液相色譜（HPLC）聯(lián)用，可嘗試應(yīng)用于環(huán)境樣品多環(huán)芳烴的檢測(cè)。

ASE 技術(shù)是20 世紀(jì)90 年代問(wèn)世，近些年發(fā)展起來(lái)的一種快速有機(jī)提取技術(shù)。其工作原理是：使用少量有機(jī)溶劑利用提高溫度（50～200℃）和增加壓力（10.3～20.6 MPa）[1]來(lái)提高樣品中有機(jī)物的萃取效率，顯著地簡(jiǎn)化了樣品前處理過(guò)程，其結(jié)果大大加快了萃取的時(shí)間并明顯降低了萃取溶劑的使用量。用泵抽取常用的溶劑到裝有樣品的萃取池中，而后加溫加壓，萃取數(shù)分鐘后，萃取液從加熱池中轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)收集瓶以待凈化或分析。整個(gè)過(guò)程都是全自動(dòng)的，且萃取幾分鐘即可完成，消耗溶劑較少。例如，國(guó)標(biāo)方法GB/T 14550—2003《土壤中六六六和滴滴涕測(cè)定 氣相色譜法》[2]使用了索氏提取法，樣品需要溶劑約100 mL 左右，浸泡12 h，萃取時(shí)間4 h；而加壓流體萃取一個(gè)樣品需要溶劑量20~40 mL，時(shí)間20 min 左右[3]。

與現(xiàn)有的萃取技術(shù)相比，ASE 萃取環(huán)境濾膜PM2.5樣品中的多環(huán)芳烴更方便、快捷，溶劑消耗更少，具有高效、快速、節(jié)省溶劑、自動(dòng)化程度高、相對(duì)污染較小等特點(diǎn)。ASE 萃取的回收率等同于索式提取法，且高于超聲萃取。在國(guó)外，ASE 技術(shù)已經(jīng)有了10 多年的應(yīng)用歷史，被廣泛應(yīng)用在環(huán)境、制藥、聚合物、消耗品和食品工業(yè)。由于ASE快速溶劑萃取技術(shù)大大改變了傳統(tǒng)萃取方法的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢、高誤差等缺點(diǎn)，一經(jīng)問(wèn)世，就迅速得到市場(chǎng)的認(rèn)可，有關(guān)ASE提取固體、半固體樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等半揮發(fā)性有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)條件已相對(duì)成熟，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）于1996 年將該技術(shù)收入前處理標(biāo)準(zhǔn)方法。

1.2 ASE 在大氣多環(huán)芳烴分析前處理方面應(yīng)用

多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是煤、石油、木材、煙草、有機(jī)高分子化合物等有機(jī)物不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠衔铮侵匾沫h(huán)境污染物。迄今已發(fā)現(xiàn)有200 多種PAHs，其中有相當(dāng)一部分具有致癌性，如苯并（α）芘、苯并（α）蒽等。PAHs 廣泛分布于環(huán)境中，任何有有機(jī)物加工、廢棄、燃燒或使用的地方都有可能產(chǎn)生PAHs，世界各國(guó)都非常重視環(huán)境中尤其是大氣中PAHs 的污染。

進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，分析儀器設(shè)備和技術(shù)迅速發(fā)展，先進(jìn)的前處理儀器設(shè)備也在逐步引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。目前我國(guó)已有約上百家實(shí)驗(yàn)室擁有ASE 儀器設(shè)備。但由于儀器目前主要由國(guó)外少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)，價(jià)格不菲，制約了很多實(shí)驗(yàn)室的使用。目前在大氣濾膜前處理方面，僅有的幾個(gè)國(guó)標(biāo)分析方法中的前處理技術(shù)大多采用索氏提取，使用ASE萃取方法前處理的標(biāo)準(zhǔn)方法較少。傳統(tǒng)萃取技術(shù)萃取環(huán)境樣品如土壤、水及PM2.5 大氣顆粒物中的PAHs一般需要大量的有機(jī)溶劑或前處理時(shí)間太長(zhǎng)，或者面臨提取不完全的缺點(diǎn)，例如，索式萃取環(huán)境樣品一般需要8～16 h[4]、超聲萃取耗時(shí)雖短可是萃取卻不完全等。開發(fā)ASE 方法在濾膜前處理方面的應(yīng)用可在處理環(huán)境樣品時(shí)大大減少溶劑和時(shí)間消耗。

本文研究ASE 萃取和自動(dòng)索氏提取大氣顆粒物中16 中多環(huán)芳烴，包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并（a）蒽、、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）苝、茚并（1,2,4-c,d）芘，通過(guò)對(duì)比2 種前處理方法的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率驗(yàn)證ASE 萃取在大氣顆粒物中多環(huán)芳烴前處理中的優(yōu)勢(shì)。目前監(jiān)測(cè)分析環(huán)境中多環(huán)芳烴的方法主要有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）和高效液相色譜法，但使用GC-MS 檢測(cè)過(guò)程中溫度發(fā)生變化，部分多環(huán)芳烴結(jié)果不能保證完整性，且靈敏性相對(duì)高效液相色譜法低[5]。本文采用高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定大氣顆粒物中16 種多環(huán)芳烴的方法，具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、成本較低的特點(diǎn)，應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè)可獲得滿意結(jié)果[6]。

2 方法研究及實(shí)驗(yàn)分析

2.1 方法原理

當(dāng)環(huán)境空氣以100 L/min 流速通過(guò)具有一定切割特性的采樣器時(shí)，環(huán)境空氣中氣相和顆粒物中的多環(huán)芳烴就收集于于石英纖維濾膜中，采樣后的濾膜用快速溶劑萃取儀提取，提取液經(jīng)過(guò)濃縮、氟羅里硅土柱凈化，進(jìn)入高效液相色譜儀（HPLC）中分析[7]；對(duì)比樣經(jīng)自動(dòng)索氏提取后進(jìn)入高效液相色譜儀（HPLC）中分析。

2.2 試劑和材料

實(shí)驗(yàn)所用試劑和材料詳見表1。

2.3 儀器和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)主要儀器和設(shè)備詳見表2。

2.4 樣品的采集與保存

現(xiàn)場(chǎng)采樣前首先要對(duì)采樣器進(jìn)行流量的校準(zhǔn)，依次安裝好濾膜夾、吸附劑套筒，調(diào)節(jié)流量之后開始采集樣品，以100 L/min 的速率采集樣品24 h。采樣結(jié)束之后，取下石英纖維濾膜，對(duì)折之后放入原來(lái)的密封袋中，取出采樣套筒之后，用鋁鉑紙包好，放入密封袋中，同時(shí)記錄編號(hào)和當(dāng)時(shí)的氣相條件。采樣后進(jìn)行流量校正。

樣品采集后，最好在24 h 內(nèi)完成分析，否則應(yīng)在4℃下冷藏保存，7 d 內(nèi)提取完畢。

2.5 樣品前處理

2.5.1 ASE 提取

小心使用陶瓷剪刀將1/4～1 張顆粒物濾膜樣品剪碎放入66 mL ASE 萃取池中，添加適量硅藻土，加入100 μg/mL 的十氟聯(lián)苯10 μL，使用適量1+1（V/V）丙酮/正己烷提取液。上機(jī)萃取3 個(gè)循環(huán)，將提取液轉(zhuǎn)移至氮吹濃縮管中，將氮吹濃縮管置于氮吹濃縮儀內(nèi)，在30℃下用高純氮?dú)鈱⑵涞抵两?.0 mL，加入3 mL 乙腈，升溫至45℃，再濃縮至0.5～1 mL，最后用乙腈準(zhǔn)確定容至1.0 mL，0.45 μm 濾頭過(guò)濾后上機(jī)待測(cè)（必要時(shí)選擇凈化）。

表1 實(shí)驗(yàn)試劑和材料

表2 實(shí)驗(yàn)主要儀器和設(shè)備

2.5.2 快速溶劑萃取參數(shù)

系統(tǒng)壓力：1 500 psi（10.3 MPa）；加熱爐溫度：100℃；加熱時(shí)間：5 min；靜態(tài)萃取時(shí)間：5 min；靜態(tài)萃取次數(shù)：3 次；溶劑：丙酮/正己烷（1∶1）；沖洗體積：60%（萃取池體積）；氮?dú)獯祾邥r(shí)間：2 min。

2.5.3 ASE 質(zhì)控樣品制備

（1）制備方法空白，重復(fù)步驟2.5.1，使用潔凈玻璃纖維濾膜代替樣品。

（2）制備空白加標(biāo)控制樣、樣品加標(biāo)控制樣：在已經(jīng)裝入空白濾膜和樣品濾膜的萃取池中加入50 μL 20.0 mg/L 多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)使用液，重復(fù)步驟2.5.1。

2.5.4 自動(dòng)索氏提取

小心剪取1/4～1 張顆粒物濾膜樣品，放入索氏提取器中，每次剪樣之前用沾有乙醇的棉簽擦拭陶瓷剪刀。加入100 μL 40 mg/L 十氟聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，再加入適量1+9（V/V）乙醚/正己烷提取液，以每h回流不少于4 次的速度提取16 h 或等效64 個(gè)回流循環(huán)。回流完畢，冷卻至室溫，取出瓶底，清洗提取器及接口處，合并提取液，將提取液轉(zhuǎn)移至氮吹濃縮管中，將氮吹濃縮管置于氮吹濃縮儀內(nèi)，在45℃下用高純氮?dú)鈱⑵涞抵两?.0 mL，加入3～5 mL 乙腈，再濃縮至0.5～1 mL，最后用乙腈準(zhǔn)確定容至1.0 mL，用0.45 μm 濾頭過(guò)濾后上機(jī)待測(cè)（必要時(shí)選擇凈化）。

2.5.5 SS 質(zhì)控樣品制備

（1）制備方法空白，重復(fù)步驟2.5.4，使用潔凈玻璃纖維濾膜代替樣品。

（2）制備空白加標(biāo)控制樣：在索式提取器中濾膜樣品上加入50 μL 20.0 mg/L 多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)使用液，重復(fù)步驟2.5.4，使用潔凈玻璃纖維濾膜代替樣品。

（3）制備樣品加標(biāo)控制樣：在索式提取器中濾膜樣品上加入50 μL 20.0 mg/L 多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)使用液，重復(fù)步驟2.5.4。

2.5.6 儀器分析條件

液相色譜采用二元高壓梯度洗脫和二極管陣列檢測(cè)器的組合方式，詳見表3。

表3 梯度洗脫程序

流動(dòng)相流量：1.50 mL/min；柱溫箱：30℃；進(jìn)樣量：10 μL；紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)：220 nm、230 nm；熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)：激發(fā)波長(zhǎng)260 nm，發(fā)射波長(zhǎng)340 nm，16 min后激發(fā)波長(zhǎng)294nm，發(fā)射波長(zhǎng)400nm、430nm、480nm。

16 種多環(huán)芳烴在紫外檢測(cè)器上對(duì)應(yīng)的最大吸收波長(zhǎng)及在熒光檢測(cè)器特定的條件下最佳的激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)詳見表4 和表5。

表4 用紫外檢測(cè)器檢測(cè)多環(huán)芳烴時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)

2.5.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取一定量多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)使用液和十氟聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)使用溶液于乙腈中，制備至少5 個(gè)濃度點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列，多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度分別為0.00 μg/mL、0.05 μg/mL、0.10 μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00 μg/mL，貯存在棕色小瓶中待用。通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣器分別移取5 種濃度的標(biāo)準(zhǔn)使用液10 μL，注入液相色譜，得到各不同濃度的多環(huán)芳烴的色譜圖。以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，回執(zhí)標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)R≥0.999，否則重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表5 熒光檢測(cè)器多環(huán)芳烴對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)

在此方法色譜條件下，兩種不同檢測(cè)器串聯(lián)的16 種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)色譜結(jié)果詳見圖1。

圖1 PAHs 16 種化合物標(biāo)樣高效液相色譜圖

2.5.8 樣品測(cè)定

取10 μL 待測(cè)樣品注入高效液相色譜儀中。記錄色譜峰的保留時(shí)間和峰高（峰面積）。ASE 前處理和SS 前處理分別測(cè)定6 個(gè)樣品。2 種方法信息對(duì)比詳見表6。

表6 索氏提取與快速溶劑萃取多環(huán)芳烴前處理過(guò)程信息對(duì)比

2.6 結(jié)果計(jì)算與表示

計(jì)算公式為

其中，ρi—樣品中多環(huán)芳烴組分的濃度，μg/m3；ρx—樣品中多環(huán)芳烴組分的儀器分析結(jié)果，μg/mL；V—樣品濃縮后體積，mL；f—稀釋倍數(shù)；V′—標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣體積，m3。

2.7 方法檢出限結(jié)果統(tǒng)計(jì)（表7、表8、圖2）

表7 快速溶劑萃取多環(huán)芳烴方法檢出限

續(xù)表7

表8 索氏提取多環(huán)芳烴方法檢出限

圖2 16 種多環(huán)芳烴方法檢出限對(duì)比

續(xù)表8

ASE 前處理和SS 前處理分別測(cè)定濃度為0.050 μg/mL 的實(shí)驗(yàn)室空白加標(biāo)樣品，剔除離群值后將7 次測(cè)定結(jié)果計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差S，此時(shí)檢出限MDL=S×1 mL×3.143/144 m3。

2.8 方法精密度和準(zhǔn)確度結(jié)果統(tǒng)計(jì)

取實(shí)際濾膜加標(biāo)0.50 μg 和1.0 μg 多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)上述兩種溶液測(cè)定結(jié)果剔除離群值后將用ASE 前處理和SS 前處理分別各平行測(cè)定6 次的結(jié)果，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、加標(biāo)回收率等，以確定其精密度和準(zhǔn)確度。結(jié)果詳見表9 和表10。

表9 快速溶劑萃取多環(huán)芳烴方法精密度和準(zhǔn)確度

續(xù)表9

表10 索氏提取多環(huán)芳烴方法精密度和準(zhǔn)確度

由表9 和表10 可知，ASE 前處理和SS 前處理精密度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，2 種方法準(zhǔn)確度即方法加標(biāo)回收率的比較詳見圖3。

3 結(jié)果與討論

本文經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，快速溶劑萃取前處理方式提取測(cè)定濾膜中16 種多環(huán)芳烴的技術(shù)要求可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)推薦的索式提取前處理方式測(cè)定濾膜中16 種多環(huán)芳烴的水平，建立了快速溶劑萃取-液相色譜（ASE-HPLC）分析大氣濾膜中16 種多環(huán)芳烴（PAHs）的分析方法。比較快速溶劑萃取（ASE）和索氏提取兩種前處理分析方法檢出限、精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率，驗(yàn)證了ASE 萃取在大氣顆粒物中多環(huán)芳烴前處理中的優(yōu)勢(shì)，測(cè)定結(jié)果表明，快速溶劑萃取較索式提取更具有消耗有機(jī)溶劑少、提取效率高、操作簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 16 種多環(huán)芳烴加標(biāo)回收率對(duì)比