超高效液相色譜法測定柴油中多環芳烴含量*

羅娟娟

（延安職業技術學院，陜西 延安716000）

多環芳烴具有兩個或兩個以上的苯環或雜環，為石油或者煤炭等化合物在不完全燃燒狀態下產生的一種碳氫化合物，具有高毒性、高突變性和致癌性。而柴油作為大多數重型機械設備的主要動力，其多環芳烴含量直接影響污染物的排放總量[1]。根據現階段國內外的調查報告可知，目前的多環芳烴分布范圍極廣，因此，為保證人身健康和自然環境的綠色發展，國外將飲用水中多環芳烴的最大污染物水平定為0.2μg·L-1；而我國的《生活飲用水衛生標準》中提出，要求飲用水中的苯并（a）芘的含量不得超過0.01μg·L-1、多環芳烴總量不超過0.002mg·L-1[2]。水資源作為人類社會生存與發展的重要資源，對水質量的管理是十分必要的，因此，采用超高效液相色譜法測定柴油中多環芳烴含量，以此治理由于柴油燃燒后產生的污染物，對于治理水資源、保護生態和人類健康具有重要意義[3]。對此，本文提出以下多環芳烴的測定方法，予以控制多環芳烴的含量。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

LC2030型超高效液相色譜儀（日本島津公司）；DY-7100型熒光檢測器（上海科哲）；自動脫氣四元梯度泵（杭州賽智科技有限公司）；MODEL500型柱溫箱（天津譜祥偉業），同時色譜柱為Athena PAHs HPLC Column，為C18反向分析柱，規格為25cm×4.6mm×5μm[4]；瑞士布琦R-300型旋轉蒸發儀（上海賢德）；ZX-DC型氮吹儀（杭州瑞誠儀器有限公司）。

HLB固相萃取柱和0．22μm聚醚砜水相針式濾頭。

娃哈哈純凈水；乙腈、正己烷、二氯甲烷，均為分析純，上海安譜科技股份有限公司；NaCl（重慶江川化工有限公司）、無水Na2SO4（上海國藥化學試劑有限公司），均為優級純，利用500℃高溫烘烤1h后冷卻處理，然后分別放置到磨口瓶中密封保存[5]。

1.2 色譜條件

設置流動相為乙腈和水，進樣量為5μL，流速為0.3mL·min-1，柱溫為30℃，按照下列步驟對多環芳烴PAHs的梯度進行洗脫：首先，在初始階段，將水和乙腈的配比設置為60∶40；當測試進行10min后，確保二者之間的配比為50∶50；當配置進行到第15min時，要求水和乙腈的配比為40∶60；當進行到第25min時，要求二者之間的配比為60∶40[6,7]。要求熒光檢測器的發射波長為430nm（λem）、激發波長為268nm（λex）。

1.3 制備標準溶液

將一定體積的多環芳烴混合標準溶液放置到一個10mL的容量瓶中，通過甲醇將該測定對象溶解并定容至刻度，搖晃均勻后配制不同濃度的標準溶液，標準品溶液的濃度分別為500、745、550、688、570及564μg·mL-1[8]。

1.4 制備樣品

將0.2mL的柴油樣品滴入到固相萃取柱的固定相上，待柴油樣品被完全吸附后，利用2mL的正戊烷和0.5mL的二氯甲烷，對該試件進行固定相沖洗，通過萃取技術提取萃取柱吸附的飽和烴。然后，利用2mL的二氯甲烷再次沖洗該固定相，萃取其中被吸附的芳烴[9,10]。最后，氮吹收集好的多環芳烴溶液，用甲醇將多環芳烴溶液定容至1mL，得到超高效液相色譜法的測定樣品。

2 單因素實驗結果

2.1 多環芳烴色譜圖及標準曲線

根據上述設置的色譜條件，對制備的多環芳烴溶液進行色譜分析，其總離子流圖見圖1。

圖1 多環芳烴總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of PAHs

由圖1可知，柴油中的16種多環芳烴均能達到基線分離。

2.2 精密度分析

根據上述內容測試測定數據的精密度，也就是驗證不同數據之間的相似性。因此，按照上述準備的內容，不同的溶液濃度共進行5次多環芳烴標準物質含量測試，要求測定得到的多環芳烴濃度相對標準偏差在0～4.93%之間，同時要求保留時間相對標準偏差在0～0.47%范圍內，小于5%的測定時間[11,12]。多環芳烴含量的相對標準偏差測定結果見表1。

表1 多環芳烴相對標準偏差測定結果Tab.1 Relative standard deviation of polycyclic aromatic hydrocarbons

由表1可知，多環芳烴的保留時間和濃度值均在預期的參考范圍之內。同時設置兩組空白樣品，與其他標準樣品測定同條件進行。根據測試結果可知，多環芳烴空白實驗測試中，未檢測出目標化合物，可見超高效液相色譜法在測定柴油中的多環芳烴含量時是可靠的。

3 多環芳烴含量測定及結果分析

3.1 測定條件

據上述測試結果，說明制備的樣品溶液、超高效液相色譜法滿足多環芳烴含量測定要求，因此，優化超高效液相色譜法測定條件。已知解吸液種類、樣品流速、解吸液流速、樣品溶液pH值、有機相含量、樣品體積以及離子強度等參數均會影響方法的測定結果，因此，在保證其他因素不變的條件下，按照批次優化其中一項因素。實驗選擇1.0μg·g-1的標準品優化上述內容中提到的因素。首先優化解吸液。使用高效液相色譜儀測定樣品時，采取直接進樣的方式進行，因此，要求解吸液既能具有強勁的洗脫能力，又要具備良好的色譜，幫助多環芳烴從柴油中分離出來[13,14]。圖2為不同解吸液對超高效液相色譜法萃取效率的影響結果。

圖2 解吸液對萃取效率的影響Fig.2 Effect of desorption solution on extraction

由圖2可知，60%的甲醇、甲醇、乙醇和乙腈4種解吸液，均存在不同程度的解吸能力，其中乙腈的解吸能力要略優于其他3種解吸液。因此，在測定多環芳烴含量時，將乙腈作為解吸液。將樣品溶液的流速設置為0.15mL·min-1。還要優化樣品溶液的體積。將樣品溶液流速按上述測試結果設置為0.15mL·min-1，保證其他測試條件不變，得到樣品溶液體積對萃取效率的影響結果，見圖3。

圖3 樣品溶液體積對萃取效率的影響Fig.3 Influence of sample solution volume on extraction

由圖3可知，當樣品溶液體積的值在0.5～3.0mL之內時，隨著樣品體積的增加，萃取柱對多環芳烴的萃取效率不斷提升。當樣品溶液體積為3.0mL時，沒有實現萃取平衡，因此，該方法降低了檢出限，由于要考慮實驗的進度和效率，將樣品溶液體積設置為1.0mL。已知分析物定量吸附和回收測試中，樣品溶液的pH值具有十分重要的影響作用，因此，將磷酸鹽作為基體溶液，選擇0.02mol·L-1的該溶液，調節樣品溶液的pH值[15,16]。在2.0～10.0范圍內分析樣品溶液pH值對萃取效率的影響。已知隨著樣品溶液pH值的增加，超高效液相色譜法的萃取效率會逐漸下降，因此，為了保證多環芳烴測定結果的精確程度，將樣品溶液的pH值控制在6.00。根據上述4種單因素的測定條件優化結果，測定柴油中的多環芳烴含量。

3.2 多環芳烴含量測定質量控制

第一步繪制工作曲線，線性擬合標準溶液濃度與相應峰面積，得到多環芳烴的線性回歸方程。然后定義被測組分的最低濃度，也就是檢出限，該值可以通過下列公式進行計算獲得：

式中X：檢測限計算結果；Z：產生檢測信號時的噪音；L：超高效液相色譜儀測定多環芳烴含量時，檢測器的靈敏度[17]。靈敏度不是一開始就存在的，需要通過下列方程計算獲得：

式中Y：測定信號的響應值；W：進樣量。

合并上述計算公式，得到最終的檢出限計算結果。而測定多環芳烴含量時，受各類條件試劑的影響，目標物的測定結果可能存在損失或玷污的問題，因此，根據回收率的計算結果，得到準確的含量值，利用已知的替代物回收率，衡量目標物的回收率。因此，選用萘、菲、屈以及二氫苊等氚代化合物代替多環芳烴，這些物質的物理化學性質與多環芳烴高度相似，經過氣相色譜柱分離后，可以將二者之間分離，得到多環芳烴含量測定結果[18]。

圖4 為此次提出的測定方法應用下，得到的柴油中的多環芳烴含量測試結果。

圖4 超高效液相色譜法得到的柴油中的多環芳烴圖譜Fig.4 Polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in diesel oil obtained by ultra performance liquid chromatography

通過上述計算，得到16種多環芳烴的檢測限，見表2。

表2 多環芳烴檢測限計算結果Tab.2 Calculation results of detection limits of PAHs

已知替代化合物氚代苊、氚代菲、氚代屈以及氚代苝的平均回收率分別為107.00%、70.50%、102.80%和87.50%，滿足替代標準回收率70.00%～108%的預設要求，以此獲得16種多環芳烴在柴油中的含量，結果見表3。

由表3可知，在3次測定下，超高效液相色譜法得到的多環芳烴含量測定結果標準偏差在0.09%～3.15%之間，滿足預設的0.00%～3.55%標準偏差范圍，可見在調整部分測定條件后，采用超高效液相色譜法，對柴油中的多環芳烴含量進行測定時，能夠得到更加精準的測量結果。由此可見，此次研究的方法具有實用性和可靠性。

表3 柴油中的多環芳烴含量測定結果Tab.3 Determination results of polycyclic aromatic hydrocarbons in diesel oil

4 結語

本文提出的測定方法，在充分掌握各項儀器、材料、色譜條件、樣本溶液以及其他必要條件的基礎上，完成了對柴油中多環芳烴含量的測試。但根據此次提出的測定過程可以發現，由于多環芳烴的類型較多，因此，進行實驗時需要準備大量的測試試劑，容易造成實驗誤差。同時由于存在影響的單項因素較多，因此，該測定方法的效率還需進一步提高。今后的研究工作中，可以研究一個評價模型，直接計算出每種因素的影響程度，以優化超高效液相色譜法的工作效率。