超聲提?。诰€固相萃取濃縮/液相色譜法測定大氣顆粒物中超痕量多環芳烴

黃肇章，王 超，齊煒紅，陳 燁，袁 懋

（1．中國環境監測總站，北京 100012；2．廣州市環境監測中心站，廣東 廣州 510091；3．邯鄲市環境監測站，河北 邯鄲 056000）

大氣顆粒物是影響我國環境空氣質量的重要污染物，尤其在冬季，往往成為首要污染物，嚴重危害人體健康。多環芳烴（PAHs）是指分子中含2個或2個以上苯環或環戊二烯以稠環方式形成的一類碳氫化合物。研究顯示PAHs廣泛存在于大氣顆粒物中，可通過呼吸作用、皮膚接觸等暴露途徑對人體產生致畸、致癌、致突變等危害，因而受到廣泛關注［1－3］。我國規定環境空氣顆粒物中苯并［a］芘（B（a）P）的24小時平均濃度限值為2．5 ng/m3［4］，室內空氣中B（a）P的日平均標準限值為1 ng/m3［5］。準確測定大氣顆粒物中PAHs含量對于評估PAHs暴露風險和保障公眾身體健康具有重要意義。

目前顆粒物中PAHs的提取方法主要有超聲提取［6－7］、快速溶劑提?。?］、索氏提?。?］等，檢測方法主要有高效液相色譜法（HPLC）［8，10］、氣相色譜－質譜法（GC－MS）［11－12］、氣相色譜三重四極桿質譜（GC－MS/MS）［7，9］。大氣顆粒物中PAHs的含量很低，且分析過程中易受污染，因此對分析方法的靈敏度和抗污染能力要求很高。準確測定大氣顆粒物中低濃度PAHs仍是難點問題。超聲提?。璈PLC法是目前較為理想的顆粒物中PAHs分析方法［13－15］。超聲提取法具有操作簡單、使用溶劑少、萃取速度快等優點，且通過避免溶劑濃縮或置換操作，有效降低背景污染。HPLC熒光檢測法的靈敏度高，維護成本低，易于推廣應用。近年來發展的在線固相萃取/HPLC法，通過對樣品進行在線富集和凈化，可實現大體積直接進樣分析，有效降低實驗過程中的背景污染，顯著提高方法靈敏度［16－18］。

本文采用超聲提?。诰€固相萃取濃縮/液相色譜建立了大氣顆粒物中15種PAHs的高靈敏分析方法。該方法僅需少量的濾膜樣品，通過大體積直接進樣分析，顯著提高了方法靈敏度，樣品提取和制備方法簡單，采用在線固相萃取技術進行濃縮凈化，有效減少了背景污染，已成功應用于實際樣品中PAHs的分析。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Ultimate3000雙三元液相色譜系統（美國賽默飛世爾科技公司）：主要配置DGP－3600RS雙梯度分析型色譜泵，WPS－3000TRS自動進樣器，FLD－3400RS熒光檢測器，TCC－3000RS柱溫箱（配1個六通閥）等。2210超聲波清洗器、FP41馬弗爐（日本Yamato公司）；高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）；Direct 8高純水發生器（法國密理博公司）；顆粒物采樣器（TH－16A，武漢天虹公司）。

PAHs混合標樣（200 mg/L，美國AccuStandard公司），包括萘（NAP）、氫苊（ACE）、芴（FLU）、菲（PHE）、蒽（ANT）、熒蒽（FLT）、芘（PYR）、苯并［a］蒽（B（a）A）、?（CHR）、苯并［b］熒蒽（B（b）F）、苯并［k］熒蒽（B（k）F）、苯并［a］芘（B（a）P）、二苯并［a，h］蒽（DBA）、苯并［ghi］苝（BPY）、茚［1，2，3-cd］芘（IND）；甲醇、乙腈（色譜純，德國默克公司）。

1.2 樣品采集

采樣前將石英濾膜（直徑47 mm）放入馬弗爐中于450℃下烘烤4 h。按照HJ 93－2013標準［19］的要求，采用大氣顆粒物采樣器采集大氣顆粒物樣品，流量為16．7 L/min，從上午9∶00至次日上午8∶00連續采集23 h，同時記錄標準狀態下的采樣體積。采集完畢后將濾膜放入濾膜盒中，避光密封并于－20℃下保存。

1.3 標準工作溶液制備及樣品前處理

取PAHs混合標樣，用甲醇逐級稀釋，分別得到0．04、0．8、4．0、16μg/L的標準使用液。在10 mL棕色進樣小瓶中分別加入一定量的標準使用液和25%（體積分數）乙腈溶液，充分混合得到質量濃度分別為0．5、1．0、2．0、5．0、10、20、40、80、200、400 ng/L的標準工作溶液。

用切膜器從樣品濾膜上裁取面積為1．4 cm2的切片，置于玻璃離心管中，加入2 mL乙腈，在室溫下超聲提取10 min。之后將提取液轉移至2 mL進樣小瓶，旋緊瓶塞并放入聚丙烯離心管中，以10 000 r/min離心10 min去除懸浮顆粒物。取1 mL上清液于10 mL棕色進樣小瓶，再加入3 mL二次去離子水，混合待分析。

1.4 儀器分析條件

在線固相萃取條件：Acclaim Polar AdvantageⅡC18固相萃取柱（50 mm×4．6 mm，3μm，美國賽默飛世爾科技公司）；進樣體積為2 mL；流動相為0．05 mol/L乙酸銨溶液（A）和乙腈（B）。泵梯度條件：0～3 min，5%B，1 mL/min；3～25 min，5%～95%B，0．4 mL/min；25～39 min，5%B，1 mL/min。六通閥切換條件：0～3 min，6－1位；3～6 min，1－2位；6～39 min，6－1位。

檢測條件：分析柱Hypersil Green PAH（150 mm×3 mm，3μm，美國賽默飛世爾科技公司）；流動相為0．05 mol/L乙酸銨溶液（A）和乙腈（B）；流速為0．6 mL/min；泵梯度條件：0～10 min，50%B；10～17 min，50%～95%B；17～32 min，95%B；32～39 min，50%B；柱溫為20℃；熒光檢測條件見表1。

表1 15種PAHs的熒光檢測條件Table 1 Fluorescence detection conditions of 15 PAHs

在線固相萃取/液相色譜分析過程如圖1所示，包括兩種模式：Position A和Position B。樣品上樣、萃取柱平衡和色譜分離檢測在Position A模式下完成，而萃取柱洗脫在Position B模式下完成。具體分析過程為：六通閥的初始閥為6－1位，2 mL樣品通過右泵的5%乙腈推送至在線SPE柱；經在線固相萃取后，在第3 min六通閥切至1－2位，通過左泵以50%乙腈將SPE柱上的目標分析物洗脫沖入分析流路；第6 min，PAHs完全進入分析流路，六通閥切回至6－1位，PAHs在分析柱進行分離及后續測定，SPE柱用95%、5%乙腈依次凈化和平衡。

圖1 在線固相萃取/液相色譜分析流路示意圖Fig．1 Flow schematic of online SPE/LC

2 結果與討論

2.1 分析條件的優化

由于PAHs具有較強的疏水性，因此可通過C18填料的固相萃取柱進行富集凈化。本實驗選擇Acclaim Polar AdvantageⅡC18固相萃取柱（50 mm×4．6 mm，3μm），比較了不同濃度乙腈及洗脫時間對萃取效果的影響，結果顯示采用50%（體積分數）乙腈溶液對小柱沖洗3 min，可將保留的PAHs全部洗脫下來。采用PAHs專用分析柱Hypersil Green PAH（150 mm×3 mm，3μm），通過優化流動相條件，可實現15種PAHs的基線分離（見圖2）。

圖2 15種PAHs（400 ng/L）的熒光檢測譜圖Fig．2 Chromatogram of the 15 PAHs（400 ng/L）by fluorescence detector the peak numbers were the same as those in Table 1

2.2 樣品預處理條件的優化

2.2.1 提取條件的優化 分別考察了超聲提取溫度（20、30、40℃）、提取時間（10、20、30 min）和提取劑體積（2、4、6 mL）對實際濾膜樣品中PAHs提取效果的影響。結果顯示，在不同的超聲提取溫度、提取時間和提取劑體積下，15種PAHs的信號響應無明顯差異。為提高樣品提取的便捷性以及方法靈敏度，確定超聲提取溫度為室溫，提取時間為10 min，提取劑體積為2 mL。

考察了聚丙烯材質移液槍頭、聚丙烯離心管等塑料材質耗材的背景污染情況。結果顯示，提取過程中采用乙腈浸泡清洗聚丙烯材質離心管，可顯著降低NAP、ACE、FLU、PHE、ANT等低環PAHs的背景污染，而對聚丙烯材質移液槍頭采用乙腈浸泡清洗并不能明顯消除背景污染。因此確定聚丙烯離心管可引起顯著的背景污染。為進一步消除背景污染，采用玻璃材質的離心管進行超聲提取。

2.2.2 上機樣品的制備 采用不同濃度的乙腈水溶液配制10 ng/L的PAHs混合標準工作溶液，考察了乙腈體積分數（20%、25%、30%、35%、40%）對PAHs熒光信號的影響。結果顯示，隨著乙腈體積分數的增加，多數PAHs的熒光信號響應增強，其中高環數PAHs（如B（b）F、B（k）F、B（a）P、DBA、BPY和IND）的信號強度可達到20%乙腈條件下的2倍以上；當乙腈體積分數達到30%以上時，低環PAHs的峰形變差，有明顯拖尾現象；乙腈體積分數超過40%時，PAHs的峰形拖尾嚴重或不成峰形。最終確定制備的上機樣品中乙腈體積分數為25%。

2.3 離子干擾的去除

PAHs的熒光信號易受離子的影響，導致信號響應增強或降低。在PAHs提取和樣品制備過程中顆粒物樣品可釋放大量離子（如硫酸根、硝酸根、銨根、醋酸根離子），對PAHs的熒光信號產生影響。本實驗在制備和分析80 ng/L PAHs標準工作溶液時，考察了當樣品制備分別采用礦泉水和二次去離子水，以及在線固相萃取/液相色譜分析中分別采用二次去離子水－乙腈和0．05 mol/L乙酸銨溶液－乙腈作為流動相時PAHs熒光信號的變化情況。結果顯示，無論是制備中引入的離子（采用75%礦泉水/25%乙腈），還是流動相中的離子（0．05 mol/L乙酸銨溶液－乙腈），均能顯著增強PAHs的熒光信號。通過采用0．05 mol/L乙酸銨溶液－乙腈為流動相，可消除制備的樣品和標準工作溶液中離子含量不同而導致PAHs熒光信號差異的干擾，使PAHs的熒光信號響應保持穩定。因此，確定采用二次去離子水制備樣品，0．05 mol/L乙酸銨溶液－乙腈作為流動相，以去除離子含量不同引起的干擾。

2.4 方法性能

2.4.1 線性關系與檢出限 配制系列質量濃度的PAHs標準工作溶液（0．5、1．0、2．0、5．0、10、20、40、80、200、400 ng/L），依次進樣分析，以PAHs的峰面積對其質量濃度進行線性擬合得到標準工作曲線。通過分析低濃度的標準工作溶液，以3倍信噪比（S/N=3），按照采樣體積為23 m3，含顆粒物的濾膜面積12 cm2，切取濾膜面積為1．4 cm2計算方法檢出限（LOD）。結果如表2所示，15種PAHs在不同的質量濃度范圍內線性良好，相關系數（r）均大于0．992，LOD為0．03×10－3～33．27×10－3ng/m3，其中B（a）P的檢出限為0．67×10－3ng/m3，遠低于現行國家標準規定的B（a）P標準限值（2．5 ng/m3）［4］。已有文獻報道顯示，PAHs的HPLC方法檢出限為0．007～0．062 ng/m3［8］、0．003～0．036 ng/m3［14］、0．004～0．19 ng/m3［15］，B（a）P的方法檢出限為0．028 ng/m3［8］、0．004 ng/m3［14］、0．02 ng/m3［15］，且需使用1/4至整張濾膜（約12～50 cm2）進行前處理。與其他方法相比，本方法的靈敏度提高了1～2個數量級，使用濾膜少（僅1．4 cm2），且自動化程度高。

2.4.2 回收率與相對標準偏差 在空白濾膜上分別加入0．32、1．6 ng的15種PAHs混合標準溶液（對應上機樣品質量濃度分別為40、200 ng/L），采用本方法進行分析（見表2）。結果顯示，15種PAHs在低、高加標濃度下的回收率分別為91．4%～126%和103%～123%，相對標準偏差（RSD，n=6）分別為4．4%～10%和5．2%～12%，表明本方法的準確度和精密度良好，可用于顆粒物中PAHs的提取和測定。由于方法的靈敏度較高，當進一步降低加標量時，部分PAHs的背景污染程度以及變化情況不可忽視，顯著影響加標回收率和RSD。當加標量為0．016 ng（對應上機樣品質量濃度為2 ng/L）時，NAP、ACE等PAHs的回收率異常增大或為負值，或RSD大于20%，僅B（a）P、B（a）A、CHR、B（k）F等PAHs仍可得到可靠的結果，其平均回收率（n=6）為92．2%～123%，RSD為7．6%～9．1%。

表2 15種PAHs的線性范圍、相關系數、方法檢出限、加標回收率和RSD（n=6）Table 2 Linear ranges，correlation coefficients（r），LODs，spiked recoveries and RSDs（n=6）of the 15 PAHs

2.5 實際樣品分析

應用建立的方法分析了采自3個國家大氣背景點的PM2．5樣品，結果見表3。15種PAHs單體含量為未檢出～3．34 ng/m3，總含量為1．01～15．32 ng/m3，其中B（a）P含量均低于現行國家標準限值（2．5 ng/m3）。結果顯示3個國家大氣背景點顆粒物中的PAHs濃度和分布特征存在顯著差異。

表3 大氣顆粒物中15種PAHs含量（ng/m3）Table 3 Contents of the 15 PAHs in atmospheric particulates（ng/m3）

（續表3）

3 結 論

本文建立了大氣顆粒物中15種PAHs的超聲提?。诰€固相萃取濃縮/液相色譜分析方法。該方法靈敏度高、操作簡便、樣品用量少、方法穩定、背景干擾小，可用于大氣顆粒物中超痕量PAHs的分析。