高效液相色譜技術(shù)在水質(zhì)檢測中的應(yīng)用探討

翁榮莉

（山東金朋檢測技術(shù)有限公司，山東 煙臺 264006）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)境問題的日益凸顯，水質(zhì)檢測變得越來越重要。高效液相色譜（HPLC）技術(shù)作為一種高效、準(zhǔn)確和可靠的分離與分析工具，被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)檢測領(lǐng)域。隨著高效液相色譜技術(shù)的快速發(fā)展以及不斷創(chuàng)新，使其在分析化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都發(fā)揮了非常重要的作用。

1 高效液相色譜技術(shù)概述

1.1 概念分析

高效液相色譜技術(shù)是一種重要的化學(xué)分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于水質(zhì)檢測中，具有高度的可靠性和精確性。高效液相色譜是一種分離和分析化合物的方法，通過液相在柱內(nèi)流動，可以將混合物中的成分分離開來，然后通過檢測器進(jìn)行檢測和定量分析。這一技術(shù)的原理是基于物質(zhì)在液相和固定相之間的相互作用，有效地分離和檢測不同種類的化合物。

高效液相色譜技術(shù)的概念可以從幾個關(guān)鍵方面來理解：首先，HPLC是一種色譜技術(shù)，色譜是一種分離和分析方法，可以將混合物中的化合物分離開來，以便進(jìn)行定性和定量分析。色譜的基本原理是利用不同化合物在不同相（液相和固相）上的分配系數(shù)的差異來實(shí)現(xiàn)分離。在高效液相色譜中，液相是流動相，而固相則存在于柱子中。其次，高效液相色譜中的“高效”一詞表明了該技術(shù)相對于傳統(tǒng)液相色譜而言具有更高的分離效率和分析速度。這一提高主要得益于現(xiàn)代儀器和柱子的設(shè)計，使得分離時間更短，分離效率更高，同時還能夠應(yīng)對更廣泛的樣品類型。最后，高效液相色譜的核心是使用高壓來推動液相流動，從而實(shí)現(xiàn)更快的分離過程。這與傳統(tǒng)液相色譜中使用重力驅(qū)動液相流動的方式不同，因此能夠更加快速地完成分析，提高分離效率。高壓泵和現(xiàn)代柱子的結(jié)構(gòu)都是為了應(yīng)對高效液相色譜的需要而設(shè)計的[1]。

1.2 特點(diǎn)

高效液相色譜技術(shù)作為一項(xiàng)重要的分析化學(xué)技術(shù)，在眾多分析方法中脫穎而出，其獨(dú)特的特點(diǎn)使其在科研、工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1.2.1 高分離效率

HPLC具有出色的分離效率，能夠有效地將混合物中的不同化合物分離開來。這一特性得益于現(xiàn)代柱子的設(shè)計和高壓泵的應(yīng)用，使分析者能夠在較短時間內(nèi)獲得高分辨率的分離結(jié)果。這對于分析多種化合物或處理復(fù)雜樣品特別重要。

1.2.2 廣泛的應(yīng)用范圍

高效液相色譜適用于各種類型的化合物，包括有機(jī)、無機(jī)、生物分子、藥物和天然產(chǎn)物等，使其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用多種多樣，從藥物開發(fā)到食品安全、環(huán)境監(jiān)測和生物化學(xué)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。

1.2.3 定量分析能力

高效液相色譜能夠進(jìn)行精確的定量分析，因?yàn)檠芯咳藛T可以根據(jù)化合物的濃度制定準(zhǔn)確的濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，這對于藥物含量測定、環(huán)境樣品中的污染物濃度測定以及食品成分的分析非常重要。

1.3 分離原理

高效液相色譜是一種重要的分離和分析技術(shù)，其分離原理是基于樣品在液態(tài)流動相和固態(tài)固定相之間的相互作用。

1.3.1 液相

液相是高效液相色譜中的流動相，通常是由溶劑組成的。溶劑的選擇取決于樣品和分析的目的，其中最常用的溶劑是水和有機(jī)溶劑（如甲醇、乙醇等）。而溶劑的選擇不僅會影響到高效液相色譜分析的分離效果，還會對色譜柱的使用壽命和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

1.3.2 固相

固相是高效液相色譜柱中的固定相，也稱為填充物。固相通常是由細(xì)小的顆粒組成，工作人員可以根據(jù)樣品的類型和分析目標(biāo)進(jìn)行選擇。常見的固相包括反相、離子交換、大小排阻和親和性等。不同的固相對于不同類型的化合物具有不同的親和性，因此可以實(shí)現(xiàn)對不同化合物的分離。

1.3.3 分析過程

高效液相色譜的分析過程是通過將樣品溶解在液相中，利用壓力使溶液流過裝有固相的色譜柱。樣品在固相表面上發(fā)生吸附、分配、離子交換等作用，不同組分在固相上的相互作用力大小不同，從而導(dǎo)致這些組分在分析柱中可以以不同的速度進(jìn)行分離。分離過程的完成主要取決于樣品的性質(zhì)、固相的特性以及流動相的選擇和組成[2]。

2 水質(zhì)檢測中高效液相色譜技術(shù)的應(yīng)用

2.1 多環(huán)芳烴的檢測

在水質(zhì)檢測中，高效液相色譜技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，其中之一是多環(huán)芳烴（PAHs）的檢測。多環(huán)芳烴是一類含有多個芳香環(huán)的有機(jī)化合物，通常是由燃燒過程產(chǎn)生的，也可以存在于工業(yè)廢水和大氣顆粒物中。由于其潛在的毒性和致癌性，對多環(huán)芳烴的監(jiān)測和控制成為環(huán)境保護(hù)和食品安全領(lǐng)域的重要任務(wù)。

多環(huán)芳烴是一類化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的化合物，因此在傳統(tǒng)檢測方法中很難被分離。HPLC通過調(diào)整柱子類型、流動相和檢測條件，能夠有效地將不同多環(huán)芳烴分離開來，從而實(shí)現(xiàn)精確的分析。HPLC檢測器的高靈敏度使其能夠探測到極低濃度的多環(huán)芳烴，這對于檢測環(huán)境樣品或食品中的微量多環(huán)芳烴非常關(guān)鍵，因?yàn)檫@些物質(zhì)可能對人體健康產(chǎn)生潛在風(fēng)險。HPLC可以用于多環(huán)芳烴的定量分析，通過與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行比對，可以確定樣品中多環(huán)芳烴的濃度，這對于評估環(huán)境污染水平或確保食品安全非常重要。

HPLC支持多種檢測模式，包括紫外-可見（UV-Vis）吸收和熒光檢測，因而檢測人員可以選擇最適合多環(huán)芳烴的檢測方式進(jìn)行水質(zhì)檢測。熒光檢測在多環(huán)芳烴中常常被廣泛應(yīng)用，因?yàn)槠渫ǔ＞哂刑烊坏臒晒馓匦裕軌蛱岣邫z測的選擇性和靈敏度。HPLC通常不需要復(fù)雜樣品的前處理步驟，從而節(jié)省了時間和勞動成本。簡單的樣品準(zhǔn)備通常只涉及到樣品的溶解和過濾，而不需要復(fù)雜的提取或洗滌步驟[3]。

2.2 農(nóng)藥的分離

2.2.1 選擇合適的色譜柱

為了有效地分離不同類型的農(nóng)藥，檢測人員必須要選擇適當(dāng)?shù)纳V柱。通常，反相色譜柱被廣泛用于農(nóng)藥的分析，因?yàn)槠淇梢耘c極性和非極性農(nóng)藥相互作用。此外，柱的長度和直徑也需要根據(jù)分析要求進(jìn)行選擇。

2.2.2 優(yōu)化流動相

流動相的選擇和組成對于農(nóng)藥的分離至關(guān)重要。常用的流動相包括水和有機(jī)溶劑，如甲醇或乙腈。調(diào)整流動相的性質(zhì)和比例可以改善分離效果。同時，流動相的pH值也可能影響某些農(nóng)藥的分離，因此需要對其進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.3 采用多波長檢測

農(nóng)藥通常在紫外-可見（UV-Vis）范圍內(nèi)吸收光線，因此檢測人員可以使用多波長檢測器進(jìn)行分析，這樣可以獲得不同波長下的吸光度數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步提高水質(zhì)檢測的選擇性和準(zhǔn)確性。

2.2.4 定量分析

檢測人員需要使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行農(nóng)藥的定量分析，所以要制備一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藥溶液，并利用HPLC分析這些標(biāo)準(zhǔn)溶液，再構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后，通過分析待測樣品的峰面積與標(biāo)準(zhǔn)曲線的對應(yīng)關(guān)系，可以準(zhǔn)確地測定樣品中農(nóng)藥的濃度。

2.2.5 樣品的前處理

為了濃縮和富集農(nóng)藥，通常需要檢測人員對水樣前處理，以提高水質(zhì)檢測的靈敏度。固相萃取和液液萃取是最常見的樣品前處理方法，這些方法可以有效地去除干擾物質(zhì)并使農(nóng)藥集中。

2.2.6 多維分離

對于包含多種農(nóng)藥的樣品，可能需要使用多維分離策略來進(jìn)一步提高分離效果。多維分離包括使用多個色譜柱和多個檢測器進(jìn)行分離，以確保每種農(nóng)藥都能夠得到充分地分離和檢測。

2.3 酚類化合物的測定

在水質(zhì)檢測中，酚類化合物的測定是一項(xiàng)重要且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。酚類化合物廣泛存在于工業(yè)廢水、環(huán)境樣品和水體中，具有潛在的毒性和致癌性，對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成威脅。高效液相色譜技術(shù)作為一種精密且可靠的分析方法，被廣泛應(yīng)用于酚類化合物的測定中。

2.3.1 選擇合適的色譜柱和檢測器

根據(jù)目標(biāo)酚類化合物的特性，選擇適當(dāng)?shù)纳V柱和檢測器對于確保分離和檢測的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。常用的色譜柱如C18柱對于酚類化合物的分離具有較好的選擇性。同時，UV-Vis檢測器通常被用于檢測酚類化合物，但對于那些沒有吸收UV-Vis光的化合物可以考慮使用熒光或電化學(xué)檢測器。

2.3.2 優(yōu)化流動相和梯度程序

流動相的選擇和梯度程序的設(shè)置對于酚類化合物的分離和分析至關(guān)重要。通過調(diào)整流動相的性質(zhì)和比例，可以使不同化合物的保留時間和分離度得到優(yōu)化。采用梯度程序可以進(jìn)一步提高分離的效果和分析的靈敏度。

2.3.3 樣品的前處理

酚類化合物在水樣中的濃度通常很低，因此需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉悠非疤幚韥硖岣叻治龅撵`敏度和準(zhǔn)確性。常見的樣品前處理方法包括液-液提取、固相萃取和固相微萃取等，這些方法可以實(shí)現(xiàn)酚類化合物的富集和清潔，以減少背景干擾并提高檢測的靈敏度。

2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量分析

在采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行酚類化合物的定量分析時，檢測人員需要制備一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并通過HPLC分析這些標(biāo)準(zhǔn)溶液，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線。通過分析待測樣品的峰面積與標(biāo)準(zhǔn)曲線的對應(yīng)關(guān)系，檢測人員可以準(zhǔn)確地測定出樣品中酚類化合物的濃度[4]。

2.3.5 質(zhì)量控制

在酚類化合物測定過程中，質(zhì)量控制是至關(guān)重要的。常規(guī)的質(zhì)量控制措施包括定期校準(zhǔn)儀器、進(jìn)行質(zhì)控樣品測試以檢測潛在的污染物、使用質(zhì)量穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

2.3.6 應(yīng)用多列分離方法

酚類化合物通常存在于復(fù)雜的樣品矩陣中，這可能導(dǎo)致分離困難。為了克服分離的挑戰(zhàn)，檢測人員可以考慮使用多列分離技術(shù)，如在線前柱固相萃取技術(shù)（online solid-phase extraction，online SPE）或串聯(lián)色譜柱等，這些技術(shù)能夠進(jìn)一步提高分離效果和檢測的靈敏度。

2.4 微囊藻類毒素的測定

微囊藻類毒素是一類由淡水或海水藻類產(chǎn)生的毒素，當(dāng)水體中的微囊藻類過度生長時，就會引起水體富營養(yǎng)化和赤潮現(xiàn)象，從而對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成潛在風(fēng)險。因此，微囊藻類毒素的測定方法在水質(zhì)檢測中非常關(guān)鍵。高效液相色譜技術(shù)作為一種準(zhǔn)確、靈敏和可靠的分析方法，被廣泛應(yīng)用于微囊藻類毒素的測定中[5]。

2.4.1 固相萃取與高效液相色譜（SPE-HPLC）結(jié)合

SPE-HPLC方法通常用于水樣中微囊藻類毒素的測定，先通過固相萃取的方式對水樣進(jìn)行富集和提純，然后再通過HPLC進(jìn)行分析和定量。此方法可以提高水質(zhì)檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性，同時能夠去除水樣中的干擾物質(zhì)。

2.4.2 衍生化法與高效液相色譜（Derivatization-HPLC）結(jié)合

對于一些不易直接檢測到的微囊藻類毒素，可以采用衍生化的方法進(jìn)行分析。這種方法通過微囊藻類毒素的化學(xué)反應(yīng)，形成具有穩(wěn)定性和特異性的衍生物后再進(jìn)行HPLC分析，以提高測定的靈敏度和選擇性。

2.4.3 質(zhì)譜法與高效液相色譜（LC-MS）結(jié)合

質(zhì)譜技術(shù)是一種非常靈敏的分析方法，其與HPLC結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對微囊藻類毒素的高靈敏度和高特異性測定。這種方法不僅可以進(jìn)行定性分析，還可以進(jìn)行定量分析，并能夠同時識別和分析多種不同類型的微囊藻類毒素。

2.4.4 親和色譜與高效液相色譜（Affinity-HPLC）結(jié)合

親和色譜是一種基于樣品化學(xué)特性的分離技術(shù)，通過選擇性地在樣品中識別和結(jié)合目標(biāo)化合物，然后再通過HPLC進(jìn)行分析。親和色譜結(jié)合HPLC可以實(shí)現(xiàn)微囊藻類毒素的高效分離和測定。

3 高效液相色譜技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

高液相色譜技術(shù)在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，包括環(huán)境監(jiān)測、藥物分析、食品檢測、制藥科學(xué)監(jiān)測等。

3.1 選擇合適的色譜柱和檢測器

在進(jìn)行HPLC分析時，選擇適當(dāng)?shù)纳V柱和檢測器非常重要。色譜柱的選擇應(yīng)根據(jù)分析目標(biāo)物的化學(xué)性質(zhì)以及分離需求來確定。常用的色譜柱包括反相柱、離子交換柱、凝膠柱等。檢測器的選擇則應(yīng)根據(jù)目標(biāo)分析物的特性和檢測要求來確定，如紫外-可見（UV-Vis）檢測器、熒光檢測器、質(zhì)譜檢測器等[6]。

3.2 優(yōu)化流動相和梯度條件

流動相的選擇和優(yōu)化是HPLC分析的關(guān)鍵。合理選擇流動相的組成、濃度和滴定方式，可以提高分離效果和靈敏度。梯度條件的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)更好的分離和定量分析，通過調(diào)整梯度斜率、時間和濃度，可以優(yōu)化分析結(jié)果。

3.3 樣品的預(yù)處理

樣品預(yù)處理是HPLC分析過程中不可或缺的一步。樣品預(yù)處理包括樣品提取、凈化、富集等步驟，以去除干擾物和提高分析的準(zhǔn)確性和靈敏度。常用的樣品預(yù)處理方法包括固相萃取、液液萃取、柱富集、固相微萃取等。

4 結(jié)語

高效液相色譜技術(shù)在水質(zhì)檢測中的應(yīng)用，為我們提供了一種準(zhǔn)確、靈敏和可靠的分析手段。通過該技術(shù)，我們能夠?qū)λ械母鞣N污染物進(jìn)行分離、測定和定量分析，從而保障了飲用水的安全性和水環(huán)境的健康。然而，與HPLC技術(shù)的高效性和精確性相伴隨的是挑戰(zhàn)，如選擇合適的色譜柱和檢測器、優(yōu)化流動相、樣品預(yù)處理等。因此，我們需要繼續(xù)深入研究和不斷改進(jìn)HPLC技術(shù)，使該技術(shù)在未來的水質(zhì)檢測中發(fā)揮更大的作用，為環(huán)境保護(hù)和人類健康做出更大的貢獻(xiàn)。高效液相色譜技術(shù)的發(fā)展為構(gòu)建更可持續(xù)的水資源管理體系提供了助力，從而進(jìn)一步保障清潔、安全的水源供應(yīng)。