混合表面活性劑-濁點(diǎn)萃取法測(cè)定沉積物中多環(huán)芳烴的含量

張 權(quán)，陳文生，洪 亮，褚洪潮

（1. 貴州師范大學(xué) 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550001；2. 貴州師范大學(xué) 分析測(cè)試中心，貴州 貴陽(yáng) 550001）

多環(huán)芳烴（PAHs）是人類最早發(fā)現(xiàn)的環(huán)境污染物之一，具有強(qiáng)致癌性、致畸性和致突變性［1］，與人類的健康密切相關(guān)，近些年引起了研究者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的PAHs提取方法主要有索氏抽提法、固相微萃取法、加速溶劑萃取法等［2-3］，但都需耗費(fèi)大量的有機(jī)溶劑，限制了這些方法在現(xiàn)代檢測(cè)中的應(yīng)用。濁點(diǎn)萃取法是近幾年發(fā)展較快的綠色環(huán)保型前處理方法，已廣泛應(yīng)用于金屬元素分析、環(huán)境化學(xué)、食品中殘留物的提取等領(lǐng)域［4］。表面活性劑是一類同時(shí)具有親水和疏水基團(tuán)的有機(jī)物，具有分散、乳化、降低界面張力的作用，表面活性劑的選擇是濁點(diǎn)萃取技術(shù)的關(guān)鍵［5］。

本工作以十二烷基硫酸鈉（SDS）和對(duì)叔辛基苯基聚己二醇醚（Triton X-114）組成的陰-非離子混合型表面活性劑為萃取劑，采用濁點(diǎn)萃取法萃取沉積物中的15種PAHs，并利用HPLC技術(shù)測(cè)定15種PAHs的含量。考察了混合型表面活性劑在沉積物中的含量、混合型表面活性劑中SDS的含量、Na2SO4含量、萃取溫度、超聲萃取時(shí)間對(duì)萃取效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑和儀器

沉積物采自貴陽(yáng)某湖段地表面以下不同的深度，采集后經(jīng)冷凍、干燥、除雜、研磨、過(guò)篩處理后，備用。

15種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（萘、芴、苊、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］苝、茚并［1，2，3-cd］芘）：2 000 mg/L，美國(guó)Supelco公司。將15種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為1，5，10，20，100 μg/L的系列溶液，于-18℃冰箱中保存。

乙腈：色譜純；SDS和Triton X-114：純度大于99.0%；Na2SO4：純度大于99.0%；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

Waters 2695型高效液相色譜儀：美國(guó)Waters公司，Waters PAH C18柱（250 mm×4.6 mm×5 μm ）；CT15RT型通用低溫離心機(jī)：上海天美生化儀器設(shè)備工程有限公司；KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 萃取方法

準(zhǔn)確稱取0.2 g沉積物，依次加入飽和Na2SO4溶液、SDS與Triton X-114的混合溶液，渦旋整搖1 min，在一定的萃取溫度下超聲一段時(shí)間，然后以5 000 r/min速率離心10 min，恒溫水浴中分相10 min后移取表面活性劑富集相，定容，進(jìn)行HPLC分析。

1.3 色譜條件

流動(dòng)相為乙腈和水，用前過(guò)0.30 μm濾膜；流量為1.5 mL/min；柱溫為30 ℃；梯度洗脫程序的確定參見(jiàn)文獻(xiàn)［1］。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1 混合型表面活性劑中SDS含量對(duì)平均萃取率的影響

當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量3%（w）、Na2SO4含量8%（w）、超聲萃取時(shí)間10 min、萃取溫度 60 ℃時(shí)，混合型表面活性劑中SDS含量對(duì)平均萃取率的影響見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)：當(dāng)φ（SDS）=50%時(shí)，15種PAHs的平均萃取率為87%；而單一使用SDS或Triton X-114萃取劑時(shí)平均萃取率分別為63%和68%。這說(shuō)明混合型表面活性劑對(duì)15種PAHs的解吸能力明顯高于單一表面活性劑，其原因是陰-非離子混合型表面活性劑體系可降低表面活性劑在沉積物上的吸附損失，從而提高解吸效果；PAHs在陰-非離子混合型表面活性劑膠束中的分配系數(shù)增大，產(chǎn)生協(xié)同增溶作用［6］。因此，選擇混合型表面活性劑中φ（SDS）=50%較適宜。

圖1 混合型表面活性劑中SDS含量對(duì)平均萃取率的影響

2.1.2 混合型表面活性劑在沉積物中的含量對(duì)萃取率的影響

當(dāng)混合型表面活性劑中φ（SDS）為50%、Na2SO4含量8%（w）、超聲萃取時(shí)間10 min、萃取溫度60 ℃時(shí)，混合型表面活性劑在沉積物中的含量對(duì)平均萃取率的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)：隨混合型表面活性劑在沉積物中的含量的增加，平均萃取率先增大后減小；當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量（w）為1%～3%時(shí)，平均萃取率增大，這是因?yàn)檩^高含量的表面活性劑有利于提高濁點(diǎn)萃取的萃取效能；而當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量持續(xù)增大時(shí)，由于表面活性劑富集相體積增大，濃縮因子減小，導(dǎo)致萃取率呈下降趨勢(shì)［7］，同時(shí)也不利于色譜分析。因此，選擇混合型表面活性劑在沉積物中的含量為3%（w）較適宜。

圖2 混合型表面活性劑在沉積物中的含量對(duì)平均萃取率的影響

2.1.3 電解質(zhì)種類及含量對(duì)平均萃取率的影響

馬岳等［8］研究結(jié)果表明，加入適量的電解質(zhì)可提高表面活性劑的增溶能力，并降低濁點(diǎn)體系溫度，提高萃取率。當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量3%（w）、混合型表面活性劑中φ（SDS）為50%、超聲萃取時(shí)間10 min、萃取溫度60 ℃時(shí)，電解質(zhì)種類及含量對(duì)平均萃取率的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)：與NaCl為電解質(zhì)時(shí)相比，當(dāng)以Na2SO4為電解質(zhì)時(shí)平均萃取率較大，萃取效果較好；隨Na2SO4含量的增加，平均萃取率增大，這可能是由于加入電解質(zhì)后，可降低陰離子表面活性劑離子間的靜電排斥作用，促使PAHs溶解在膠束中。因此，選擇以Na2SO4為電解質(zhì)，Na2SO4的含量為8%（w）較適宜。

圖3 電解質(zhì)種類及含量對(duì)平均萃取率的影響● Na2SO4； ■ NaCl

2.1.4 超聲萃取時(shí)間對(duì)平均萃取率的影響

當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量3%（w）、混合型表面活性劑中φ（SDS）為50%、Na2SO4含量8%（w）、萃取溫度60 ℃時(shí)，超聲萃取時(shí)間對(duì)平均萃取率的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，隨超聲萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，平均萃取率先增大后減小。這是由于隨超聲萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，芘和蒽的萃取率明顯提高，未進(jìn)行超聲處理時(shí)芘和蒽的萃取率分別為63%和67%，當(dāng)超聲萃取時(shí)間為10 min時(shí)芘和蒽的萃取率均可達(dá)89%以上；但隨超聲萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，低相對(duì)分子質(zhì)量的PAHs揮發(fā)，導(dǎo)致平均萃取率降低。因此，選擇超聲萃取時(shí)間為10 min較適宜。

圖4 超聲萃取時(shí)間對(duì)平均萃取率的影響

2.1.5 萃取溫度對(duì)平均萃取率的影響

陳虹麗等［9］研究結(jié)果表明，適宜的萃取溫度可提高濁點(diǎn)萃取效果，通常選用的萃取溫度高于濁點(diǎn)溫度。當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量 3%（w）、混合型表面活性劑中φ（SDS）為50%、Na2SO4含量8%（w）、超聲萃取時(shí)間 10 min時(shí)，萃取溫度對(duì)平均萃取率的影響見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)：隨萃取溫度的升高，平均萃取率先增大后趨于平穩(wěn)；當(dāng)萃取溫度為60 ℃時(shí)，平均萃取率達(dá)到84%。因此，選擇萃取溫度為60 ℃較適宜。

圖5 萃取溫度對(duì)平均萃取率的影響

2. 2 方法評(píng)價(jià)

當(dāng)加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度 50 μg/L、15種PAHs的線性范圍為1.0 ～100.0 μg/L時(shí)，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，方法的線性回歸方程、檢出限和回收率結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)：15種PAHs的相關(guān)系數(shù)r為0.998 9～0.999 7；以3倍信噪比（S/N=3）計(jì)算出檢出限為0.4～8.2 μg/L，加標(biāo)回收率為71.22%～97.36%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.92%～4.36%（n=6）。

表1 方法的線性回歸方程、檢出限和回收率結(jié)果（n=6）

2.3 沉積物的測(cè)定

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下萃取沉積物中的15種PAHs，沉積物中15種PAHs的HPLC譜圖見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，15種PAHs的分離情況良好，均可滿足定量分析的要求。

采用本方法對(duì)采自貴陽(yáng)某湖段地表面以下不同采樣深度沉積物中的15種PAHs進(jìn)行測(cè)定，沉積物中15種PAHs的含量見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)：在地表面以下不同深度處采集的沉積物試樣中，均有PAHs檢出，其中，在采樣深度為20～23 cm處沉積物中的PAHs含量較高，15種PAHs的總含量為852.22 μg/kg；15種PAHs中，苯并［a］芘的含量最大（為213.04 μg/kg），芴的含量最小（為4.38 μg/kg）。

圖6 沉積物中15種PAHs的HPLC譜圖

表2 沉積物中15種PAHs的含量 μg/kg

續(xù)表2

3 結(jié)論

a）以混合型表面活性劑（SDS和Triton X-114）為萃取劑，采用濁點(diǎn)萃取法萃取沉積物中的15種PAHs，并利用HPLC技術(shù)測(cè)定15種PAHs的含量。

b）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)混合型表面活性劑在沉積物中的含量 3%（w）、混合型表面活性劑中φ（SDS）為50%、Na2SO4含量 8%（w）、萃取溫度 60 ℃、超聲萃取時(shí)間 10 min時(shí)，15種PAHs的線性關(guān)系良好，r=0.998 9～0.999 7，檢出限0.4～8.2 μg/L，加標(biāo)回收率71.22%～97.36%，RSD=0.92%～4.36% （n=6）。

［1］ 饒竹，李松，何淼，等. 高效液相色譜-熒光-紫外串聯(lián)測(cè)定土壤中16種多環(huán)芳烴［J］. 分析化學(xué)，2007，35（7）：954-958.

［2］ 陶敬奇，王超英，李碧芳，等. 固相微萃取-高效液相色譜聯(lián)用分析環(huán)境水樣中的痕量多環(huán)芳烴［J］. 色譜，2003，21（6）：599-603.

［3］ 王娜. 加速溶劑萃取-固相萃取凈化-色譜法測(cè)定土壤中的多環(huán)芳烴和有機(jī)氯［J］. 環(huán)境化學(xué)，2013，32（3）：524-526.

［4］ 陳建波，劉偉，崔艷梅，等. 濁點(diǎn)萃取-高效液相色譜法測(cè)定草莓汁中的多種農(nóng)藥殘留［J］. 分析化學(xué)，2008，36（3）：401-404.

［5］ 楊建剛，劉翔，余剛，等. 非離子表面活性劑溶液中多環(huán)芳烴的溶解特性［J］. 環(huán)境科學(xué)，2003，24（6）：79-83.

［6］ 余海栗，朱利中. 混合表面活性劑對(duì)菲和芘的增溶作用［J］. 化工環(huán)保，2004，23（5）：485-489.

［7］ 余益軍，孫兆海，于紅霞，等. 濁點(diǎn)萃取在環(huán)境有機(jī)分析中的影響因素及分析［J］. 理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2008，44（7）：696-700.

［8］ 馬岳，閻哲，黃駿雄. 濁點(diǎn)萃取在生物大分子分離及分析中的應(yīng)用［J］. 化學(xué)進(jìn)展，2001，13（1）：26-32.

［9］ 陳虹麗，薛秀玲. 濁點(diǎn)萃取-高效液相色譜測(cè)定土壤及底泥中痕量多環(huán)芳烴［J］. 環(huán)境化學(xué)，2009，28（3）：441-444.