固相萃取—高效液相色譜法測定水質中16種多環芳烴

史鑫源　王小菊　劉保獻等

[摘 要] 建立固相萃取-高效液相色譜法測定水質中16種多環芳烴，研究不同色譜條件對16種多環芳烴分離效果的影響，得出最佳分離條件；并通過系統考察樣品的流速、洗脫條件和有機改性劑加入量對測定的影響，得出最佳固相萃取條件。研究結果表明，利用ZORBAX ECLIPSE PAH色譜分離專用柱，以甲醇和水為流動相，采用梯度淋洗和變化的紫外、熒光程序可以很好分析16種多環芳烴，分離度均在2.0以上；采用固相萃取-高效液相色譜法測定水中16種多環芳烴，5種不同水質的加標回收率均可達60%-110%，且準確度和精密度較高，RSD均小于10%，標準曲線線性均能在0.999以上。同時，采用熒光為檢測器，本方法中目標化合物的方法檢出限為10-200 pg/L，可以很好滿足目前監測要求。

[關鍵詞] 固相萃取；高效液相色譜；多環芳烴；水質

中圖分類號：o657 文獻標識碼： A 文章編號：2095-5200（2014）06-065-06

多環芳烴（PAHs），是指兩個或兩個以上苯環以線狀、角狀或簇狀排列的稠環碳氫化合物，是一種有色的晶體物質，具有高的熔點、沸點及辛醇-水分配系數，低的蒸氣壓和水溶性。PAHs是最早被發現具有致癌作用的物質，已知的500多種致癌物質中有200多種是PAHs及其衍生物[1]，而且許多PAHs具有致癌性、致畸性、致突變性[2]。隨著工業發展，煤和石油等消耗急劇上升，多環芳烴在環境中已經廣泛存在[3]。盡管在環境中有各種不同的PAHs，但根據其毒性及性質，US EPA 最終確認16 種PAHs為優先監測污染物。

我國科研工作者對水質中多環芳烴的研究也主要針對US EPA確認的16種優先監測污染物，分析方法主要有薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法和氣相色譜-質譜法等[4-8]。高效液相色譜法因檢出限低、靈敏度高、對多環芳烴的分離度好，是目前最為常用的分析方法。對于水質中多環芳烴的測定，從水中萃取和濃縮多環芳烴是測定水中PAHs 的關鍵步驟，目前主要的前處理方法有液-液萃?。↙LE）[9]、固相萃?。⊿PE）[10]、固相微萃?。⊿PME）[11-12]等技術。研究發現，固相萃取相對于其他幾種前處理方法，具有自動化程度高、節約溶劑和人力、萃取效率高等特點[13]。

本文結合相關文獻，采用固相萃取-高效液相色譜法測定水質中16種多環芳烴，通過優化不同的前處理和分析測試條件，使用更專業的色譜柱提高各化合物的分離度，添加有機改進劑增加固相萃取的效率等，得出一個適合不同水質中16種多環芳烴的監測方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

液相色譜：Agilent-1200，色譜柱ZORBAX ECLIPSE PAH，4.6×150mm×3.5μm，100位自動進樣器，檢測器為紫外檢測器、熒光檢測器；固相萃取儀：Supelco，VISIPREPTM-DL，四通道，DOA-P504-BN無油隔膜真空泵；固相萃取柱：Waters-C18固相萃取柱，500mg×6mL；氮吹儀：Organomation Associates Int，N-EVAP-111型，12位，溫度控制：室溫～80℃。

所有實驗室用水均為超純水；多環芳烴標準樣品（16混，200.0μg/mL，Accustandard，Z-013-17）；無水硫酸鈉（分析純）；二氯甲烷 （農殘級），甲醇（農殘級）；氮氣（99.999%）。

1.2 實驗條件

色譜條件：柱溫40℃，流動相為甲醇和水，進樣量為10.0μL；固相萃取條件： 10mL純水-10mL甲醇-10mL二氯甲烷-10mL甲醇-10mL測定水活化固相萃取柱，以一定流速萃取，再用10mL純水淋洗，一定量二氯甲烷洗脫。

2 實驗方法

2.1 標準溶液的配制

考慮到紫外檢測器和熒光檢測器的靈敏度不一樣，標準曲線的配制采用2種不同的濃度系列， 分別為高濃度標準系列：適用于紫外檢測器，采用逐步稀釋的方法利用中間液配制濃度分別為1.0、2.0、5.0、10.0μg/mL的標準使用溶液；低濃度標準系列：適用于熒光檢測器，采用逐步稀釋的方法，配制成濃度分別為0.025、0.05、0.1、0.2μg/mL的標準使用溶液。

2.2 樣品前處理

2.2.1 萃取 取水樣1.0 L，加入一定量甲醇改進劑，使用固相萃取儀，采用Waters-C18固相萃取柱，固相萃取柱經活化后，以一定流速萃取水樣，完畢使用純水淋洗、二氯甲烷洗脫，收集洗脫液于棕色管中。

2.2.2 濃縮 使用氮吹儀濃縮上述接收的洗脫液至2～3mL，加入3mL甲醇，吹至0.5～1.0mL，如上用甲醇反復置換3次，最后定容至1.0mL，待上機使用。

3 結果與討論

3.1 分離檢測條件

16種PAHs組分除苊烯不產生熒光外，其余15種組分均能產生較強熒光，故除苊烯使用紫外檢測器檢測，其余15種組分均可使用熒光檢測器檢測以獲得最佳的靈敏度。對于多環芳烴的分析，研究使用較多的流動相為乙腈和水，考慮到乙腈的毒性較高、價格較貴，本方法采用甲醇和水為流動相。為了得到較好的分離度，本文在1.2的條件下，使用梯度洗脫，利用程序可變波長的紫外和熒光進行檢測。

3.1.1 梯度洗脫程序的確定 紫外檢測器波長選擇230 nm，以標準溶液進行色譜分離試驗，逐步調整混合流動相的比例和流速，使16種組分完全分離，并最終確定洗脫程序。利用本方法，采用表 1所示的梯度洗脫程序，16種PAHs均可得到基線分離，最接近的峰的分離度大于1.0，且各峰峰型較好，出峰尖銳、對稱。

3.2.1 有機改進劑的確定 考慮到PAHs特別是環數較多的PAHs的水溶性很差，為了提高PAHs的回收率，往往在添加了標準樣品的水中使用有機溶劑改進劑，通?？杉尤爰状肌惐肌⑺臍溥秽蛘咚麄兊幕旌衔?。為保證和液相色譜流動相的一致性，本文采用甲醇作為改進劑，并研究不同的加入量對固相萃取回收率的影響。研究發現，加入有機改進劑甲醇以后，可以大大提高PAHs的回收率，特別是對分子量較大的物質，結果見圖 3。其中甲醇的加入量在10%～20%回收率均較好，回收率在60%～110%之間。但有機試劑加入太多也會造成固相萃取過程中PAHs的損失，這可能是較多的有機試劑會對固相萃取柱有一定洗脫作用。本文采用10%的甲醇加入量，在保證回收率情況下，盡量使用最少的有機試劑。

3.2.2 萃取流速的確定 樣品的萃取流速對PAHs的回收率有一定影響，使用10%的甲醇改進劑，5、10、15mL/min的萃取速度對PAHs回收率的影響，結果見圖 4。 研究發現樣品流速增加會降低化合物的萃取效率，特別是對高濃度的水樣，萃取流速影響較大。但過低的流速會延長萃取時間，降低工作效率，為取得較好的實驗結果，并考慮萃取時間，本文采用5mL/min的流速進行試驗。

a：熒光檢測器，0.05μg/mL；b：紫外檢測器，2.0μg/mL。

有機改進溶劑：甲醇，10%；洗脫溶劑：二氯甲烷，10mL。

3.2.3 洗脫條件的確定 水樣經固相萃取柱萃取完畢后，用純水淋洗，用氮氣將固相萃取柱吹干，利用二氯甲烷為洗脫溶劑，每次洗脫用量5ml，洗脫流速為2mL/min，分別考察洗脫1次、2次、3次PAHs的回收率，結果見圖 5。由圖得出，經2次洗脫以后，萃取柱上的樣品基本洗脫干凈，即采用10mL的洗脫液即可。

3.3 質量控制和質量保證

3.3.1 標準曲線與重現性 穩定的保留時間（RT）對于從復雜的環境集體中正確識別分析物非常重要；標準曲線線性關系的好壞，對化合物的定量結果有很大的影響。本方法通過測定10次統一濃度的PAHs標準樣品，得出PAHs個化合物的RT和峰面積精度，RT精度小于0.1%，而峰面積的RSD小于2%，結果見表 4。另外，通過表4可知，16種PAHs在紫外和熒光檢測器上的標準曲線線性相關系都很好，相關系數r2均在0.999以上。

3.3.3 精密度 于1.0L 純水中加入1.0mL高、低兩種不同的濃度的標準樣品（2.0、0.05μg/mL），固相萃取后分別在紫外和熒光檢測器檢測，重復7次，研究其精密度，結果見表 6。由表可以見，本方法的精密度較高，除個別低濃度的低環化合物由于受前處理影響較大，容易揮發，其相對相對標準偏差稍大以外，其他化合物的相對標準偏差均小于5%。

3.3.4 加標回收率 選擇5種不同水質的水樣（純水、自來水、飲用水、河水和生活污水），分別加入一定量的標準樣品進行回收率測定，考慮到幾種不同水質中一般PAHs污染物的濃度，分別于1.0L純水、自來水、飲用水中加入1.0mL濃度為0.05μg/mL的標準樣品（水質較干凈可不用凈化）；于1.0L河水和生活污水中加入1.0mL濃度為2.0μg/mL的標準樣品。結果見表 7，由表7可知，5種不同水質的加標回收率各物質均在60%～110%之間，可以滿足目前檢測的質量控制要求。

3.3.5 注意事項 （1）多環芳烴是強致癌物質，操作時必須極其小心，不允許人體與多環芳烴固體、溶劑萃取物、標準樣品直接接觸，配置標準樣品時應在通風柜里進行，并采取相應的防護措施；（2）被多環芳烴污染的容器可用紫外燈在360nm下檢查，使用過的玻璃器皿應在重鉻酸鉀洗液中浸泡至少4h；（3）由于環境空氣、水體、顆粒物中含有痕量的多環芳烴，實驗過程中應多檢查空白值；（4）氮吹濃縮過程中，應避免濃縮樣品至0.5mL以下，濃縮過程應避光進行；（5）實驗過程產生的廢液屬于危險廢物，應按環保部相關要求，交由具有資質的單位處置。

4 結論

本方法選擇美國環保署規定的“優先監測列表”里的16種多環芳烴為目標化合物，利用固相萃取-高效液相色譜法研究測定水中16種多環芳烴。通過研究了不同的色譜條件對16種多環芳烴分離效果的影響，系統考察樣品的流速、洗脫條件和有機改性劑加入的量對測定的影響，得出最佳的實驗條件。

研究結果表明，利用ZORBAX ECLIPSE PAH色譜分離柱，使用甲醇和水為流動相，采用梯度淋洗和變化的紫外、熒光程序可以很好地分離16種多環芳烴，分離度均在2.0以上。使用10%的甲醇改進劑，以5ml/min流速萃取1.0L水樣，10ml二氯甲烷洗脫萃取柱，5種水樣的加標回收率均可達60%-110%，使用熒光檢測器時方法檢出限為10-200pg/L，紫外檢測器時檢出限為0.4-2.0 ng/mL。同時，采用固相萃取-高效液相色譜法測定水中16種多環芳烴，準確度和精密度較高，RSD均小于10%，標準曲線線性均能在0.999以上，方法可以很好的滿足目前監測要求。

參 考 文 獻

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