加速溶劑萃取-高效液相色譜法同時測定大氣顆粒物PM2.5中16種多環芳烴

江陽，劉滔，汪文家，謝碧俊，朱嵐，胡彬，孫成均

（1.四川省疾病預防控制中心，四川成都610041；2.四川大學華西公共衛生學院，四川成都610041）

加速溶劑萃取-高效液相色譜法同時測定大氣顆粒物PM2.5中16種多環芳烴

江陽1，劉滔1，汪文家2，謝碧俊1，朱嵐1，胡彬1，孫成均2

（1.四川省疾病預防控制中心，四川成都610041；2.四川大學華西公共衛生學院，四川成都610041）

建立大氣顆粒物PM2.5中16種優控多環芳烴（PAHs）的加速溶劑萃取-高效液相色譜法同時測定方法。用中流量PM2.5采樣器，以玻璃纖維濾紙為濾料，以100 L/min的流速連續采樣24 h。采樣后的玻璃纖維濾紙經正己烷-丙酮（6∶4，ν/ν）于加速溶劑萃取儀中提取，提取液濃縮后用乙腈定容，通過C18色譜柱分離，紫外和熒光檢測器檢測。16種PAHs在0.20～5.00μg/mL范圍內線性相關系數r≥0.999 8，檢出限為0.002～0.012μg/mL，方法平均回收率為71.3%～96.5%，相對標準差為0.50%～4.8%。該法簡便、快速、準確、靈敏，將其應用于成都市3個區域空氣顆粒物PM2.5中16種PAHs的測定，結果理想。

多環芳烴化合物；加速溶劑萃?。籔M2.5；高效液相色譜法

0 引言

近年來，全國大部分地區都出現霧霾污染天氣，使得大氣細顆粒物（PM2.5）成為了社會公眾普遍關注的問題。2012年，環保部在新發布的GB 3095——2012《環境空氣質量標準》[1]中首次增設PM2.5年均、日均濃度限值，可見大氣顆粒物污染防治工作受到高度重視。研究表明，大氣中的多環芳烴（PAHs）主要集中于細粒子范圍，粗粒子中的PAHs含量很少，有70%～90%的PAHs吸附在小于5μm的可吸入顆粒物上[2]。因此，在關注PM2.5的質量濃度的同時，準確測定大氣PM2.5中的PAHs濃度，對于準確評價其污染程度、保護人體健康具有重要意義。

目前，多環芳烴化合物的分析方法主要有高效液相色譜法[3-5]和氣相色譜-質譜聯用法[6-7]等，而對于大氣顆粒物樣品的前處理方法則主要有傳統的索氏提取法[5]和超聲提取法[3-4，6-7]。加速溶劑萃?。ˋSE）[8]作為一種較新的樣品提取方法應用較少，通過提高溫度和增加壓力來進行有機溶劑的自動萃取，具有溶劑用量少、操作簡單快速、萃取效率高等優點，主要適用于固體或半固體樣品的萃取。2013年，在環保部發布的HJ 647——2013《環境空氣和廢氣氣相和顆粒物中多環芳烴的測定高效液相色譜法》[9]中，推薦采用傳統的索氏提取方法，提取時間長達16h，且有機試劑用量較大。高庚申等[3]采用超聲提取，合并兩次提取液，提取時間達40min。因此，本研究建立了加速溶劑萃取-高效液相色譜-紫外和熒光檢測器串聯檢測法同時測定大氣顆粒物（PM2.5）中的16種多環芳烴化合物，該法準確可靠，適用于大批量樣品的準確快速分析。

1 實驗部分

1.1 試劑

16種PAHs混合標準溶液：萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、屈、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、二苯并[a、h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、苯并[g、h、i]芘，質量濃度均為500μg/mL，乙腈（色譜純），正己烷（色譜純），丙酮（色譜純），超純水。

1.2 儀器設備

Agilent 1260液相色譜儀（美國安捷倫公司），配二極管陣列紫外檢測器和多波長熒光檢測器；CAPCELL PAK C18色譜柱（4.6mm×250mm×5μm）；Milli-Q型超純水儀（美國Millipore公司）；N-EVAP-112氮氣吹掃儀（美國Organomation公司）；加速溶劑萃取儀ASE200（美國戴安公司）；TH-150C智能中流量PM2.5采樣器（武漢市天虹儀表有限責任公司，切割粒徑Da50=（2.5±0.2）μm，捕集效率的幾何標準差為σg=1.5±0.1），玻璃纖維濾膜（美國Pall公司，直徑90mm）。

1.3 分析條件

色譜柱選用CAPCELL PAK C18色譜柱（4.6mm× 250mm×5μm）；流動相以乙腈作為A相，以超純水作為B相，梯度洗脫程序為：0～27min，62%A；27～45min，62%A→100%A；45～52min，100%A；隨后回到初始流動相比例62%A，平衡10min；流量為1.20mL/min；柱溫為25℃；進樣量為10μL；檢測器為紫外熒光串聯檢測，其中對熒光檢測器設定了波長切換程序（見表1），由于苊烯不具有熒光特性，選擇紫外檢測波長220nm進行檢測。

表1 熒光檢測器波長程序

1.4 樣品采集

分別于2013年11月、12月與2014年1月中旬在成都市不同區域設置3個采樣點，連續采樣7d，采樣流量100L/min，采樣時間24h，同時記錄風速、濕度、溫度和氣壓等氣象參數。

采樣前將玻璃纖維濾膜放入馬弗爐中400℃下加熱5 h，去除有機物及增加濾膜韌性，冷卻后將濾膜放在恒溫恒濕箱中平衡24h后用1/100 000天平進行稱量，采樣后再次平衡稱量，低溫保存，盡快完成多環芳烴提取。

1.5 樣品前處理

將采樣后的玻璃纖維濾膜塵面向內對折，剪去濾膜邊緣無塵部分，將其放入萃取池內進行提取。以正己烷-丙酮混合溶液（6∶4，ν/ν）為溶劑，萃取溫度為100℃，壓力為1500 psi（1 psi=6.895 kPa），預熱時間5min，靜態萃取時間5min，循環1次，淋洗體積20%，N2吹掃60 s。提取完成后，將萃取液經氮吹儀濃縮至1mL以內，再向濃縮液中加入3mL乙腈，濃縮至1mL以下，重復1次，將溶劑完全轉換為乙腈，最后準確定容到1.0mL待測。

2 實驗結果與分析

2.1 色譜條件的優化

本研究未選擇大多數文獻里面采用的PAH專用色譜柱，而使用傳統的C18色譜柱，可使絕大部分化合物得到有效分離。參考行業標準HJ 647——2013《氣相和顆粒物中多環芳烴的測定高效液相色譜法》[9]，流動相選擇乙腈作為A相，超純水作為B相，并對流動相比例做適當調整，以滿足分離需要。

參考HJ 647——2013，選擇16種PAHs的推薦最佳激發波長和發射波長，同時結合實際分離情況，對熒光檢測器設定波長切換程序，盡可能提高檢測靈敏度，由于茚并[1，2，3-cd]芘與苯并[g，h，i]芘保留時間相近，無法實現發射波長的切換，因此采用雙發射波長同時檢測，苯并[g，h，i]芘單獨采用500nm的發射波長。由于苊烯不具有熒光特性，選擇紫外檢測波長220nm進行檢測。

2.2 加速溶劑萃取條件的優化

考慮到16種多環芳烴分子結構的差異，選擇正己烷-丙酮混合溶液作為提取溶劑，并考察了不同比例的正己烷-丙酮混合溶劑（9∶1，7∶3，6∶4，ν/ν）對16種PAHs提取回收率的影響。如圖1所示，采用正己烷-丙酮（9∶1，ν/ν），16種PAHs的提取回收率在23.8%～106.1%，其中萘、苊烯、苊、芴等小分子化合物的回收率較低，隨著正己烷比例的降低，這幾種化合物的回收率得到明顯提高，在采用60%（ν/ν）的正己烷時，16種PAHs的提取率均在70%以上。綜合考慮，最終選擇正己烷-丙酮（6∶4，ν/ν）作為提取溶劑。

圖1 不同比例的正己烷-丙酮混合溶劑對16種PAHs提取回收率的影響

分別考察不同萃取溫度（80，100，120℃）和萃取時間（3，5，7min）對這16種PAHs提取回收率的影響。結果表明，溫度對提取回收率影響不大，因此選擇萃取溫度為100℃。當萃取時間為3min時，回收率稍低，5min時升高，7min與5min相比變化不大，故選擇萃取時間為5min。

2.3 方法的線性范圍與檢出限

圖2 標準溶液的熒光檢測色譜圖

圖3 標準溶液的紫外檢測色譜圖

用乙腈將16種PAHs的混合標準儲備液準確稀釋至質量濃度為20.0μg/mL的混合標準應用液，再分別精密吸取一定量的混合標準應用液，經乙腈定容至1mL，配制成0.20，0.50，1.00，2.50，5.00μg/mL的混合標準系列應用液，依次進樣分析。經熒光和紫外檢測的標準色譜圖分別見圖2和圖3。以各待測物的質量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，繪制標準曲線，并求得回歸方程和相關系數。以3倍基線噪聲所對應的待測組分含量計算方法的檢出限，結果見表2?？梢钥闯?，16種PAHs在0.20～5.0μg/mL范圍內均具有良好線性關系，相關系數r≥0.999 8，檢出限為0.002～0.012μg/mL。

2.4 方法的精密度和準確度

在標準曲線范圍內，于空白玻璃纖維濾膜上分別加入低、中、高3個質量濃度的混合標準應用液，按照1.5進行前處理，每個添加平行測定6次，并分別計算這16種PAHs的加標回收率，計算得到方法平均回收率為71.3%～96.5%，相對標準偏差為0.50%～4.8%。

2.5 方法的應用

由于冬季氣溫較低，濕度較大，風力較弱，不利于大氣中懸浮顆粒物的擴散稀釋，因此霧霾天氣較多。本研究于2013年11月、12月以及2014年1月份進行樣品采集，將成都市3個采樣點位環境空氣中采集到的顆粒物膜樣利用本法進行測定，以保留時間定性，峰面積定量，并將采樣體積換算為標準狀態下體積，計算3個采樣點位PM2.5中16種PAHs 7d的平均含量及∑PAHs（以ng/m3計），所得結果見表3。樣品經熒光檢測的典型色譜圖見圖4。

表2 方法的線性范圍與檢出限

圖4 樣品的熒光檢測色譜圖

表3 3個采樣點PM2.5中16種PAHs的平均含量及∑PAHs ng/m3

從表3可以看出，成都市冬季PM2.5中各采樣點∑PAHs的變化范圍在42.2～151.5ng/m3，且3個采樣點的∑PAHs均在11月份最低，12月和1月則有較大幅度的升高。除蒽外，其余15種多環芳烴均有不同程度的檢出。3個采樣點中，2～3環的含量均相對較低，可能因為低環PAHs易揮發，在大氣中主要以氣相的形式存在，而高環的PAHs則主要以吸附于顆粒物的形式存在，因此在∑PAHs中百分比更高。在這16種PAHs中，苯并[a]芘是目前研究最多的多環芳烴，是一種公認的強致癌和致突變的有機物，在我國2012年頒布的空氣質量標準中僅對苯并[a]芘給定限值為2.5 ng/m3[1]，而其他優控PAHs均無標準限值。在本次檢測中，苯并[a]芘檢測濃度為3.03～10.9ng/m3，均超出限值范圍。由此可見，成都大氣在一定程度上已受到多環芳烴的污染。

3 結束語

本文建立了加速溶劑萃取-高效液相色譜-紫外熒光串聯檢測法同時測定大氣顆粒物PM2.5中的16種優控多環芳烴（PAHs）。該法簡便、快速、準確、靈敏，與傳統的索氏提取法和超聲提取法相比，加速溶劑萃取避免了大量有機溶劑的使用，更加智能、省時，能夠滿足大批量樣品的準確分析。將其應用于冬季成都市3個區域PM2.5中這16種PAHs的含量測定，可為成都市PM2.5中多環芳烴的污染特征及來源解析提供一定的數據支持。

[1]GB 3095—2012環境空氣質量標準[S].北京：中國環境科學出版社，2012.

[2]Karrer M，Monn C，Wanner H U.Outdoor concentrations of PM10&particulate PAHs at an urban road[J]. Aerasol Science，1995（26）：385-386.

[3]高庚申，徐蘭，安裕敏.紫外-熒光檢測器高效液相色譜法測定PM2.5中16種多環芳烴[J].環境污染與防治，2013，35（5）：53-57.

[4]彭希瓏，何宗健，劉小真，等.高效液相色譜法測定PM2.5中的多環芳烴[J].環境科學與技術，2009，32（9）：132-135.

[5]楊紅玉，倪進治，黃艷梅，等.福州市大氣PM10中多環芳烴污染特征及其源解析[J].環境科學與技術，2014，37（2）：74-78.

[6]李淑賢，陸洪軍，胡國成，等.佳木斯郊區冬季大氣PM2.5中多環芳烴的污染特征和健康風險評價[J].環境與健康雜志，2013，30（9）：794-796.

[7]劉媛媛，劉澤常，張桂芹，等.不同開放源PM10中多環芳烴的測定[J].山東建筑大學學報，2008，23（6）：501-505.

[8]Yusa V，Quintas G，Pardo O，et al.Determination of PAHs in airborne particles by accelerated solvent extraction and large-volume injection-gas chromatographymass spectrometry[J].Talanta，2006，69（4）：807-815.

[9]HJ 647—2013環境空氣和廢氣氣相和顆粒物中多環芳烴的測定高效液相色譜法[S].北京：中國環境科學出版社，2013.

Simultaneous determ ination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons in PM 2.5 by accelerated solvent extraction coupled w ith high performance liquid chromatography

JIANG Yang1，LIU Tao1，WANG Wenjia2，XIE Bijun1，ZHU Lan1，HU Bin1，SUN Chengjun2
（1.Sichuan Provincial Center for Disease Control and Prevention，Chengdu 610041，China；2.West China School of Public Health，Sichuan University，Chengdu 610041，China）

This paper is related to the establishment of a method for simultaneously determining 16 polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHS）in PM2.5 based on accelerated solvent extraction coupled with high performance liquid chromatography（ASE-HPLC）.Atmospheric particulates were collected in a medium-volume sampler with fiberglass filter paper as filter materials at the flow of 100 L/min for 24 hours nonstop.After that，the fiberglass filter paper was extracted by adding hexane-acetone（6∶4，v/v）in an accelerated solvent extraction apparatus.The extract was added with acetonitrile to form a constant volume after enrichment.The analytes were separated on a C18 column and detected by UV and fluorescence detectors.The linearly dependent coefficient of the 16 PAHs within the scope of 0.20-5.00μg/mL was equal to and greater than 0.9998；the detection limits ranged from 0.002 to 0.012μg/mL；the average recoveries were from 71.3%to 96.5%；and the relative standard deviations（RSDs）were between 0.50%and 4.80%.The method has been proved to be simple and rapid，accurate and sensitive in accordance with the satisfactory results achieved during the simultaneous determination of 16 PAHS in PM2.5 in Chengdu.

polycyclic aromatic hydrocarbons；accelerated solvent extraction；PM2.5；high performance liquid chromatography

A文章編號：1674-5124（2015）06-0043-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.06.010

2014-12-01；

2015-02-07

江陽（1987-），女，技師，碩士，主要從事理化檢驗工作。