優化QuEChERS結合HPLC測定沉積物中14種多環芳烴

呂愛娟，沈小明，時 磊，蔡小虎，沈加林，胡璟珂

中國地質調查局南京地質調查中心，江蘇 南京 210016

優化QuEChERS結合HPLC測定沉積物中14種多環芳烴

呂愛娟，沈小明，時 磊，蔡小虎，沈加林，胡璟珂

中國地質調查局南京地質調查中心，江蘇 南京 210016

以美國國家標準技術研究院(NIST)2種沉積物標樣SRM 1944和SRM 1941b為研究對象，建立并優化了QuEChERS結合HPLC測定沉積物中14種多環芳烴的前處理方法，并與傳統索氏提取進行比較。優化后的QuEChERS方法：樣品經乙腈浸泡后，超聲15 min，漩渦振蕩3 min，以NaCl和無水MgSO4鹽析，提取液經PSA凈化后經HPLC-FLD測定。該條件下14種PAHs的方法檢出限為0.5～5.0 μg/kg,SRM 1944和SRM 1941b中PAHs回收率分別為73.4%～104.9%和71.9%～96.4%，相對標準偏差分別為0.47%～3.45% 和0.87%～3.05%。索氏提取SRM1944與1941b回收率分別為78.9%～109.3%和 80.9%～108.2%，相對標準偏差分別為1.46%～10.3%和1.27%～10.8%。優化后的QuEChERS回收率與索氏提取較為接近，但具有更高的精密度。將該方法用于實際海洋沉積物提取，PAHs測定值與索氏提取較為接近。優化后的QuEChERS方法滿足批量沉積物樣品中PAHs的快速測定要求。

QuEChERS優化；多環芳烴；沉積物；高效液相色譜

多環芳烴(PAHs)是一類環境中普遍存在、具有明顯毒性而獲得廣泛關注的持久性有機污染物。沉積物既是水體有機污染物的最終環境歸宿，又是污染物的重要來源。 因此，沉積物中PAHs的分析一直是環境研究的熱點[1]。

對于沉積物中PAHs的分析，前處理常用方法為傳統的索氏回流提取[2-3]、超聲輔助提取[4]、加速溶劑萃取(ASE)[5-6]等,使用的溶劑一般為二氯甲烷[7]、二氯甲烷和丙酮混合物[8]，得到提取液再經過濃縮、凈化、替換溶劑、最后濃縮成小體積上樣。這些提取方法都較為成熟，但仍存在一些不足，如耗時、勞動密集型、需要使用大量有毒有機溶劑(索氏提取和超聲)及高成本投資和維護(ASE)等。快速樣品前處理技術QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)自2003年開發以來，在食品中的農藥分析領域已受到廣泛關注，目前已作為檢測水果、蔬菜中農藥殘留時的一種標準前處理方法[9-10]。QuEChERS的基本原理為高濕度樣品經乙腈提取后，萃取鹽析，通過基質分散萃取去除干擾，萃取液可直接上機檢測。QuEChERS簡化和縮短了有機化合物的提取步驟，是一種相對環境友好的、高效的前處理技術，越來越涉及到其他領域，如肉類、水產品中的PAHs[11-12]，谷物、土壤中的農藥殘留[13-15]等。 VULLIET等[16]采用QuEChERS法檢測了沉積物中苯并(j)熒蒽、二苯并(a,j)蒽、二苯并(a,c)蒽3種PAHs，但目前尚未見到QuEChERS應用于沉積物中USEPA優控的16種PAHs檢測的報道。

本文以美國國家標準技術研究院(NIST)研制的沉積物標準樣品SRM 1944(航道沉積物)和SRM 1941b(海洋沉積物)為對象，考察了QuEChERS方法在沉積物中優控14種PAHs前處理過程中的準確性和適用性，并對相關技術環節和參數進行優化，以期為沉積物中PAHs快速檢測技術提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Agilent 1100高效液相色譜系統，熒光檢測器(FLD)；WH-3漩渦振蕩儀；10 μL、100 μL、1 mL、5 mL氣密型注射器；Milli-Q純水系統，KQ-500DE數控超聲波清洗器，TDL-5高速離心機。

正己烷、丙酮、二氯甲烷等均為農殘級；乙睛為色譜純；水為Milli-Q超純水，N-丙基乙二胺(PSA)填料(Welchrom)。

1.2 實驗方法

1.2.1 土壤樣品的提取和凈化

精確稱取適量標準樣品和已冷凍干燥的樣品，分別按以下3種提取方法(索氏提取和QuEChERS)進行提取處理，每個方法平行3份。以空白石英砂為基質進行3種方法的全流程空白實驗。

索氏提取條件[17]：200 mL二氯甲烷水浴加熱，回流速度控制在6～8次/h，連續回流48 h。將收集的提取液經無水硫酸鈉干燥后，60 ℃水浴蒸發溶劑，正己烷替換至10 mL試管，氮吹定容至1～2 mL。硅膠柱凈化，20 mL正己烷-二氯甲烷(體積比1∶1)洗脫，洗脫液氮吹，乙腈替換定容至1 mL，待測。

QuEChERS 結合超聲提取條件：精密稱取2.00 g樣品于50 mL具塞玻璃試管中，加入10 mL乙腈，靜置過夜，超聲15 min，漩渦振蕩2 min，加入0.5 g NaCl，1 g無水MgSO4，漩渦振蕩1 min，溶液過0.45 μm濾膜，取濾液，加入200 mg PSA，漩渦30 s，3 500 r/min 離心 3 min，取上清液待測，另取5 mL上清液于60 ℃水浴氮吹濃縮至1 mL，待測。

1.2.2 色譜條件

SupelcosilTMLC-PAH專用液相色譜柱(15 cm×4.6 mm，0.5 μm)；柱溫20 ℃；進樣體積15 μL；流速0.8 mL/min；流動相為乙腈-水，梯度洗脫：0～10 min時，60%乙腈(體積分數，下同)；10～20 min時，60%～100%乙腈；20～36 min時，100%乙腈；熒光檢測器(FLD)采用程序波長檢測，見表1。

表1 熒光檢測波長程序

2 結果與討論

2.1 提取溶劑的比較

分別選擇乙腈、二氯甲烷、正己烷-丙酮(體積比1∶1)作為提取溶劑來考察QuEChERS法對NIST SRM 1944和SRM 1941b 2種沉積物標準中PAHs提取效率的影響，每種溶劑平行5份。用高速漩渦代替原QuEChERS 方法中的振搖提取。實驗結果表明，這3種溶劑對14種PAHs的提取效率無顯著性差異(PAHs單組分q檢驗，P=0.05)。二氯甲烷、正己烷-丙酮(體積比1∶1)是常規方法提取沉積物中PAHs使用較多的溶劑，在進行HPLC分析測定前，均需進行溶劑替換。而乙腈作為QuEChERS方法常用的提取溶劑，易于鹽析，與LC兼容可直接進樣測定。因此，本實驗最終確定乙腈作為提取溶劑。

2.2 QuEChERS提取方法的優化

初期實驗發現，單純僅通過漩渦來提取2種沉積物標樣中的PAHs，均存在回收率偏低的問題(圖1、圖2)。由于沉積物標樣均為干性基質，PAHs與樣品結合較為緊密，而漩渦在萃取方式上相對柔和，樣品與溶劑接觸時間短使得目標化合物不能有效溶出，上述因素均可影響PAHs的提取效率。因此，有必要在漩渦基礎上增加一些輔助手段，提高目標化合物的提取效率。

圖1 不同提取方法對NIST SRM 1944提取效率的比較(n=3)Fig.1 Comparison of the PAHs extraction efficiency for NIST SRM 1941b according to different extraction procedures (n=3)

圖2 不同提取方法對NIST SRM 1941b提取效率的比較(n=3)Fig.2 Comparison of the PAHs extraction efficiency for NIST SRM 1941b according to different extraction procedures(n=3)

超聲波輔助提取是應用較為普遍的一種前處理方法，利用超聲波的機械效應、空化效應以及熱效應等來增大介質分子的運動速度及穿透力，從而使目標化合物的提取更為有效。增加樣品與溶劑的接觸時間一定程度上也能增加目標化合物的溶出率。因此，本研究在單獨漩渦振蕩3 min的基礎上，分別設計了超聲+漩渦和浸泡過夜+超聲+漩渦2種方案，分別對SRM1944和SRM1941b進行提取測定，結果與標準參考值比較，計算回收率。同時為確保實驗結果的準確性，用傳統的索氏提取對2種沉積物標樣進行提取測定。考慮到超聲時間設定過長會因為熱效應導致提取溶劑溫度升高，進而揮發造成損失，故設定其提取時間為15 min。幾種提取方案的結果分別見圖1和圖2。

圖1、圖2結果顯示， SRM 1944與1941b 中 14種PAHs索氏回收率分別為78.9%～109.3%和80.9%～108.2%，相對標準偏差分別為1.46%～10.3%和1.27%～10.8%，說明標準樣品總體性質穩定，能保證實驗結果的可靠性。不同提取方案對這2種沉積物標準樣的提取效率從大到小順序依次為索氏浸泡+超聲+漩渦超聲+漩渦漩渦。沉積物通過預先浸泡，再通過超聲+漩渦提取，PAHs的回收率能明顯提高，SRM 1944與1941b中14種PAHs回收率分別為72.8%～104.9%、71.9%～96.4%，相對標準偏差分別為0.47%～3.45%和0.87%～3.05%，符合EPA8000C[18]關于基質加標回收率70%～130%的要求。

2.3 QuEChERS凈化方法的優化

QuEChERS凈化步驟關鍵在于吸附劑的選擇。常用的吸附劑有PSA(N-丙基乙二胺)、GCB(石墨化炭黑)及Florisil(弗羅里硅土)。PSA能去除提取液中的色素、有機酸、脂肪酸等；GCB常用于去除色素、甾醇類物質等，但對平面結構化合物會形成強烈的吸附；Florisil主要用于吸附極性化合物。沉積物中存在腐殖質、色素等，根據沉積物和PAHs特點，結合文獻[19-20]，本文主要比較了PSA和Florisil：將200 mg以上2種吸附劑分別加入未凈化的沉積物標準樣品SRM 1944和1941b乙腈提取液中，結果顯示PSA和Florisil均不會對PAHs有損失，與Florisil相比，PSA取得了理想的吸附效果：能明顯吸附溶液中色素，減少提取液中的雜質。

優化后的QuEChERS方法流程簡單，避免了索氏提取等傳統方法溶劑使用量大、容器之間的替換和溶劑濃縮使得誤差增大等缺點，降低了重復樣品測定的標準偏差，使得沉積物中PAHs的測定值更為準確。

2.4 校準曲線和方法檢出限

精密吸取EPA 610 PAHs混合標樣1 mL于100 mL棕色容量瓶中，乙腈稀釋至刻度，再稀釋成系列濃度的標準溶液，上機分析。取10g空白石英砂，加入PAHs標準溶液，加標量滿足14種PAHs的信噪比大于10，按照樣品分析的全部步驟，進行7次重復操作，求得7次測定值的標準偏差S，依照《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)計算方法檢出限，各組分的線性相關系數都在0.999 5以上,14種PAHs的方法檢出限為0.5～5.0 μg/kg(表2)。QuEChERS方法稀釋倍數較高，實驗將氮吹濃縮前后的提取液進行測定，結果表明PAHs濃度無明顯差異。因此，在實際沉積物樣品檢測過程中，可根據樣品中PAHs的含量以及檢出限要求選擇是否濃縮。

表2 沉積物中14種PAHs的標準曲線和方法檢出限

2.5 沉積物樣品的分析

為進一步驗證本研究建立的QuEChERS方法的可靠性，部分實際沉積物樣品采用本法進行了檢測，與索氏結果進行了比對，結果見表3。

從沉積物樣品PAHs結果來看，樣品1(除苊外)和樣品2中14種PAHs均有檢出：其中優化QuEChERS提取和索氏提取樣品1中PAHs含量范圍分別為ND～50.3 μg/kg和ND～54.7 μg/kg，樣品2中PAHs含量分別為48.8～2 530 μg/kg和47.8～2 442 μg/kg。樣品1 優化后QuEChERS測定值與索氏提取的比率為0.77～0.99，樣品2為0.87～1.20，索氏提取和優化后的QuEChERS方法對沉積物中高低濃度的PAHs測定結果比較接近，且優化后的QuEChERS方法相對標準偏差小。實際樣品結果表明，QuEChERS方法應用于沉積物中PAHs的檢測是可行的，適合批量沉積物樣品中PAHs快速分析測定，具有較為廣泛的應用前景。

表3 采用QuEChERS與索氏法測定的沉積物樣品PAHs結果對比(n=3)

3 結論

本研究開發的QuEChERS方案：樣品以乙腈浸泡過夜后，超聲15 min，高速漩渦3 min，上清液濃縮后以無水MgSO4+PSA凈化，HPLC-FLD檢測。實驗以沉積物標準樣品SRM 1944和SRM 1941b來考察QuEChERS技術參數，并與索氏提取相比較，14種PAHs回收率比較接近，但QuEChERS方法精密度更高。優化后的QuEChERS方法可以大大提高批量沉積物中PAHs的分析測試效率。

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Determination of 14 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Sediment by HPLC Coupled with Optimized QuEChERS

LYU Aijuan, SHEN Xiaoming, SHI Lei, CAI Xiaohu, SHEN Jialin, HU Jingke

Nanjing Centre, China Geological Survey, Nanjing 210016, China

The preparation method for determination of 14 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sediment using reference materials SRM1944 and SRM1941b from the National Institute of Standards and Technology (NIST) by high performance liquid chromatographic (HPLC) coupled with modified QuEChERS was developed, and compared with Soxhlet extraction. Route for the optimized QuEChERS method was: Samples soaked with acetonitrile, ultrasonic extracted 15 minutes, vortex oscillated 3 minutes, and were salted out by NaCl and MgSO4, then the extraction solvent was cleaned up with PSA, analyzed by HPLC with fluorescence detector. The limits of detection for 14 PAHs under optimum conditions were in the range of 0.5-5.0 μg/kg. Recovery rates for PAHs by QuEChERS and Soxhlet extraction in SRM1944 and SRM1941b were ranged from 73.4%-104.9%, 71.9%-96.4% and 78.9%-109.3%, 80.9%-108.2%, with relative standard deviations 0.47%-3.45%, 0.87%-3.05% and 1.46%-10.3%, 1.27%-10.8%. Recovery rates of optimized QuEChERS were in agreement with Soxhlet extraction, but with higher precision. This method was applied in the determination of PAHs in marine sediment, and the results were close to Soxhlet extraction. The optimized QuEChERS method meets the requirement for the rapid determination of PAHs in batch sediment samples.

optimized QuEChERS; polycyclic aromatic hydrocarbons; sediment; HPLC

2015-10-28；

2016-02-25

地質大調查項目“持久性有機污染物實驗技術與分析方法研究”(1212011120274)

呂愛娟(1981-)，女，江蘇常州人，碩士，工程師。

X833

A

1002-6002(2017)01- 0115- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.01.17