用固相萃取技術富集水中多環芳烴

摘?要：本研究深入探討了有機改性劑、淋洗劑用量的加入，通過固相萃取技術對水中多環芳烴回收率的影響，并利用正交實驗和驗證實驗來探討固相萃取技術萃取水中多芬芳烴的影響因素，進而優化了固相萃取條件。結果表明，利用固相萃取技術的洗脫劑為二氯甲烷，樣品的流速為每分鐘5毫升，并分兩次進行洗脫，洗脫體積為2毫升，有機改性劑是濃度為200毫升每升的甲醇，這種萃取方法對于水中多環芳烴的回收率較高，而且操作步驟較為簡便。

關鍵詞：固相萃取;富集;水;多環芳烴

固相萃取技術是基于色譜理論的樣品前處理方式，能夠通過選擇性吸附和洗脫的方式，對樣品進行富集和純化，相比傳統的液液萃取來說，這種固相萃取更具有選擇性，而且回收率高，樣品不易發生乳化現象，分離時間較短，而且在此過程中所需的有機溶劑量較少，目前已經被廣泛利用與水質檢測、環境分析、食品分析等領域中，而且固相萃取已經逐步取代液液萃取，而成為樣品預處理比較有效的方法，具有良好的發展前景。

一、 固相萃取技術的原理

固相萃取包括液相和固相這兩個物理萃取過程，能夠通過固體吸附性，將水樣中的目標化合物進行吸附，能夠將樣品機體與一些干擾物質進行有效分離，通過選擇合適的有機溶劑進行洗脫，進而能夠實現分離和目標化合物富集的目的。一般來說，固相萃取包括四個步驟，分別是：活化吸附劑，上樣，淋洗，洗脫。在樣品萃取之前，需要選擇適當的有機溶劑進行固相萃取柱的淋洗，能夠清除吸附劑上面殘留的雜質，以免對萃取過程中目標化合物產生干擾，同時還可以激活固定相表面的活性基團?；罨２捎脙蓚€步驟：首先，先通過洗脫能力較強的溶劑來洗脫柱子中殘留的干擾物質和固定相，其次，再用洗脫能力較弱的有機溶劑對柱子進行淋洗，能夠與上樣的溶劑進行匹配，在上樣過程中將液態或者溶解之后的固態樣品倒入已經活化后的萃取柱中，淋洗和洗脫是在樣品進入吸附劑，目標化合物被有效吸附之后，可以先通過較弱的有機溶劑洗掉干擾化合物，其次，再用較強的有機溶劑將目標化合物進行洗脫，完成目標化合物的收集。

多環芳烴是一中廣泛存在于環境中很難降解的化合物，目前已經發現這類化合物是由兩百多種化合物構成，其中很多被確定為可能具有致癌性和導致突變的作用。目前，世界上有很多國家已經將多環芳烴作為監測污染物的指標。我國在1990年提出了68種水體優先控制污染物中，其中有7種化合物就是屬于多環芳烴。這種化合物在正常水體中濃度低，可以達到10-9，鑒于水中多環芳烴濃度較低的原因，因此需要采取有效的方法來檢測水中多環芳烴化合物。可以將樣品中的多環芳烴進行富集和分離，之后再利用儀器進行檢測。在過去，對多環芳烴樣品的處理中，采用的是液液萃取的方式，然而這種方法耗時較長，步驟較多，樣品前處理占據了分析過程60%的時間。然而利用固相萃取技術時所需的容積量較少，而且藥品不易發生乳化，富集速度較快，在過去幾年已經被廣泛應用于水中有機物的富集和分離。本文通過正交實驗來說明利用固相萃取技術來富集水中多環芳烴的各因素的關系，進而通過優化固相萃取條件，來提高水中多環芳烴的回收率，以提高檢測的準確度。固相萃取的分離模式依據的是固定相中吸附劑類型和洗脫液的性質。當前，固相萃取固定相中吸附劑種類較多，比如氧化鋁硅、硅膠、中性炭、硅酸鎂等，化學鍵合相硅膠中，正相有二醇基、氨基、腈基，而反相有C1、C2、C3、C18、環己基、苯基等，離子交換有羧基、氨基、二氨基等，此外還有一些聚合物。固相萃取劑要求需要對流動相和被富集混合物呈現化學惰性之外，還需要保持吸附可逆性，具有較強的吸附能力，而選擇洗脫液將直接影響樣品的凈化程度以及目標化合物的回收率，對于反相吸附鍵，如C18來說，一般使用的是甲醇和乙腈作為洗脫劑，如果洗脫液不能與柱床上的殘留洗脫液互溶，則無法與固定相充分作用，將導致回收率效果不佳。

二、 研究材料

（一） 儀器選擇

在本次研究中，我們選擇美國安捷倫公司生產的高效液相色譜儀，在色譜柱上選擇，選擇LC-PAH C18色譜柱，是由美公司VYDAC公司所生產的，WATERS公司生產的真空提取裝置，美國公司MILLIPIORE公司生產的超純水器，固相萃取小柱型號為Oasis

HLB。

（二） 試劑選擇

本次實驗中所選用的試劑分別有超純水，多環芳烴的標樣，甲醇為優級醇，硫代硫酸鈉，二氯甲烷，異丙醇，四氫呋喃。我們參考文獻資料，將標樣稀釋成七個不同濃度，并繪制標準曲線，按照要求來配置之后進行加標回收實驗檢測。

（三） 條件選擇

在色譜條件的選擇上，首先流動相使用的是甲醇，流速控制在每分鐘1毫升，色譜柱溫度為35℃，進樣量為25毫升，檢測器采用的是紫外分光檢測器和熒光檢測器串聯而成，紫外分光檢測器用來檢測ph和ip，波長為254納米，其他的多環芳烴則是采用熒光檢測器進行檢測。

三、 樣品的富集

首先，在樣品的采集和保存中，要將樣品保存于棕色玻璃瓶中，容量為1升，如果樣品中存在過多的氯原子，則需要在每升水中加入25毫克硫代硫酸鈉，在采樣時每升水中需要添加200毫升的甲醇作為有機改性劑，樣品采集完之后需要置于4℃冰箱保存，并且在24小時內完成樣品的預處理實驗。其次，進行樣品的富集。首先，先用2毫升的二氯甲烷進入柱子中，需要以較低的速度流過，抽真空五分鐘，去除填料中殘留的干擾物質，再加入2毫升的甲醇，用于色譜柱的活化，最后用純水移除活化溶劑。在這個過程中需要注意對固相萃取柱進行活化和條件優化，不能將柱床抽干，以避免填料常發生裂隙，進而對樣品回收率產生一定的影響。需要保持每分鐘5毫升的流速將水樣全部通過固相萃取之后，將柱中加入5毫升的超純水，緩慢流過，去除水中易溶于水的雜質。通入30分鐘的空氣之后，使已經吸附的固相萃取柱干燥。在洗脫過程中需要將固相萃取柱子儲存在4℃冰箱中，20天內需要將多環芳烴從固相萃取柱中洗脫下來，可以分兩次添加2毫升的二氯甲烷進行固相萃取柱洗脫，分別洗下被測目標化合物，并將兩次洗脫下來的液體合并起來用于液相色譜儀分析。

四、 設計正交實驗

在本次實踐過程中，我們分別進行兩組實驗，從樣品的富集和洗脫上選取固相萃取小柱、有機改性劑、樣品流速作為實驗方案的影響因素，除此之外，選取洗脫溶劑、洗脫的體積和次數這三個因素作為洗脫正交實驗考查的因素。每個因素選取三個范圍值，進而能夠測定苯并芘加標到水質中的回收率，并將此作為檢測指標，利用正交表進行實驗方案設計，各個因素的水平表如下所示。

五、 研究結果

首先，我們對正交實驗的研究結果進行分析，我們發現，各影響因素對于水樣富集的影響程度上，依次是有機改性劑、固相萃取小柱、樣品的流速。其中我們通過正交實驗發現最佳的實驗方案為方案四，水樣富集的最佳方案為：利用濃度為20%的甲醇作為有機改性劑，選擇型號為Waters Oasis

HLB的固相萃取小柱，樣品流速控制在每分鐘5毫升之外，我們通過實驗還發現各個因素對于洗脫影響程度上依次為洗脫溶劑、次數、體積。最終確定了最佳的實驗方案為實驗四。洗脫的最佳方案為：選擇二氯甲烷作為洗脫溶劑，洗脫體積控制在2毫升，分兩次進行洗脫。根據結果表明，對于固相萃取技術及水中多環芳烴的影響來看，洗脫溶劑和有機改性劑影響是比較大的，其次是洗脫次數，而樣品的流速、固相萃取小柱以及洗脫體積，對于固相萃取富集水中多環芳烴的影響程度較小。

我們根據正交實驗的研究結果，針對影響固相萃取富集水中多環芳烴的因素進行驗證實驗，也就是對洗脫溶劑和有機改性劑進行驗證。首先對洗脫溶劑的驗證實驗上遵循相似相溶的原理選擇洗脫溶劑，在文獻中曾介紹了二氯甲烷和四氫呋喃可以洗脫C18小柱，因此我們選擇二氯甲烷、四氫呋喃以及甲醇作為多環芳烴加標回收率實驗中的洗脫溶劑，我們發現這三種洗脫溶劑中洗脫效果最好的是二氯甲烷，從溶劑的強度上來看，不同溶劑強度對于多環芳烴的洗脫效果存在較大差異。甲醇是一種極性溶劑，然而其洗脫效果較差，尤其對于較大的多環芳烴來說，洗脫效果不理想。四氫呋喃極性次之，洗脫效果次之。二氯甲烷的極性最小，而二氯甲烷的洗脫效果是最佳的。

我們選取三份出廠水進行研究，其中一份樣品中不添加任何有機改性劑，其余兩份每升水中分別加入200毫升的甲醇和200毫升的異丙醇作為有機改性劑，對上述三份水樣進行多環芳烴加標回收，結果發現，添加200毫升甲醇作為有機改性劑的樣品回收率比較好，而在沒有添加任何有機改性劑的樣品中三環、四環結構的多環芳烴回收率是可以接受的，然而五環、六環的多環芳烴結構化合物回收率明顯降低。而當加入了異丙醇和甲醇之后樣品中大的多環芳烴回收率得到明顯提升。這是由于當大量的水通過固相萃取小柱之后，C18表面恢復了較強的親水性，而使得都多環芳烴的回收率受到抑制。在樣品中添加一定的有機改性劑之后能夠使固相萃取柱中C18鍵合相表面含有一定的有機溶劑薄層，能夠改善碳C18表面和水溶液介質中較強親水性組分的能力，進而能夠提高多環芳烴的回收率，這主要是由于加入有機改性劑之后，可從一定程度上增強水質中多環芳烴的溶解度，減少容器壁上的吸附，進而提高回收率。

六、 小結

在本次研究中，我們通過正交和驗證性實驗，深入探討了固相萃取技術在富集水樣中多環芳烴的影響因素，進而通過實驗優化，獲得了固相萃取技術條件，選擇了固相萃取小柱，二氯甲烷作為洗脫溶劑，水樣的回收效果是比較好的。在每升水樣中添加200毫升的甲醇作為有機改性劑，能夠顯著提高樣品的回收率，然而，將樣品洗脫超過兩次和洗脫體積超過兩毫升時，這對于多環芳烴的回收率沒有顯出影響。樣品的流速應當控制在每分鐘5毫升，在固相萃取技術的影響因素中，對于富集效果來說，影響最大的是洗脫溶劑和有機改性劑，其次為洗脫次數，最后為洗脫體積、固相萃取柱以及樣品的流速。固相萃取方法對于水中多環芳烴的回收率較高，而且操作步驟較為簡便，值得被廣泛使用。

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作者簡介：

李淑蓮，寧夏回族自治區銀川市，寧夏工商職業技術學院能源化工學院。