飲用水中超痕量多環芳烴測定方法的優化

王懌婷

(北京市自來水集團有限責任公司水質監測中心，北京 100192)

多環芳烴(PAHs)是一類對人體具有較強的毒性、突變性和致癌性的有機污染物，主要導致胃癌、肺癌和皮膚癌[1]。由于工業上石油、煤等原料的大量使用，PAHs在環境中已廣泛存在[2]，也是水體中重點監測的污染物之一。PAHs種類繁多，美國環保署(EPA)將其中的16種PAHs列為優先檢測物[3]，中國將其中的7種PAHs列為優先控制污染物[4]。我國的飲用水衛生標準中規定水中苯并[a]芘含量應小于0.01μg/L，多環芳烴總量不得大于2μg/L[5]。水體中的多環芳烴含量為痕量級[6- 7]，因此對于水體中PAHs的富集濃縮和更有效的提高檢測靈敏度顯得尤為重要。目前水中多環芳烴類物質的前處理主要采用液液萃取、固相萃取法，其分析方法主要有氣相色譜法[8]、氣相色譜質譜法[9]、高效液相色譜法等[10- 12]，應用最多的是固相萃取-液相色譜法(HPLC)，該方法穩定、適用性廣、操作便捷，但對PAHs多種混合物的分析過程較長，不能滿足對該污染物的快速篩查和分析。本研究針對熒蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3-cd)芘6種被列為優先控制的PAHs，通過對比常規HPLC測定方法，并優化色譜參數及分離條件，建立了一種更為快速、高效的PAHs超高效液相色譜(UPLC)分析法，更有效地提高了檢測靈敏度和精密度，滿足實際水樣中PAHs的痕量監測要求。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

儀器：Waters 2695型液相色譜儀(HPLC)，配2475熒光檢測器，色譜柱為PAHs專用柱(4.6mm×150mm，5μm)；Waters UPLC-H Class超高效液相色譜儀(UPLC)，配FLR熒光檢測器，色譜柱為PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)。

試劑及材料：甲醇、乙腈(美國Fisher公司，色譜純)、二氯甲烷，Milli-Q超純水；Waters HLB固相萃取小柱(6mL，200mg)；6種多環芳烴物質：熒蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3-cd)芘混合標準溶液(200μg/mL，美國AccuStandard公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1儀器參數及色譜條件

常規測定(HPLC)色譜條件：Waters 2695-HPLC，檢測器為2475熒光，PAHs色譜柱(4.6mm×150mm，5μm)，柱溫30℃，流動相為純甲醇，等度洗脫，流速1mL/min，進樣量10μL，熒光檢測器波長參數見表1。

表1 HPLC熒光檢測器波長參數

快速測定(UPLC)色譜條件：Waters H-Class-UPLC，檢測器為FLR熒光，PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)，柱溫30℃，進樣量5μL，流動相為乙腈、水，梯度洗脫，洗脫條件見表2，熒光檢測器波長見表3。

表2 UPLC梯度洗脫條件

表3 UPLC熒光檢測器波長參數

1.2.2樣品前處理

對于水體中痕量級的多環芳烴，本實驗采用固相萃取法富集，將Waters HLB固相萃取小柱依次用二氯甲烷5mL、甲醇5mL、純水10mL進行充分活化，在1L水樣中加入10mL甲醇和5g氯化鈉混勻，并以10mL/min的流速進行上樣富集，完成后用5%甲醇水溶液清洗雜質，用2mL二氯甲烷洗脫待測物質，3次洗脫后收集洗脫液并吹干，用乙腈定容至1mL待測。

2 結果與討論

2.1 分析條件探討

2.1.1色譜柱分析與探討

分別選取PAHs專用柱(4.6mm×150mm，5μm)和PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)進行實驗比對，分別按照1.2.1中的常規測定(HPLC)和快速測定(UPLC)的色譜條件洗脫分離，6種多環芳烴分離圖譜如圖1—2所示，2種測定方法的保留時間對比見表4。結果表明通過PAHs快速柱及UPLC建立的6種PAHs分析法可在7min內完成對混合標準物質的有效分離與測定，大大提高了檢測效率，檢測進程的縮短也更有利于節約溶劑與標準品、進樣量減少、環保性更佳。這主要是由于選擇更小粒徑的柱子，其填料更加緊密均一，柱效更高、速度更快。需要注意的是PAHs快速柱由于長度只有50mm，洗脫時應采用梯度洗脫，等度洗脫分離效果不佳，洗脫條件見表2。

表4 HPLC與UPLC測定6種PAHs的保留時間比較

圖1 6種多環芳烴HPLC熒光色譜圖

圖2 6種多環芳烴UPLC熒光色譜圖

2.1.2熒光波長參數的優化

檢測的6種多環芳烴在紫外區也有吸收，但檢測靈敏度較低，故本實驗選用響應值更高的熒光檢測器分析測定。為了使6種PAHs化合物達到更好的靈敏度和分離度，經過反復實驗優化，比較了6種多環芳烴物質在不同波長下的出峰時間和靈敏度，最終確立了最佳波長參數，見表1—3。需要說明的是波長參數變動較大時可造成出峰時間和基線漂移、波動較大，因此對于檢測波長接近的物質可選用一致的激發與發射波長。另外，相對于其他5種PAHS來說，茚并(1，2，3-cd)芘對于熒光波長參數的變動最為敏感，通過多次實驗得出茚并(1，2，3-cd)芘的最佳激發、發射波長分別為294、480nm。

2.2 線性范圍與檢出限

選用優化后的快速測定PAHs的UPLC法，進行方法的有效性驗證。取6種PAHs混合標準物質用甲醇稀釋，配制成濃度為1.0、2.5、5.0、10、25、50μg/L的混合標準系列，以濃度為橫坐標、峰面積為縱坐標建立標準曲線，其線性范圍和回歸方程見表5。結果表明，6種PAHs在1～50μg/L范圍內線性良好，相關系數均大于0.999，滿足日常測定要求。該方法檢出限通過公式MDL=t(n-1，0.99)×S得出(式中MDL：方法檢出限；n：添加低濃度樣品的平行測定次數；t：自由度為n-1、置信度為99%時的t分布；S∶n次平行測定的標準偏差)。故選用濃度為1.0μg/L的標準溶液，平行測定七次，根據上述公式計算出方法檢出限，結果見表5，6種多環芳烴化合物的方法檢出限(MDL)在0.30～0.70ng/L范圍內，適用于水體中PAHs的痕量分析。

表5 6種PAHs的線性范圍及檢出限

2.3 精密度與準確度

按照提速增效后的UPLC配置PAHs快速柱的實驗方法分別對不含此6種PAHs的空白水樣進行高低濃度加標回收實驗，加標濃度為1.0μg/L和50μg/L，平行測定6次，各物質的精密度和回收率見表6。結果顯示高低濃度加標后的回收率為83.3%～94.2%，相對標準偏差(RSD)小于7.2%，該方法的準確度、精密度均能滿足水樣中6種PAHs的快速痕量分析要求。

表6 6種多環芳烴的加標回收率與精密度

2.4 實際水樣測定

該方法經過有效性驗證后，選取某市有代表性的幾個水廠出水、原水及管網水進行分季度的PAHs監測普查工作，測定結果顯示在各批次水樣中6種PAHs均未檢出。

3 結語

本研究以6種被列為優先控制的多環芳烴為例，通過選取PAHs快速專用色譜柱，優化實驗條件，建立了一套固相萃取-超高效液相色譜法(UPLC)檢測水中的PAHs。該方法極大地縮短了分析過程，可在7min內完成6種PAHs的分離與測定，提升了大規模樣本的檢測通量，方法穩定，線性良好，重現性及靈敏度高，同時由于進樣量的減少，更利于節約標準參照物成本、節省溶劑、減少毒性。提速增效后的UPLC方法也是未來色譜分析的發展趨勢，其應用前景良好。該法適用于飲用水中PAHs的痕量測定要求，但目前檢測種類有限，對于除6種之外的其余多種PAHs的快速測定也是后續優化研究的方向。