高效液相色譜法同時測定環境水中多種有機污染物的研究

摘" 要：

旨在開發一種高效液相色譜法（HPLC）用于同時測定環境水中的多種有機污染物，以應對日益嚴峻的水體污染問題。針對非揮發性和熱不穩定的有機污染物，優化了色譜條件，實現了苯酚、氯酚等污染物的準確測定，檢出限低至2.5 ng/L。通過與氣相色譜-質譜法（GC-MS）和超高效液相色譜-串聯質譜法（UHPLC-MS/MS）的比較，HPLC顯示出在操作簡便性和成本效益方面的優勢。結果表明，HPLC是一種有效的環境水樣分析工具，適合于資源有限情況下的有機污染物監測，為水質評估和污染防治提供了科學依據。

關鍵詞：環境水監測；高效液相色譜法；有機污染物；分析方法比較

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.003

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：

1004-8901（2024）04-0010-03

作者簡介： 毛安麗（1995年—），女，河南信陽人，碩士，現主要從事熒光生物傳感的研究。

通信作者：

宋雅潔（1990年—），女，河南信陽人，本科，現主要從事呼吸、內分泌研究。

Study on Simultaneous Measurement of Multiple Organic Pollutants in Environmental Water via High Performance Liquid Chromatography

MAO An-li， SONG Ya-jie*

（Xinyang Vocational and Technical College， Xinyang Henan 464000， China）

Abstract：

This study aims to develop a high performance liquid chromatography （HPLC） method for simultaneous measurement of multiple organic pollutants in environmental water against the backdrop of increasingly severe water pollution. For non-volatile and thermally unstable organic pollutants， the chromatographic conditions are optimized to achieve accurate measurement of phenol， chlorophenol and some other pollutants， the detection limit of which is as low as 2.5 ng/L. Compared with gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） and ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry （UHPLC-MS/MS）， HPLC shows advantages in operation simplicity and cost effectiveness. The results show that HPLC is an effective tool for environmental water sample analysis， which is suitable for monitoring organic pollutants in the case of limited resources， and provides a scientific basis for water quality assessment and pollution prevention.

Keywords：

environmental water monitoring; high performance liquid chromatography （HPLC）; organic pollutants; comparison of analytical methods

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2024.04.003

在眾多的環境監測技術中，高效液相色譜法（HPLC）因其高分離效率、高靈敏度和廣泛的應用范圍而成為一種重要的分析手段［1］。HPLC能夠有效地分離和定量復雜的有機混合物，尤其適用于那些難以揮發或熱不穩定的有機污染物。然而，傳統的HPLC方法通常針對單一或少數幾種目標化合物，對于同時測定多種有機污染物的能力有限，這限制了其在環境監測中的應用。為了克服這一限制，本研究旨在開發一種改進的高效液相色譜法，用于同時測定環境水中多種有機污染物。通過優化色譜條件、選擇合適的固定相和流動相，以及采用先進的檢測技術，力圖提高該方法的靈敏度和選擇性，實現對多種有機污染物的同時檢測。這不僅能夠提高分析效率、降低監測成本，還能夠為環境風險評估和污染源追蹤提供更為全面的數據支持。

1" 材料與試劑

1.1" 試劑的純度與來源

本研究所用的標準品包括苯酚、氯酚、多氯聯苯等有機污染物，均購自Supelco或AccuStandard公司，純度在98%以上（見表1）。這些標準品用于建立色譜分析的方法學，通過制備不同濃度的標準溶液進行校準曲線的繪制，確保了分析結果的準確性。為了驗證方法的準確性和重復性，本研究還使用了來自環境水體的實際樣品。這些樣品采集自不同地理位置的河流、湖泊和地下水，經過適當的前處理，如過濾、酸化等，以去除懸浮物和微生物，保證樣品適合HPLC分析。

1.2" 儀器與設備

為了實現高效液相色譜法（HPLC）對環境水中多種有機污染物的精確測定，本研究選用了一系列高性能的儀器與設備（見表2）。核心分析設備為Agilent 1260 Infinity Ⅱ高效液相色譜儀，配備有二元高壓梯度泵、自動進樣器以及二極管陣列檢測器（DAD），波長范圍為190～800 nm，能夠提供高分辨率的色譜分離和靈敏的檢測。為了確保樣品的質量和處理的一致性，本研究使用了Millipore Milli-Q Direct 8純水系統來制備超純水，電阻率達到18.2 MΩ·cm，用于所有緩沖液和稀釋劑的制備。樣品的前處理包括使用Whatman玻璃纖維濾紙進行過濾，以去除懸浮顆粒，確保樣品的清晰度。所有玻璃器皿在使用前均經過450 ℃的高溫灼燒處理，以消除可能的污染。

1.3" 實驗方法設計

本研究精心設計了一套實驗方法，旨在通過高效液相色譜法（HPLC）對環境水中的多種有機污染物進行準確測定。實驗流程開始于水樣的采集與前處理，所有水樣均在無菌條件下采集，并在4 ℃下儲存，以防止污染物發生任何變化。采集的水樣首先通過0.45 μm的微孔濾膜過濾，以去除懸浮顆粒，然后進行pH值調節，確保在最佳pH值條件下進行色譜分析。

色譜分析采用Agilent 1260 Infinity II HPLC系統，配備C18色譜柱，流動相為乙腈和水的梯度洗脫系統，流速設定為1.0 mL/min。初始條件為乙腈和水的比例為20∶80，持續10 min，在接下來的30 min內，線性增加乙腈比例至80∶20，最后在5 min內恢復至初始比例。檢測波長設定在254 nm，以最大化有機污染物的紫外吸收。為了確保方法的準確性和重復性，本研究對色譜條件進行了優化，包括流動相的pH值、乙腈和水的比例以及流速。此外，本研究還進行了方法學驗證，包括精密度、準確度、檢出限和定量限的評估。所有分析均進行3次重復，以評估數據的變異性。

在數據處理方面，本研究采用了統計學方法來檢驗實驗結果的可靠性。使用SPSS軟件進行數據分析，通過方差分析（ANOVA）來評估不同條件下的色譜結果是否存在顯著差異。此外，對于每個有機污染物的檢測結果，本研究計算了平均值、標準偏差和相對標準偏差（RSD），以評估方法的精密度和重復性。

2" 結果與討論

2.1" 方法學驗證

在本研究中，對所開發的高效液相色譜法（HPLC）進行了嚴格的方法學驗證，以確保其在環境水樣中多種有機污染物測定中的準確性和可靠性。驗證過程包括了精密度、準確度、檢出限（LOD）和定量限（LOQ）的評估。

精密度測試通過連續5日的重復分析同一水樣來完成，以評估日間和日內的變異性。結果顯示，所有目標有機污染物的相對標準偏差（RSD）均低于5%，表明該方法具有良好的精密度。

準確度通過添加已知濃度的標準品至水樣中，并比較添加前后的濃度變化來評估。添加回收率實驗表明，大多數有機污染物的回收率在90%至110%，符合分析化學的要求。檢出限和定量限的確定基于信噪比，分別為3∶1和10∶1。所有目標污染物的LOD和LOQ均低于環境水質標準中規定的限值，確保了方法對環境監測的適用性（見表3）。

2.2" 環境水樣分析

在本研究中，應用了經過驗證的高效液相色譜法（HPLC）對采集自不同地理位置的環境水樣進行有機污染物的分析。水樣涵蓋了工業區附近的河流、城市內湖泊以及郊區的地下水，共計30個樣本。分析結果顯示，在所有水樣中，共檢出了包括苯酚、氯酚、多氯聯苯和農藥殘留在內的多種有機污染物。具體的檢出情況見表4，其中苯酚和氯酚在所有水樣中的檢出率較高，分別為90%和80%，這可能與工業排放和生活污水排放有關；多氯聯苯和農藥殘留的檢出率較低，分別為60%和50%，這可能與這些污染物的使用頻率和分布范圍有關。

2.3" HPLC與GC-MS及UHPLC-MS/MS的比較

在本研究中，采用高效液相色譜法（HPLC）成功實現了環境水中多種有機污染物的同時測定。通過與現有文獻的研究結果進行比較，本研究可以更深入地討論和理解本研究的方法在環境分析領域的應用價值和潛在優勢。

陳翊等［2］通過氣相色譜-質譜法（GC-MS）對外環境水中有機氯農藥及多氯聯苯污染物進行了測定。雖然GC-MS在定性分析方面具有顯著優勢，但其對樣品的揮發性和熱穩定性要求較高，這限制了其在非揮發性有機污染物分析中的應用。相比之下，本研究的HPLC方法能夠有效分析這類污染物，且無需復雜的樣品前處理過程，如衍生化反應。黃心柯等［3］使用高靈敏度便攜式傅里葉紅外分析儀測定水中揮發性有機污染物，該方法雖然便攜且快速，但通常在靈敏度和選擇性方面不如HPLC。崔勇等［4］［6］通過超高效液相色譜-串聯質譜（UHPLC-MS/MS）測定了生活飲用水及水源水中的有機污染物殘留量。UHPLC-MS/MS在檢測限和定量限方面具有顯著優勢，但其設備成本較高，且操作相對復雜。武法偉等［5］采用液液萃取-氣相色譜-質譜法（LLME-GC-MS）測定了水中的半揮發性有機污染物。該方法通過液液萃取提高了樣品的回收率，但操作步驟繁瑣且耗時。相比之下，本研究的HPLC方法簡化了樣品前處理流程，減少了分析時間，同時保持了良好的分析性能。

3" 結論

在本研究中，成功開發并驗證了一種高效液相色譜法，用于同時測定環境水中多種有機污染物。通過與現有分析方法的比較，顯示出在特定條件下的優勢，尤其是在處理非揮發性有機污染物方面。這項工作不僅為環境監測提供了一種有效的分析工具，也為未來相關領域的研究奠定了堅實的基礎。隨著技術的不斷進步，期待該方法能夠得到進一步的優化和廣泛應用，以更好地保護水資源和環境健康。

參考文獻：

［1］ 葉燕慧，劉陽春，王東霞，等.直接進樣-超高效液相色譜-串聯質譜法同時測定水中14種有機污染物［J］.質譜學報，2022，43（2）：252-262.

［2］" 陳翊，張玉，李正.氣相色譜-質譜法測定外環境水中有機氯農藥及多氯聯苯污染物［J］.中國衛生檢驗雜志，2021，31（8）：922-926.

［3］ 黃心柯，唐嘉璐，雷哲兮.高靈敏度便攜式傅里葉紅外分析儀測定水中揮發性有機污染物［J］.冶金管理，2021（7）：24-25.

［4］ 崔勇，方赤光，李青，等.生活飲用水及水源水中15種有機污染物殘留量的超高效液相色譜-串聯質譜同時測定法［J］.環境與健康雜志，2018，35（3）：252-255.

［5］ 武法偉，劉夢，董淑娟，等.液液萃取-氣相色譜-質譜法測定水中27種半揮發性有機污染物［J］.分析試驗室，2017，36（5）：427-432.

［6］ 崔勇，方赤光，李青，等.超高效液相色譜-串聯質譜同時測定生活飲用水及水源水中7種有機污染物殘留量［J］.中國衛生工程學，2017，16（2）：125-128.

修改稿日期：

2024-04-15