水中16種多環(huán)芳烴的液液萃取-液相色譜方法優(yōu)化

水中16種多環(huán)芳烴的液液萃取-液相色譜方法優(yōu)化

由于多環(huán)芳烴（pahs）的特點(diǎn)是排放量大、分解慢、“三致”作用（致、致、突變），水體中的pahs引起了全世界的關(guān)注。美國(guó)環(huán)境管理局（federalgailianconsumerassociation）在水中列出了16種母親，優(yōu)先控制著2，中國(guó)將7種母親池塘作為水中的優(yōu)先控制3，并要求飲用水和水源中苯的含量不得超過(guò)2.8mg1.4-5。不同的原因。如何正確測(cè)量水中的許多pahs，仍然是監(jiān)測(cè)環(huán)境的難題。高效液相色譜(HPLC)是開(kāi)展水中16種PAHs監(jiān)測(cè)分析的推薦方法［6］.然而HPLC耗時(shí)(至少30min),并且產(chǎn)生大量有機(jī)廢液.近年來(lái)發(fā)展的超高壓液相色譜(UPLC)由于采用更加細(xì)小填料(約2μm粒徑)的色譜柱,得到更高的柱效和更快的分離速度［7］,在PAHs分析中具有較大的應(yīng)用前景.水中PAHs的前處理方法有液液萃取法［8］、固相萃取法［9］和固相微萃取法［10］等,液液萃取法由于操作簡(jiǎn)單,幾乎不涉及專用儀器設(shè)備,目前仍被環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)等廣泛采用［11］.PAHs液液萃取中一些重要條件,如大體積萃取液的濃縮方式和上機(jī)分析前的溶劑置換條件等,直接影響PAHs分析的準(zhǔn)確性,需深入研究,目前尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道.本文針對(duì)水中16種PAHs的液液萃取-液相色譜法,從色譜條件、溶劑置換條件和萃取液濃縮方式等重要方面進(jìn)行優(yōu)化研究,以期為快速、準(zhǔn)確地分析水中16種PAHs提供參考.1實(shí)驗(yàn)部分1.1pahs標(biāo)準(zhǔn)溶液及色譜高效液相色譜(LC-20A,日本島津公司),超高壓液相色譜(UPLCH-class,美國(guó)沃特世公司),垂直振蕩器(MMV-1000W,日本TokyoRIKAKIKAI),氮吹儀A(TurboVapⅡ,美國(guó)CaliperLifeSciences公司),氮吹儀B(美國(guó)OrganomationAssociate公司),旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE111,瑞士BUCHI公司),16種PAHs標(biāo)樣(200μg·mL－1,美國(guó)AccuStandard公司),無(wú)水硫酸鈉和氯化鈉(分析純,北京化工廠)使用前400℃馬弗爐烘烤3h后冷卻備用,乙腈(色譜純,美國(guó)TEDIA公司),二氯甲烷(農(nóng)殘級(jí),美國(guó)Kanglin公司),水為二次去離子水.1.2萃取-萃取-分離取1L水樣于分液漏斗中,加入30gNaCl充分溶解,加入50mL二氯甲烷,手搖放氣后以280r·min－1速度振蕩萃取10min,靜置分層,分離收集萃取液.再重復(fù)萃取兩遍,合并萃取液,過(guò)無(wú)水硫酸鈉脫水.1.2.2氮吹濃縮法采用兩種方式對(duì)萃取液進(jìn)行濃縮和置換:(1)通過(guò)氮吹儀A(水浴50℃,氮?dú)?.4bar)氮吹至約0.5mL,加入5mL乙腈混勻,繼續(xù)氮吹濃縮至約0.75mL后定容至1mL;(2)通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(水浴50℃)濃縮至1—2mL后,加入5mL乙腈繼續(xù)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)數(shù)分鐘,轉(zhuǎn)移至氮吹儀B濃縮(水浴50℃)至約0.75mL,定容至1mL.1.3色譜條件選擇HPLC條件:WatersPAHsC18色譜柱(4.6mm×250mm,5μm),柱溫30℃,流速1.5mL·min－1,流動(dòng)相:A水、B乙腈,梯度洗脫(0—5min:50%B,5—20min:50%B增加至100%,20—28min:100%B,28—34min:50%B,進(jìn)樣量10μL.檢測(cè)器條件見(jiàn)表1.UPLC條件:WatersBEHShieldRP18色譜柱(2.1mm×150mm,1.7μm),柱溫45℃,流速0.5mL·min－1,流動(dòng)相:A水、B乙腈,梯度洗脫(0—2min:50%B,2—15min:50%增加至80%B,15—20min:50%B),進(jìn)樣量5μL,檢測(cè)器條件見(jiàn)表1.2結(jié)果和討論2.1熒光檢測(cè)條件選擇根據(jù)16種PAHs的理化性質(zhì)差異,優(yōu)化流動(dòng)相的梯度洗脫條件,使其在HPLC和UPLC中得到分離,見(jiàn)圖1.由于苊烯不產(chǎn)生熒光信號(hào),故采用紫外檢測(cè)器(220nm),其余15種PAHs均可產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光信號(hào),適用于熒光檢測(cè)器分析.根據(jù)HPLC和UPLC熒光檢測(cè)器中15種PAHs的信號(hào)響應(yīng),選擇靈敏度高的檢測(cè)波長(zhǎng),并對(duì)檢測(cè)波長(zhǎng)與保留時(shí)間接近的PAHs,盡量采用統(tǒng)一的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng),避免出峰時(shí)間漂移對(duì)測(cè)定的干擾,具體檢測(cè)條件見(jiàn)表1.2.2溶劑組條件的優(yōu)化2.2.1氯甲烷含量對(duì)pahs檢測(cè)的影響水樣經(jīng)過(guò)二氯甲烷萃取濃縮,在液相色譜分析前需要將二氯甲烷溶劑置換為乙腈.本實(shí)驗(yàn)研究了溶劑中二氯甲烷的含量對(duì)PAHs熒光信號(hào)的影響,見(jiàn)圖2.當(dāng)二氯甲烷含量為10%時(shí),15種PAHs的熒光信號(hào)幾乎沒(méi)有變化,當(dāng)二氯甲烷的含量是30%和50%時(shí),15種PAHs的熒光信號(hào)均有不同程度的變化,其中苯并(a)芘和苯并(g,h,i)苝的熒光信號(hào)改變明顯,增強(qiáng)了約90%和40%.溶劑環(huán)境(如溶劑極性、黏度和弛豫度等)影響熒光物質(zhì)的信號(hào),其中溶劑極性的增加,可引起熒光強(qiáng)度的下降或者熒光波長(zhǎng)的紅移［12］.本實(shí)驗(yàn)中隨著溶劑中二氯甲烷的含量增加,溶劑極性減小,使得苯并(a)芘和苯并(g,h,i)苝的熒光信號(hào)顯著提高.因此需將二氯甲烷溶劑充分置換為乙腈,避免由于熒光信號(hào)的不穩(wěn)定而降低PAHs檢測(cè)的準(zhǔn)確性.2.2.2氮吹剩余體積的影響氮吹是樣品濃縮的常用手段.本實(shí)驗(yàn)考察了氮吹濃縮的剩余體積(近干、剩0.1mL和剩0.2mL)對(duì)16種PAHs回收率的影響.圖3顯示氮吹剩余體積對(duì)2環(huán)和3環(huán)PAHs(1—6號(hào))的回收率有較大影響,剩余體積越小,低環(huán)數(shù)PAHs的回收率越低.當(dāng)剩余體積為0.2mL時(shí),16種PAHs的回收較高,達(dá)到88.3%—111.2%.因此,剩余體積需保持0.2mL以上以減少低環(huán)數(shù)PAHs在氮吹過(guò)程中的損失.2.2.3乙腈對(duì)二氯甲烷溶劑回收率的影響溶劑置換過(guò)程中,加入的乙腈體積直接影響置換效果.本實(shí)驗(yàn)在二氯甲烷溶劑剩余約0.5mL時(shí),加入不同體積的乙腈(3、5和10mL),考察了溶劑置換效果,見(jiàn)圖4.當(dāng)加入3mL乙腈時(shí),苯并(a)芘和苯并(g,h,i)苝的熒光信號(hào)顯著增強(qiáng),導(dǎo)致回收率異常增高,分別為337%和254%,說(shuō)明此時(shí)二氯甲烷溶劑置換不充分.當(dāng)乙腈體積為5mL時(shí),回收率分別為91%和93%;當(dāng)乙腈體積增加為10mL時(shí),回收率略微下降,分別為85%和88%.說(shuō)明當(dāng)加入乙腈體積為5mL和10mL時(shí),二氯己烷溶劑置換充足.因此,選擇加入5mL乙腈進(jìn)行溶劑置換,既保證溶劑置換充足,又使回收率保持在較高水平.2.3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法pahs在前面的優(yōu)化條件下,比較了兩種常見(jiàn)的萃取液濃縮方式(旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法和氮吹法)對(duì)16種PAHs回收率的影響,見(jiàn)圖5.對(duì)于氮吹法,2—3環(huán)PAHs回收率較低,在47.3%—60.4%之間;4—6環(huán)PAHs回收率較高,在72.0%—99.6%之間;平均回收率為77.6%.對(duì)于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法,16種PAHs的回收率為84.3%—107.0%,平均回收率為99.6%,回收率顯著高于氮吹法.16種PAHs的飽和蒸汽壓從10－2到10－11mmHg(25℃),其揮發(fā)性存在較大差異,苯環(huán)越少的PAHs,其揮發(fā)性越強(qiáng).氮吹法利用氮?dú)獾目焖倭鲃?dòng)打破萃取液上空的氣液平衡,使溶劑揮發(fā)速度加快,溶劑中一部分易揮發(fā)PAHs(如萘、苊、苊烯、芴等)會(huì)隨著快速流動(dòng)的氮?dú)舛D(zhuǎn)移到空氣中,從而降低了回收率.而本實(shí)驗(yàn)中的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法未使用真空,僅依靠旋轉(zhuǎn)平底燒瓶,使瓶?jī)?nèi)壁產(chǎn)生很薄的萃取液膜從而加速蒸發(fā)溶劑;因而是較溫和的濃縮方法,可減少低環(huán)數(shù)PAHs的損失.所以選擇旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法用于大體積萃取液的濃縮,可顯著提高低環(huán)數(shù)PAHs的回收率.2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限圖1顯示在UPLC中,16種PAHs的分析時(shí)間為20min,為HPLC(34min)的59%,并且一次分析中消耗約6.6mL乙腈,為HPLC(37.1mL)的18%,因此UPLC顯著節(jié)省時(shí)間和有機(jī)溶劑.然而UPLC未能完全分離16種PAHs,其中苯并(a)蒽和不能基線分離,另外苯并(g,h,i)苝和茚并(1,2,3-cd)芘雖然勉強(qiáng)得到分離,但由于兩峰相鄰過(guò)近,難以同時(shí)應(yīng)用各自最佳的熒光條件,降低了檢測(cè)靈敏度.分別配制16種PAHs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,采用HPLC和UPLC分析,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線及相關(guān)系數(shù).儀器檢出限是通過(guò)3倍信噪比(S/N)計(jì)算得到,儀器精密度是通過(guò)連續(xù)分析一定濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,計(jì)算信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)得到.表2顯示了HPLC和UPLC的16種PAHs標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)、精密度和儀器檢出限.對(duì)于HPLC,16種PAHs在10—400μg·L－1范圍內(nèi)線性良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.9993;儀器檢出限為0.02—8μg·L－1;400μg·L－1標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進(jìn)樣5次,RSD為0.6%—7.7%,平均RSD為3.0%;對(duì)于UPLC,16種PAHs在1—80μg·L－1范圍內(nèi)線性良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.9995;儀器檢出限為0.004—2μg·L－1;10μg·L－1標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進(jìn)樣7次,RSD在0.1%—5.1%之間,平均RSD為1.0%.綜合比較,雖然UPLC中部分PAHs未達(dá)到基線分離,但其16種PAHs標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系、儀器的精密度和靈敏度優(yōu)于HPLC.在1L二次去離子水(未檢測(cè)出PAHs)中加入0.1μg和0.4μg的16種PAHs至濃度分別,采用優(yōu)化后的方法,查看PAHs在不同加標(biāo)水平下的回收率,見(jiàn)表2.在兩種加標(biāo)水平下,16種PAHs的回收率較高,分別為88.2%—107.5%、84.2%—108.5%,RSD分別為5.1%—7.3%、2.2%—6.2%.2.5加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果應(yīng)用優(yōu)化的方法測(cè)定3種實(shí)際水樣(自來(lái)水、飲用水源地水、公園湖水)中的16種PAHs(表3),同時(shí)選擇飲用水源地水開(kāi)展加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)(加標(biāo)量為0.016μg).結(jié)果顯示,自來(lái)水中檢出7種PAHs,濃度為0.2—4.8ng·L－1;飲用水源地水中檢出4種PAHs,濃度為0.3—13.9ng·L－1,加標(biāo)回收率為73.1%—107.5%;公園湖水中檢出14種PAHs,濃度為0.6—29.0ng·L－1.3熒光信號(hào)的變化UPLC在分析時(shí)間、有機(jī)溶劑消耗量、標(biāo)準(zhǔn)曲線