16種多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品研究*

房麗萍　邱赫男　劉海萍　王　偉　封躍鵬　田　文

(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，北京 100029)

0　引言

多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，簡(jiǎn)稱(chēng)PAHs)是指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔铮煞譃榉枷愠憝h(huán)型及芳香非稠環(huán)型。PAHs是一類(lèi)致癌性很強(qiáng)的環(huán)境污染物，有很強(qiáng)的致畸、致癌、致突變作用，它可以附著在顆粒物表面直接被人體吸入或通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，極大地威脅著人類(lèi)的健康。由于PAHs直接關(guān)系到人類(lèi)健康，大多數(shù)國(guó)家都將PAHs列為環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一，并制定了相關(guān)法律來(lái)控制PAHs對(duì)人類(lèi)生活環(huán)境的危害。我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中[1]規(guī)定，苯并[a]芘在水中的含量應(yīng)小于0.01 μg/L，多環(huán)芳烴總量應(yīng)小于0.002 mg/L。美國(guó)環(huán)保局列出16種PAHs為優(yōu)先控制污染物，要求總量不得大于0.2 μg/L，我國(guó)也將7種PAHs列為優(yōu)先控制污染物。

隨著我國(guó)對(duì)PAHs監(jiān)測(cè)力度的加大，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的需求也在日益增加，但是，目前我國(guó)絕大部分標(biāo)準(zhǔn)樣品仍然依賴(lài)進(jìn)口，主要來(lái)自于美國(guó)的Accustandard、ChemService、Supelco等公司，存在價(jià)格昂貴、供貨周期長(zhǎng)等弊端。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研制出了甲醇中7種PAHs混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品，封躍鵬等[2]研制了質(zhì)量控制用6種PAHs混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品，但目前對(duì)PAHs的監(jiān)測(cè)和科學(xué)研究主要是針對(duì)16種優(yōu)控PAHs。因此，迫切需要研制16種PAHs混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品，以滿(mǎn)足當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)和科研的需要。

本研究結(jié)合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品體系建設(shè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)際工作需要，研制了甲醇與二氯甲烷混合溶劑(V:V，1:1)中16種PAHs混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品。本研究可以為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)及相關(guān)行業(yè)實(shí)驗(yàn)室和科研機(jī)構(gòu)提供多組分優(yōu)控污染物混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品，打破國(guó)外在該領(lǐng)域的長(zhǎng)期壟斷，方便環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的使用，保證計(jì)量溯源的一致性，從而為環(huán)境監(jiān)測(cè)分析工作提供可靠的技術(shù)保障。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要儀器與試劑

安捷倫6890-5973N 氣相色譜-質(zhì)譜儀(GC-MSD)，配自動(dòng)進(jìn)樣器；瑞士Mettler-Toledo公司 AE240分析天平，量程205g，靈敏度0.1mg；德國(guó)Brand公司容量瓶，A級(jí)，2000mL±0.6mL。以上儀器均經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定合格。

16種多環(huán)芳烴純品，具體來(lái)源、純度及不確定度見(jiàn)表1，其中純度及不確定度數(shù)據(jù)來(lái)自有證標(biāo)準(zhǔn)樣品證書(shū)；甲醇，HPLC級(jí)，J.T.Baker公司；二氯甲烷，農(nóng)殘級(jí)，J.T.Baker公司；16種多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品，Accustandard公司；16種多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品，Supelco公司；13C-六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；氘代苯并[a]蒽標(biāo)準(zhǔn)溶液，美國(guó)Cambridge公司。

1.2　樣品制備

根據(jù)16種多環(huán)芳烴在有機(jī)溶劑中的溶解性，本研究采用甲醇和二氯甲烷體積比為1:1的混合溶劑為介質(zhì)，每種組分的目標(biāo)濃度均為100 μg/mL。根據(jù)純品純度、目標(biāo)濃度和體積計(jì)算目標(biāo)稱(chēng)樣量，因考慮到溶解、轉(zhuǎn)移過(guò)程存在不可避免的損耗，實(shí)際稱(chēng)樣量一般大于目標(biāo)稱(chēng)樣量，以不大于0.4%為限，具體稱(chēng)量質(zhì)量見(jiàn)表1。

表1　16種PAHs純品信息及稱(chēng)量質(zhì)量

在20℃±1℃的超凈間內(nèi)，按照分子量從大到小的順序(考慮16種多環(huán)芳烴揮發(fā)性差異)，用分析天平依次準(zhǔn)確稱(chēng)量16種多環(huán)芳烴純品于16個(gè)小燒杯中，加入二氯甲烷使其完全溶解，依次全部轉(zhuǎn)移至預(yù)先加入1000mL甲醇的2000mL棕色容量瓶中，用二氯甲烷多次清洗燒杯，確保轉(zhuǎn)移完全，用二氯甲烷定容至刻度線，充分混勻后小心轉(zhuǎn)移至棕色冷凍瓶中，放入-18℃冰柜冷凍約2小時(shí)，在灌封之前取出并充分搖勻，用有機(jī)溶液自動(dòng)灌封機(jī)分裝于2mL棕色玻璃安瓿中。將該標(biāo)準(zhǔn)樣品分成兩部分，分別在室溫和冰箱冷凍室中保存。

1.3　分析測(cè)試方法

2　結(jié)果與討論

2.1　均勻性檢驗(yàn)

影響溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品均勻性的因素主要是有機(jī)純品試劑在溶劑中的混勻程度和分裝過(guò)程中有機(jī)試劑的揮發(fā)等引入的樣品間不均勻性。因此采用分層隨機(jī)抽樣方法，在樣品分裝的前、中、后期隨機(jī)抽取溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品10支，用GC/MS抽檢10支樣品，每支樣品重復(fù)測(cè)定3次，以單因素方差分析法對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)。根據(jù)自由度(ν1,ν2)及顯著性水平a，查得臨界的Fa,(ν1,ν2)值，若統(tǒng)計(jì)計(jì)算的F

16個(gè)特性量統(tǒng)計(jì)計(jì)算的F值介于1.04～2.35之間，均小于95%置信水平下F0.05(9,20)臨界值2.39，說(shuō)明樣品在分裝前后濃度沒(méi)有明顯差異，該標(biāo)準(zhǔn)樣品均勻性良好。

2.2　穩(wěn)定性檢驗(yàn)

按照先密后疏的原則，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)所有特性量均進(jìn)行了穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間分別為配制完成后1周、1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、9個(gè)月、12個(gè)月、18個(gè)月和22個(gè)月。每次隨機(jī)抽取室溫和冷凍保存條件下樣品各3支，每支樣品用GC/MS平行測(cè)定3次，以3支樣品測(cè)定的總平均值作為該時(shí)間點(diǎn)室溫和冷凍條件下的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

采用GB/T 15000.3—2008[4]推薦的穩(wěn)定性研究方法對(duì)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即假定標(biāo)準(zhǔn)樣品組分量值變化(Y)隨時(shí)間(X)變化的線性方程為：

Y=b1X+b0

其中，斜率和截距：

線性回歸各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差：

斜率b1的不確定度：

若|b1|

表2　室溫和冷凍保存條件下多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表

由表2的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)可以看出，在22個(gè)月的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)期內(nèi)，本研究研制的多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品的所有特性量無(wú)論是在室溫還是在冷凍條件下保存都是穩(wěn)定的。但考慮到二氯甲烷的揮發(fā)性較大，建議用戶(hù)在冷凍條件下保存。

2.3　不確定度評(píng)估

多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品采用稱(chēng)量法配制，以配制值作為標(biāo)準(zhǔn)值。由于本標(biāo)準(zhǔn)樣品在室溫保存條件下穩(wěn)定性良好，故對(duì)樣品因運(yùn)輸?shù)拳h(huán)境因素引入的短期穩(wěn)定性不確定度予以忽略，即短期穩(wěn)定性不確定度分量usts=0。因此，該標(biāo)準(zhǔn)樣品的不確定度主要由配制過(guò)程產(chǎn)生的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)樣品的不均勻性不確定度和在有效期內(nèi)量值的變動(dòng)性引起的不確定度三者合成。標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

式中，uchar為配制不確定度分量；ubb為瓶間均勻性不確定度分量；ults為長(zhǎng)期穩(wěn)定性不確定度分量。

以上3個(gè)不確定度分量詳細(xì)計(jì)算過(guò)程可參考文獻(xiàn)[5-6]。擴(kuò)展不確定度(UCRM)按下式計(jì)算得到：UCRM=k×uCRM，本研究取在95%的置信概率下的包含因子k=2。相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel(%)=UCRM/標(biāo)準(zhǔn)值×100，并按照“只進(jìn)不舍”的原則保留1位有效數(shù)字。該標(biāo)準(zhǔn)樣品各特性量的標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度計(jì)算過(guò)過(guò)程和結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度計(jì)算結(jié)果

2.4　量值比對(duì)

以本研究研制的16種多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，與美國(guó)Supelco公司生產(chǎn)的16種多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行量值比對(duì)分析，以6次測(cè)量的平均值作為測(cè)定值，測(cè)定結(jié)果的評(píng)價(jià)公式參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15000.3—2008。測(cè)定結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)樣品的不確定度范圍內(nèi)，說(shuō)明本研究制備的標(biāo)準(zhǔn)樣品量值與美國(guó)Supelco公司生產(chǎn)的同種標(biāo)準(zhǔn)樣品的量值具有一致性。

3　結(jié)論

本研究研制的甲醇:二氯甲烷(V:V，1:1)中16種多環(huán)芳烴混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品具有良好的均勻性和穩(wěn)定性，采用國(guó)家通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不確定度評(píng)估，并與國(guó)際同種有證標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了比對(duì)分析，保證了量值的準(zhǔn)確性和應(yīng)用的可靠性。本溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品主要用于環(huán)境監(jiān)測(cè)分析的工作標(biāo)準(zhǔn)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

[1]GB 5479—2006.生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2006

[2]封躍鵬，彭鴻俊，梁洪，等.多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制[J].環(huán)境科學(xué)研究，1998，11(6)

[3]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì)編.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002

[4]GB/T 15000.3—2008/ISO Guide 35:2006 《標(biāo)準(zhǔn)樣品工作導(dǎo)則(3)標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法》[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008

[5]中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)編.化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2002

[6]劉海萍，封躍鵬，房麗萍，等.1,2,3-三氯苯溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品量值不確定度的評(píng)定[J].化學(xué)試劑，2011，33(12)