HPLC測(cè)定鄱陽(yáng)湖濕地土壤中15種多環(huán)芳烴

楊平華，曾祥暉

（1.九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，功能有機(jī)分子制備與應(yīng)用九江市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 九江 332005；2.九江市環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)站，江西 九江 332000）

0 引 言

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類典型的持久性有機(jī)污染物（POPs），可通過(guò)呼吸道、皮膚以及消化道等進(jìn)入到人體，威脅人類的健康[1]。PAHs主要為石油、煤等化石燃料等不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生，所有有機(jī)物的加工、使用或焚燒的地方等都有可能會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳烴。迄今已發(fā)現(xiàn)的200多種PAHs，其中16種組分已被美國(guó)環(huán)保署列入優(yōu)先控制污染物名單。

目前，測(cè)定土壤中PAHs的方法主要有：氣相色譜法（GC）[2]，高效液相色譜法（HPLC）[3-4]，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）[5]及熒光法[6]等。 其中，GC-MS具有儀器昂貴、操作復(fù)雜及使用成本高等缺點(diǎn)，氣相色譜法不適于分析具有較高沸點(diǎn)及在高溫下會(huì)分解的多環(huán)芳烴，熒光法只能測(cè)定多環(huán)芳烴的總量，而應(yīng)用最多的方法則是HPLC。目前研究較多的前處理方法包括索式提取法[7]、微波提取法[8]、超聲萃取法[9]、加速溶劑萃取[10]、超臨界二氧化碳萃取法[11]、分散液相微萃取[12]、分散固相萃取[13]及基質(zhì)固相分散-加壓溶劑萃取法[14]等。

鄱陽(yáng)湖是中國(guó)最大的淡水湖，其水系流域面積約占江西省總面積的97%，是維護(hù)全球與區(qū)域環(huán)境的重要湖泊。目前，相對(duì)于我國(guó)其他地區(qū)，有關(guān)鄱陽(yáng)湖區(qū)域PAHs的研究基本為空白，僅有少量關(guān)于其他類POPs如有機(jī)氯農(nóng)藥等的研究報(bào)道[15-20]。因此，建立測(cè)定鄱陽(yáng)湖濕地土壤中的多環(huán)芳烴的方法將為獲得鄱陽(yáng)湖濕地多環(huán)芳烴的的污染狀況，并進(jìn)一步開展其污染特征與來(lái)源解析的研究提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

LC-20AT型高效液相色譜儀（配RF-10AXL熒光檢測(cè)器，日本島津）；RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；KQ 2200B型超聲波震蕩器（昆山市超聲儀器有限公司）。15種多環(huán)芳烴混標(biāo)，包括萘、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并（a）蒽、 、苯并（b）熒蒽、苯并（k）熒蒽、苯并（a）芘、二苯并（ah）蒽、苯并（ghi）苝、茚苯（123-cd）芘，購(gòu)于百靈威試劑公司，質(zhì)量濃度均為10μg/mL。無(wú)水Na2SO4（450℃馬弗爐中灼燒6h后備用）；丙酮和正己烷：均為分析純，用前經(jīng)全玻璃系統(tǒng)二次蒸餾。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集與處理

樣品采于鄱陽(yáng)湖核心區(qū)域——吳城保護(hù)區(qū)的湖中濕地表層土壤（0～20cm），采集3點(diǎn)樣品后混合處理得到平均試樣。將采集的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后，置于陰暗處陰干，后把土塊壓碎，除去石塊、殘根等雜物，再用四分法取風(fēng)干樣品200～300g放在研缽中研磨后全部過(guò)100目篩。最后經(jīng)處理過(guò)的土壤樣品在-4℃下密封保存，待用。

1.2.2 樣品的提取和凈化

由于不同文獻(xiàn)對(duì)土壤中多環(huán)芳烴的提取方法各不相同[7-14]，因此考察了3種常見(jiàn)提取方法，具體參數(shù)見(jiàn)表1。稱取10.00 g土壤樣品，10.00 g無(wú)水硫酸鈉，2.00 g銅粉，混合均勻后分別按照表1的條件提取其中的多環(huán)芳烴，提取液進(jìn)行抽濾，將濾液轉(zhuǎn)移到燒瓶中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至1 mL，加入20 mL正己烷進(jìn)行溶劑置換，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至近1 mL。再用2次約1mL正己烷使之完全過(guò)裝有硅膠的層析柱（至下而上分別裝有10cm的硅膠，1～2cm的銅粉，1～2cm的無(wú)水硫酸鈉）進(jìn)行凈化，以8 mL正己烷預(yù)洗，再以15 mL的正己烷-二氯甲烷（3∶2）混合溶液洗脫，收集正己烷與二氯甲烷洗脫液，在30℃下恒溫旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至1～2 mL加入20 mL乙腈再次進(jìn)行溶劑置換，在60℃下恒溫旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至1mL，將濃縮液轉(zhuǎn)移并定容至4mL，待高效液相色譜分析。

1.2.3 色譜分析

色譜柱為日本島津技邇公司的Inertsil ODS-3液相色譜柱，填料粒徑為 4.6 mm×250 mm×5 μm，不銹鋼柱。流動(dòng)相：A為水，B為甲醇；進(jìn)樣量為20μL。其他可以選擇條件如流量、柱溫、梯度洗脫程序及熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)變換程序根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。

表1 土壤樣品中多環(huán)芳烴的提取條件

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件選擇

研究不同高效液相色譜分離條件對(duì)15種多環(huán)芳烴分離效果的影響，采用不同的色譜條件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分離，根據(jù)出峰的多少、分離效果及分離時(shí)間等進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后優(yōu)化的的色譜條件為：進(jìn)樣量為20 μL、流量為 1 mL/min、柱溫 30℃，流動(dòng)相梯度淋洗程序見(jiàn)表2，熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)變換程序見(jiàn)表3。

表2 流動(dòng)相梯度淋洗程序

表3 熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)變換程序

2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的色譜圖

在優(yōu)化的色譜條件下，15種多環(huán)芳烴混標(biāo)（500ng/mL）的色譜圖如圖1所示。由圖可知，各種多環(huán)芳烴分離較好，在55min內(nèi)全部出峰。

圖1 15種多環(huán)芳烴混標(biāo)的色譜圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

將質(zhì)量濃度為10 μg/mL的多環(huán)芳烴混標(biāo)用乙腈依次逐級(jí)稀釋為5～500ng/mL的操作溶液。在優(yōu)化的色譜條件下進(jìn)行高效液相色譜分析，根據(jù)色譜圖，得到15種多環(huán)芳烴組分的標(biāo)準(zhǔn)曲線。15種多環(huán)芳烴的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程、回歸系數(shù)及線性范圍見(jiàn)表4。 由表可知，除 、苯并（b）熒蒽及二苯并（ah）蒽外，其他多環(huán)芳烴的線性范圍均滿意。

表4 多環(huán)芳烴的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程、相關(guān)系數(shù)及線性范圍

2.4 提取條件與方法比較

考察7組不同提取條件與方法對(duì)多環(huán)芳烴提取效果的影響，研究發(fā)現(xiàn)：采用丙酮+正己烷（1∶1）為提取溶劑，超聲提取法提取40min，總?cè)軇┝繛?0mL（10g 樣品）效果好。 同時(shí)，采用丙酮+正己烷（1∶1）為提取溶劑，索式提取法提取24h，總?cè)軇┝繛?20mL（10g樣品）效果也好。但考慮到索式提取法耗時(shí)更長(zhǎng)，消耗溶劑也更多，因此選擇更綠色環(huán)保的超聲提取法為優(yōu)化方法。

2.5 樣品測(cè)定

采用優(yōu)化的提取方法與高效液相色譜測(cè)定條件對(duì)鄱陽(yáng)湖吳城濕地的土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果表明鄱陽(yáng)湖濕地土壤中存在一定量的多環(huán)芳烴污染，需要進(jìn)一步研究其污染狀況。樣品中各多環(huán)芳烴的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.5%～9.1%，說(shuō)明方法精密度較高。

2.6 回收率

按試驗(yàn)方法對(duì)空白樣品加入混合多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)品溶液（100 ng/mL）1.0 mL，按照實(shí)驗(yàn)方法中樣品處理方法進(jìn)行提取，制得4 mL測(cè)試溶液，并在優(yōu)化色譜條件下平行測(cè)定5次，計(jì)算回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)表6。由表可知：回收率在76.8%～115.1%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.3%～5.8%之間，可滿足美國(guó)環(huán)保局關(guān)于痕量分析基質(zhì)加標(biāo)回收率要求，表明方法準(zhǔn)確、可靠，可用于鄱陽(yáng)湖濕地土壤中多環(huán)芳烴分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

建立了提取并測(cè)定鄱陽(yáng)湖濕地土壤中多環(huán)芳烴含量的高效液相色譜方法?？疾炝瞬煌崛》椒ㄅc提取試劑對(duì)提取效果的影響，結(jié)果表明：以丙酮+正己烷（1∶1）為提取溶劑，超聲提取法提取 40 min，總?cè)軇┝繛?0 mL（10.00 g樣品）提取效果最佳；還優(yōu)化了高效液相色譜法測(cè)定15種多環(huán)芳烴的色譜條件：進(jìn)樣量為20μL、流量為1mL/min、柱溫30℃，適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)相梯度淋洗程序與熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)變換程序。在優(yōu)化的提取方法與測(cè)定條件下，建立了標(biāo)準(zhǔn)曲線，考察了回收率，并對(duì)鄱陽(yáng)湖吳城濕地土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果為：未檢出-119.67ng/g。提出的方法為獲得鄱陽(yáng)湖濕地多環(huán)芳烴的的污染狀況，并進(jìn)一步開展其污染特征與來(lái)源解析的研究提供了基礎(chǔ)。

表5 鄱陽(yáng)湖濕地土壤中多環(huán)芳烴含量1）

表6 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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