超聲提取-高效液相色譜法測(cè)定空氣中苯并［a］芘

張小輝，王曉雁，劉美美，韓張雄

(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所，陜西 西安 710054)

環(huán)境空氣中的苯并［a］芘是一種對(duì)人體危害極大的致癌污染物［1］，其大部分(約97%)與顆粒物結(jié)合而存在于空氣顆粒物中，所以通過分析大氣采樣濾膜上截留的苯并［a］芘含量，就可以了解環(huán)境空氣質(zhì)量的變化情況。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)苯并［a］芘的分析方法主要有4 種:GC-MS［2］、GC-FID［3］、HPLCUV［4］、HPLC-FLD［5］法，其中HPLC-FLD 法因其高靈敏度和高選擇性而最有優(yōu)勢(shì)。本文以上述儀器配置為基礎(chǔ)，在樣品前處理中采用超聲提取技術(shù)替代傳統(tǒng)的回流提取技術(shù)，節(jié)省了樣品前處理時(shí)間;對(duì)于污染較重的樣品，采用硅膠小柱凈化后分析，獲得了滿意的結(jié)果，方法檢出限在滿足國(guó)標(biāo)要求的基礎(chǔ)上降低至3 ×10－5μg/Nm3，適用于環(huán)境空氣中痕量苯并［a］芘樣品的分析檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

甲醇、乙腈均為色譜級(jí);娃哈哈純凈水;空白濾膜(Φ=95 mm)。

KQ-500DE 型超聲波清洗器;島津LC-20AT 高效液相色譜儀;Inertsil ODS-SP 柱(25 cm ×4.6 mm);MTN-2800W 氮吹儀。

1.2 樣品

大氣樣品按照通行的標(biāo)準(zhǔn)采樣方法采集(采樣后立即冷凍保存并盡快分析)，加標(biāo)樣品用向剪碎的空白濾膜中添加苯并［a］芘標(biāo)準(zhǔn)溶液后在通風(fēng)櫥中放置0.5 h 后代替。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將已采過樣的濾膜用干凈的剪刀剪成n 份后，置于帶有蓋子的離心管中，加入定量甲醇或乙腈，放于超聲波清洗器中超聲萃取10 min(控制超聲溫度在35 ℃)。取出離心管靜置20 min，待溶液清亮，將上清液轉(zhuǎn)入帶有可以精確定容至1 mL 的比色管中。濾膜殘?jiān)性俅渭尤攵考状蓟蛞译?，重?fù)上述萃取操作。合并萃取液，在柔和的氮?dú)饬飨聺饪s后精確定容，上機(jī)測(cè)定(由于萃取液未經(jīng)凈化或過濾，為避免濾膜殘?jiān)氯合嗌V管道或色譜柱，萃取液在冰箱冷凍，待完全清亮后再拿出放置至室溫后上機(jī)測(cè)定)。用作流動(dòng)相的甲醇、乙腈及水在使用前超聲脫氣0.5 h。

液相色譜條件:流動(dòng)相乙腈∶水=80∶20(V/V)，流速1.0 mL/min，色譜柱溫35 ℃，熒光檢測(cè)器條件:發(fā)射波長(zhǎng)297 nm，檢測(cè)波長(zhǎng)430 nm［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 高效液相色譜分析條件

2.1.1 熒光檢測(cè)器發(fā)射波長(zhǎng)和檢測(cè)波長(zhǎng) 為了獲得苯并［a］芘的最大響應(yīng)，使用HPLC 的停泵掃描功能，熒光檢測(cè)器發(fā)射波長(zhǎng)在250 ～350 nm 范圍內(nèi)掃描，最大值約在297 nm。對(duì)檢測(cè)波長(zhǎng)在350 ～500 nm掃描，最大值分別在405 nm 和430 nm 附近，結(jié)果見圖1。

圖1 熒光檢測(cè)器發(fā)射波長(zhǎng)和檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇Fig.1 Selection of excitation and emission wavelength of FLD

但在405 nm 檢測(cè)波長(zhǎng)處對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)進(jìn)行掃描，苯并［a］芘無(wú)明顯色譜峰(即尋找不到最佳發(fā)射波長(zhǎng))，以430 nm 作為檢測(cè)波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)射波長(zhǎng)掃描至297 nm 附近熒光強(qiáng)度有最大峰值。故確定熒光檢測(cè)器發(fā)射波長(zhǎng)297 nm，檢測(cè)波長(zhǎng)430 nm。

2.1.2 流動(dòng)相對(duì)苯并［a］芘分離效果的影響 比較了甲醇-水和乙腈-水2 種流動(dòng)相體系下苯并［a］芘的靈敏度，結(jié)果表明，紫外截止波長(zhǎng)更短的乙腈比甲醇作流動(dòng)相時(shí)苯并［a］芘的靈敏度更高。

分別考察了乙腈/水比例為70∶30，75∶25，80∶20，85∶15，90∶10 時(shí)苯并［a］芘的分離效果和總分析時(shí)間，經(jīng)綜合比較，確定乙腈比例為80%時(shí)苯并［a］芘峰附近無(wú)雜峰干擾，且分析時(shí)間較短，可作為適宜流動(dòng)相比例條件。

2.1.3 流動(dòng)相流速 流動(dòng)相流速的合理選擇在一定程度上可以規(guī)避干擾峰對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響?？疾炝肆?動(dòng) 相(乙 腈 比 例80%)流 速1. 0，1. 2，1.5 mL/min時(shí)苯并［a］芘的分離效果。結(jié)果表明，流速1.0 mL/min 為適宜條件。

2.2 苯并［a］芘的超聲萃取條件

2.2.1 萃取溶劑 考察甲醇、乙腈作為萃取溶劑時(shí)對(duì)空氣濾膜中苯并［a］芘的萃取效率影響。結(jié)果表明，2 種溶劑沒有顯著區(qū)別。對(duì)2 種溶劑作為流動(dòng)相時(shí)苯并［a］芘的靈敏度作了比較，見圖2，圖中苯并［a］芘出峰時(shí)間為12.3 min。

圖2 空氣濾膜中苯并［a］芘的萃取效率對(duì)比Fig.2 Comparison of extraction efficiency of benzo［a］pyrene from air filter membrane

由圖2 可知，紫外截止波長(zhǎng)更短的乙腈比甲醇作流動(dòng)相時(shí)苯并［a］芘的靈敏度更高，故確定以乙腈作為萃取溶劑。

2.2.2 溶劑用量 考察乙腈用量對(duì)空氣濾膜中苯并［a］芘回收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 乙腈用量對(duì)苯并［a］芘萃取回收率的影響Table 1 The effect of acetonitrile quantity on recovery of B［a］P

由表1 可知，乙腈用量對(duì)苯并［a］芘的回收率影響不大，乙腈用量從15 mL 到30 mL 時(shí)苯并［a］芘的回收率均在81%以上，可以滿足一般有機(jī)分析要求?？紤]到節(jié)省成本和后續(xù)樣品濃縮的效率，確定乙腈用量為15 mL。

2.2.3 萃取次數(shù) 考察萃取次數(shù)1，2，3 次時(shí)空氣濾膜中苯并［a］芘的回收率。結(jié)果表明，隨著萃取次數(shù)增加，苯并［a］芘的回收率隨之提高，當(dāng)萃取次數(shù)3 次時(shí)，回收率達(dá)到100% 左右。乙腈用量為20 mL及30 mL 時(shí)，苯并［a］芘的回收率與萃取次數(shù)之間均有類似的規(guī)律?？紤]到實(shí)際樣品可能更為復(fù)雜，共存的雜質(zhì)也會(huì)被一同萃取出來而影響苯并［a］芘的回收率，所以，選擇萃取次數(shù)3 次。

2.3 方法的性能參數(shù)

2.3.1 方法檢出限 添加10 μL 0.525 μg/mL 苯并［a］芘標(biāo)準(zhǔn)溶液于空白濾膜中，平行做7 份，計(jì)算測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)，以結(jié)果的3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算，當(dāng)采樣體積為108 m3時(shí)，方法檢出限為3 ×10－5μg/Nm3。

2.3.2 方法回收率和精密度 對(duì)本方法進(jìn)行7 次平行實(shí)驗(yàn)，向空白濾膜中添加一定量的苯并［a］芘標(biāo)準(zhǔn)溶液，結(jié)果見表2。

表2 方法精密度和準(zhǔn)確度(n=7)Table 2 The accuracy and precision of the method

由表2 可知，苯并［a］芘的回收率為96.6% ～111.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n = 7)為7. 8% ～10.1%。

2.4 實(shí)際樣品分析

將本文所建立的方法應(yīng)用于E15037 批30 個(gè)空氣濾膜樣品中苯并［a］芘的測(cè)試，結(jié)果為部分檢出，方法質(zhì)量參數(shù)能夠滿足國(guó)標(biāo)要求。

3 結(jié)論

系統(tǒng)地研究了空氣中苯并［a］芘樣品的提取方法和高效液相色譜-熒光檢測(cè)器分析測(cè)定方法，優(yōu)化確定了如下分析條件:Inertsil ODS-SP 色譜柱(250 mm × 4. 6 mm，5 μm)，柱溫35 ℃，進(jìn)樣量20 μL，柱流量1.0 mL/min。流動(dòng)相為乙腈/水(體積比80∶20)。熒光檢測(cè)器激發(fā)波長(zhǎng)297 nm，檢測(cè)波長(zhǎng)430 nm。樣品最佳提取條件為:樣品用15 mL 乙腈萃取3 次，萃取液合并，氮吹濃縮定容至2 mL。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，空氣濾膜樣品中苯并［a］芘的分析檢出限低(3 ×10－5μg/Nm3)、精密度好(7.8%～10.1%)、回收率高(96.6% ～111.2%)。由于苯并［a］芘是一種具有強(qiáng)致癌作用的環(huán)境污染物，該方法的建立可以為研究苯并［a］芘在環(huán)境特別是在大氣中的遷移、轉(zhuǎn)化機(jī)制，為環(huán)境空氣中苯并［a］芘的監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。

［1］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法［M］.4 版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002:627.

［2］ 王春蘭，汪軍霞，胡靜，等.加速溶劑/固液固萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法分析卷煙煙氣中苯并［a］芘［J］. 分析化學(xué)，2013，41(7):1069-1073.

［3］ 陳兆文，周升如，王少波. 水質(zhì)中苯并［a］芘的毛細(xì)管氣相色譜法分析［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，1994(3):18-22，30.

［4］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局. GB/T 15439—1995 環(huán)境空氣苯并［a］芘的測(cè)定高效液相色譜法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

［5］ 尹燕敏，顧海東，周民鋒，等.加速溶劑萃取-高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中的苯并［a］芘［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2013，25(5):28-30.

［6］ 李松，饒竹.超高效液相色譜法檢測(cè)地下水中苯并［a］芘［J］.巖礦測(cè)試，2010，29(6):675-678.