高效液相色譜法對水中16種多環(huán)芳烴分析的研究

羅顯平

(攀鋼集團(tuán)釩鈦資源股份有限公司勞動(dòng)衛(wèi)生防護(hù)研究所，四川 攀枝花　617067)

· 環(huán)境監(jiān)測 ·

高效液相色譜法對水中16種多環(huán)芳烴分析的研究

羅顯平

(攀鋼集團(tuán)釩鈦資源股份有限公司勞動(dòng)衛(wèi)生防護(hù)研究所，四川 攀枝花617067)

用高效液相色譜法從檢測器、波長、多組分分離條件等選擇優(yōu)化，選出最佳條件。建立高效液相色譜法對16種多環(huán)芳烴的分析方法。結(jié)果顯示方法的檢出限為0.011μg/mL，高、中、低不同濃度的精密度在0.12%～9.09%之間，高、中、低不同濃度的準(zhǔn)確度在84.34%～110.63%之間，曲線相關(guān)系數(shù)在0.99934以上。結(jié)論：此方法簡單、準(zhǔn)確、是測定水中16種多環(huán)芳烴的方法。

溫度；多環(huán)芳烴；高效液相色譜

1　前　言

多環(huán)芳烴是分子中含有兩個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔铮ㄝ?、蒽、菲、芘?50余種化合物。有些多環(huán)芳烴還含有氮、硫和環(huán)戊烷，常見的具有致癌作用的多環(huán)芳烴多為四到六環(huán)的稠環(huán)化合物。共有超過100種、具有10000個(gè)不同的多環(huán)芳烴化合物。16種常見的多環(huán)芳香烴為：萘Naphthalene、苊烯Acenaphthylene、苊Acenaphthene、芴Fluorene、菲Phenanthrene、蒽Anthracene、熒蒽Fluoranthene、芘 Pyrene、苯并(a)蒽Benzo(a)anthracene、屈Chrysene、苯并(b)熒蒽Benzo(b)fluoranthene、苯并(k)熒蒽Benzo(k)fluoranthene、苯并(a)芘Benzo(a)pyrene、二苯并(a,h)蒽Dibenzo(a,h)anthracene、苯并(ghi)苝Benzo(g,hi)perylene、茚苯(1,2,3-cd)芘Indeno(1,2,3-cd)pyrene。

目前國內(nèi)大都采用氣-質(zhì)聯(lián)用儀或高效液相色譜儀技術(shù)對其進(jìn)行分析檢測[1～6]。HJ 478-2009方法對16種多環(huán)芳烴的分析，給出了16種物質(zhì)的色譜峰，但分離度不是很好。

《GB 16171-2012 煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》從2012年10月1日開始正式實(shí)施，里面就明確列出其中6種多環(huán)芳烴的測定，而歐美國家標(biāo)準(zhǔn)中，早已對16種多環(huán)芳烴作出限制；而且，我們使用的16種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)，也是依據(jù)美國國家環(huán)保局EPA 610 16種多環(huán)芳烴混標(biāo)。本文通過參考以上方法反復(fù)對比實(shí)驗(yàn)，不斷改變各種實(shí)驗(yàn)條件，找出合適方法，成功分離出16個(gè)色譜峰，完成對水中16種多環(huán)芳烴芳烴的檢測。

2　試驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑材料

高效液相色譜儀(Agilent1260LC 配DAD檢測器)。

色譜柱：填料為5μmODS，柱長250mm，內(nèi)徑4.6mm的反相色譜柱。

固相萃取裝置，寶羅TM12通道固相萃取裝置，奧秘(山東)科技有限公司。

氮吹濃縮裝置，寶羅TMAU-2800D，奧秘(山東)科技有限公司。

甲醇：HPLC級，fisher公司。

乙腈：HPLC級，fisher公司。

二氯甲烷：優(yōu)級純，天津光復(fù)。

多環(huán)芳烴固相萃取小柱：C181000mg/6.0mL，奧秘(山東)科技有限公司。

16種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液: EPA 610 16種多環(huán)芳烴混標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)品，組分濃度不同，于甲醇、二氯甲烷=1∶1，1mL。

采樣瓶：1L或2L具磨口塞的棕色玻璃細(xì)口瓶。

2.2樣品采集與保存

樣品的采集：樣品必須采集在預(yù)先洗凈烘干的采樣瓶中，采樣瓶要完全注滿，不留氣泡。若水中有殘余氯存在，要在每升水中加入80mg硫代硫酸鈉除氯。

樣品的保存：樣品采集后應(yīng)避光于4℃以下冷藏，在48h內(nèi)萃取，萃取后的樣品應(yīng)避光于4℃以下冷藏，在40天內(nèi)分析完畢[2,5]。

2.3分析步驟

活化柱子：先用10mL二氯甲烷預(yù)洗固相萃取小柱，使溶劑流凈。接著用10mL甲醇分兩次活化小柱，再用10mL水分兩次活化，在活化過程中，不要讓柱子流干。

樣品的富集：在1000mL水樣中加入5g氯化鈉和10mL甲醇，混合均勻后以5mL/min的流速流過已活化好的萃取小柱。水樣完成后，用10mL水沖洗萃取小柱，真空抽濾10min，使柱干燥。

洗脫：用5mL二氯甲烷洗提浸泡C18柱，停留5min后，再用5mL二氯甲烷以2mL/min的速度洗脫樣品，收集洗脫液，用氮吹濃縮裝置濃縮至1.0mL后待測。

儀器工作條件：在柱溫箱17℃條件下，梯度洗脫程序見表1，流動(dòng)相A：純水，流動(dòng)相C：乙腈。后運(yùn)行3min。

表1　梯度洗脫時(shí)間

DAD檢測器開始用220nm波長運(yùn)行，隨表2時(shí)間相應(yīng)改變檢測波長，見表2。

表2　檢測器波長與時(shí)間對應(yīng)

2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將甲醇中16種多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用甲醇稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列，以萘為代表濃度分別為1.007、2.014、5.035、100.7、201.4、302.1、503.3μg/mL。每個(gè)系列分別進(jìn)樣，以濃度為橫坐標(biāo)，各組分峰面積為縱標(biāo)準(zhǔn)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表3。

表3　16種多環(huán)芳烴的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性方程和相關(guān)系數(shù)

2.5樣品測定

對處理好的待測樣品，根據(jù)樣品中多環(huán)芳烴含量大小，選擇合適的進(jìn)樣體積，使被測物的響應(yīng)均應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)溶液的線性范圍內(nèi)。根據(jù)色譜峰面積用外標(biāo)法定量測定。

2.6結(jié)果計(jì)算

分別對16種組分根據(jù)儀器自動(dòng)求出的結(jié)果，然后對16種組分的結(jié)果求出合和，即為16種多環(huán)芳烴的總量。

3　結(jié)果與討論

3.1檢測器選擇

根據(jù)1260液相色譜儀配置的檢測器，可以用DAD檢測器和熒光檢測器，但熒光檢測器不適用于苊烯的測定，就不能在同一個(gè)色譜圖上顯示出16種多環(huán)芳烴的色譜峰，而對計(jì)算分離度有影響， 因此，本次方法選用DAD檢測器。

3.2分離條件的選擇

影響16種多環(huán)芳烴分離效果的因素很多，根據(jù)多環(huán)芳烴的性質(zhì)和方法特點(diǎn)，結(jié)合參考了文獻(xiàn)的方法，我們選取乙腈和水作為流動(dòng)相，隨著流動(dòng)相中乙腈含量的增加，苯并(ghi)苝和茚苯(1,2,3-cd)芘分離度逐漸增加，而另外三對異構(gòu)體菲和蒽、苯并(a)蒽和屈、苯并(b)熒蒽和苯并(k)熒蒽分離度則逐漸降低，兩者互相矛盾，采用梯度洗脫也不能解決這一問題。

根據(jù)氣相色譜用程序升溫的方法實(shí)現(xiàn)對多組分化合物實(shí)驗(yàn)完全分離的影響，我們把溫度的影響也帶入到液相色譜對16種多環(huán)芳烴的分離影響因素，在日常35℃調(diào)整為40℃時(shí)，菲和蒽就合并為一個(gè)峰，而且苯并(a)蒽和屈、苯并(b)熒蒽和苯并(k)熒蒽的分離度更低。把溫度降為25℃時(shí)，則16種多環(huán)芳烴的分離效果會(huì)變好，但苊和芴還是不能很好分離。再將溫度降為20℃時(shí)，16種化合物完全分離?？紤]到各組分在DAD檢測器上有各自相對最大吸收波長，為對各物質(zhì)在檢測過程中有足夠的時(shí)間進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，要將16種多環(huán)芳烴分得更開，才有利于提高靈敏度，而且多環(huán)芳烴是相對復(fù)雜組分，在以后的大氣和水監(jiān)測過程中，還會(huì)引入更復(fù)雜的物質(zhì)以影響16種多環(huán)芳烴的分離，因此，也應(yīng)將16種組分分離得更完全。我們將溫度調(diào)到17℃時(shí)，即能滿足要求。色譜圖見下圖(從上到下溫度依次為40℃、35℃、30℃、25℃、20℃、17℃)。

圖　16種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)色譜圖Fig.　Standard chromatogram of 16 kinds of PAHs

表4　16種多環(huán)芳烴對的最大紫外吸收波長

3.3波長選擇

在DAD檢測器的波長確定上，由于以前常分析的是單項(xiàng)目樣品，可以只考慮單項(xiàng)目的最大吸收波長即可，而本次要分析的是同時(shí)測定16種項(xiàng)目，用單項(xiàng)目的波長顯然不合適。我們通過用DAD檢測器對16種多環(huán)芳烴進(jìn)行波譜掃描，找出其中有最大吸收峰的波長，再通過DAD檢測器將所有可能涉及的波長都進(jìn)行對比檢測，選出16種多環(huán)芳烴各自的相對最大吸收峰，結(jié)果見表4。

理論上在最大吸收波長上，16種多環(huán)芳烴才能獲得最高的靈敏度，從表4可以看出，要使每個(gè)組分的檢測靈敏度最大，則需要根據(jù)各目標(biāo)物的保留時(shí)間而改變相應(yīng)的檢測波長，波長改變結(jié)果見表2。

3.4穩(wěn)定性、檢出限、精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

根據(jù)《HJ168-2010環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》[7]方法驗(yàn)證報(bào)告要求，結(jié)合《HJ478-2009 水質(zhì) 多環(huán)芳烴的測定 液液萃取和固相萃取高效液相色譜法》中方法的檢出限，取實(shí)驗(yàn)室純水加入16種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)，按樣品處理全過程分別對16種多環(huán)芳烴進(jìn)行檢出限、精密度檢測。結(jié)果見表5。

注：檢出限按富集水樣體積1.0L，定容體積1.0mL，進(jìn)樣量10μL計(jì)算。

根據(jù)HJ 478-2009標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：固相萃取法適用于清潔水樣中多環(huán)芳烴的測定，當(dāng)富集樣品體積為10L時(shí)，方法的檢出限為0.0004～0.0016μg/L，測定下限為0.0016～0.0064μg/L，加標(biāo)回收率為54.0%～117.6%。表5可以看出，按富集水樣體積1.0L，定容體積1.0mL，進(jìn)樣量10μl計(jì)算，該方法的檢出限為0.0011～0.0105μg/L，測定下限為為0.0044～0.0420μg/L，加標(biāo)回收率為84.34%～110.63%。如果富集水樣體積增加，進(jìn)樣量加大，檢出限更低。16種多環(huán)芳烴的檢出限、精密度，準(zhǔn)確度均能滿足分析工作要求。

3.5實(shí)際樣品測定

在2014年2、3、4月對西昌鋼釩公司煤化工廠廢水進(jìn)行多環(huán)芳烴測定，測定結(jié)果見表6。

表6　西昌鋼釩公司煤化工廠廢水16種多環(huán)芳烴監(jiān)測結(jié)果

從表6結(jié)果看，西昌鋼釩公司煤化工廠對酚氰廢水處理效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

分別取西昌鋼釩公司爆化工酚氰廢水、深度處理出水和生活飲用水兩份各1000mL，按前前實(shí)驗(yàn)全過程處理，一份進(jìn)行16種多環(huán)芳烴總量測定，另一份進(jìn)行加標(biāo)回收率測定。結(jié)果見表7。

表7　加標(biāo)回收率測定結(jié)果

從表7可以看出，本次3個(gè)水樣的加標(biāo)回收率在87.9～96.6范圍，該方法回收率大于HJ478-2009標(biāo)準(zhǔn)中平均加標(biāo)回收率84.2%，該方法可準(zhǔn)確測定水中16種多環(huán)芳烴。

4　結(jié)　論

對復(fù)雜組份的分離，高效液相色譜法主要以選擇不同的流動(dòng)相和用梯度洗脫的方式來實(shí)驗(yàn)對復(fù)雜組份的有效分離，氣相色譜法主要以程序升溫來實(shí)現(xiàn)化對復(fù)雜組份有效分離。用高效液相色譜法分析水中的16種多環(huán)芳烴，用常規(guī)的方法均不能使16種組份有效分離。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)在改變色譜柱溫度后可以改變各組份的保留時(shí)間和分離度，因此，在不同柱溫下面，找到一個(gè)合適的分析溫度，使16種多環(huán)芳烴能完全分開，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各物質(zhì)的保留時(shí)間對檢測波長進(jìn)行編程處理，使各物質(zhì)在各自的最大紫外吸收峰下被檢測，以提高其靈敏度。本方法用高液相色譜法測定水中16種多環(huán)芳烴，方法的檢出限為0.0011μg/L，高、中、低不同濃度的精密度在0.12%～9.09%之間，準(zhǔn)確度在84.34%～110.63%之間，曲線相關(guān)系數(shù)在0.99934以上。該方法快速、簡便、準(zhǔn)確。本方法的完成，可準(zhǔn)確測定水中16種多環(huán)芳烴。

[1]王心芳，等.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法(第四版)增補(bǔ)版[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009.625-633.

[2]王心芳,等.水和廢水監(jiān)測分析方法 (第四版)增補(bǔ)版[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009.611-620.

[3]賈瑞寶.水中痕量多環(huán)芳烴(PAHs)類環(huán)境污染物檢測方法的研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，1999，15(1):40-42.

[4]孟凡生，陳晶，王業(yè)耀. 環(huán)境中多環(huán)芳烴前處理和分析方法[J]. 環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2011，3(1):12-16.

[5]HJ 478-2009, 水質(zhì) 多環(huán)芳烴的測定 液液萃取和固相萃取高效液相色譜法[S].

[6]潘海洋，麥碧嫻,等.使用C18固相萃取膜-色質(zhì)聯(lián)用定量分析飲用水中痕量多環(huán)芳烴的初步研究[J].分析化學(xué)研究報(bào)告，1999，27(2):140-144.

[7]HJ 168-2010, 環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則[S].

Study on the Analysis of 16 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Water by High Performance Liquid Chromatography

LUO Xian-ping

(InstituteforLaborHealthProtectionofPanzhihuaIron&SteelCo.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan617067,China)

The objective of this study is to establish analytical method for sixteen kinds of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The method was using HPLC to select the optimal conditions, through the optimization of detectors, wavelength and multi-component separation conditions. The result showed that the detection limit of this method was 0.011μg/mL. The precision of high, medium and low concentration were between 0.12%～9.09%, and the accuracy ranged from 84.34%～110.63%, the curve correlation coefficient was higher than 0.99934. This is a simple and accurate method to measure sixteen kinds of PAHs in water.

Temperature; PAHs; HPLC

2014-10-21

羅顯平(1980-)，男，重慶萬州人,2003年畢業(yè)于東華理工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系應(yīng)用專業(yè)，工程師，從事環(huán)境、職業(yè)衛(wèi)生等大型儀器設(shè)備檢測工作。

X832

A

1001-3644(2015)02-0046-06