用固相萃取技術(shù)富集水中多環(huán)芳烴

摘?要：本研究深入探討了有機改性劑、淋洗劑用量的加入，通過固相萃取技術(shù)對水中多環(huán)芳烴回收率的影響，并利用正交實驗和驗證實驗來探討固相萃取技術(shù)萃取水中多芬芳烴的影響因素，進而優(yōu)化了固相萃取條件。結(jié)果表明，利用固相萃取技術(shù)的洗脫劑為二氯甲烷，樣品的流速為每分鐘5毫升，并分兩次進行洗脫，洗脫體積為2毫升，有機改性劑是濃度為200毫升每升的甲醇，這種萃取方法對于水中多環(huán)芳烴的回收率較高，而且操作步驟較為簡便。

關(guān)鍵詞：固相萃取;富集;水;多環(huán)芳烴

固相萃取技術(shù)是基于色譜理論的樣品前處理方式，能夠通過選擇性吸附和洗脫的方式，對樣品進行富集和純化，相比傳統(tǒng)的液液萃取來說，這種固相萃取更具有選擇性，而且回收率高，樣品不易發(fā)生乳化現(xiàn)象，分離時間較短，而且在此過程中所需的有機溶劑量較少，目前已經(jīng)被廣泛利用與水質(zhì)檢測、環(huán)境分析、食品分析等領(lǐng)域中，而且固相萃取已經(jīng)逐步取代液液萃取，而成為樣品預處理比較有效的方法，具有良好的發(fā)展前景。

一、 固相萃取技術(shù)的原理

固相萃取包括液相和固相這兩個物理萃取過程，能夠通過固體吸附性，將水樣中的目標化合物進行吸附，能夠?qū)悠窓C體與一些干擾物質(zhì)進行有效分離，通過選擇合適的有機溶劑進行洗脫，進而能夠?qū)崿F(xiàn)分離和目標化合物富集的目的。一般來說，固相萃取包括四個步驟，分別是：活化吸附劑，上樣，淋洗，洗脫。在樣品萃取之前，需要選擇適當?shù)挠袡C溶劑進行固相萃取柱的淋洗，能夠清除吸附劑上面殘留的雜質(zhì)，以免對萃取過程中目標化合物產(chǎn)生干擾，同時還可以激活固定相表面的活性基團?；罨２捎脙蓚€步驟：首先，先通過洗脫能力較強的溶劑來洗脫柱子中殘留的干擾物質(zhì)和固定相，其次，再用洗脫能力較弱的有機溶劑對柱子進行淋洗，能夠與上樣的溶劑進行匹配，在上樣過程中將液態(tài)或者溶解之后的固態(tài)樣品倒入已經(jīng)活化后的萃取柱中，淋洗和洗脫是在樣品進入吸附劑，目標化合物被有效吸附之后，可以先通過較弱的有機溶劑洗掉干擾化合物，其次，再用較強的有機溶劑將目標化合物進行洗脫，完成目標化合物的收集。

多環(huán)芳烴是一中廣泛存在于環(huán)境中很難降解的化合物，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這類化合物是由兩百多種化合物構(gòu)成，其中很多被確定為可能具有致癌性和導致突變的作用。目前，世界上有很多國家已經(jīng)將多環(huán)芳烴作為監(jiān)測污染物的指標。我國在1990年提出了68種水體優(yōu)先控制污染物中，其中有7種化合物就是屬于多環(huán)芳烴。這種化合物在正常水體中濃度低，可以達到10-9，鑒于水中多環(huán)芳烴濃度較低的原因，因此需要采取有效的方法來檢測水中多環(huán)芳烴化合物?？梢詫悠分械亩喹h(huán)芳烴進行富集和分離，之后再利用儀器進行檢測。在過去，對多環(huán)芳烴樣品的處理中，采用的是液液萃取的方式，然而這種方法耗時較長，步驟較多，樣品前處理占據(jù)了分析過程60%的時間。然而利用固相萃取技術(shù)時所需的容積量較少，而且藥品不易發(fā)生乳化，富集速度較快，在過去幾年已經(jīng)被廣泛應用于水中有機物的富集和分離。本文通過正交實驗來說明利用固相萃取技術(shù)來富集水中多環(huán)芳烴的各因素的關(guān)系，進而通過優(yōu)化固相萃取條件，來提高水中多環(huán)芳烴的回收率，以提高檢測的準確度。固相萃取的分離模式依據(jù)的是固定相中吸附劑類型和洗脫液的性質(zhì)。當前，固相萃取固定相中吸附劑種類較多，比如氧化鋁硅、硅膠、中性炭、硅酸鎂等，化學鍵合相硅膠中，正相有二醇基、氨基、腈基，而反相有C1、C2、C3、C18、環(huán)己基、苯基等，離子交換有羧基、氨基、二氨基等，此外還有一些聚合物。固相萃取劑要求需要對流動相和被富集混合物呈現(xiàn)化學惰性之外，還需要保持吸附可逆性，具有較強的吸附能力，而選擇洗脫液將直接影響樣品的凈化程度以及目標化合物的回收率，對于反相吸附鍵，如C18來說，一般使用的是甲醇和乙腈作為洗脫劑，如果洗脫液不能與柱床上的殘留洗脫液互溶，則無法與固定相充分作用，將導致回收率效果不佳。

二、 研究材料

（一） 儀器選擇

在本次研究中，我們選擇美國安捷倫公司生產(chǎn)的高效液相色譜儀，在色譜柱上選擇，選擇LC-PAH C18色譜柱，是由美公司VYDAC公司所生產(chǎn)的，WATERS公司生產(chǎn)的真空提取裝置，美國公司MILLIPIORE公司生產(chǎn)的超純水器，固相萃取小柱型號為Oasis

HLB。

（二） 試劑選擇

本次實驗中所選用的試劑分別有超純水，多環(huán)芳烴的標樣，甲醇為優(yōu)級醇，硫代硫酸鈉，二氯甲烷，異丙醇，四氫呋喃。我們參考文獻資料，將標樣稀釋成七個不同濃度，并繪制標準曲線，按照要求來配置之后進行加標回收實驗檢測。

（三） 條件選擇

在色譜條件的選擇上，首先流動相使用的是甲醇，流速控制在每分鐘1毫升，色譜柱溫度為35℃，進樣量為25毫升，檢測器采用的是紫外分光檢測器和熒光檢測器串聯(lián)而成，紫外分光檢測器用來檢測ph和ip，波長為254納米，其他的多環(huán)芳烴則是采用熒光檢測器進行檢測。

三、 樣品的富集

首先，在樣品的采集和保存中，要將樣品保存于棕色玻璃瓶中，容量為1升，如果樣品中存在過多的氯原子，則需要在每升水中加入25毫克硫代硫酸鈉，在采樣時每升水中需要添加200毫升的甲醇作為有機改性劑，樣品采集完之后需要置于4℃冰箱保存，并且在24小時內(nèi)完成樣品的預處理實驗。其次，進行樣品的富集。首先，先用2毫升的二氯甲烷進入柱子中，需要以較低的速度流過，抽真空五分鐘，去除填料中殘留的干擾物質(zhì)，再加入2毫升的甲醇，用于色譜柱的活化，最后用純水移除活化溶劑。在這個過程中需要注意對固相萃取柱進行活化和條件優(yōu)化，不能將柱床抽干，以避免填料常發(fā)生裂隙，進而對樣品回收率產(chǎn)生一定的影響。需要保持每分鐘5毫升的流速將水樣全部通過固相萃取之后，將柱中加入5毫升的超純水，緩慢流過，去除水中易溶于水的雜質(zhì)。通入30分鐘的空氣之后，使已經(jīng)吸附的固相萃取柱干燥。在洗脫過程中需要將固相萃取柱子儲存在4℃冰箱中，20天內(nèi)需要將多環(huán)芳烴從固相萃取柱中洗脫下來，可以分兩次添加2毫升的二氯甲烷進行固相萃取柱洗脫，分別洗下被測目標化合物，并將兩次洗脫下來的液體合并起來用于液相色譜儀分析。

四、 設(shè)計正交實驗

在本次實踐過程中，我們分別進行兩組實驗，從樣品的富集和洗脫上選取固相萃取小柱、有機改性劑、樣品流速作為實驗方案的影響因素，除此之外，選取洗脫溶劑、洗脫的體積和次數(shù)這三個因素作為洗脫正交實驗考查的因素。每個因素選取三個范圍值，進而能夠測定苯并芘加標到水質(zhì)中的回收率，并將此作為檢測指標，利用正交表進行實驗方案設(shè)計，各個因素的水平表如下所示。

五、 研究結(jié)果

首先，我們對正交實驗的研究結(jié)果進行分析，我們發(fā)現(xiàn)，各影響因素對于水樣富集的影響程度上，依次是有機改性劑、固相萃取小柱、樣品的流速。其中我們通過正交實驗發(fā)現(xiàn)最佳的實驗方案為方案四，水樣富集的最佳方案為：利用濃度為20%的甲醇作為有機改性劑，選擇型號為Waters Oasis

HLB的固相萃取小柱，樣品流速控制在每分鐘5毫升之外，我們通過實驗還發(fā)現(xiàn)各個因素對于洗脫影響程度上依次為洗脫溶劑、次數(shù)、體積。最終確定了最佳的實驗方案為實驗四。洗脫的最佳方案為：選擇二氯甲烷作為洗脫溶劑，洗脫體積控制在2毫升，分兩次進行洗脫。根據(jù)結(jié)果表明，對于固相萃取技術(shù)及水中多環(huán)芳烴的影響來看，洗脫溶劑和有機改性劑影響是比較大的，其次是洗脫次數(shù)，而樣品的流速、固相萃取小柱以及洗脫體積，對于固相萃取富集水中多環(huán)芳烴的影響程度較小。

我們根據(jù)正交實驗的研究結(jié)果，針對影響固相萃取富集水中多環(huán)芳烴的因素進行驗證實驗，也就是對洗脫溶劑和有機改性劑進行驗證。首先對洗脫溶劑的驗證實驗上遵循相似相溶的原理選擇洗脫溶劑，在文獻中曾介紹了二氯甲烷和四氫呋喃可以洗脫C18小柱，因此我們選擇二氯甲烷、四氫呋喃以及甲醇作為多環(huán)芳烴加標回收率實驗中的洗脫溶劑，我們發(fā)現(xiàn)這三種洗脫溶劑中洗脫效果最好的是二氯甲烷，從溶劑的強度上來看，不同溶劑強度對于多環(huán)芳烴的洗脫效果存在較大差異。甲醇是一種極性溶劑，然而其洗脫效果較差，尤其對于較大的多環(huán)芳烴來說，洗脫效果不理想。四氫呋喃極性次之，洗脫效果次之。二氯甲烷的極性最小，而二氯甲烷的洗脫效果是最佳的。

我們選取三份出廠水進行研究，其中一份樣品中不添加任何有機改性劑，其余兩份每升水中分別加入200毫升的甲醇和200毫升的異丙醇作為有機改性劑，對上述三份水樣進行多環(huán)芳烴加標回收，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加200毫升甲醇作為有機改性劑的樣品回收率比較好，而在沒有添加任何有機改性劑的樣品中三環(huán)、四環(huán)結(jié)構(gòu)的多環(huán)芳烴回收率是可以接受的，然而五環(huán)、六環(huán)的多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)化合物回收率明顯降低。而當加入了異丙醇和甲醇之后樣品中大的多環(huán)芳烴回收率得到明顯提升。這是由于當大量的水通過固相萃取小柱之后，C18表面恢復了較強的親水性，而使得都多環(huán)芳烴的回收率受到抑制。在樣品中添加一定的有機改性劑之后能夠使固相萃取柱中C18鍵合相表面含有一定的有機溶劑薄層，能夠改善碳C18表面和水溶液介質(zhì)中較強親水性組分的能力，進而能夠提高多環(huán)芳烴的回收率，這主要是由于加入有機改性劑之后，可從一定程度上增強水質(zhì)中多環(huán)芳烴的溶解度，減少容器壁上的吸附，進而提高回收率。

六、 小結(jié)

在本次研究中，我們通過正交和驗證性實驗，深入探討了固相萃取技術(shù)在富集水樣中多環(huán)芳烴的影響因素，進而通過實驗優(yōu)化，獲得了固相萃取技術(shù)條件，選擇了固相萃取小柱，二氯甲烷作為洗脫溶劑，水樣的回收效果是比較好的。在每升水樣中添加200毫升的甲醇作為有機改性劑，能夠顯著提高樣品的回收率，然而，將樣品洗脫超過兩次和洗脫體積超過兩毫升時，這對于多環(huán)芳烴的回收率沒有顯出影響。樣品的流速應當控制在每分鐘5毫升，在固相萃取技術(shù)的影響因素中，對于富集效果來說，影響最大的是洗脫溶劑和有機改性劑，其次為洗脫次數(shù)，最后為洗脫體積、固相萃取柱以及樣品的流速。固相萃取方法對于水中多環(huán)芳烴的回收率較高，而且操作步驟較為簡便，值得被廣泛使用。

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作者簡介：

李淑蓮，寧夏回族自治區(qū)銀川市，寧夏工商職業(yè)技術(shù)學院能源化工學院。