PM2.5顆粒物中酚類化合物測試分析方法的應用研究

徐海麗，陳 娟 ，楊金玉，李文舉

(1.貴州師范學院化學與材料學院，貴州貴陽550018；2.貴州省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州貴陽550081)

隨著現(xiàn)代社會工業(yè)化進程的不斷加快，人們的經(jīng)濟生活不斷改善，但是工業(yè)化造成的環(huán)境問題也愈發(fā)凸顯出來，如水體富營養(yǎng)化、土壤重金屬污染及大氣污染等。霧霾是對人體危害最為嚴重的污染物之一[1-2]，其主要成分包括硫氧化物、氮氧化物和大氣細顆粒物(PM2.5)，而可吸入顆粒物是造成霧霾天氣污染的首要因素。PM2.5顆粒物中主要污染物包括有機環(huán)狀芳烴化合物、金屬陽離子以及無機陰離子[3-5]等。其中，酚類化合物是對人體健康具有較大危害的物質(zhì)之一，其具有致畸、致癌和致突變等潛在毒性，對生態(tài)環(huán)境、動植物和人體健康會造成嚴重的危害[6-9]。酚類化合物是化工合成加工的基礎原料之一，在煉焦、煉油、造紙及化工行業(yè)等方面應用較廣。大氣中酚類化合物的主要來源是汽車尾氣的排放、化工企業(yè)對化石燃料的使用及農(nóng)業(yè)中有機農(nóng)藥的蒸發(fā)等。因此，國家在2012年頒布了環(huán)境空氣中酚類化合物的測定標準，明確規(guī)定12種環(huán)境空氣中酚類化合物的檢測方法[10]。

定量檢測酚類化合物的濃度在臨床毒理學、環(huán)境監(jiān)測和廢物管理等方面有重要的應用。國際上對酚類化合物最早的測定分析方法是在1926年，Stemstrom等[11]用紫外分光光度法測定水中的酚類化合物，后又使用Folin-Ciocalteu 試劑通過顯色反應的比色法來測定。如今常用的酚類化合物檢測分析方法有分光光度法[12-15]、氣相色譜法[16-18]、氣相色譜質(zhì)譜法[19-21]、高效液相色譜法[22-25]及其他新探索出的檢測方法[26-29]等。本文建立了一種分離檢測PM2.5大氣顆粒物中酚類化合物的測試分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

全自動大氣/顆粒物采樣器(MH1200，流量范圍80～100 L/min)；高效液相色譜儀(2695-2489美國特世公司)；超聲波清洗機(DTC-10 J，超聲頻率40 KHz)；低速臺式大容量離心機(TDL-40 B)；密理博實驗室超純水機(Milli-QAdvantage)；乙腈(HPLC)(美國天地TEDIA)；酚類化合物標準溶液1000 mg/L(AccuStandard)；甲酸(HPLC)色譜純。

1.2 分析測試條件

色譜柱：Waters PAH C185 μm 4.6×250 mm；溫度：30 ℃；波長：280 nm；流速：1.00 mL/min；進樣量：10 μL。

流動相：甲酸水溶液(0.2%)和乙腈。

具體洗脫時間及流量變化如表1所示。

表1 梯度洗脫程序

1.3 樣品制備與分析

1.3.1 采樣前濾膜的制備與采樣

采樣前用鑷子將有機濾膜放入鋁箔袋中，放入馬弗爐中500℃烘烤4 h，取出后將濾膜在恒溫恒濕條件下平衡至少24 h，將濾膜放入保存盒中進行編號備用。采樣時，采樣人員佩戴實驗室專用手套，將濾膜正確放入采樣器中，設置采樣時間等參數(shù)，啟動采樣器采樣，采樣時間固定為 23 h，特殊情況下不低于20 h，采樣體積約為100 m3。采樣結(jié)束后，用鑷子取出濾膜，放入濾膜保存盒中，立即放入冰箱保存，并記錄采樣體積、時間等信息，樣品采樣后濾膜如圖1所示。

1.3.2 采樣后樣品的制備

先將濾膜邊緣無塵部分剪去，然后將濾膜對折剪碎放入10 mL具塞比色管中，加入甲醇5.0 mL，設定溫度為30 ℃，于超聲儀中超聲25 min(需要時冰水降溫，水溫不可超過40 ℃)，離心5 min，取上清液2.0 mL，用0.22 μm微孔濾膜過濾，濾液待分析。

1.3.3 標準曲線的配制

移取12種酚類化合物濃度為1000 mg/L的混合標準溶液1.0 mL于100.00 mL容量瓶中，加入乙腈溶劑定容至刻度，得10 mg/L的混合標準貯備液。再分別移取濃度為10 mg/L的混合貯備標準溶液0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL置于10.00 mL容量瓶中，加入乙腈溶劑稀釋定容至刻度線，得到濃度為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L的12種酚類化合物混合標準溶液，備用。將配制好的不同濃度梯度的標準樣品進行分析檢測，12種酚類化合物標準溶液譜圖如圖2所示，以峰面積與濃度建立標準曲線，得到線性回歸方程、相關系數(shù)、檢出限和測定下限如表2所示。

圖1 樣品采集后的濾膜

圖2 12種酚類化合物標準溶液色譜圖

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取時間和提取溫度的確定

提取溫度和提取時間是前期處理的關鍵，會直接影響PM2.5顆粒物中酚類化合物的提取效率。分別添加同一濃度為2.0 mg/L的酚類化合物于空白濾膜中，在溫度為10℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃和提取時間為10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min和70 min進行加標測試。由圖3可知，溫度為20 ℃、30 ℃和40 ℃時回收率基本穩(wěn)定，當溫度大于40 ℃時，回收率有明顯下降，可能是溫度升高，酚類化合物不穩(wěn)定，易氧化所致[31-32]，因此提取溫度應控制在中間溫度30 ℃，當溫度過高時可加入冰塊降溫。由圖4可知，當提取時間大于20 min時，回收率基本處于88.9 %左右，趨于穩(wěn)定狀態(tài)，因此提取時間設定在25 min左右。

圖3 不同溫度的回收率

圖4 不同時間的回收率

2.2 方法檢出限

取空白濾膜7張，加入濃度為0.025 μg/m3酚類混合標準化合物，按照樣品上述步驟處理并測定，計算各化合物的平均回收率和標準偏差(RSD)，用公式(1)計算出測定12種酚類化合物的方法檢出限，檢測上限為檢出限的4倍[30]。

MDL=S×t(n-1,0.99)

(1)

如表2所示，方法在0.5～10 mg/L線性范圍內(nèi)，12種酚類化合物的回歸方程均呈良好的線性關系(r>0.9999)，檢出限為0.0004 ～ 0.0032 μg/m3，標準偏差(RSD)為0.1%～1.1%，檢測上限為0.0016～0.0128 μg/m3。

表2 12種酚類化合物線性回歸方程、相關系數(shù)及檢出限(n=7)

2.3 精密度和正確度

分別取低濃度(0.100 μg/m3)和高濃度(0.500 μg/m3)兩個加標樣品平行測定7次，用平行測定結(jié)果的相對標準偏差(RSD)表示。由表3可知，低濃度RSD在0.1%～1.1%之間，高濃度RSD在0.1%～0.4%之間。

用濃度分別為0.025 μg/m3、0.050 μg/m3和0.250 μg/m3的標樣對空白濾膜樣品進行加標回收率測定實驗，平行測定7次。計算結(jié)果如表4所示，回收率分別為：97.8%～117.8%、103.5%～114.5%、102.0%～102.8%。

表3 標準溶液方法精密度測度結(jié)果(n=6)

表4 空白濾膜加標回收率測度結(jié)果(n=6)

2.4 實際樣品測試結(jié)果與加標回收率

在貴州某中心城區(qū)和周邊地區(qū)設置6個采樣點為PM2.5采樣點，對樣品5進行低濃度0.050 μg/m3加標測試，譜圖如圖5所示。由表5可知，PM2.5濾膜樣品中低分子酚類化合物有明顯檢出，濃度范圍為0.0005 μg/m3～0.0112 μg/m3，加標回收率范圍為87%～102.4%，具有較好的回收率。

圖5 實際樣品加標前后色譜圖

表5 實際樣品測試和加標回收率(n=6)

3 結(jié)論

本研究采用慮膜采樣、超聲波輔助萃取-高效液相色譜法測定PM2.5顆粒物中12種酚類化合物，對貴州某中心城區(qū)和周邊地區(qū)環(huán)境空氣中PM2.5顆粒物中酚類化合物進行采樣測檢，發(fā)現(xiàn)PM2.5顆粒物中含有少量的酚類化合物，特別是低分子酚類化合物有明顯檢出，濃度范圍在0.0005～0.0112 μg/m3。該方法前期處理簡單，能很好控制溶劑污染，具有準確性好、靈敏度高等優(yōu)點，適用于分離測定PM2.5大氣顆粒物中12種酚類化合物。