飲用水中超痕量多環(huán)芳烴測(cè)定方法的優(yōu)化

王懌婷

(北京市自來(lái)水集團(tuán)有限責(zé)任公司水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，北京 100192)

多環(huán)芳烴(PAHs)是一類對(duì)人體具有較強(qiáng)的毒性、突變性和致癌性的有機(jī)污染物，主要導(dǎo)致胃癌、肺癌和皮膚癌[1]。由于工業(yè)上石油、煤等原料的大量使用，PAHs在環(huán)境中已廣泛存在[2]，也是水體中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的污染物之一。PAHs種類繁多，美國(guó)環(huán)保署(EPA)將其中的16種PAHs列為優(yōu)先檢測(cè)物[3]，中國(guó)將其中的7種PAHs列為優(yōu)先控制污染物[4]。我國(guó)的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定水中苯并[a]芘含量應(yīng)小于0.01μg/L，多環(huán)芳烴總量不得大于2μg/L[5]。水體中的多環(huán)芳烴含量為痕量級(jí)[6- 7]，因此對(duì)于水體中PAHs的富集濃縮和更有效的提高檢測(cè)靈敏度顯得尤為重要。目前水中多環(huán)芳烴類物質(zhì)的前處理主要采用液液萃取、固相萃取法，其分析方法主要有氣相色譜法[8]、氣相色譜質(zhì)譜法[9]、高效液相色譜法等[10- 12]，應(yīng)用最多的是固相萃取-液相色譜法(HPLC)，該方法穩(wěn)定、適用性廣、操作便捷，但對(duì)PAHs多種混合物的分析過(guò)程較長(zhǎng)，不能滿足對(duì)該污染物的快速篩查和分析。本研究針對(duì)熒蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3-cd)芘6種被列為優(yōu)先控制的PAHs，通過(guò)對(duì)比常規(guī)HPLC測(cè)定方法，并優(yōu)化色譜參數(shù)及分離條件，建立了一種更為快速、高效的PAHs超高效液相色譜(UPLC)分析法，更有效地提高了檢測(cè)靈敏度和精密度，滿足實(shí)際水樣中PAHs的痕量監(jiān)測(cè)要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

儀器：Waters 2695型液相色譜儀(HPLC)，配2475熒光檢測(cè)器，色譜柱為PAHs專用柱(4.6mm×150mm，5μm)；Waters UPLC-H Class超高效液相色譜儀(UPLC)，配FLR熒光檢測(cè)器，色譜柱為PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)。

試劑及材料：甲醇、乙腈(美國(guó)Fisher公司，色譜純)、二氯甲烷，Milli-Q超純水；Waters HLB固相萃取小柱(6mL，200mg)；6種多環(huán)芳烴物質(zhì)：熒蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3-cd)芘混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(200μg/mL，美國(guó)AccuStandard公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1儀器參數(shù)及色譜條件

常規(guī)測(cè)定(HPLC)色譜條件：Waters 2695-HPLC，檢測(cè)器為2475熒光，PAHs色譜柱(4.6mm×150mm，5μm)，柱溫30℃，流動(dòng)相為純甲醇，等度洗脫，流速1mL/min，進(jìn)樣量10μL，熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)參數(shù)見表1。

表1 HPLC熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)參數(shù)

快速測(cè)定(UPLC)色譜條件：Waters H-Class-UPLC，檢測(cè)器為FLR熒光，PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)，柱溫30℃，進(jìn)樣量5μL，流動(dòng)相為乙腈、水，梯度洗脫，洗脫條件見表2，熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)見表3。

表2 UPLC梯度洗脫條件

表3 UPLC熒光檢測(cè)器波長(zhǎng)參數(shù)

1.2.2樣品前處理

對(duì)于水體中痕量級(jí)的多環(huán)芳烴，本實(shí)驗(yàn)采用固相萃取法富集，將Waters HLB固相萃取小柱依次用二氯甲烷5mL、甲醇5mL、純水10mL進(jìn)行充分活化，在1L水樣中加入10mL甲醇和5g氯化鈉混勻，并以10mL/min的流速進(jìn)行上樣富集，完成后用5%甲醇水溶液清洗雜質(zhì)，用2mL二氯甲烷洗脫待測(cè)物質(zhì)，3次洗脫后收集洗脫液并吹干，用乙腈定容至1mL待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析條件探討

2.1.1色譜柱分析與探討

分別選取PAHs專用柱(4.6mm×150mm，5μm)和PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比對(duì)，分別按照1.2.1中的常規(guī)測(cè)定(HPLC)和快速測(cè)定(UPLC)的色譜條件洗脫分離，6種多環(huán)芳烴分離圖譜如圖1—2所示，2種測(cè)定方法的保留時(shí)間對(duì)比見表4。結(jié)果表明通過(guò)PAHs快速柱及UPLC建立的6種PAHs分析法可在7min內(nèi)完成對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的有效分離與測(cè)定，大大提高了檢測(cè)效率，檢測(cè)進(jìn)程的縮短也更有利于節(jié)約溶劑與標(biāo)準(zhǔn)品、進(jìn)樣量減少、環(huán)保性更佳。這主要是由于選擇更小粒徑的柱子，其填料更加緊密均一，柱效更高、速度更快。需要注意的是PAHs快速柱由于長(zhǎng)度只有50mm，洗脫時(shí)應(yīng)采用梯度洗脫，等度洗脫分離效果不佳，洗脫條件見表2。

表4 HPLC與UPLC測(cè)定6種PAHs的保留時(shí)間比較

圖1 6種多環(huán)芳烴HPLC熒光色譜圖

圖2 6種多環(huán)芳烴UPLC熒光色譜圖

2.1.2熒光波長(zhǎng)參數(shù)的優(yōu)化

檢測(cè)的6種多環(huán)芳烴在紫外區(qū)也有吸收，但檢測(cè)靈敏度較低，故本實(shí)驗(yàn)選用響應(yīng)值更高的熒光檢測(cè)器分析測(cè)定。為了使6種PAHs化合物達(dá)到更好的靈敏度和分離度，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，比較了6種多環(huán)芳烴物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的出峰時(shí)間和靈敏度，最終確立了最佳波長(zhǎng)參數(shù)，見表1—3。需要說(shuō)明的是波長(zhǎng)參數(shù)變動(dòng)較大時(shí)可造成出峰時(shí)間和基線漂移、波動(dòng)較大，因此對(duì)于檢測(cè)波長(zhǎng)接近的物質(zhì)可選用一致的激發(fā)與發(fā)射波長(zhǎng)。另外，相對(duì)于其他5種PAHS來(lái)說(shuō)，茚并(1，2，3-cd)芘對(duì)于熒光波長(zhǎng)參數(shù)的變動(dòng)最為敏感，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得出茚并(1，2，3-cd)芘的最佳激發(fā)、發(fā)射波長(zhǎng)分別為294、480nm。

2.2 線性范圍與檢出限

選用優(yōu)化后的快速測(cè)定PAHs的UPLC法，進(jìn)行方法的有效性驗(yàn)證。取6種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用甲醇稀釋，配制成濃度為1.0、2.5、5.0、10、25、50μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)系列，以濃度為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性范圍和回歸方程見表5。結(jié)果表明，6種PAHs在1～50μg/L范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，滿足日常測(cè)定要求。該方法檢出限通過(guò)公式MDL=t(n-1，0.99)×S得出(式中MDL：方法檢出限；n：添加低濃度樣品的平行測(cè)定次數(shù)；t：自由度為n-1、置信度為99%時(shí)的t分布；S∶n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差)。故選用濃度為1.0μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)定七次，根據(jù)上述公式計(jì)算出方法檢出限，結(jié)果見表5，6種多環(huán)芳烴化合物的方法檢出限(MDL)在0.30～0.70ng/L范圍內(nèi)，適用于水體中PAHs的痕量分析。

表5 6種PAHs的線性范圍及檢出限

2.3 精密度與準(zhǔn)確度

按照提速增效后的UPLC配置PAHs快速柱的實(shí)驗(yàn)方法分別對(duì)不含此6種PAHs的空白水樣進(jìn)行高低濃度加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)濃度為1.0μg/L和50μg/L，平行測(cè)定6次，各物質(zhì)的精密度和回收率見表6。結(jié)果顯示高低濃度加標(biāo)后的回收率為83.3%～94.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于7.2%，該方法的準(zhǔn)確度、精密度均能滿足水樣中6種PAHs的快速痕量分析要求。

表6 6種多環(huán)芳烴的加標(biāo)回收率與精密度

2.4 實(shí)際水樣測(cè)定

該方法經(jīng)過(guò)有效性驗(yàn)證后，選取某市有代表性的幾個(gè)水廠出水、原水及管網(wǎng)水進(jìn)行分季度的PAHs監(jiān)測(cè)普查工作，測(cè)定結(jié)果顯示在各批次水樣中6種PAHs均未檢出。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究以6種被列為優(yōu)先控制的多環(huán)芳烴為例，通過(guò)選取PAHs快速專用色譜柱，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，建立了一套固相萃取-超高效液相色譜法(UPLC)檢測(cè)水中的PAHs。該方法極大地縮短了分析過(guò)程，可在7min內(nèi)完成6種PAHs的分離與測(cè)定，提升了大規(guī)模樣本的檢測(cè)通量，方法穩(wěn)定，線性良好，重現(xiàn)性及靈敏度高，同時(shí)由于進(jìn)樣量的減少，更利于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)參照物成本、節(jié)省溶劑、減少毒性。提速增效后的UPLC方法也是未來(lái)色譜分析的發(fā)展趨勢(shì)，其應(yīng)用前景良好。該法適用于飲用水中PAHs的痕量測(cè)定要求，但目前檢測(cè)種類有限，對(duì)于除6種之外的其余多種PAHs的快速測(cè)定也是后續(xù)優(yōu)化研究的方向。