一次性固相微萃取-高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境水樣中的3種多環(huán)芳烴

劉志超, 胡霞林, 劉景富＊

(1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085; 2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

多環(huán)芳烴(PAHs)是分布最廣且對(duì)人的健康威脅極大的環(huán)境致癌物[1,2]。隨著工業(yè)的發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)范圍的擴(kuò)大,多環(huán)芳烴的分布日益廣泛,在水體、空氣和土壤及沉積物中都能發(fā)現(xiàn)它們的存在。

固相微萃取(SPM E)[3]是 20世紀(jì) 90年代初發(fā)展起來(lái)的一種集采樣、萃取和富集為一體的樣品前處理技術(shù),其操作簡(jiǎn)單,樣品處理步驟少,已廣泛用于環(huán)境有機(jī)污染物的分析。商品化的 SPM E萃取頭價(jià)格昂貴,使用壽命有限 (約 50～100次),成本較高;另外,這些萃取頭多次使用后,容易導(dǎo)致萃取頭纖維污染。M ayer等[4]和 Hu等[5]將涂有聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的石英光導(dǎo)纖維作為一次性SPM E被動(dòng)采樣裝置,取得了滿(mǎn)意的效果。該一次性纖維價(jià)格低廉,顯著降低了分析測(cè)試成本,同時(shí)還克服了污染物在纖維上的殘留等問(wèn)題。本文將涂有PDMS的石英光導(dǎo)纖維作為一次性 SPM E纖維,與高效液相色譜(HPLC)-熒光檢測(cè)技術(shù)結(jié)合,建立了測(cè)定環(huán)境水樣中菲、熒蒽和的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

安捷倫 1100型高效液相色譜系統(tǒng),包括 Agilent1100型單元泵和 Agilent1100型熒光檢測(cè)器 (美國(guó)安捷倫公司);84-1A型磁力攪拌器 (上海碩光電子科技有限公司);1.5cm玻璃磁轉(zhuǎn)子。一次性萃取纖維(涂有 30μm厚度 PDMS的石英纖維,由丹麥環(huán)境科學(xué)研究所M ayer博士贈(zèng)送),均勻地將其截為 1.5cm長(zhǎng)的小段,使用之前用丙酮清洗兩次以去除可能存在的雜質(zhì)。

1.2 色譜條件

色譜柱為日本 Y MC J’sphere ODS-H80柱(150 mm×4.6mm,4μm)。對(duì)于菲、熒蒽和3種化合物,設(shè)定檢測(cè)器的激發(fā)波長(zhǎng)分別為 246、280和260nm,發(fā)射波長(zhǎng)分別為 375、450和 370nm。流動(dòng)相為 100%甲醇,流速為 0.8mL/m in。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在 100mL錐形瓶中加入攪拌磁子和 60mL樣品溶液,放入兩段 PDMS纖維,在 1 200r/m in轉(zhuǎn)速下進(jìn)行萃取;萃取 60m in后將 PDMS纖維取出,并放入色譜自動(dòng)進(jìn)樣瓶的一次性?xún)?nèi)插管 (200μL)中,加入 120μL甲醇進(jìn)行密封靜置解吸;解吸 24h后取20μL解吸液進(jìn)行 HPLC分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 解吸時(shí)間的確定

解吸是被萃取物在解吸液與 PDMS涂層兩相間的分配過(guò)程,并逐漸趨于分配平衡。實(shí)驗(yàn)考察了富集了菲、熒蒽和3種 PAHs標(biāo)準(zhǔn)溶液的 PDMS纖維在甲醇中浸泡的解吸時(shí)間曲線。結(jié)果表明,由解吸時(shí)間為 1d(24h)始,延長(zhǎng)解吸時(shí)間至 7d(168 h),所得到的色譜峰面積基本保持不變,即解吸 24 h后已經(jīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,故本實(shí)驗(yàn)選擇纖維解吸時(shí)間為24h。

2.2 萃取時(shí)間的確定

萃取時(shí)間是影響 SPM E的重要因素[6,7]。圖1是萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明:萃取時(shí)間越長(zhǎng),萃取量越大。由于 3種 PAHs在 PDMS中的分配系數(shù)從菲向遞增,在 60m in時(shí),菲已經(jīng)達(dá)到萃取平衡,而熒蒽和仍有緩慢增大趨勢(shì)。為了獲得較高靈敏度的同時(shí)又能節(jié)約萃取時(shí)間,本實(shí)驗(yàn)選擇的萃取時(shí)間為 60m in。

圖1 萃取時(shí)間對(duì)多環(huán)芳烴萃取效率的影響F ig.1 Effect of ex traction tim e on the ex traction efficiency of p olycyclic a rom a tic hydroca rbons

2.3 攪拌速度的影響

攪拌速度的增大一般可增大物質(zhì)從溶液向萃取纖維的傳輸速度,從而提高萃取效率[8,9]。本實(shí)驗(yàn)考察了攪拌速度對(duì)萃取效率的影響,結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?攪拌速度的增大并沒(méi)有對(duì)菲的萃取效率產(chǎn)生明顯的影響,這是由于菲的分配系數(shù)較低,在較低的轉(zhuǎn)速下就已經(jīng)達(dá)到平衡。而對(duì)熒蒽和峰面積則有不同程度的增加,的增大趨勢(shì)大于熒蒽。考慮到玻璃磁子的承受能力,在不影響實(shí)驗(yàn)靈敏度的情況下,最后將攪拌速度定為 1 200r/m in。

圖2 攪拌速度對(duì)多環(huán)芳烴萃取效率的影響Fig.2 Effect of stirring speed on the extraction efficiency of polycyclic arom atic hydrocarbons

2.4 鹽效應(yīng)的影響

一般而言,增加溶液中的離子強(qiáng)度會(huì)降低有機(jī)物在溶液中的溶解度,增大其在有機(jī)相的分配系數(shù),從而提高萃取效率[10];同時(shí),鹽的存在增大了溶液黏度,從而會(huì)降低有機(jī)物在溶液中的擴(kuò)散速度[6,11]。因此,對(duì)于一個(gè)非平衡的 SPM E體系,鹽度的影響是上述兩個(gè)因素的綜合結(jié)果。圖3給出了樣品中加入N aCl得到的鹽效應(yīng)曲線。從圖3中可以看出,對(duì)于分配系數(shù)較小的菲和熒蒽,鹽的存在對(duì)萃取效率的影響不大;對(duì)于分配系數(shù)較大的屈艸,在較低的N aCl質(zhì)量濃度 (小于 5g/L)下,加入鹽后降低了其在溶液中的溶解度,對(duì)萃取效率呈正效應(yīng);而當(dāng)N aCl質(zhì)量濃度大于 5g/L時(shí),溶液的黏度成為影響萃取效率的主要因素,導(dǎo)致加入鹽后呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。圖3還表明,溶液中 N aCl的質(zhì)量濃度為 20～50 g/L時(shí),3種 PAHs的萃取效率基本不變。對(duì)于環(huán)境水樣(海水),其鹽度范圍為 0～30g/L,因此,在標(biāo)準(zhǔn)溶液和實(shí)際樣品中加入 20g/L N aC l均可以消除樣品基體中鹽的影響。

圖3 鹽度對(duì)多環(huán)芳烴萃取效率的影響F ig.3 Effect of sa lin ity on the ex traction efficiency of po lycyclic a rom a tic hydroca rbons

2.5 樣品溶液酸度的影響

一般環(huán)境水樣的酸度范圍為 pH5～8[12],因此實(shí)驗(yàn)考察了樣品溶液的 pH為 5～8時(shí)對(duì) 3種目標(biāo)化合物的萃取效率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三者的萃取效率保持不變。這是由于多環(huán)芳烴本身的結(jié)構(gòu)決定了其不會(huì)在水中離解,溶液的 pH改變不會(huì)影響其化學(xué)狀態(tài)和溶解度,因而對(duì)萃取沒(méi)有明顯的影響。

2.6 方法的線性范圍、檢出限和精密度

在優(yōu)化的萃取實(shí)驗(yàn)條件下,以峰面積 Y對(duì) 3種分析物的質(zhì)量濃度 X(μg/L)做工作曲線。對(duì) 0.5 μg/L的 PAHs標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定 6次,以得到方法的精密度;檢出限由 3倍信噪比 (S/N=3)計(jì)算得到。方法的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù) (r2)、線性范圍、精密度(以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)計(jì))和檢出限見(jiàn)表1。

2.7 實(shí)際水樣分析

用所建立的分析方法測(cè)定了云南省富源縣某焦化廠的廢水樣,測(cè)得菲的質(zhì)量濃度為 5.6μg/L,熒蒽的質(zhì)量濃度為 1.8μg/L,未檢出。實(shí)際樣品的加標(biāo)回收率為80.0%～107%,樣品測(cè)定的RSD(n= 6)為 2.9%～8.9%,說(shuō)明該方法不受環(huán)境基質(zhì)的干擾。實(shí)際樣品的分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 方法的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍、精密度(RSD)和檢出限Tab le1 Regression equa tions,co rre la tion coefficien ts(r2),linea r ranges, p recisions(RSD)and de tection lim its of the m e thod

表2 實(shí)際環(huán)境水樣中 3種 PAHs的加標(biāo)回收率(n=6)Tab le2 Recove ries of the th ree PAHs in a rea l w a te r samp le(n=6)

3 結(jié)語(yǔ)

建立了一次性 SPM E與 HPLC聯(lián)用測(cè)定環(huán)境水樣中的菲、熒蒽和3種 PAHs的方法。該方法成本低,SPM E纖維一次性使用,避免了傳統(tǒng) SPM E纖維污染物殘留的問(wèn)題;方法操作簡(jiǎn)單,快速、靈敏,精密度好,實(shí)際樣品分析的回收率高,不受環(huán)境基質(zhì)的干擾。該方法適合于環(huán)境水樣痕量 PAHs的快速檢測(cè)。

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