HPLC-FLD和GC-MS測定環(huán)境水體中苯并(a)芘的方法比較

王海棠 劉 浩

(徐州市環(huán)境監(jiān)測中心站， 江蘇 徐州 221006)

HPLC-FLD和GC-MS測定環(huán)境水體中苯并(a)芘的方法比較

王海棠 劉 浩

(徐州市環(huán)境監(jiān)測中心站， 江蘇 徐州 221006)

優(yōu)化了環(huán)境水樣中苯并(a)芘的固相萃取過程和HPLC分析方法，建立了苯并(a)芘的GC-MS分析方法，將其應(yīng)用于焦化廠廢水樣品的苯并(a)芘分析，比較了凈化和不凈化樣品在定量上面的區(qū)別。結(jié)果表明，兩種方法平均回收率均大于 70% ，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10% ，檢出限分別為0.0001μg/L和0.0003μg/L，均能滿足測定要求，測定低濃度苯并(a)芘樣品時(shí)，高效液相色譜法更穩(wěn)定，峰形基線平穩(wěn)，檢出限低，回收率高。凈化和未凈化的苯并(a)芘在用GC-MS和HPLC-FLD兩種方法定量計(jì)算濃度時(shí)，無顯著性差異。在分析基質(zhì)復(fù)雜樣品，為了結(jié)果更為準(zhǔn)確，保護(hù)色譜柱，需要凈化。

環(huán)境水體; 苯并(a)芘; 高效液相色譜-熒光檢測法; 氣相色譜-質(zhì)譜法; 方法比較

環(huán)境水體中的苯并(a)芘(BaP)來源于煤、石油等有機(jī)物的不完全燃燒產(chǎn)物經(jīng)過雨水沖刷、地表徑流、工業(yè)排污等，在自然水體中分布廣泛，而且含量較高。有報(bào)道在我國長江水體中的BaP的全年均量為1ng/L[1],是目前發(fā)現(xiàn)的200多種致癌多環(huán)芳烴化合物中最具代表性也是毒性最大的一種，BaP對動(dòng)物最小致癌量僅為0.4～2μg，通過損傷DNA，造成細(xì)胞癌變，對內(nèi)臟和神經(jīng)系統(tǒng)造成不可逆的危害，尤其對兒童影響較大，而且BaP進(jìn)入水體后能保持較長時(shí)間的活性[2]，我國也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，即地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，限值分別為2.8ng/L和 3ng/L。研究水體BaP監(jiān)測方法，對加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測具有十分重要的意義。

目前檢測環(huán)境水體中BaP的方法主要有液相色譜法和氣相色譜質(zhì)譜法，HPLC-FLD較GC-MS靈敏度高[3]，目前是食品和環(huán)保行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)方法，但液相色譜依靠保留時(shí)間定性，在分析復(fù)雜基質(zhì)時(shí)，不僅前處理過程繁瑣，需要大量的凈化過程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能會產(chǎn)生假陽性的結(jié)果。而氣相色譜質(zhì)譜法可以通過SIM法掃描化合物的特征離子，得到化合物的結(jié)構(gòu)信息，定性分析結(jié)果較為可靠。因此兩種方法在測定BaP時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前對于環(huán)境水體國家有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：《水質(zhì) 苯并(a)芘的測定乙酰化濾紙層析熒光分光光度法》GB 11895-89和《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》HJ478—2009，前者需要紙層析，步驟繁瑣，而后者主要是同時(shí)分析16種多環(huán)芳烴的方法，其前處理及分析方法為了兼顧多種化合物，對于分析單一的BaP時(shí)還需優(yōu)化，因此本文在國標(biāo)方法基礎(chǔ)上，探究更為專一、準(zhǔn)確、快速的BaP檢測方法，即利用目前較為先進(jìn)的全自動(dòng)固相萃取儀對環(huán)境水體進(jìn)行富集、凈化，然后分別建立HPLC-FLD和GC-MS優(yōu)化分析條件，將兩種方法進(jìn)行系統(tǒng)的比較，并將其應(yīng)用于環(huán)境水體檢測中，以期為從事BaP分析檢測工作人員提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

HPLC1200液相色譜儀配熒光檢測器(Agilent公司)，ZORBAX Eclipse PAH(250mm×3mm×5μm)，7890A-5975C氣 質(zhì) 聯(lián) 用 儀(Agilent公司)，配 EI源 ，帶7693自動(dòng)進(jìn)樣器，分流/不分流進(jìn)樣口；Agilent DB-5MS(30 m×0.25mm×0.25μm)毛細(xì)柱；DIONEX Auto Trace 280 SPE，帶六路自動(dòng)固相萃取通道；自動(dòng)氮吹濃縮儀(Caliper公司)。

二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷、甲醇均為HPLC級，購自Merck公司；NaCl(優(yōu)級純)在350℃下加熱6 h；無水硫酸鈉(優(yōu)級純)在400℃下加熱6 h；超純水(屈臣氏公司)；BaP(100 mg/L)，百靈威公司。

1.2 樣品前處理?xiàng)l件

合適的樣品前處理?xiàng)l件是環(huán)境水樣中BaP準(zhǔn)確分析的前提。本文在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在每升水樣中加入0.5g NaCl，有利于消除萃取過程中的乳化現(xiàn)象，并提高有機(jī)化合物在有機(jī)相和水相中的分配比，使其更快達(dá)到分配平衡，每升水中加入50 mL甲醇有利于增加有機(jī)相在C18小柱上的保留能力，提高了BaP的回收率，這與龍慶云[4]和馬小杰[5]研究結(jié)果一致。自動(dòng)固相萃取的具體過程見表1。

表1 自動(dòng)固相萃取方法

1.3 環(huán)境水樣中BaP的HPLC分析條件

柱溫：35 ℃，流動(dòng)相A為乙腈，B為水，梯度洗脫程序見表2所示，進(jìn)樣量為10μL，熒光檢測器激發(fā)波長：290nm，發(fā)射波長430nm。

表2 梯度洗脫程序表

1.4 環(huán)境水樣中BaP的GC-MS分析條件

進(jìn)樣口溫度240℃；程序升溫：50℃保持4 min，以8 ℃/min升至110 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升至280℃，保持4 min；傳輸桿溫度280℃。載氣(He)流速1.2 mL/min；進(jìn)樣量1 μL；不分流進(jìn)樣。離子源溫度230℃；四級桿溫度150℃；選擇離子掃描(SIM)；定性離子m/z 126，m/z 250， m/z 252；定量離子m/z 252；電子能量70 eV；溶劑延遲6 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 HPLC條件優(yōu)化

合適的流動(dòng)相比例和流速是影響峰型和出峰時(shí)間的關(guān)鍵因素，乙腈在流動(dòng)相的占比較小，BaP出峰時(shí)間較長，監(jiān)測效率較低，隨著乙腈在流動(dòng)相中比例增加，BaP出峰時(shí)間縮短，但可能會導(dǎo)致和雜質(zhì)峰重疊，分離不徹底，對BaP定性和定量造成困難[6]，因此本文選擇梯度洗脫程序進(jìn)行BaP分析(見表2)。流速太低，目標(biāo)物峰會拖尾，流速太高，可能導(dǎo)致柱流失，降低色譜柱壽命，因此選擇1.2ml/min。在此條件下測定BaP的保留時(shí)間為18.96min，比國標(biāo)的方法快15min。

2.2 GC-MS條件優(yōu)化

由于環(huán)境樣品中BaP濃度較低，而且BaP在MSD(EI)上的靈敏度相對HPLC-FLD低，為此本研究采用不分流進(jìn)樣，以提高同樣濃度水平的BaP響應(yīng)值，而環(huán)境水體的復(fù)雜性，在全掃描模式下會有雜質(zhì)峰干擾較難分辨，本文采用選擇離子掃描(SIM)模式掃描，BaP特征離子峰m/z 252、m/z 250、m/z126、m/z 252作為定量離子，將目標(biāo)物峰同NIST標(biāo)準(zhǔn)譜圖檢索結(jié)果相匹配。

2.3 自動(dòng)固相萃取條件選擇

C18柱是一種反相吸附柱，萃取過程是反相鍵合相的萃取過程，萃取效果取決于溶劑及化合物和C18柱填料間的相互作用，洗脫溶劑極性太弱容易將不需要分析的組分全部洗脫下來，極性太強(qiáng)又會導(dǎo)致洗脫不完全。本研究在參考國標(biāo)方法基礎(chǔ)上，認(rèn)為乙酸乙酯和二氯甲烷以1:1混合更有利于BaP分析，對于洗脫速率，普遍認(rèn)為速率越低越有利于洗脫充分，滴速最佳，本文為了兼顧洗脫效率和萃取效率選擇2ml/min。

表3 洗脫溶劑對BaP回收率的影響

2.4 兩種方法的線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)曲線和相關(guān)系數(shù)比較

將1.1中BaP標(biāo)準(zhǔn)溶液用甲醇配成500、1000、2000、3000和5000 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，用兩種方法分別檢測，并對所得結(jié)果進(jìn)行線性擬合。結(jié)果見表4，結(jié)果顯示，BaP在500～5000 μg/L范圍內(nèi)，線性良好，HPLC和GC-MS法的相關(guān)系數(shù)為分別為0.9998和0.9979，前者的相關(guān)系數(shù)比后者略好。

表4 BaP的標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性范圍、相關(guān)系數(shù)

2.5 兩種方法的精密度、準(zhǔn)確度和檢出限比較

本文取低、中、高三個(gè)較低濃度的已知濃度樣品，來評價(jià)方法的精密度和準(zhǔn)確度；使得上述樣品經(jīng)處理后濃度在考察的線性范圍內(nèi)；高、低濃度的BaP加標(biāo)水樣質(zhì)量濃度分別為4.0、0.6 μg/L，每個(gè)樣品水平平行測定6次，結(jié)果見表5。由表5可見，兩種方法測定水樣時(shí)回收率分別為86.3%、92.5%和71.2%、81.6%，符合水樣中BaP測定時(shí)準(zhǔn)確度要求，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為均小于10%，分別為5.3%、3.8%和8.2%、4.2%。低濃度HPLC法加標(biāo)回收率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯小于GC-MS法，說明測定低濃度BaP樣品時(shí)，HPLC法更穩(wěn)定；兩種方法的檢出限分別為0.0001μg/L和0.0003μg/L(低濃度計(jì)算值) ：MDL=t(n-1,0.99)×S，中S為標(biāo)準(zhǔn)偏差(μg/L)，t(n-1,0.99)為置信度99%、自由度為(n-1)時(shí)的斯圖登特值。

表5 兩種方法BaP檢出限、精密度和回收率

2.5 兩種不同方法測定某化工廠排污廢水的比較

用優(yōu)化得到的GC-MS和HPLC-FLD法，對某化工廠所排廢水樣品W的BaP含量進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表6，由表6可以看出，通過定量計(jì)算，用GC-MS法檢出BaP凈化和未凈化的質(zhì)量濃度為375μg/L和377μg/L。而用HPLC-FLD法檢出BaP凈化和未凈化的質(zhì)量濃度分別為 382μg/L和385μg/L。造成兩種方法檢出差異，一方面，可能是由于BaP在GC高溫氣化條件下易熱解，導(dǎo)致其含量略低于HPLC法檢出濃度[8]；另一方面，可能是未凈化的樣品由于雜質(zhì)較多，基線漂移，在定量計(jì)算BaP時(shí)質(zhì)量濃度稍高于凈化數(shù)值。而樣品經(jīng)弗羅里硅土柱凈化后雜質(zhì)種類和濃度都明顯減少，尤其是分子較大的極性非極性雜質(zhì)，這與曲健等[7]檢測結(jié)果一致；但他們的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于0.5%，由此可以得出，凈化和未凈化的BaP在用GC-MS和HPLC-FLD兩種方法定量計(jì)算濃度時(shí)，無顯著性差異，但由于是污水，基質(zhì)比較復(fù)雜，而且從上述未凈化譜圖上看存在較多大分子極性非極性物質(zhì)，可能會對色譜柱有影響，在實(shí)驗(yàn)條件允許下需凈化。

表6 兩種方法法測定實(shí)際樣品BaP含量凈化和不凈化比較

注：W-凈化和W-未凈化分別為W經(jīng)自動(dòng)固相萃取后過弗羅里硅土柱和未經(jīng)弗羅里硅土柱凈化的樣品。

3 結(jié)論

在國標(biāo)HJ478-2009的基礎(chǔ)上優(yōu)化了環(huán)境水樣中BaP的固相萃取過程和HPLC監(jiān)測方法，提高了監(jiān)測效率，比國標(biāo)的時(shí)間提前了15 min，而且檢出限等參數(shù)優(yōu)于國標(biāo)。同時(shí)建立了BaP的GC-MS監(jiān)測方法，通過比較兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并將其應(yīng)用于焦化廠廢水樣品的BaP監(jiān)測。兩種方法均能滿足要求，HPLC方法檢出限較低，對于低濃度環(huán)境水樣準(zhǔn)確度更高，而GC-MS對于基質(zhì)比較復(fù)雜或者未知物質(zhì)的監(jiān)測更勝一籌，能排除假陽性影響。在監(jiān)測地下水等基質(zhì)較為干凈水體，可不經(jīng)過凈化直接分析；若是地表水或者污水，基質(zhì)較為復(fù)雜，在實(shí)際分析時(shí)為了結(jié)果更為準(zhǔn)確，同時(shí)保護(hù)色譜柱，建議需要經(jīng)過凈化。因此，在實(shí)際監(jiān)測時(shí)可以根據(jù)樣品實(shí)際情況選擇合適的方法。

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項(xiàng)目資助： 西華師范大學(xué)博士啟動(dòng)項(xiàng)目(14E003);西華師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(412547);四川省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目(15ZA150)

Comparison of HPLC-FLD with GC-MS in estimation of Benzo[a] pyrene in environmental water

Wang Haitang, Liu Hao

(Xuzhou Environmental Monitoring Center, Xuzhou 221006, China)

benzo[a]pyrene (BaP) in wastewater of a coking plant was determined by HPLC with optimized solid-phase extraction and GC-MS. Of the two methods, the average recovery rates were above 70%, and relative standard deviations were below 10%, and the limits of detection were 0.0001μg/L and 0.0003μg/L respectively for HPLC and GC-MS, which could satisfy the measurement requirements. When the sample of low BaP concentration was determined, the result from HPLC method was more stable, with smooth baseline of peaks, low limit of detection and high recovery rate. For purified and raw BaP samples, the detection results from the two methods showed no significant difference. In order to protect the chromatographic columns and make the analysis more accurate, the purification was needed for complex matrix samples.

environmental water; Benzo[a]pyrene; high-performance liquid chromatography-fluorescence detector; gas chromatography-mass spectrometry; method comparison

2016-08-02;2016-10-08修回

王海棠，女，1983年生，碩士，工程師。研究方向：環(huán)境有機(jī)類污染物監(jiān)測研究。E-mail：45477213@qq.com

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