橡膠產(chǎn)品中多環(huán)芳烴提取前處理凈化方法的驗(yàn)證

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0 引言

目前，固相萃取裝置在食品、高分子材料等產(chǎn)品的色譜分析測(cè)試的前處理[1]中得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]，其具有簡便、快速、高效等優(yōu)勢(shì)。常見的固相萃取裝置有自制填料固相萃取柱和市售的固相萃取小柱。就自制填料固相萃取柱而言，填料的選擇[4-5]和裝填[6-7]手法及后續(xù)的洗脫溶劑的選擇[8]等因素都直接影響其凈化效果。本文通過對(duì)不同粒度的填充料的選擇（硅膠）和合理的洗脫溶劑來驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)所選擇的填充方式及洗脫方式的優(yōu)越性。就市售固相萃取小柱而言，在實(shí)際使用中，洗脫溶劑的使用量和洗脫時(shí)間直接影響其凈化效果。本文通過對(duì)橡膠產(chǎn)品中多環(huán)芳烴的測(cè)試，驗(yàn)證了本方法中前處理時(shí)所選擇的洗脫溶劑和洗脫時(shí)間的優(yōu)越性，有效地將目標(biāo)物與干擾組分相分離，大大增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)物特別是痕量目標(biāo)物的檢出能力，提高了被測(cè)樣品的回收率[9-10]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 前處理步驟

準(zhǔn)確稱取制樣為 5 mm×5 mm×5 mm 的橡膠樣品1g，使用（正己烷∶二氯甲烷＝1∶1）的溶劑超聲提取多環(huán)芳烴類，超聲提取液旋蒸濃縮至約1 mL，經(jīng)固相萃取小柱凈化后，使用GCMS對(duì)多環(huán)芳烴類物質(zhì)進(jìn)行分析定量。

1.2 儀器及分析參數(shù)

Agilent 7890A（GC）-5975C（MS）：

1）色譜柱：DB-5MS，柱長為30 m，內(nèi)徑為0.25 mm，膜厚 0.25 μm（J&W）；

2）柱溫度程序：初始溫度60 ℃，以30 ℃/min升溫至120 ℃，再以10 ℃/min升溫至250 ℃，再以10 ℃ /min 升溫至 310 ℃，保持 2.5 min；

3）進(jìn)樣口溫度：250 ℃；

4）色譜-質(zhì)譜接口溫度：280 ℃；

5）離子源溫度：230 ℃；

6）載氣：氦氣，純度≥99.999%，1.0 mL/min；

7）電離方式：EI；

8）電離能量：70 eV；

9）質(zhì)量掃描范圍：50～450 amu；

10）測(cè)定方式：選擇離子監(jiān)測(cè)方式；

11）進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣，2.0 min后開閥；

12）進(jìn)樣量：1.0 μL；

13）溶劑延遲：3 min。

1.3 實(shí)驗(yàn)試劑和耗材

正己烷:色譜級(jí)；二氯甲烷：色譜級(jí)；石油醚：95% 石油醚（沸程40～60 ℃），純度95%；層析硅膠：60～100目、200～300目；40 mL螺紋管；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；玻璃層析柱：直徑×高度= 1.5cm×15cm；乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱：2g/6 mL；固相萃取裝置。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)品

18種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)品：純度≥96%，分別為：萘、苊、苊烯、芴、蒽、菲、熒蒽、芘、苯并（a）蒽、苯并菲（屈）、苯并（b）熒蒽、苯并（k）熒蒽、苯并（j）熒蒽、苯并（e）芘、苯并（a）芘、茚苯（1，2，3-cd）、二苯并（a，h）蒽、苯并（g，h，i）苝（安譜）。1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（約 1 000 mg/L）：準(zhǔn)確稱取適量18種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)品，用正己烷將每種物質(zhì)配成濃度約為1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

1.4.2 混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（10 mg/L）：準(zhǔn)確移取適量標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1.4.1），用正己烷配制成濃度為10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.4.3 工作曲線配制：將混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液移取適當(dāng)體積至容量瓶中，分別配制成濃度為0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L 的 5 個(gè)濃度點(diǎn)。

表1 化合物的曲線方程及相關(guān)系數(shù)

1.5 結(jié)果計(jì)算

樣品中多環(huán)芳烴含量按式（1）計(jì)算，結(jié)果表示到小數(shù)點(diǎn)后一位。計(jì)算結(jié)果需將空白值扣除。

式中：Xi—— 樣品中多環(huán)芳烴i的含量，mg/kg；

ci—— 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中多環(huán)烴i的濃度，mg/L；

Ai—— 樣液中多環(huán)芳烴i峰面積；

As—— 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中多環(huán)芳烴i峰面積；

V—— 樣液最終定容體積，mL；

F—— 稀釋因子；

m—— 最終樣液代表的試樣量，g

2 自制硅膠填料凈化柱填裝驗(yàn)證

2.1 硅膠的選擇和失活處理

進(jìn)行硅膠選擇時(shí)，顆粒很細(xì)的硅膠凈化效果好，但樣品凈化時(shí)間長，對(duì)于基質(zhì)粘稠樣品所需凈化時(shí)間更長，這樣處理樣品數(shù)量多時(shí)實(shí)驗(yàn)室效率低；顆粒較大的硅膠不能起到很好的凈化效果，所以本文驗(yàn)證了60～100目和200～300目層析硅膠結(jié)合使用的最佳選擇量。

硅膠在裝填柱子前需要進(jìn)行失活處理，將層析用硅膠在130 ℃的烘箱中烘12 h，置于干燥器中冷卻。裝填柱子時(shí)，在裝有硅膠的燒杯中加入10%（質(zhì)量比）的去離子水，攪拌均勻，使其占居部分硅膠的位點(diǎn)，避免凈化過程中因硅膠吸附太強(qiáng)而不能連續(xù)洗脫出的現(xiàn)象發(fā)生。另外，部分溶劑與硅膠作用產(chǎn)生熱，容易使硅膠柱出現(xiàn)氣泡（如二氯甲烷做溶劑），需要在裝填柱子時(shí)，再使用該洗脫溶劑進(jìn)行失活處理（方法：加入一倍于硅膠體積的溶劑，攪拌均勻，本文使用該方法對(duì)層析硅膠進(jìn)行了失活處理），然后裝填。

2.2 裝填

準(zhǔn)備干凈的層析柱，用玻璃棉（0.5～1cm高）攔截，玻璃棉上面用無水硫酸鈉填充（至1cm高），稱取10g使用水去活的層析硅膠（選擇60～100目∶200～300目=7∶3，驗(yàn)證數(shù)據(jù)見表2），填充無水硫酸鈉上層，晃動(dòng)玻璃層析柱，不斷用滴管乳膠頭敲實(shí)，待柱子頂部平整不再有凹陷，在硅膠層的頂部加入1cm的無水硫酸鈉層，繼續(xù)敲實(shí)。依次加入20 mL的石油醚，30 mL的正己烷平衡硅膠柱。柱子不能干涸。

2.3 洗脫溶劑的選擇

依據(jù)有機(jī)溶劑極性，選擇溶解性和親和性適合多環(huán)芳烴類化合物，且更易洗脫出多環(huán)芳烴類的溶劑進(jìn)行洗脫，依據(jù)表3數(shù)據(jù)，使用100 mL的（正己烷∶二氯甲烷＝7∶3）混合溶液淋洗。

表3 洗脫溶劑選擇比較

2.4 上樣和淋洗液的收集濃縮

收集淋洗溶液至250 mL的平底燒瓶中，在50 ℃，300 bar的條件下將淋洗液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至小于3 mL，使用正己烷定容至10 mL，供GC-MS分析。

3 乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱淋洗曲線驗(yàn)證

3.1 乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱凈化流程步驟

針對(duì)乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱的洗脫，選取第三方檢測(cè)中檢出次數(shù)最多的化合物萘，做空白加標(biāo)，對(duì)洗脫效果做了淋洗曲線驗(yàn)證。

依據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，確證乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱凈化流程步驟見圖1。乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱淋洗曲線數(shù)據(jù)見表4。

4 兩種固相萃取小柱凈化數(shù)據(jù)

4.1 自制固相萃取小柱凈化結(jié)果

圖1 凈化流程-乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱

使用自己填裝的層析硅膠固相小柱，對(duì)未檢出橡膠基質(zhì)樣品加標(biāo)（加標(biāo)理論濃度0.5 mg/kg）前處理溶液進(jìn)行凈化、分析、計(jì)算結(jié)果回收率（表5），回收率范圍在80%～130%之間；通過標(biāo)準(zhǔn)偏差評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性（表6），8個(gè)基質(zhì)加標(biāo)樣品，18種多環(huán)芳烴類物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%。

表4 乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱淋洗曲線數(shù)據(jù)表

表5 樣品基質(zhì)加標(biāo)回收率數(shù)據(jù)

表6 樣品基質(zhì)加標(biāo)重現(xiàn)性數(shù)據(jù)

4.2 市售固相萃取小柱凈化結(jié)果

做市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱空白驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果未檢出。使用市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱，對(duì)橡膠基質(zhì)樣品加標(biāo)（加標(biāo)理論濃度0.1 mg/kg）前處理溶液進(jìn)行凈化、分析、計(jì)算結(jié)果回收率（表7），18種多環(huán)芳烴類物質(zhì)回收率范圍在85%～95%。

表7 樣品空白和加標(biāo)回收率數(shù)據(jù)

4.3 有值樣品使用和不使用固相萃取小柱凈化數(shù)據(jù)比較

通過檢測(cè)有值橡膠產(chǎn)品，并對(duì)數(shù)值比較，驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性，兩種凈化方式標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%，詳見表8、表9。

表8 層析硅膠柱有值樣品數(shù)據(jù)比較

表9 乙二胺-N-丙基填料柱有值樣品數(shù)據(jù)比較

4.4 討論

通過上述實(shí)驗(yàn)，證明了使用本文選擇的兩款凈化小柱進(jìn)行橡膠類產(chǎn)品的前處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性好。實(shí)驗(yàn)中利用層析硅膠柱從非極性體系中吸附極性化合物的性質(zhì)，使得極性物質(zhì)被吸附于硅膠上。利用相似相溶原理，使用弱極性溶劑進(jìn)行洗脫，樣品中的多環(huán)芳烴類物質(zhì)會(huì)被洗脫流出，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的純化。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行儀器分析時(shí)，對(duì)于基質(zhì)復(fù)雜的樣品，色譜圖上會(huì)出現(xiàn)很大的背景峰（見圖2），使用層析硅膠柱凈化后，在色譜圖上背景峰被去除（見圖3）。同樣，應(yīng)用乙二胺-N-丙基小柱正相作用原理，對(duì)極性化合物進(jìn)行吸附，使雜質(zhì)直接流出，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的純化。

純化后的樣品溶液，GCMS分析干擾少，定量更準(zhǔn)確，效率更高。且得黏稠提取溶液不用大體積稀釋可被GCMS檢測(cè)，檢測(cè)限低；凈化后的溶液使用GCMS分析，使儀器部件耗材使用更長的時(shí)間，節(jié)約儀器耗費(fèi)成本。

圖2 未使用層析硅膠柱凈化譜圖

圖3 使用層析硅膠柱凈化譜圖

5 結(jié)語

對(duì)橡膠產(chǎn)品中多環(huán)芳烴提取前處理溶液的凈化，自制硅膠填料固相萃取小柱和市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱對(duì)于有基質(zhì)干擾的樣品，能夠很好地去除基質(zhì)干擾，確保分析檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠；其中，自制硅膠填料固相萃取小柱實(shí)驗(yàn)成本低，可以根據(jù)樣品基質(zhì)黏稠程度，填制大的硅膠柱，接受大的上樣量；市售乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱實(shí)驗(yàn)流程時(shí)間短，效率高。但是，自制硅膠填料固相萃取小柱需要自己制備，實(shí)驗(yàn)流程時(shí)間長；乙二胺-N-丙基填料固相萃取小柱一般市售填料量少，不能接受大的上樣量，如果根據(jù)需要購買填料量大的這種柱子，則價(jià)格高。

實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)人員需要根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)要求的完成時(shí)間和樣品黏稠程度選擇合適的固相萃取小柱。兩種凈化方式，針對(duì)經(jīng)濟(jì)型，一般選擇自填固相萃取小柱；針對(duì)節(jié)約時(shí)間成本，選擇市售固相萃取小柱。

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