凝固漂浮有機(jī)液滴-分散液液微萃取結(jié)合高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定地表水中多環(huán)芳烴和酞酸酯

袁繼委, 王金成, 徐威力, 徐方曦, 盧憲波

(1. 臺(tái)州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 浙江 臺(tái)州 318000; 2. 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 遼寧 大連 116023)

多環(huán)芳烴(PAHs)是指含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的稠環(huán)型化合物,主要通過含碳有機(jī)物如燃油、木材、煤等在高溫情況下的不完全燃燒[1,2]以及肉類燒烤或烹飪過程中形成,是世界公認(rèn)的持久性難降解半揮發(fā)性有機(jī)污染物。多環(huán)芳烴通過石油污染、空氣污染物沉降、工業(yè)廢水及城市污水處理廠排放的廢水而進(jìn)入江河湖海中。多環(huán)芳烴具有致癌、致畸、致突變及生物累積等危害[3],其中16種組分已被歐盟和美國環(huán)保署列為優(yōu)控污染物。

酞酸酯(PAEs)是一類日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的化學(xué)品[4]。酞酸酯分為兩類:一類是低分子量酞酸酯(酯側(cè)鏈為1～4個(gè)碳),主要用于個(gè)人護(hù)理品、洗滌劑、香味劑;另一類是高分子量酞酸酯(酯側(cè)鏈為5個(gè)碳以上),主要作為增塑劑添加到塑料制品中。酞酸酯在塑料中與高分子聚合物以較弱的范德華力結(jié)合,因此使用過程中易從塑料制品中逸出而進(jìn)入環(huán)境或食品中。研究表明,酞酸酯能夠?qū)е氯祟惿?、?nèi)分泌及呼吸系統(tǒng)疾病[5],歐盟、美國環(huán)保署及相關(guān)國際組織已經(jīng)將酞酸酯列為優(yōu)先危險(xiǎn)污染物。

為了避免多環(huán)芳烴和酞酸酯對(duì)環(huán)境的污染以及它們對(duì)人類健康的危害,準(zhǔn)確快速地測(cè)定水中多環(huán)芳烴和酞酸酯非常重要。但是這些污染物在地表水中的濃度很低,測(cè)定前常需要富集濃縮。目前測(cè)定水中多環(huán)芳烴的方法有液液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法(LLE-GC-MS)[6]、SPE-GC-MS[7]、SPE-HPLC[8-10]、分散液液微萃取(DLLEM)-HPLC[11]、DLLEM-GC[12]等。測(cè)定水中酞酸酯的方法有SPE-GC-MS[13]、固相微萃取(SPME)-GC[14]、DLLEM-HPLC[15]、DLLEM-HPLC[16]、DLLEM-GC-MS[17]等。LLE、SPE費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且需要消耗較多的有機(jī)溶劑;SPME雖然環(huán)境友好,但成本太高;DLLEM簡便、快速,成本低廉,但所用的溶劑氯代烴為有毒溶劑。目前，對(duì)水中這兩類污染物同時(shí)測(cè)定的方法鮮有報(bào)道。凝固漂浮有機(jī)液滴-分散液液微萃取(DLLME-SFO)是對(duì)DLLEM的改進(jìn),它保留了DLLEM簡便、快速、成本低廉的優(yōu)點(diǎn),但使用低毒的十一醇、十二醇為萃取溶劑,因此更加環(huán)境友好。本研究團(tuán)隊(duì)前期曾經(jīng)采用DLLME-SFO-HPLC測(cè)定了水中氯代多環(huán)芳[18];吳翠琴等[19]采用DLLME-SFO-HPLC測(cè)定了水中酞酸酯。本文采用DLLME-SFO前處理方法并結(jié)合高效液相色譜-紫外/熒光檢測(cè)技術(shù),建立了測(cè)定地表水中16種多環(huán)芳烴和6種酞酸酯的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

Agilent 1200型高效液相色譜儀(美國Agilent公司),配紫外和熒光檢測(cè)器;TDL-4013離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠); Vortex Genie 2渦旋振蕩器(美國Scientific公司)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用娃哈哈純凈水配制含多環(huán)芳烴20 μg/L、酞酸酯1 000 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。將此標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用去離子水逐級(jí)稀釋成含多環(huán)芳烴0.006 4、0.032、0.16、0.80、4.0 μg/L,含酞酸酯0.32、1.6、8.0、40、200 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 色譜條件

色譜柱為多環(huán)芳烴專用柱(SUPELCOSILTMLC-PAH, 150 mm×4.6 mm, 5 μm);柱溫:25 ℃;流動(dòng)相A:乙腈,流動(dòng)相B:去離子水;流速:2 mL/min。梯度洗脫程序:0～10 min, 50%A～64%A; 10～24 min, 64%A～100%A; 24～29 min, 100%A; 29～30 min, 100%A～50%A, 30～36 min, 50%A。進(jìn)樣量:10 μL。AcL和6種酞酸酯采用紫外檢測(cè)，檢測(cè)波長為224 nm；其余15種PAHs采用熒光檢測(cè)，其激發(fā)波長和發(fā)射波長見表1。

1.4 水樣的萃取過程

準(zhǔn)確移取5.0 mL水樣,置于10 mL含有0.2 g NaCl的具塞玻璃離心管中,振蕩使NaCl溶解;然后用1 mL注射器將500 μL甲醇(含10 μL十二醇)迅速注入離心管中,渦旋振蕩2 min后,以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心5 min,此時(shí)萃取劑形成漂浮液珠于液面上方。將離心管置于0 ℃冰水浴中冷卻5 min,萃取劑冷凝形成固體黏附在管壁上。將水溶液棄去,用干凈的濾紙吸干管壁上的水分。用20 μL甲醇復(fù)溶固體,振蕩均勻,待測(cè)定。

表 1 熒光檢測(cè)的激發(fā)和發(fā)射波長

圖 1 多環(huán)芳烴和酞酸酯的色譜圖Fig. 1 Chromatograms of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and phthalate esters (PAEs) a. fluorescence detection; b. UV detection. 1. dimethyl phthalate (DMP); 2. diethyl phthalate (DEP); 3. naphthalene (NaP); 4 acenaphthylene (AcL); 5. acenaphthene (Ace); 6. fluorine (Flu); 7. butyl benzyl phthalate (BBP); 8. dibutyl phthalate (DBP); 9. phenanthrene (PhA); 10. anthracene (AnT); 11. fluoranthene (FluA); 12. pyrene (pyr); 13. benzo[a]anthracene (BaA); 14. chrysene (Chr); 15. benzo[b]fluoranthene (BbF); 16. di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP); 17. benzo[k]fluoranthene (BkF); 18. dioctyl phthalate (DOP); 19. benzo[a]pyrene (BaP); 20. dibenzo[a,h]anthracene (DbA); 21. benzo[g,h,i]perylene (BghiP); 22. indenol[1,2,3-c,d]pyrene (InP).

2 結(jié)果與討論

2.1 分離優(yōu)化及檢測(cè)方法的選擇

16種多環(huán)芳烴中除苊烯外均有熒光,可采用熒光檢測(cè),苊烯和6種酞酸酯無熒光,但在紫外波長224 nm下有較強(qiáng)的吸收峰。因此需要通過優(yōu)化流動(dòng)相,使目標(biāo)化合物達(dá)到分離,從而實(shí)現(xiàn)16種多環(huán)芳烴和6種酞酸酯的熒光、紫外同時(shí)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)中以乙腈-水為流動(dòng)相采用梯度洗脫,22種目標(biāo)化合物實(shí)現(xiàn)了基線分離(見圖1)。

2.2 萃取條件的優(yōu)化

以5.00 mL含多環(huán)芳烴(4.00 μg/L)和酞酸酯(50 μg/L)的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液為供試溶液,以目標(biāo)化合物的峰面積為萃取效率指標(biāo),考察了萃取溶劑的種類和用量、分散溶劑的種類和用量、氯化鈉的用量、渦旋振蕩時(shí)間等因素對(duì)萃取效率的影響。

2.2.1萃取溶劑的種類和用量

低毒、難溶于水、易溶于分散溶劑、密度比水輕且熔點(diǎn)接近或低于室溫是凝固漂浮有機(jī)液滴-分散液液微萃取選擇萃取溶劑的標(biāo)準(zhǔn)?；诖?本文考察了十一醇(熔點(diǎn)19 ℃)、十二醇(熔點(diǎn)24 ℃)兩種萃取溶劑的萃取效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,十二醇的萃取效率高于十一醇。這是因?yàn)槭淮嫉娜埸c(diǎn)相對(duì)較低,凝固的液滴易于熔化破碎,不易與水相分離,導(dǎo)致萃取回收率低。因此本實(shí)驗(yàn)采用十二醇為萃取溶劑,并進(jìn)一步考察了十二醇的用量對(duì)萃取效率的影響。如圖2a所示,隨著十二醇用量的增加多環(huán)芳烴的萃取效率開始下降。這是因?yàn)殡m然增加萃取溶劑的用量可以使更多的多環(huán)芳烴被萃取出來,但隨著用量的增大,多環(huán)芳烴在有機(jī)相中的濃度也開始下降,進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)的下降。如圖2b所示,相對(duì)分子質(zhì)量較大的鄰苯二甲酸芐基丁基酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯和鄰苯二甲酸二辛酯在水中溶解度較小,所以萃取效率的影響和多環(huán)芳烴相似;相對(duì)分子質(zhì)量較小的鄰苯二甲酸二甲酯、二乙酯在水中的溶解度比其他4種相對(duì)分子質(zhì)量較大的酞酸酯在水中的溶解度要高出千倍以上[20],隨十二醇用量的增加,一方面它們被萃取到十二醇中的量顯著增加,另一方面萃取溶劑體積的增大也會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)化合物的濃度下降,但前者起主導(dǎo)作用,因而導(dǎo)致鄰苯二甲酸二甲酯、二乙酯萃取效率隨十二醇用量的增加而增大?；谝陨蠈?shí)驗(yàn)結(jié)果,實(shí)驗(yàn)最終將十二醇用量設(shè)為10 μL。

圖 2 萃取溶劑的體積對(duì)(a)PAHs和(b)PAEs萃取效率的影響Fig. 2 Effect of volumes of extractive solvents on the extraction efficiencies of (a) PAHs and (b) PAEsDispersive solvent: 400 μL methanol; m(NaCl): 0.2 g; vortex oscillation time: 2 min.

圖 3 分散溶劑的體積對(duì)(a)PAHs和(b)PAEs萃取效率的影響Fig. 3 Effect of volumes of dispersive solvents on the extraction efficiencies of (a) PAHs and (b) PAEsExtractive solvent: 10 μL 1-dodecanol; m(NaCl): 0.2 g; vortex oscillation time: 2 min.

2.2.2分散劑的種類和用量

在分散液液微萃取中,分散劑是影響萃取效率的一個(gè)重要因素。所用分散劑必須與水相和萃取溶劑均有良好的互溶性,才能最大限度地增加萃取溶劑與水相的接觸面積,增大萃取效率。本文考察了符合上述條件的4種溶劑(甲醇、乙醇、乙腈及丙酮)作為分散溶劑時(shí)對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明,以甲醇為分散劑時(shí)目標(biāo)化合物的萃取效率最高。

以甲醇為分散劑進(jìn)一步考察了其用量(300～800 μg/L)對(duì)萃取效率的影響。如圖3所示,甲醇用量對(duì)多環(huán)芳烴和酞酸酯萃取效率的影響趨勢(shì)幾乎是一致的,當(dāng)甲醇體積小于500 μL時(shí),隨著甲醇體積的增加,萃取溶劑與水相的接觸面積增大,萃取效率增加;但當(dāng)甲醇大于500 μL時(shí),過多的分散劑又增大了目標(biāo)化合物在水相的溶解度,導(dǎo)致萃取效率下降。因此本實(shí)驗(yàn)選擇甲醇用量為500 μL。

2.2.3NaCl的用量及渦旋振蕩時(shí)間

液液萃取過程中通常加入可溶性鹽以增大水相的離子強(qiáng)度,從而提高目標(biāo)化合物的萃取效率。為此考察了5 mL水樣中加入0.1、0.15、0.2、0.25、0.3 g NaCl對(duì)萃取效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)NaCl的用量小于0.2 g時(shí),萃取效率隨NaCl用量的增加而增大;當(dāng)NaCl用量大于0.2 g時(shí),萃取效率變化不大。故實(shí)驗(yàn)中選擇NaCl加入量為0.2 g。

渦旋振蕩可以加快萃取平衡的建立,因而實(shí)驗(yàn)考察了不同渦旋振蕩時(shí)間對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明,當(dāng)渦旋振蕩時(shí)間大于2 min時(shí),萃取效率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本方法的萃取條件為:以10 μL十二醇為萃取溶劑,500 μL甲醇為分散溶劑,NaCl用量為0.2 g,渦旋振蕩時(shí)間2 min。

2.3 方法學(xué)考察

在優(yōu)化的萃取條件下,對(duì)5 mL含有不同質(zhì)量濃度的多環(huán)芳烴和酞酸酯系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行凝固漂浮有機(jī)液滴-液液微萃取,然后熒光、紫外同時(shí)測(cè)定。以質(zhì)量濃度(C, μg/L)對(duì)峰面積(A)繪制校正曲線,得到22種目標(biāo)化合物的線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)及線性范圍(見表2)。以S/N=3和S/N=10時(shí)目標(biāo)化合物的濃度定義方法的檢出限和定量限。以自來水為基質(zhì)添加高、中、低3個(gè)水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收率測(cè)定,每個(gè)水平平行測(cè)定3次，結(jié)果見表2。

結(jié)果表明,目標(biāo)化合物的線性關(guān)系良好,線性相關(guān)系數(shù)均大于0.99;基質(zhì)加標(biāo)回收率為60.2%～113.5%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.9%～14.3%;多環(huán)芳烴和酞酸酯的檢出限分別為0.002～0.07 μg/L和0.2～2.2 μg/L,定量限分別為0.006～0.23 μg/L和0.8～7.4 μg/L。

表 2 目標(biāo)化合物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、加標(biāo)回收率、精密度、檢出限及定量限

表 2 (續(xù))

表 3 實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果(n=3)

2.4 實(shí)際樣品測(cè)定

用建立的凝固漂浮有機(jī)液滴-分散液液微萃取-高效液相色譜分析方法對(duì)遼河(營口公園)水樣和實(shí)驗(yàn)室自來水樣進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見表3。結(jié)果顯示,自來水中檢出萘、苊、芴、菲、鄰苯二甲酸二丁酯及鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯等化合物,其余目標(biāo)化合物未檢出;而遼河營口公園水樣中除鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、苊烯、蒽、屈、苯并[k]熒蒽及苯并[a]芘等化合物未檢出外,其余目標(biāo)化合物均檢出。

3 結(jié)論

本文建立了凝固漂浮有機(jī)液滴-分散液液微萃取結(jié)合高效液相色譜同時(shí)測(cè)定地表水中16種多環(huán)芳烴和6種酞酸酯的分析方法。該方法簡便、快速,環(huán)境友好,成本低廉且靈敏度高,用于實(shí)際樣品加標(biāo)測(cè)定,回收率結(jié)果滿意。