SPE_PDA_FLD串联HPLC法测定水样中痕量多环芳烃

第 25卷 　第 4期 2006年 　　 7月 环 　境 　化 　学 ENV IRONMENTAL CHEM ISTRY Vol. 25, No. 4 July　 　2006 　 2005年 9月 13日收稿. 　 3 国家自然科学基金项目 (No. 20477030) ; 863 (No. 2004AA649410) ; 上海市科技委员会科研计划项目 (No. 04FG14072). 　 3 3 通讯联系人 : Tel: (021) 65984261, E2mail: chenling@mail1 tongji1edu1cn SPE2PDA /FLD串联 HPLC法测定水样中痕量多环芳烃 李　竺 1 　陈　玲 133 　郜洪文 2 　袁　园 1 　赵建夫 1, 2 (1污染控制与资源化研究国家重点实验室 ; 2长江水环境教育部重点实验室 , 同济大学 , 上海 , 200092) 摘 　要 　建立了固相萃取 2PDA /FLD串联 HPLC法测定水样中多环芳烃 ( PAH s) 的分析方法 , 优化了固相 萃取条件. 结果明 , 对 1L水样加入 10%有机改性剂进行固相萃取 , 采用 3m l四氢呋喃洗脱后进行 HPLC 分析 , 平均回收率在 95122% —10018%间 , 相对标准偏差为 0178% —6168% , 方法的检出限在 0103—220 ng·l- 1之间. 关键词 　多环芳烃 , 固相萃取 , 高效液相色谱. 　　多环芳烃化合物 ( PAH s) 因疏水性、难降解性和长距离迁移性 , 在自然水体中以痕量浓度广泛 分布. PAH s类物质的分析常采用二极管阵列检测器 ( PDA ) /高效液相色谱 (HPLC) 和荧光检测器 ( FLD ) /高效液相色谱 (HPLC). 前者可根据待测物的光谱检索与标准物质光谱图的比较来实现待测 组分的定性分析 ; 而后者因其极高灵敏度和良好选择性 , 成为 PAH s检测的常用方法 [ 1—5 ] . 　　本研究采用固相萃取法富集样品中的多环芳烃 , 串联 HPLC的 PDA和 FLD检测器作为分析手段 , 以实现环境水体中痕量 PAH s的定性和定量分析. 1　实验方法 　　分别选择一环、二环和三环多环芳烃中具有代表性的苯、萘、联苯、芴、菲和蒽作为研究对象. 6种多环芳烃都具有较强的亲脂憎水性 , 一定的生物累积性和毒性 , 其中萘、菲和蒽对水生生物具有 急性毒性. 　　准确称取标准样品 , 用色谱级甲醇溶解于棕色容量瓶中 4℃保存. 储备母液浓度分别为 : 苯 100mg·l- 1 , 萘 10mg·l- 1 , 联苯 10mg·l- 1 , 芴 10mg·l- 1 , 菲 10mg·l- 1 , 蒽 10mg·l- 1. 　　用 5m l四氢呋喃净化 ENV I218固相萃取柱后抽空 , 依次加入 10m l甲醇和 10m l纯水活化 , 再以 5 m l·m in - 1流速加入水样 , 然后用 5m l纯水洗涤后 , 空气脱水 5m in至干 , 以合适的溶剂洗脱吸附剂上 的代测物 , 取 20μl洗脱液进行 HPLC分析. 　　Varian ProStar高效液相色谱仪 , 色谱柱 : SH IMADZU 250mm ×416 mm ×5μm C18反相柱 ; 流动 相 : 乙腈 2水 (75 ∶25 ) 等度洗脱 ; 流速 : 1m l·m in - 1 ; 进样体积 : 20μl; PDA: 由于一环和二环 PAH s在近紫外区吸收较强 , 三环在中紫外区吸收较强 , 选择 0—915m in检测波长为 210nm以检测苯、 萘和联苯 , 915—14m in检测波长为 254nm以检测芴、菲和蒽 ; 荧光检测器 : 使各组分处于最佳激发 / 发射波长处 : 苯 /萘 (270nm /340nm ) , 联苯 (260nm /320nm ) , 芴 (270nm /340nm ) , 菲 /蒽 (255nm / 370nm ). 2　标准工作曲线 　　经过色谱条件的优化 , 串联使用 PDA和 FLD检测器 , 得到了 6种 PAH s的标准色谱图 , 由图 1 可以看出 , 6种 PAH s均获得理想分离. 苯具有微弱荧光 , 但由于与其它 5种 PAH s相比 , 荧光效率 太低 , 建议使用 PDA检测. 　　取不同体积的 PAH s母液 , 配制成一系列浓度梯度的标准溶液 , 依次测定 , 得出各个浓度的峰面 积 , 以标准溶液的浓度与相应峰面积进行线性拟合 , 得 PAH s的线性回归方程 , 如表 1和表 2所示 , 504　　 环 　　境 　　化 　　学 25卷 结果表明 , PAH s在 PDA和荧光检测器的测定范围内均具有良好的线性相关性. 除苯以外 , 荧光检测 器对 PAH s的灵敏度为二极管阵列的 50—100倍 , 故选用荧光检测器对含μg· l- 1级浓度的 5种 PAH s 样品进行定量分析 , 而用 PDA检测器对苯进行定量分析 , 并借助光谱扫描和标准谱库检索对照法对 6 种 PAH s进行光谱定性分析. 图 1　PAH s的色谱图 1　苯 , 2　萘 , 3　联苯 , 4　芴 , 5　菲 , 6　蒽 ( a) 6种 PAH s的 PDA检测结果 ; ( b) 6种 PAH s的 FLD检测结果 F ig11　Chromatogram of PAH s with photodiode assay detector and fluorescence detector 表 1　二极管阵列检测器所得标准工作曲线 Table 1　The calibration curves of PAH s with PDA PAH s 保留时间 /m in 标准工作曲线 线性范围 /mg·l - 1 线性系数 苯 5120 y = 296110x - 52033 015—20 019999 萘 7130 y = 286914x + 49759 0105—2 019998 联苯 8192 y = 209412x - 49514 0105—2 019996 芴 10112 y = 137116x + 10495 0105—2 019994 菲 11122 y = 295713x + 17318 0105—2 019998 蒽 12104 y = 702817x - 43159 0105—2 019999 表 2　荧光检测器所得标准工作曲线 Table 2　The calibration curves of PAH s with FLD PAH s 保留时间 /m in 标准工作曲线 线性范围 /μg·l - 1 线性系数 萘 7144 y = 776018x - 791187 1—100 110000 联苯 9108 y = 29760x + 175116 1—100 110000 芴 10132 y = 47875x - 27952 1—100 019993 菲 11145 y = 28038x - 415019 1—100 019998 蒽 12129 y = 66167x - 31275 1—100 019995 3　富集条件优化 　　根据 6种 PAH s的性质 , 选取 6m l ENV I218富集小柱进行富集条件研究 , 吸附剂质量为 500mg. 　4期 李竺等 : SPE2PDA /FLD串联 HPLC法测定水样中痕量多环芳烃 505　　 311　洗脱溶剂的选择 　　选择甲醇、乙腈、四氢呋喃和二氯甲烷作为洗脱溶剂 , 考察不同溶剂对 6种多环芳烃的洗脱效 果. 由图 2可知 , 由于待测多环芳烃的极性较弱 , 甲醇和乙腈对其洗脱效果均不理想. 而极性较小的 四氢呋喃和二氯甲烷效果较好 , 这与多数文献报道一致 [ 6—8 ] , 考虑到二氯甲烷在紫外区吸收较强 , 选 用四氢呋喃作为 6种多环芳烃的洗脱溶剂. 图 2　洗脱溶剂对 PAH s回收率的影响 F ig12　Recoveries of PAH s from the sp iked water samp les with different elution solvents 　　以每次 1m l四氢呋喃分五次分别洗脱. 经 HPLC检测后发现 : 第一次洗脱即可回收 75%以上的 PAH s, 而 9816%以上的 PAH s在第三次洗脱后可尽数回收 , 故可知 PAHs的洗脱仅需 3m l四氢呋喃. 312　样品体积对回收率的影响 　　在不同体积的水中加入相同质量 ( 50ng) 的 PAH s, 由图 3可以看出 , 水样体积增加到 1L时 , PAH s尚未穿透. 这是因为多环芳烃多为非极性化合物 , 反相 SPE柱 ENV I218对其保留性能很强. 鉴 于此 , 分析实际环境样品时 , 采集 1L水样进行固相萃取预处理. 图 3　水样体积对 PAH s回收率的影响 F ig13　Recoveries of PAH s from the sp iked water samp les with different water volumes 313　有机改性剂的加入对回收率的影响 　　文献 [ 7, 9 ]显示 , 在样品中加入一定量的甲醇或乙醇等有机改性剂 , 可改善吸附剂表面与疏水性组 分间的憎水作用 , 有利于多环芳烃的回收. 然而本实验中加入不同比例 (5% , 10% , 20% ) 的甲醇 对 PAH s的回收并无明显影响. 这可能是因为本研究中选用的是三环以内的多环芳烃 , 憎水性作用并 不十分强烈 , 因此 , 有机改性剂并非是制约回收率的重要因素. 但考虑到甲醇的加入可增加多环芳烃 在水中的溶解度 , 减少其在玻璃器皿上的吸附 , 可在水样中加入 10%左右的甲醇. 4　最低检测浓度 　　取 20μl洗脱液进液相色谱分析 , 以三倍信噪比 ( S /N = 3) 对应浓度为分析物的最低检测浓度 , 6种最低方法检测浓度分别为 : 苯 220ng· l- 1 , 萘 0105ng· l- 1 , 联苯 0110ng· l- 1 , 芴 0107ng· l- 1 , 506　　 环 　　境 　　化 　　学 25卷 菲 0104ng·l- 1 , 蒽 0103ng·l- 1 , 完全满足痕量分析的要求. 5　精密度和准确度 　　取 100m l加标 5 ng·l- 1和 500ng· l- 1的样品 , 对 PAH s作精密度和准确度试验 , 结果如表 3所 示. 由于本方法摒弃一般固相萃取后的浓缩步骤 , 避免了 PAH s挥发引进的误差 , 准确性较好. 由表 3可见 , 加标低浓度和高浓度样品中 , 6种多环芳烃回收率达 95122%以上 , 相对标准偏差 ( RSD ) 在 0178% —6168%间 , 完全达到 US EPA规定 RSD < 30%的要求. 表 3　精密度和准确度 ( n = 6) Table 3　Precision and accuracy results of the method ( n = 6) PAH s 加标浓度 5ng·l - 1 加标浓度 500ng·l - 1 回收率 / % 　 RSD /% 　 回收率 /% RSD /% 苯 - - 99194 3138 萘 99144 6168 10018 0185 联苯 98149 2179 10011 0178 芴 95122 4100 96156 3175 菲 99184 3139 98176 2100 蒽 97161 3162 99107 0181 6　实际水样分析 　　对黄埔江水和淀山湖水进行分析 , 结果见表 4 (表中数据为三次测试结果的平均值 ). 从表 4可 看出 , PAH s在地表水中广泛分布 , 其中尤以三环类菲和蒽分布广 , 含量较高. 作为上海市重要取水 口的淀山湖和黄浦江 , 淀山湖区域受 PAH s污染程度要高于黄浦江流域 , 这可能是因为淀山湖受上游 工业和当地养殖业的影响较大所致. 作为上海市饮用水源地的黄浦江 , 也有少量萘、菲、蒽等 PAH s 被检出. 现行 《地表水环境质量标准 》 ( GB383822002) 和 《城市供水水质标准 》 (CJ /T 20622005) 虽未对 PAH s提出具体要求 , 但随着人们生活质量要求的提高 , 水源水质的相对恶化 , 加强对 PAH s 有机污染的控制势在必行. 表 4　实际水样分析结果 ( n = 3) Table 4　Concentration of 6 kinds PAH s in surface water samp le ( n = 3) 取样点 苯 /μg·l - 1 萘 / ng·l - 1 联苯 / ng·l - 1 芴 / ng·l - 1 菲 / ng·l - 1 蒽 / ng·l - 1 淀山湖 1# ND ND 3171 ±0125 ND 4189 ±0122 51118 ±0118 淀山湖 2# 0178 ±0123 ND ND 3174 ±0135 8101 ±0127 2185 ±0132 淀山湖 3# ND ND 0186 ±0140 1138 ±0126 ND 3146 ±0114 黄浦江 1# ND ND ND 2100 ±0124 2184 ±0133 2118 ±0120 黄浦江 2# ND 1176 ±0108 ND ND 4106 ±0125 13146 ±0121 黄浦江 3# ND 0195 ±0114 ND ND ND ND 　注 : ND为未检出. 　　综上所述 , 对多环芳烃类使用 PDA2FLD串联检测 , 在 FLD提高仪器灵敏度的同时 , PDA能对待 测物质进行定性分析 1该方法对水样中 PAH s的回收率在 95122% —10018% , 相对标准偏差为 0178% —6168% , 检出限达 ng·l- 1级. 参 　考 　文 　献 [ 1 ] 　Naoya Kishikawa, M itsuhiroW ada, Naotaka Kuroda et al1, Determ ination of Polycyclic A romatic Hydrocarbons inM ilk Samp les by H igh2 Performance L iquid Chromatography with Fluorescence Detection [ J ] 1 Journal of Chrom atographyB , 2003, 789∶ 257—264 [ 2 ] 　闫小华 , 张毕奎 , 李焕德等 , 紫外检测器 2荧光检测器串联的 HPLC法测定火力发电场环境中的多环芳烃 [ J ]. 色谱 , 2000, 18 (5) ∶ 432—435 [ 3 ] 　陶敬奇 , 王超英 , 李碧芳等 , 固相微萃取 2高效液相色谱联用分析环境水样中的痕量多环芳烃 [ J ]. 色谱 , 2003, 21 (6) ∶ 　4期 李竺等 : SPE2PDA /FLD串联 HPLC法测定水样中痕量多环芳烃 507　　 599—602 [ 4 ] 　朱利中 , 沈学优 , 刘勇建等 , 高效液相色谱法分析水中痕量多环芳烃 [ J ]. 环境化学 , 1999, 18 (5) ∶ 488—492 [ 5 ] 　李岩 , 张晓永 , 徐瑞泽等 , SPME /HPLC对水中多环芳烃的定量分析 [ J ]. 环境化学 , 2000, 19 (4) ∶ 382—384 [ 6 ] 　W illy Hesselink, Ruud H N A Schiffer, Peter R, Kootstra1 Separation of Polycyclic A romatic Hydrocarbons on a W ide2Pore Polymeric C18 Bonded Phase [ J ] 1Journal of Chrom atography A, 1995, 697∶ 165—174 [ 7 ] 　贾瑞宝 , 孙韶华 , 刘德珍 , 用固相萃取技术富集水中多环芳烃 [ J ]. 色谱 , 1997, 15 (6) ∶ 524—526 [ 8 ] 　Gary M ichor, John Carron, Shelley B rice et al, Analysis of 23 Polycyclic A romatic Hydrocarbons from NaturalW ater at the Sub2ng·l - 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