一次性固相微萃取-高效液相色谱法测定环境水样中的3种多环芳烃

刘志超, 胡霞林, 刘景富＊

(1.中国科学院生态环境研究中心,环境化学与生态毒理学国家重点实验室,北京 100085; 2.同济大学环境科学与工程学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092)

多环芳烃(PAHs)是分布最广且对人的健康威胁极大的环境致癌物[1,2]。随着工业的发展和人类活动范围的扩大,多环芳烃的分布日益广泛,在水体、空气和土壤及沉积物中都能发现它们的存在。

固相微萃取(SPM E)[3]是 20世纪 90年代初发展起来的一种集采样、萃取和富集为一体的样品前处理技术,其操作简单,样品处理步骤少,已广泛用于环境有机污染物的分析。商品化的 SPM E萃取头价格昂贵,使用寿命有限 (约 50～100次),成本较高;另外,这些萃取头多次使用后,容易导致萃取头纤维污染。M ayer等[4]和 Hu等[5]将涂有聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的石英光导纤维作为一次性SPM E被动采样装置,取得了满意的效果。该一次性纤维价格低廉,显著降低了分析测试成本,同时还克服了污染物在纤维上的残留等问题。本文将涂有PDMS的石英光导纤维作为一次性 SPM E纤维,与高效液相色谱(HPLC)-荧光检测技术结合,建立了测定环境水样中菲、荧蒽和的分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

安捷伦 1100型高效液相色谱系统,包括 Agilent1100型单元泵和 Agilent1100型荧光检测器 (美国安捷伦公司);84-1A型磁力搅拌器 (上海硕光电子科技有限公司);1.5cm玻璃磁转子。一次性萃取纤维(涂有 30μm厚度 PDMS的石英纤维,由丹麦环境科学研究所M ayer博士赠送),均匀地将其截为 1.5cm长的小段,使用之前用丙酮清洗两次以去除可能存在的杂质。

1.2 色谱条件

色谱柱为日本 Y MC J’sphere ODS-H80柱(150 mm×4.6mm,4μm)。对于菲、荧蒽和3种化合物,设定检测器的激发波长分别为 246、280和260nm,发射波长分别为 375、450和 370nm。流动相为 100%甲醇,流速为 0.8mL/m in。

1.3 实验方法

在 100mL锥形瓶中加入搅拌磁子和 60mL样品溶液,放入两段 PDMS纤维,在 1 200r/m in转速下进行萃取;萃取 60m in后将 PDMS纤维取出,并放入色谱自动进样瓶的一次性内插管 (200μL)中,加入 120μL甲醇进行密封静置解吸;解吸 24h后取20μL解吸液进行 HPLC分析。

2 结果与讨论

2.1 解吸时间的确定

解吸是被萃取物在解吸液与 PDMS涂层两相间的分配过程,并逐渐趋于分配平衡。实验考察了富集了菲、荧蒽和3种 PAHs标准溶液的 PDMS纤维在甲醇中浸泡的解吸时间曲线。结果表明,由解吸时间为 1d(24h)始,延长解吸时间至 7d(168 h),所得到的色谱峰面积基本保持不变,即解吸 24 h后已经达到动态平衡,故本实验选择纤维解吸时间为24h。

2.2 萃取时间的确定

萃取时间是影响 SPM E的重要因素[6,7]。图1是萃取时间对萃取效率的影响。结果表明:萃取时间越长,萃取量越大。由于 3种 PAHs在 PDMS中的分配系数从菲向递增,在 60m in时,菲已经达到萃取平衡,而荧蒽和仍有缓慢增大趋势。为了获得较高灵敏度的同时又能节约萃取时间,本实验选择的萃取时间为 60m in。

图1 萃取时间对多环芳烃萃取效率的影响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 搅拌速度的影响

搅拌速度的增大一般可增大物质从溶液向萃取纤维的传输速度,从而提高萃取效率[8,9]。本实验考察了搅拌速度对萃取效率的影响,结果如图2所示。可以看出,搅拌速度的增大并没有对菲的萃取效率产生明显的影响,这是由于菲的分配系数较低,在较低的转速下就已经达到平衡。而对荧蒽和峰面积则有不同程度的增加,的增大趋势大于荧蒽。考虑到玻璃磁子的承受能力,在不影响实验灵敏度的情况下,最后将搅拌速度定为 1 200r/m in。

图2 搅拌速度对多环芳烃萃取效率的影响Fig.2 Effect of stirring speed on the extraction efficiency of polycyclic arom atic hydrocarbons

2.4 盐效应的影响

一般而言,增加溶液中的离子强度会降低有机物在溶液中的溶解度,增大其在有机相的分配系数,从而提高萃取效率[10];同时,盐的存在增大了溶液黏度,从而会降低有机物在溶液中的扩散速度[6,11]。因此,对于一个非平衡的 SPM E体系,盐度的影响是上述两个因素的综合结果。图3给出了样品中加入N aCl得到的盐效应曲线。从图3中可以看出,对于分配系数较小的菲和荧蒽,盐的存在对萃取效率的影响不大;对于分配系数较大的屈艹,在较低的N aCl质量浓度 (小于 5g/L)下,加入盐后降低了其在溶液中的溶解度,对萃取效率呈正效应;而当N aCl质量浓度大于 5g/L时,溶液的黏度成为影响萃取效率的主要因素,导致加入盐后呈现负效应。图3还表明,溶液中 N aCl的质量浓度为 20～50 g/L时,3种 PAHs的萃取效率基本不变。对于环境水样(海水),其盐度范围为 0～30g/L,因此,在标准溶液和实际样品中加入 20g/L N aC l均可以消除样品基体中盐的影响。

图3 盐度对多环芳烃萃取效率的影响F ig.3 Effect of sa lin ity on the ex traction efficiency of po lycyclic a rom a tic hydroca rbons

2.5 样品溶液酸度的影响

一般环境水样的酸度范围为 pH5～8[12],因此实验考察了样品溶液的 pH为 5～8时对 3种目标化合物的萃取效率的影响,实验结果表明三者的萃取效率保持不变。这是由于多环芳烃本身的结构决定了其不会在水中离解,溶液的 pH改变不会影响其化学状态和溶解度,因而对萃取没有明显的影响。

2.6 方法的线性范围、检出限和精密度

在优化的萃取实验条件下,以峰面积 Y对 3种分析物的质量浓度 X(μg/L)做工作曲线。对 0.5 μg/L的 PAHs标准溶液平行测定 6次,以得到方法的精密度;检出限由 3倍信噪比 (S/N=3)计算得到。方法的线性回归方程、相关系数 (r2)、线性范围、精密度(以相对标准偏差(RSD)计)和检出限见表1。

2.7 实际水样分析

用所建立的分析方法测定了云南省富源县某焦化厂的废水样,测得菲的质量浓度为 5.6μg/L,荧蒽的质量浓度为 1.8μg/L,未检出。实际样品的加标回收率为80.0%～107%,样品测定的RSD(n= 6)为 2.9%～8.9%,说明该方法不受环境基质的干扰。实际样品的分析结果见表2。

表1 方法的线性回归方程、相关系数、线性范围、精密度(RSD)和检出限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 实际环境水样中 3种 PAHs的加标回收率(n=6)Tab le2 Recove ries of the th ree PAHs in a rea l w a te r samp le(n=6)

3 结语

建立了一次性 SPM E与 HPLC联用测定环境水样中的菲、荧蒽和3种 PAHs的方法。该方法成本低,SPM E纤维一次性使用,避免了传统 SPM E纤维污染物残留的问题;方法操作简单,快速、灵敏,精密度好,实际样品分析的回收率高,不受环境基质的干扰。该方法适合于环境水样痕量 PAHs的快速检测。

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