HPLC-FLD和GC-MS测定环境水体中苯并(a)芘的方法比较

王海棠 刘 浩

(徐州市环境监测中心站， 江苏 徐州 221006)

HPLC-FLD和GC-MS测定环境水体中苯并(a)芘的方法比较

王海棠 刘 浩

(徐州市环境监测中心站， 江苏 徐州 221006)

优化了环境水样中苯并(a)芘的固相萃取过程和HPLC分析方法，建立了苯并(a)芘的GC-MS分析方法，将其应用于焦化厂废水样品的苯并(a)芘分析，比较了净化和不净化样品在定量上面的区别。结果表明，两种方法平均回收率均大于 70% ，相对标准偏差均小于10% ，检出限分别为0.0001μg/L和0.0003μg/L，均能满足测定要求，测定低浓度苯并(a)芘样品时，高效液相色谱法更稳定，峰形基线平稳，检出限低，回收率高。净化和未净化的苯并(a)芘在用GC-MS和HPLC-FLD两种方法定量计算浓度时，无显著性差异。在分析基质复杂样品，为了结果更为准确，保护色谱柱，需要净化。

环境水体; 苯并(a)芘; 高效液相色谱-荧光检测法; 气相色谱-质谱法; 方法比较

环境水体中的苯并(a)芘(BaP)来源于煤、石油等有机物的不完全燃烧产物经过雨水冲刷、地表径流、工业排污等，在自然水体中分布广泛，而且含量较高。有报道在我国长江水体中的BaP的全年均量为1ng/L[1],是目前发现的200多种致癌多环芳烃化合物中最具代表性也是毒性最大的一种，BaP对动物最小致癌量仅为0.4～2μg，通过损伤DNA，造成细胞癌变，对内脏和神经系统造成不可逆的危害，尤其对儿童影响较大，而且BaP进入水体后能保持较长时间的活性[2]，我国也制定了相应的标准，即地表水质量标准和污水的排放标准，限值分别为2.8ng/L和 3ng/L。研究水体BaP监测方法，对加强水质监测具有十分重要的意义。

目前检测环境水体中BaP的方法主要有液相色谱法和气相色谱质谱法，HPLC-FLD较GC-MS灵敏度高[3]，目前是食品和环保行业的国家标准方法，但液相色谱依靠保留时间定性，在分析复杂基质时，不仅前处理过程繁琐，需要大量的净化过程，费时费力，而且可能会产生假阳性的结果。而气相色谱质谱法可以通过SIM法扫描化合物的特征离子，得到化合物的结构信息，定性分析结果较为可靠。因此两种方法在测定BaP时各有优缺点，目前对于环境水体国家有两个标准：《水质 苯并(a)芘的测定乙酰化滤纸层析荧光分光光度法》GB 11895-89和《水质 多环芳烃的测定 液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》HJ478—2009，前者需要纸层析，步骤繁琐，而后者主要是同时分析16种多环芳烃的方法，其前处理及分析方法为了兼顾多种化合物，对于分析单一的BaP时还需优化，因此本文在国标方法基础上，探究更为专一、准确、快速的BaP检测方法，即利用目前较为先进的全自动固相萃取仪对环境水体进行富集、净化，然后分别建立HPLC-FLD和GC-MS优化分析条件，将两种方法进行系统的比较，并将其应用于环境水体检测中，以期为从事BaP分析检测工作人员提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

HPLC1200液相色谱仪配荧光检测器(Agilent公司)，ZORBAX Eclipse PAH(250mm×3mm×5μm)，7890A-5975C气 质 联 用 仪(Agilent公司)，配 EI源 ，带7693自动进样器，分流/不分流进样口；Agilent DB-5MS(30 m×0.25mm×0.25μm)毛细柱；DIONEX Auto Trace 280 SPE，带六路自动固相萃取通道；自动氮吹浓缩仪(Caliper公司)。

二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷、甲醇均为HPLC级，购自Merck公司；NaCl(优级纯)在350℃下加热6 h；无水硫酸钠(优级纯)在400℃下加热6 h；超纯水(屈臣氏公司)；BaP(100 mg/L)，百灵威公司。

1.2 样品前处理条件

合适的样品前处理条件是环境水样中BaP准确分析的前提。本文在实验过程中发现，在每升水样中加入0.5g NaCl，有利于消除萃取过程中的乳化现象，并提高有机化合物在有机相和水相中的分配比，使其更快达到分配平衡，每升水中加入50 mL甲醇有利于增加有机相在C18小柱上的保留能力，提高了BaP的回收率，这与龙庆云[4]和马小杰[5]研究结果一致。自动固相萃取的具体过程见表1。

表1 自动固相萃取方法

1.3 环境水样中BaP的HPLC分析条件

柱温：35 ℃，流动相A为乙腈，B为水，梯度洗脱程序见表2所示，进样量为10μL，荧光检测器激发波长：290nm，发射波长430nm。

表2 梯度洗脱程序表

1.4 环境水样中BaP的GC-MS分析条件

进样口温度240℃；程序升温：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；传输杆温度280℃。载气(He)流速1.2 mL/min；进样量1 μL；不分流进样。离子源温度230℃；四级杆温度150℃；选择离子扫描(SIM)；定性离子m/z 126，m/z 250， m/z 252；定量离子m/z 252；电子能量70 eV；溶剂延迟6 min。

2 结果与讨论

2.1 HPLC条件优化

合适的流动相比例和流速是影响峰型和出峰时间的关键因素，乙腈在流动相的占比较小，BaP出峰时间较长，监测效率较低，随着乙腈在流动相中比例增加，BaP出峰时间缩短，但可能会导致和杂质峰重叠，分离不彻底，对BaP定性和定量造成困难[6]，因此本文选择梯度洗脱程序进行BaP分析(见表2)。流速太低，目标物峰会拖尾，流速太高，可能导致柱流失，降低色谱柱寿命，因此选择1.2ml/min。在此条件下测定BaP的保留时间为18.96min，比国标的方法快15min。

2.2 GC-MS条件优化

由于环境样品中BaP浓度较低，而且BaP在MSD(EI)上的灵敏度相对HPLC-FLD低，为此本研究采用不分流进样，以提高同样浓度水平的BaP响应值，而环境水体的复杂性，在全扫描模式下会有杂质峰干扰较难分辨，本文采用选择离子扫描(SIM)模式扫描，BaP特征离子峰m/z 252、m/z 250、m/z126、m/z 252作为定量离子，将目标物峰同NIST标准谱图检索结果相匹配。

2.3 自动固相萃取条件选择

C18柱是一种反相吸附柱，萃取过程是反相键合相的萃取过程，萃取效果取决于溶剂及化合物和C18柱填料间的相互作用，洗脱溶剂极性太弱容易将不需要分析的组分全部洗脱下来，极性太强又会导致洗脱不完全。本研究在参考国标方法基础上，认为乙酸乙酯和二氯甲烷以1:1混合更有利于BaP分析，对于洗脱速率，普遍认为速率越低越有利于洗脱充分，滴速最佳，本文为了兼顾洗脱效率和萃取效率选择2ml/min。

表3 洗脱溶剂对BaP回收率的影响

2.4 两种方法的线性范围、标准曲线和相关系数比较

将1.1中BaP标准溶液用甲醇配成500、1000、2000、3000和5000 μg/L的标准溶液系列，用两种方法分别检测，并对所得结果进行线性拟合。结果见表4，结果显示，BaP在500～5000 μg/L范围内，线性良好，HPLC和GC-MS法的相关系数为分别为0.9998和0.9979，前者的相关系数比后者略好。

表4 BaP的标准曲线、线性范围、相关系数

2.5 两种方法的精密度、准确度和检出限比较

本文取低、中、高三个较低浓度的已知浓度样品，来评价方法的精密度和准确度；使得上述样品经处理后浓度在考察的线性范围内；高、低浓度的BaP加标水样质量浓度分别为4.0、0.6 μg/L，每个样品水平平行测定6次，结果见表5。由表5可见，两种方法测定水样时回收率分别为86.3%、92.5%和71.2%、81.6%，符合水样中BaP测定时准确度要求，相对标准偏差分别为均小于10%，分别为5.3%、3.8%和8.2%、4.2%。低浓度HPLC法加标回收率相对标准偏差明显小于GC-MS法，说明测定低浓度BaP样品时，HPLC法更稳定；两种方法的检出限分别为0.0001μg/L和0.0003μg/L(低浓度计算值) ：MDL=t(n-1,0.99)×S，中S为标准偏差(μg/L)，t(n-1,0.99)为置信度99%、自由度为(n-1)时的斯图登特值。

表5 两种方法BaP检出限、精密度和回收率

2.5 两种不同方法测定某化工厂排污废水的比较

用优化得到的GC-MS和HPLC-FLD法，对某化工厂所排废水样品W的BaP含量进行测定，测定结果如表6，由表6可以看出，通过定量计算，用GC-MS法检出BaP净化和未净化的质量浓度为375μg/L和377μg/L。而用HPLC-FLD法检出BaP净化和未净化的质量浓度分别为 382μg/L和385μg/L。造成两种方法检出差异，一方面，可能是由于BaP在GC高温气化条件下易热解，导致其含量略低于HPLC法检出浓度[8]；另一方面，可能是未净化的样品由于杂质较多，基线漂移，在定量计算BaP时质量浓度稍高于净化数值。而样品经弗罗里硅土柱净化后杂质种类和浓度都明显减少，尤其是分子较大的极性非极性杂质，这与曲健等[7]检测结果一致；但他们的相对标准偏差均小于0.5%，由此可以得出，净化和未净化的BaP在用GC-MS和HPLC-FLD两种方法定量计算浓度时，无显著性差异，但由于是污水，基质比较复杂，而且从上述未净化谱图上看存在较多大分子极性非极性物质，可能会对色谱柱有影响，在实验条件允许下需净化。

表6 两种方法法测定实际样品BaP含量净化和不净化比较

注：W-净化和W-未净化分别为W经自动固相萃取后过弗罗里硅土柱和未经弗罗里硅土柱净化的样品。

3 结论

在国标HJ478-2009的基础上优化了环境水样中BaP的固相萃取过程和HPLC监测方法，提高了监测效率，比国标的时间提前了15 min，而且检出限等参数优于国标。同时建立了BaP的GC-MS监测方法，通过比较两种方法的优缺点，并将其应用于焦化厂废水样品的BaP监测。两种方法均能满足要求，HPLC方法检出限较低，对于低浓度环境水样准确度更高，而GC-MS对于基质比较复杂或者未知物质的监测更胜一筹，能排除假阳性影响。在监测地下水等基质较为干净水体，可不经过净化直接分析；若是地表水或者污水，基质较为复杂，在实际分析时为了结果更为准确，同时保护色谱柱，建议需要经过净化。因此，在实际监测时可以根据样品实际情况选择合适的方法。

[1] 陆茜, 杜金平,朱圣清. 长江中游水体中有害物质的特征研究[J]. 湖北化工, 1999, 16(5): 16-18.

[2] 姚晓峰, 孙树茂. 我国环境中苯并芘监测技术研究进展[J]. 山西大同大学学报, 2015, 31(4):38-40.

[3] 李敏, 蔡伊莎, 韩宝武. 高效液相色谱法测定水中痕量苯并芘的研究[J]. 四川环境, 2015, 34(1):71-74.

[4] 龙庆云, 张洪彬, 韦桂欢. 固相萃取-气质连用测定水中半挥发性有机物研究[J]. 船舶科学技术, 2010, 32(12): 102-106.

[5] 马小杰. 大体积全自动固相萃取气相色谱-质谱法测定水中苯并芘[J]. 化学分析计量, 2015, 24(4): 40-43.

[6] 马素换, 汪学德, 刘兵戈. 植物油中苯并(a)芘的检测方法比较研究[J]. 中国油脂, 2014, 39(8): 91-94.

[7] 曲健, 郑兴宝. 有机氯农药和多氯联苯测定的样品净化方法[J]. 环境监测管理与技术, 2008, 20(5): 59-61.

[8] 程威威, 汪学德, 刘兵戈. HPLC-FLD和GC-MS测定芝麻油中苯并芘的方法比较[J]. 现代食品科技, 2015, 31(10): 282-286.

项目资助： 西华师范大学博士启动项目(14E003);西华师范大学博士科研启动基金(412547);四川省教育厅自然科学重点项目(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，硕士，工程师。研究方向：环境有机类污染物监测研究。E-mail：45477213@qq.com

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