PM2.5颗粒物中酚类化合物测试分析方法的应用研究

徐海丽，陈 娟 ，杨金玉，李文举

(1.贵州师范学院化学与材料学院，贵州贵阳550018；2.贵州省生态环境监测中心，贵州贵阳550081)

随着现代社会工业化进程的不断加快，人们的经济生活不断改善，但是工业化造成的环境问题也愈发凸显出来，如水体富营养化、土壤重金属污染及大气污染等。雾霾是对人体危害最为严重的污染物之一[1-2]，其主要成分包括硫氧化物、氮氧化物和大气细颗粒物(PM2.5)，而可吸入颗粒物是造成雾霾天气污染的首要因素。PM2.5颗粒物中主要污染物包括有机环状芳烃化合物、金属阳离子以及无机阴离子[3-5]等。其中，酚类化合物是对人体健康具有较大危害的物质之一，其具有致畸、致癌和致突变等潜在毒性，对生态环境、动植物和人体健康会造成严重的危害[6-9]。酚类化合物是化工合成加工的基础原料之一，在炼焦、炼油、造纸及化工行业等方面应用较广。大气中酚类化合物的主要来源是汽车尾气的排放、化工企业对化石燃料的使用及农业中有机农药的蒸发等。因此，国家在2012年颁布了环境空气中酚类化合物的测定标准，明确规定12种环境空气中酚类化合物的检测方法[10]。

定量检测酚类化合物的浓度在临床毒理学、环境监测和废物管理等方面有重要的应用。国际上对酚类化合物最早的测定分析方法是在1926年，Stemstrom等[11]用紫外分光光度法测定水中的酚类化合物，后又使用Folin-Ciocalteu 试剂通过显色反应的比色法来测定。如今常用的酚类化合物检测分析方法有分光光度法[12-15]、气相色谱法[16-18]、气相色谱质谱法[19-21]、高效液相色谱法[22-25]及其他新探索出的检测方法[26-29]等。本文建立了一种分离检测PM2.5大气颗粒物中酚类化合物的测试分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

全自动大气/颗粒物采样器(MH1200，流量范围80～100 L/min)；高效液相色谱仪(2695-2489美国特世公司)；超声波清洗机(DTC-10 J，超声频率40 KHz)；低速台式大容量离心机(TDL-40 B)；密理博实验室超纯水机(Milli-QAdvantage)；乙腈(HPLC)(美国天地TEDIA)；酚类化合物标准溶液1000 mg/L(AccuStandard)；甲酸(HPLC)色谱纯。

1.2 分析测试条件

色谱柱：Waters PAH C185 μm 4.6×250 mm；温度：30 ℃；波长：280 nm；流速：1.00 mL/min；进样量：10 μL。

流动相：甲酸水溶液(0.2%)和乙腈。

具体洗脱时间及流量变化如表1所示。

表1 梯度洗脱程序

1.3 样品制备与分析

1.3.1 采样前滤膜的制备与采样

采样前用镊子将有机滤膜放入铝箔袋中，放入马弗炉中500℃烘烤4 h，取出后将滤膜在恒温恒湿条件下平衡至少24 h，将滤膜放入保存盒中进行编号备用。采样时，采样人员佩戴实验室专用手套，将滤膜正确放入采样器中，设置采样时间等参数，启动采样器采样，采样时间固定为 23 h，特殊情况下不低于20 h，采样体积约为100 m3。采样结束后，用镊子取出滤膜，放入滤膜保存盒中，立即放入冰箱保存，并记录采样体积、时间等信息，样品采样后滤膜如图1所示。

1.3.2 采样后样品的制备

先将滤膜边缘无尘部分剪去，然后将滤膜对折剪碎放入10 mL具塞比色管中，加入甲醇5.0 mL，设定温度为30 ℃，于超声仪中超声25 min(需要时冰水降温，水温不可超过40 ℃)，离心5 min，取上清液2.0 mL，用0.22 μm微孔滤膜过滤，滤液待分析。

1.3.3 标准曲线的配制

移取12种酚类化合物浓度为1000 mg/L的混合标准溶液1.0 mL于100.00 mL容量瓶中，加入乙腈溶剂定容至刻度，得10 mg/L的混合标准贮备液。再分别移取浓度为10 mg/L的混合贮备标准溶液0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL置于10.00 mL容量瓶中，加入乙腈溶剂稀释定容至刻度线，得到浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L的12种酚类化合物混合标准溶液，备用。将配制好的不同浓度梯度的标准样品进行分析检测，12种酚类化合物标准溶液谱图如图2所示，以峰面积与浓度建立标准曲线，得到线性回归方程、相关系数、检出限和测定下限如表2所示。

图1 样品采集后的滤膜

图2 12种酚类化合物标准溶液色谱图

2 结果与讨论

2.1 萃取时间和提取温度的确定

提取温度和提取时间是前期处理的关键，会直接影响PM2.5颗粒物中酚类化合物的提取效率。分别添加同一浓度为2.0 mg/L的酚类化合物于空白滤膜中，在温度为10℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃和提取时间为10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min和70 min进行加标测试。由图3可知，温度为20 ℃、30 ℃和40 ℃时回收率基本稳定，当温度大于40 ℃时，回收率有明显下降，可能是温度升高，酚类化合物不稳定，易氧化所致[31-32]，因此提取温度应控制在中间温度30 ℃，当温度过高时可加入冰块降温。由图4可知，当提取时间大于20 min时，回收率基本处于88.9 %左右，趋于稳定状态，因此提取时间设定在25 min左右。

图3 不同温度的回收率

图4 不同时间的回收率

2.2 方法检出限

取空白滤膜7张，加入浓度为0.025 μg/m3酚类混合标准化合物，按照样品上述步骤处理并测定，计算各化合物的平均回收率和标准偏差(RSD)，用公式(1)计算出测定12种酚类化合物的方法检出限，检测上限为检出限的4倍[30]。

MDL=S×t(n-1,0.99)

(1)

如表2所示，方法在0.5～10 mg/L线性范围内，12种酚类化合物的回归方程均呈良好的线性关系(r>0.9999)，检出限为0.0004 ～ 0.0032 μg/m3，标准偏差(RSD)为0.1%～1.1%，检测上限为0.0016～0.0128 μg/m3。

表2 12种酚类化合物线性回归方程、相关系数及检出限(n=7)

2.3 精密度和正确度

分别取低浓度(0.100 μg/m3)和高浓度(0.500 μg/m3)两个加标样品平行测定7次，用平行测定结果的相对标准偏差(RSD)表示。由表3可知，低浓度RSD在0.1%～1.1%之间，高浓度RSD在0.1%～0.4%之间。

用浓度分别为0.025 μg/m3、0.050 μg/m3和0.250 μg/m3的标样对空白滤膜样品进行加标回收率测定实验，平行测定7次。计算结果如表4所示，回收率分别为：97.8%～117.8%、103.5%～114.5%、102.0%～102.8%。

表3 标准溶液方法精密度测度结果(n=6)

表4 空白滤膜加标回收率测度结果(n=6)

2.4 实际样品测试结果与加标回收率

在贵州某中心城区和周边地区设置6个采样点为PM2.5采样点，对样品5进行低浓度0.050 μg/m3加标测试，谱图如图5所示。由表5可知，PM2.5滤膜样品中低分子酚类化合物有明显检出，浓度范围为0.0005 μg/m3～0.0112 μg/m3，加标回收率范围为87%～102.4%，具有较好的回收率。

图5 实际样品加标前后色谱图

表5 实际样品测试和加标回收率(n=6)

3 结论

本研究采用虑膜采样、超声波辅助萃取-高效液相色谱法测定PM2.5颗粒物中12种酚类化合物，对贵州某中心城区和周边地区环境空气中PM2.5颗粒物中酚类化合物进行采样测检，发现PM2.5颗粒物中含有少量的酚类化合物，特别是低分子酚类化合物有明显检出，浓度范围在0.0005～0.0112 μg/m3。该方法前期处理简单，能很好控制溶剂污染，具有准确性好、灵敏度高等优点，适用于分离测定PM2.5大气颗粒物中12种酚类化合物。