法 乙睛一超声水浴萃取样品中的PAHs,经过ENV固相萃取柱净化,多环芳怪专用色谱柱分离,再用液相 色谱一荧光一紫外检测器串联进行检测。结果 16种PAHs在线性范围内有良好的线性关系,相关系数均 >0. 999 9,检出限范围为(0. 04-0. 26) ng/m3,平均回收率为85% ~ 114. 1 %,相对标准偏差均小于& 0%。
结论 本方法提取过程简单、灵敏度高、精密度高,适用于PM25中PAHs的污染分析。关键词:多环芳坯;超声波快速提取;液相色谱一荧光一紫外检测器联用中图分类号:R12DOI: 10. 13421/j.cnki.hjwsxzz.2O19. 02. 018Determination Method for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Ambient PM2 5HONG Yueling, YUAN Ye, SHI Mengxing, SUN YaoAbstract: Objective To establish a convenient and efficient method to detect 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in PM2 5. Methods PAHs were extracted from samples via acetonitrile-ultrasonic water bath , purified by ENV solid-phase extraction column, separated by polycyclic aromatic hydrocarbon special chromato
graphic column, and then detected by liquid chromatography-fluorescence ultraviolet detector in combination.
Results Sixteen kinds of PAHs had a good linear relationship within their respective linear range, and the correlation coefficients were all higher than 0. 999 9. The range of limit of detection is (0. 04 ~0. 26) ng/m3 ,the average recovery rate is 85% ~ 114. 1 % , and the relative standard deviations are all less than 8. 0%. Conclusions This method has simple extraction process, high sensitivity, and high precision, and is suitable for the pollution analysis
of PAHs in PM2 5.Key words: PAHs, ultrasonic rapid extraction, liquid chromatography fluorescence and UV detector in combina
tion空气污染近年来已经成为中国的城市病,其中 雾霾的有害影响也跃居我国城市居民最关注的问题
的挥发性碳氢化合物。迄今为止,有400余种PAHs
被发现和报道,而且大部分PAHs具有致癌性,1979
之一。雾霾的主要组成包括硫氧化物、氮氧化物和 年美国环保局将16种存在显著致畸、致癌、致突变 作用的PAHs列为优先控制污染物⑶,我国现将其
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。pm25的成分主要包含多环 芳桂(PAHs)、金属阳离子以及无机阴离子[1-21o其 中,环境中的多环芳炷(PAHs)是煤,石油,木材,烟
中7种列为优先污染物。近些年的研究表明,这些 以苯并(a)茁为代表的多环芳婕含量也与PM25的
致癌活性相关⑷。大气中多环芳怪大多以气态方式存在或吸附在水
草,有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生
作者简介:洪月玲,副主任技师,主要从事理化检验及实验室管理工作作者单位:郑州市疾病预防控制中心理化检验所联系方式:河南省郑州市中原区中原西路296号;邮编:450007 ; Email: 314946668@ qq.com・ 184 •《环境卫生学杂志)2019 年 4 月第 9 卷第 2 期 Journal of Environmental Hygiene Apr. 2019 , Vol. 9 No. 2滴或pm25±o四环以下的多环芳炷主要以气态方式 存在,比如菲、蔥、荧蔥和茁等;而五环以上的多环芳桂
则大部分被吸附在PM-上,以大气飘尘形式存在⑸。对于多环芳炷的分离和检测,传统上采用纸层
析和薄层析等技术分离PAHs,再联合UV-vis和荧
光等进行检测。随着高效液相色谱、气相色谱、质谱 等技术日趋成熟,现阶段分离和检测多环芳怪比较
常用的方法包括HPLC、GC、LC-MS和GC-MS等 即使采用现代化的分析仪器,传统的纸层析和薄层 析等仍是极为重要的纯化分离方法,用于对成分比
较复杂的样品预处理。但是,常用传统的前处理方 法均存在一些缺陷和不足,比如操作繁琐、有机试剂
消耗过大以及处理时间较长等,故此,本研究通过对 提取方法、净化方式以及检测技术等进行比对,最终
得到了最优化方法。相比现有方法,该方法不仅提 取效率和净化效果显著改善,分析的灵敏度也得到
提高,因此,可作为潜在的PAHs标准检测方法。1材料与方法1. 1 仪器与试剂玻璃纤维滤膜(直径90 mm, GE Whatman ); Milli-Q A10 超纯水设备(美国 Millipore ) ; 0. 22 jxm 尼龙66针式过滤器(天津津腾);LC-20 A高效液相 色谱串联SPD-M20 A二极管紫外阵列检测器和
RF-20 A荧光检测器(日本岛津);SB25-12D超声波
清洗机(宁波新芝);Oasis HLB SPE柱(6 mL, 500 mg 美国 Waters) ; Bond Elut ENV SPE 柱(6 mL, 500 mg 美国 Agilent) ; Bond Elut Florisil SPE 柱
(6 mL, 500 mg,美国Agilent):甲醇、正己烷、乙睛、
二氯甲烷(GR级,德国Merck)。1.2 标准溶液的配制用乙睛将16种PAHs混合标准品配制成浓度
为10 mg/L的混合标准储备液,于-20P下保存,使 用时,再用乙睛将混合标准储备液稀释,制备标准系
列溶液时选用了 0.00、0.05、0. 1、0.50、1.00、2.00 和5.00 |xg/mL 7个浓度,绘制标准曲线的线性相关 系数均>0.999 9(表l)o1. 3 液相色谱条件色谱柱:Agilent ZORBAX Eclipse PAH, 250 mm
X4.6 mm,5 Jim ;流动相为水和乙月青;流动相流量为1.2 mL/min;柱温为30T ;梯度洗脱程序设定为: 65%乙月青+ 35%水,保持27 min,以5%乙月青/min的
增量至100%乙睛,直至出峰完毕。表1 16种上述PAHs混标工作溶液基本信息表编号名称CAS号浓度/( mg/mL)191-20-30. 22危烯208-96-80. 23危83-32-90. 24笏86-73-70. 25菲85-01-80. 26蕙120-12-70. 27荧蔥206-44-00. 28129-00-00. 29苯并(a)蔥56-55-30. 210218-01-90. 211苯并(b)荧蔥205-99-20. 212苯并(k)荧恿207-08-90. 213苯并(a)茁50-32-80. 214二苯并[a, h]蔥53-70-30. 215苯并[g, h, i]毎191-24-20. 216前并(1,2,3・cd)戈193-39-50. 21.4 样晶处理将直径为90 mm的采样滤膜四等分,取四分之 一剪碎,置于10 mL玻璃离心管底部,并向管中加入2.5 mL乙月青,使样品浸泡完全,封盖后水浴中超声 60 min o浓缩:将提取液转移至浓缩瓶中,加入(5~10)mL 正己烷,用浓缩装置温度控制45七以下浓缩,重复 此浓缩过程3次,将溶剂完全转换为正己烷,最后浓
缩至1.0 mL,待净化。净化:使用ENV柱固相萃取柱净化:将其固定在
固相萃取净化装置上。先用4 mL二氯甲烷冲洗净化
柱,再用10 mL正己烷平衡净化柱,待柱内充满正己 烷后关闭流速控制阀浸润5 min,打开控制阀,弃去流
出液。在溶剂流干之前,将浓缩后的样品提取液加入
到柱内,再用约3 mL正己烷分3次洗涤装样品的浓 缩瓶,将洗涤液一并加到柱上,用10 mL二氯甲烷/正 己烷洗脱液洗涤吸附有样品的净化柱,待洗脱液流过
净化柱后关闭流速控制阀,浸润5 min,再打开控制阀, 继续接收洗脱液至完全流出,浓缩至(0.5-1.0) mL,加 A3 mL乙睛,再浓缩至1 mL以下,最后准确定容到
1.0 mL,用孔径为0.22 Jim的尼龙66(有机系)针式
过滤器过滤,得到澄清溶液待上机检测。2结果与讨论2. 1 测定方法的优化16种PAHs的紫外和荧光信号分析表明,危烯
• 185 •《环境卫生学杂志)2019 年 4 月第 9 卷第 2 期 Journal of Environmental Hygiene Apr. 2019, Vol. 9 No. 2的荧光强度较紫外信号弱,其余15种化合物的荧光 信号均远强于各自的紫外吸收强度,因此这15种 PAHs采用荧光光谱检测,依据其液相色谱出峰时 间的差异,以及荧光信号的不同,荧光检测器波长设 定为:开始时,激发波长280 nm,发射波长340 nm;
20 min后,激发波长350 nm,发射波长400、450和
500 nmo对于危烯,采用紫外吸收光谱检测,根据其
最大吸收波长,设定检测波长为230 nm,这与邓樱 花⑺报道的254 nm有所不同。16种PAHs标准溶液 的液相色谱结果如下图1(a)和图l(b)0S1 500 -
二0 5 10
时间15/min 20 25 30注:1棊、2危、3茹、4菲、5蔥、6荧蔥、7琵、8蒲、9苯并[a]蔥、10 苯并[b]荧蔥、11苯并[k]荧蔥、12苯并[a]及、13苗并[1,2,3-c,
d]戈、14二苯并[a,h]蔥、15苯并[g,h,i]北图1(3)15种多环芳怪荧光检测色谱图7.5 -Awl^2:9-一
^s
JL7^0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30时间/min注:1荼、2危烯、3危、4茹、5菲、6蔥、7荧蔥、8氏、9蔚、10苯并
[a]蔥、11苯并[b]荧蔥、12苯并[k]荧蔥、13苯并[a]花、14苗
并[1,2,3-c,d]瓦、15 二苯并[a,h]蔥、16 苯并[g,h,i]花图1 (b)16种多环芳婭紫外检测色谱图2.2 前处理方式的优化2. 2. 1提取溶剂的选择 本实验中对比了甲醇、正 己烷、乙月青三种溶剂的提取效果,结果表明,使用乙
月青作为提取溶剂效率明显优于其他两种提取剂(甲 醇提取效率30% - 60% ,正己烷提取效率70% ~ 80%,乙月青提取效率90%~98%)(图2)。有相关文
献⑻在综合考虑PAHs的性质后,选用正己烷、甲
苯、乙月青3种低、中低、中高极性溶剂进行筛选,结果 表示采用正己烷和甲苯提取,不同目标物的回收率 差异较大(在12. 8%-90. 6%之间),而乙睛极性中 等偏大,能够很好兼顾多个目标物的性质,待测物
质的提取回收率均达80%以上,与我们的实验结果 ・186・相似;李春欣⑶在对大气颗粒物中16种多环芳姪和
15种硝基多环芳桂分析方法的研究中比较了单独 使用正己烷、二氯甲烷和丙酮以及他们的混合物作
为超声提取溶剂的效果,结果表明因为正己烷极性
弱,所以单独使用正己烷的提取效果较差。在本实 验三种提取溶剂中乙月青极性最大,且粘度系数较小, 因此对16种PAHs均有较好的提取效率且平行性
较好,又因为实验中流动相用的也是乙月青,所以选择 乙睛作为提取溶剂最合适。120-100 -%、冊«60■甲薛
畀鞘
口正己烷■乙脂20° 1 2 3 45 6 7 PAHsS8 9 10 号 11注:1蔡;2危烯;3荷;4茹;5菲;6蔥;7荧蔥;8苗;9屈; 10苯并[a]蔥;II苯并[b]荧啟;12苯并[k]荧蔥;13苯并[a]®;
14 前并[l,2,3-c,d]苗;15 二苯并[a,h],®: 16 苯并[g,h,i]苗
图2甲醇、正己烷、乙睛对16种PAHs的提取效率对比2. 2.2提取方法的选择 现发展起来的对PAHs的
提取方法有很多,包括固相微萃取法「回、加速溶剂萃
取法⑴〕、索氏提取法和超声提取法等。本实验对 比了索氏提取法和超声提取法的提取效率,图3结果 表示,索氏提取法的提取效率约在90%-95%,超声提 取法为85%-95%,索氏提取法的提取效率和提取效 果的稳定性都略优于超声提取法,与王君瑞⑴[的实
验结果一致。但其实验也表明由于索氏提取法操作 繁琐,需要经过几次浓缩、提取时间长、萃取剂的耗费 量大,对人员操作方面的要求比较高,所以实验中的
不确定因素较多,会影响实验的稳定性。且谷晓 琳!⑷的实验还表明索氏提取法对小环化合物的提取
率偏低,而超声提取法对各化合物提取率均很高。再 者,滤膜上的细颗粒物较易提取,因此具有操作简单、 方便、用时少、成本低等优点的超声波萃取法便成了
替代索氏提取法进行前处理的最佳方式W因此, 本研究对样品的前处理采用超声水浴萃取法。有文
献记载,使用超声提取法萃取PM2 5中的多环芳怪时, 会因为萃取容器的形状、体积及萃取液体积对萃取效 果产生影响,导致有时会出现萃取率偏低或不稳定的 现象,而本实验在超声提取时用的是加盖的玻璃
离心管,尖底的容器以及加入2.5 mL的提取溶液可《环境卫生学杂志)2019 年 4 月第 9 卷第 2 期 Journal of Environmental Hygiene Apr. 2019, Vol. 9 No. 2)<)进槪«肩辂
80604020■HLB柱■索氏提取法□超声水浴提取法□ Florisil柱■ ENV柱
0 1注:1荼;2危烯;3危;4笏;5菲;6蔥;7荧蔥;8茁;9屈;10苯并[a]M; 11苯并[b]荧蔥;12苯并[k]荧蔥;13苯并[a]茁;
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16PAHs编号注:1茶;2危烯;3危;4笏;5菲;6蔥;7荧蔥;8戈;9屈; 10苯并[a]蔥;11苯并[b]荧蕙;12苯并[k]荧蔥;13苯并[a]茁;14苛并[l,2,3・c,d]及;15二苯并[a,h]蔥;16苯并[g,h,订茁14苗并[l,2,3・c,d]茁;15 -苯并[a,h]蕙;16苯并[g,h,订茁
图3索氏提取法和超声提取法对16种PAHs的
图4 HLB小柱.Florisil小柱和ENV小柱对超声
提取液的回收率对比提取效率对比以避免这种现象的发生。洗脱液用量对目标物回收率的影响,对比2 + 3
2.3 净化方法的选择(V/V)、4+4( V/V)、5+5( V/V)二氯甲烷/正己烷的
滤膜经过超声提取后的溶液中含有较多杂质, 直接进液相色谱会极大降低色谱柱的分辨率,甚至
实验显示,洗脱液对目标化合物的提取和净化效果
影响不大,本实验在保证回收率和净化效果的前提 下采用最少洗脱液用量,即用2+3(V/V)二氯甲烷/
有可能堵塞色谱柱,减少柱子寿命,因此进样前需要 经过初步净化程序⑴〕。在评估净化效果时,本实验
正己烷混合溶液进行洗脱。该前处理策略与刁春燕 等〔⑼在2010年报道的净化方法相比,尽管冋收效
考察了检测多环芳炷时常•用的3种固相苹取柱 HLB.ENV和Florisil,结果显示HLB小柱的回收率
果相当,但本方法更加简便方便,且试剂消耗量小。为 45 % ~ 70%, Florisil 小柱为 80%~90%,ENV 柱净 化回收率最高,为92%~100%(图4)。ENV小柱具
2.4 线性范围和检出限配制浓度为 0. 00,0. 05,0. 10,0. 50、1. 00,2. 00
有高流通量,能高效洗脱等优点,且该小柱专为萃取 极性有机物残留设计所以本实验选择ENV小柱进
和5. 00 pg/mL的系列标准溶液,优化仪器条件,开
始进行分析。以各组分的浓度为横坐标,峰面积为 纵坐标,测得16种PAHs标准曲线的线性方程 (表2)。各组分在线性范围内线性关系良好,相关 系数达到0.999 9。以3倍信噪比(S/N)为检岀限,行上机前净化由于洗脱液二氯甲烷/正己烷混合溶液的使用
会造成环境的污染和成本的增加,因此,实验考察了
表2 16种PAHs的线性范围、线性方程、相关系数和检出限多环芳炷线性范围/(ng/m5)0. 10~ 1 0000. 10~ 1 0000. 05 ~ 1 0000. 10~1 0000. 10~ 1 0000. 05 ~ 1 0000. 10~ 1 0000. 05 ~ 1 0000. 05~ 1 0000. 05 ~ 1 000线性方程y= 10 944. 3x+18.45相关系数r0. 999 90. 999 90. 999 9检出限/( ng/m3 )0. 26荼危烯危笏菲y=84 927. 3%-255. 38y= 10 680. Ox-429. 950. 130. 060. 10y=38 863. 8%+15. 34y=30 179. 2%-393. 99y=39 638. 8x-440. 770. 999 90. 999 90. 120. 070. 100. 06蔥0. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 90. 999 9荧蔥茁y = 61 866. 0%-423. 70y=60 443.0“34& 82苯并(a)蕙y = 43 334. 6x-447. 060. 070. 05屈苯并(6)荧蔥苯并仏)荧蔥苯并(a)茁苗并(1,2,3-cd)茁二苯并[a,切蔥y = 27 169. 5x-381. 57y = 52 254. 5x-397. 040.05-1 0000.01-1 0000. 05 ~ 1 0000. 05 ~ 1 0000. 05~1 0000. 060. 040. 050. 050. 090. 07y = 61 059. lx-139. 10y= 17 869. lx-105. 70y = 32 206. 3x-297. 30y = 22 336. 4x-505. 80y = 42 969. 2x-391. 30苯并[g,仇,订戈0.05-1 000・187・《环境卫生学杂志)2019 年 4 月第 9 卷第 2 期 Journal of Environmental Hygiene Apr. 2019, Vol. 9 No. 2表3方法的加标回收率和精密度结果(\" = 6)不同添加浓度的回收率多环芳炷本底值/
(ng/m3 )5/( ng/m3)10/( ng/m3)实测值/
(ng/m3)回收率/%100. 090. 687. 3RSD/%7. 1实测值/(ng/m3 )19. 33回收率/%RSD/%4. 36. 25. 13. 72. 5荼8. 8013. 804. 53102. 887.788. 5危烯危笏菲-0. 503. 245.44.38. 779. 294. 809. 37113. 79& 8100. 53. 815. 1112.44114. 1105.01. 856. 778. 035.054. 964. 258.467.93. 62. 13. 5蔥2. 990. 3911. 1510. 8811.0585. 8104.7110.57. 3荧蔥茁苯并(a)蔥苯并(b)荧蔥93. 799. 285. 01.20.76.7--4. 336.95.25.7&0713. 6812. 1380. 795. 590. 77. 81. 016. 11101. 795. 0110. 285.45.43.2苯并(k)荧蔥苯并(a)及-1. 724.757. 204. 78. 5410. 24& 529.08107. 188. 61. 10.787. 485. 290. 892. 24. 5前并(1,2,3-cd)苗--4.435.084. 372. 86.66. 5二苯并[a, h]蔥苯并[g, h, i]及注:为低于检出限101. 687.42.44. 1-9. 22检出限范围为(0. 04-0. 26) ng/m3,各组分的检出
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