饮用水中超痕量多环芳烃测定方法的优化_王怿婷.pdf

检验检测水利技术监督2023 年第 2 期DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.008饮用水中超痕量多环芳烃测定方法的优化王怿婷(北京市自来水集团有限责任公司水质监测中心，北京 100192)摘要:建立一种快速高效的饮用水中 6 种 PAHs 超高效液相色谱(UPLC)分析法。水样通过固相萃取浓缩富集后，采用 PAHs 快速分析色谱柱分离，通过优化洗脱条件和荧光检测波长，达到最佳分离条件和最优检测灵敏度，并进行有效性验证。6 种 PAHs 在 1 50g/L 范围内线性良好，相关系数大于 0.999，方法检出限 0.30 0.70ng/L，加标回收率为 83.3%94.2%，SD 小于 7.2%。本法快速、简便，大大缩短了检测进程，能满足实际水样的PAHs 痕量检测需求。关键词:超高效液相色谱;多环芳烃;饮用水中图分类号:X131.2文献标识码:A文章编号:1008-1305(2023)02-0023-03收稿日期:2022-09-28作者简介:王怿婷(1986 年)，女，助理工程师。E-mail:多环芳烃(PAHs)是一类对人体具有较强的毒性、突变性和致癌性的有机污染物，主要导致胃癌、肺癌和皮肤癌1。由于工业上石油、煤等原料的大量使用，PAHs 在环境中已广泛存在2，也是水体中重点监测的污染物之一。PAHs 种类繁多，美国环保署(EPA)将其中的 16 种 PAHs 列为优先检测物3，中国将其中的 7 种 PAHs 列为优先控制污染物4。我国的饮用水卫生标准中规定水中苯并 a 芘含量应小于 0.01g/L，多环芳烃总量不得大于 2g/L5。水体中的多环芳烃含量为痕量级6-7，因此对于水体中 PAHs 的富集浓缩和更有效的提高检测灵敏度显得尤为重要。目前水中多环芳烃类物质的前处理主要采用液液萃取、固相萃取法，其分析方法主要有气相色谱法8、气相色谱质谱法9、高效液相色谱法等10-12，应用最多的是固相萃取 液相色谱法(HPLC)，该方法稳定、适用性广、操作便捷，但对 PAHs 多种混合物的分析过程较长，不能满足对该污染物的快速筛查和分析。本研究针对荧蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3 cd)芘 6 种被列为优先控制的 PAHs，通过对比常规 HPLC 测定方法，并优化色谱参数及分离条件，建立了一种更为快速、高效的 PAHs 超高效液相色谱(UPLC)分析法，更有效地提高了检测灵敏度和精密度，满足实际水样中 PAHs 的痕量监测要求。1实验部分1.1仪器和试剂仪器:Waters 2695 型液相色谱仪(HPLC)，配2475 荧光检测器，色谱柱为 PAHs 专用柱(4.6mm150mm，5m);Waters UPLC-H Class 超高效液相色谱仪(UPLC)，配 FL 荧光检测器，色谱柱为PAHs 快速柱(4.6mm 50mm，3m)。试剂及材料:甲醇、乙腈(美国 Fisher 公司，色谱纯)、二氯甲烷，Milli-Q 超纯水;Waters HLB固相萃取小柱(6mL，200mg);6 种多环芳烃物质:荧蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3 cd)芘混合标准溶液(200g/mL，美国 AccuStandard 公司)。1.2实验方法1.2.1仪器参数及色谱条件常规 测 定(HPLC)色 谱 条 件:Waters 2695-HPLC，检测器为 2475 荧光，PAHs 色谱柱(4.6mm150mm，5m)，柱温 30，流动相为纯甲醇，等度洗脱，流速 1mL/min，进样量 10L，荧光检测器波长参数见表 1。快速测定(UPLC)色谱条件:Waters H-Class-UPLC，检测器为 FL 荧光，PAHs 快速柱(4.6mm322023 年第 2 期水利技术监督检验检测50mm，3m)，柱温 30，进样量 5L，流动相为乙腈、水，梯度洗脱，洗脱条件见表 2，荧光检测器波长见表 3。表 1HPLC 荧光检测器波长参数时间 t/min激发波长/nm发射波长/nm0270440227044063054301530543018300480表 2UPLC 梯度洗脱条件时间/min流速/(mL/min)乙腈/%水/%01.3653511.365351.51.3802021.310004.51.3100051.3802061.365351.2.2样品前处理对于水体中痕量级的多环芳烃，本实验采用固相萃取法富集，将 Waters HLB 固相萃取小柱依次用二氯甲烷5mL、甲醇5mL、纯水10mL进行充分活化，在 1L 水样中加入 10mL 甲醇和 5g 氯化钠混匀，并以 10mL/min 的流速进行上样富集，完成后用 5%甲醇水溶液清洗杂质，用 2mL 二氯甲烷洗脱待测物质，3 次洗脱后收集洗脱液并吹干，用乙腈定容至 1mL 待测。表 3UPLC 荧光检测器波长参数时间 t/min激发波长/nm发射波长/nm027044022704402.53054303.83054304.129448052944802结果与讨论2.1分析条件探讨2.1.1色谱柱分析与探讨分别 选 取 PAHs 专 用 柱(4.6mm 150mm，5m)和 PAHs 快速柱(4.6mm 50mm，3m)进行实验比对，分别按照 1.2.1 中的常规测定(HPLC)和快速测定(UPLC)的色谱条件洗脱分离，6 种多环芳烃分离图谱如图 12 所示，2 种测定方法的保留时间对比见表4。结果表明通过PAHs快速柱图 16 种多环芳烃 HPLC 荧光色谱图图 26 种多环芳烃 UPLC 荧光色谱图42检验检测水利技术监督2023 年第 2 期及 UPLC 建立的 6 种 PAHs 分析法可在 7min 内完成对混合标准物质的有效分离与测定，大大提高了检测效率，检测进程的缩短也更有利于节约溶剂与标准品、进样量减少、环保性更佳。这主要是由于选择更小粒径的柱子，其填料更加紧密均一，柱 效 更 高、速 度 更 快。需 要 注 意 的 是PAHs 快速柱由于长度只有 50mm，洗脱时应采用梯度洗脱，等度洗脱分离效果不佳，洗脱条件见表 2。表 4HPLC 与 UPLC 测定 6 种 PAHs 的保留时间比较分析物HPLC 保留时间t/minUPLC 保留时间t/min荧蒽3.192.70苯并(b)荧蒽8.183.81苯并(k)荧蒽10.314.18苯并(a)芘11.954.49苯并(g，h，i)苝17.405.51茚并(1，2，3 cd)芘21.406.172.1.2荧光波长参数的优化检测的 6 种多环芳烃在紫外区也有吸收，但检测灵敏度较低，故本实验选用响应值更高的荧光检测器分析测定。为了使 6 种 PAHs 化合物达到更好的灵敏度和分离度，经过反复实验优化，比较了 6种多环芳烃物质在不同波长下的出峰时间和灵敏度，最终确立了最佳波长参数，见表 13。需要说明的是波长参数变动较大时可造成出峰时间和基线漂移、波动较大，因此对于检测波长接近的物质可选用一致的激发与发射波长。另外，相对于其他5 种 PAHS 来说，茚并(1，2，3 cd)芘对于荧光波长参数的变动最为敏感，通过多次实验得出茚并(1，2，3 cd)芘的最佳激发、发射波长分别为294、480nm。2.2线性范围与检出限选用优化后的快速测定 PAHs 的 UPLC 法，进行方法的有效性验证。取 6 种 PAHs 混合标准物质用甲醇稀释，配制成浓度为 1.0、2.5、5.0、10、25、50g/L 的混合标准系列，以浓度为横坐标、峰面积为纵坐标建立标准曲线，其线性范围和回归方程见表 5。结果表明，6 种 PAHs 在 1 50g/L范围内线性良好，相关系数均大于 0.999，满足日常测定要求。该方法检出限通过公式 MDL=t(n 1，0.99)S 得出(式中 MDL:方法检出限;n:添加低浓度样品的平行测定次数;t:自由度为 n 1、置信度为 99%时的 t 分布;Sn 次平行测定的标准偏差)。故选用浓度为 1.0g/L 的标准溶液，平行测定七次，根据上述公式计算出方法检出限，结果见表 5，6 种多环芳烃化合物的方法检出限(MDL)在0.30 0.70ng/L 范围内，适用于水体中 PAHs 的痕量分析。表 56 种 PAHs 的线性范围及检出限化合物线性范围/(g/L)线性方程相关系数2检出限/(ng/L)荧蒽1.0 50y=14656x0.99930.50苯并(b)荧蒽1.0 50y=77526x0.99950.30苯并(k)荧蒽1.0 50y=559790 x0.99950.30苯并(a)芘1.0 50y=126647x0.99930.30苯并(g，h，i)苝1.0 50y=49650 x0.99970.60茚并(1，2，3 cd)芘1.0 50y=30470 x0.99960.702.3精密度与准确度按照提速增效后的 UPLC 配置 PAHs 快速柱的实验方法分别对不含此 6 种 PAHs 的空白水样进行高低浓度加标回收实验，加标浓度为 1.0g/L 和50g/L，平行测定 6 次，各物质的精密度和回收率见表 6。结果显示高低浓度加标后的回收率为83.3%94.2%，相对标准偏差(SD)小于7.2%，该方法的准确度、精密度均能满足水样中 6 种PAHs 的快速痕量分析要求。表 66 种多环芳烃的加标回收率与精密度分析物加标浓度 1.0/(g/L)加标浓度 50.0/(g/L)回收率/%SD/%回收率/%SD/%荧蒽88.64.591.13.8苯并(b)荧蒽92.52.593.62.3苯并(k)荧蒽90.73.292.32.8苯并(a)芘92.83.494.23.1苯并(g，h，i)苝85.65.689.44.8茚并(1，2，3 cd)芘83.37.285.85.82.4实际水样测定该方法经过有效性验证后，选取某市有代表性的几个水厂出水、原水及管网水进行分季度的PAHs 监测普查工作，测定结果显示在各批次水样中 6 种 PAHs 均未检出。(下转第 34 页)522023 年第 2 期水利技术监督信息化4结语在水库除险加固工程中，往往由于资金缺乏，资金筹集困难等不可抗因素，造成制约水库除险加固工程如期完整实施。此时，就需要在现有有限资金条件下，对工程项目分期或分年度实施，须对实施顺序优先级别进行决策，最大程度地满足当下的使用功能，提高工程价值，发挥工程效益，使资源得到优化配置。实施层次分析法以及价值工程评价方法对决策水利工程除险加固措施实施的优先顺序具有模型和结构适应性，能发挥层次分析法和价值工程评价方法的优点，具有方法简便、结构清晰、实用性强、结果直观以及降低权重主观性的特点。本文通过实例分析，为小型水库除险加固工程措施的实施顺序优先级别提供了建议，并为层级分析法提出分析重点和分析建议，对水库除险加固工程实施资金优化配置分析具有借鉴意义。参考文献 1郭晓雅，李思远 我国水库工程分布特点分析J 工程技术研究，2021，6(2):252-254 2邓安军，陈建国，胡海华，等 我国水库淤损情势分析J/OL 水利学报:1-8 2022-03-30 3刘志明，汤洪洁 病险水库主要问题及除险策略J 水利规划与设计，2021(5):1-4，57 4李宏恩，马桂珍，王芳，等 20002018 年中国水库溃坝规律分析与对策 J 水利水运工程学报，2021(5):101-111 5蒋金平，杨正华 中国小型水库溃坝规律与对策 J 岩土工程学报，2008(11):1626-1631 6李克强要求对现有病险水库 2025 年底前要全部完成除险加固J 中国防汛抗旱，2020，30(12):4 7刘艳芳，徐冬梅，刘玉新 小型水库除险加固问题探讨J 水利科技与经济，2008(4):314-315 8彭绪庶 中国价值工程研究40 年的回顾和展望 J 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