固相微萃取-高效液相色谱联用分析环境水样中的痕量多环芳烃.pdf

收稿日期：!#$!#$%作者简介：陶敬奇，男，$&(生，硕士研究生)通讯联系人：李攻科，女，博士，教授，电话：（!）*%$&!，+#,-./：0 1 2 3 4/!5 2 6)1 7 6)0 8)基金项目：国家自然科学基金（!&!&）、广东省自然科学基金（&!&!）和广东省教育厅“千百十工程”优秀人才培养基金（9校!(）资助项目)固相微萃取!高效液相色谱联用分析环境水样中的痕量多环芳烃陶敬奇，王超英，李碧芳，李攻科（中山大学化学与化学工程学院，广东 广州:$!:）摘要：建立了固相微萃取（;?）联用同时测定环境水样中*种多环芳烃的分析方法。优化了萃取时间、萃取温度、解吸时间、解吸溶液、解吸模式等条件。该法对*种多环芳烃的检出限为 A !A$*#3?，相对标准偏差（B;C，!D(）为%A%E$!A!E。用该法分析江水中的痕量多环芳烃，除苯并 荧蒽外，其他种多环芳烃的回收率为&$A$E$:A*E，B;C（!DF）为F A(E$*A*E。方法快速、灵敏、简单，适用于快速分析环境水样中的痕量多环芳烃。关键词：固相微萃取；高效液相色谱；多环芳烃；水中图分类号：G(:*文献标识码：H文章编号：$#*$F（!F）(#:&#%#$#%&()$*(*+,%)-#.*/0-0-/-1%*&)$-2 0 3%*-)%4*(5 (6(7%*(&#($)/8)$#%5 4 09*/3!.:)5#;-%*#?/3$:2 A:.#%+*%&)(-#B C 3=:%*&)$*A%)?:0I H GJ.8 3 K.，LH M N O-P Q.8 3，?RS.T-8 3，?RN P 8 3 4 1（#$%&()%*+,-./01!2)%*+,$1 3!4,!*/,!4，#5!6 1.7-*!8!,9*/-,.0，:5 1!4;%&5?，)%,!1）1 4 5$%)-$：HU-V.7,1 W O P 7 T P U W O 17 1 W 1 U,.8-W.P 8P T W U-0 1V P/Q 0 Q 0/.0-U P,-W.0O Q 7 U P 0-U X P 8 2（2）.81 8 Y.U P 8,1 8 W-/Z-W 1 U 2X Q2 P/.7#V O-2 1,.0 U P 1 W U-0 W.P 8（;?）Z-27 1 Y 1/P V 1 7)I O 11 V 1 U.,1 8 W-/0 P 8 7.W.P 8 2P T;?Z 1 U 1 P V W.,.5 1 7)I O 17 1 W 1 0 W.P 8/.,.W 2 T P U 1.3 O W 2Z 1 U 1 T U P,A !W P A$*#3?，-8 7 W O 1 U 1/-W.Y 1 2 W-8 7-U 7 7 1 Y.-W.P 8 2（B;C 2）Z 1 U 1 T U P,%A%EW P$!A!E)I O 1,1 W O P 7Z-2 6 2 1 7T P U W O 17 1 W 1 U,.8-W.P 8P T W U-0 1 2.8 U.Y 1 UZ-W 1 U)I O 1 U 1 0 P Y 1 U.1 2Z 1 U 1 T U P,&$A$EW P$:A*E1#0 1 V W T P U X 1 8 5 PT/6 P U-8 W O 1 8 1)I O 1B;C 2Z 1 U 1 T U P,F A(EW P$*A*E)I O 1,1 W O P 7.2 T-2 W，0 P 8 Y 1#8.1 8 W，2 1 8 2.W.Y 1，2 P/Y 1 8 W#T U 1 1，-8 72 6.W-X/1 T P U W O 17 1 W 1 U,.8-W.P 8P T W U-0 1 2.81 8 Y.U P 8,1 8 W-/Z-#W 1 U 2)D#0*%3 5：2 P/.7#V O-2 1,.0 U P 1 W U-0 W.P 8；O.3 OV 1 U T P U,-8 0 1/.K 6.7 0 O U P,-W P 3 U-V O Q；V P/Q 0 Q 0/.0-U P,-W.0O Q 7 U P 0-U X P 8 2；Z-W 1 U多环芳烃（2）具有致癌、致畸和致突变性，因此研究环境样品中痕量 2的快速分离分析方法显得尤为重要$。固相微萃取（;=+）是近年来发展起来的一种无溶剂的集采样、萃取、浓缩、进样于一体的新样品预处理技术。;?）联用的研究刚起步不久，有关;?联用的研究报道较少F，%，且主要用于表面活性剂、羟基芳香化合物、农药残留等分析 研究:*。$&:年，O 1 8和-Z/.2 5 Q 8等F首次报道了用;?联用技术测定多环芳烃，他们采用#,聚二甲基硅氧烷（C=;）为固定相萃取水溶液中的$F种多环芳烃标样，通过微孔G C;色谱柱进行分离，用紫外检测器和荧光检测器检测，取得了较 好 的 分 析 效 果。M 1 3 U P等&用$#,的 C=;萃取废水中的多环芳烃，采用光电二极管阵列作为检测器，获得荧蒽、苯并 荧蒽、苯并 A 荧蒽、苯并 1 芘、苯并 4%,茈、茚并$，!，F7$2 芘(种 2的检出限为$:#3?。王超英等$报道采用;?联用分析了环境水样中的痕量!F年$月M P Y 1,X 1 U!F色谱!#$%&%！()*$+,(-!*(.+/(0*+1 2 P/)!$M P)(:&(!艹屈。本文建立了!#$%&(联用测定环境水样中)种痕量*&+的分析方法。该方法快速、灵敏、简单，用于江水中*&+的测定，结果令人满意。!实验部分!仪器(%,-*./高效液相色谱仪：带(*!%./色谱工作站、!0%,-*./紫外检测器（日本岛津公司），0 1+2 3.4 5 6(,)反相色谱柱（7 8-9 9:;=9 91 ，8 1 9 4 A 6?+1?3 B C D 4，0#!）、8-!9聚乙二醇 模板树脂（2 C 5 E 3 B 4 D 4 9/?C 4 5 4+1 D，(FG H）、=8!9聚 二 甲 基 硅 烷 二 乙 烯 基 苯（/3?6%1 9 4 A 6?+1?3 B C D 4 1.1 D 6?E 4 D I 4 D 4，0#!0 J K）萃取头（美国!L 4?2 3公司）；!#$%&(接口：由六通进样阀和解吸室组成，用此接口代替&(进样环（美国!L/4?2 3公司）。!#试剂多环芳烃标准样品：浓度均为7-9 M，含苊烯、芴、菲、蒽、芘、苯并!荧蒽、苯并 荧蒽、苯并#芘，色谱纯甲醇（美国!L/4?2 3公司）。实验用水为二次蒸馏水，经-;89滤膜过滤，甲醇和水均经超声脱气处理。氯化钠（*H，广州化学试剂厂）。!$%&()*&+,分析!#$涂层在解吸室内用甲醇活化=-9 1 D。在室温下，调节转速为,-59 1 D，把,-!9 0#!萃取纤维浸没于;-9 萃取溶液中萃取N-9 1 D后，在解吸室以甲醇作解吸溶剂静态解吸N9 1 D。流动相由开始的)-O（体积分数）甲醇水溶液在,89 1 D内线性变到,-O甲醇，流动相采用匀速,9 9 1 D。检测波长为7 8;D 9。根据!#$的非平衡态理论8，以峰面积进行定量。#结果与讨论#!实验条件优化#P!P!#$条件优化萃取涂层比较了8-!9(FG H、=8!9 0#!0 J K和,-!9 0#!N种萃取涂层对*&+的萃取效率。研究表明：极性较弱的,-!9 0#!萃取*&+的效果最好；但对于较强极性的分析物，如苊烯、芴、蒽、菲和芘，8-!9(FG H的萃取效率比其他两者都好；而=8!9 0#!0 J K对于每种*&+的萃取效率均低于其他两种涂层。综合考虑萃取效率和灵敏度两种因素，选择,-!9 0#!萃取涂层。萃取时间研究了萃取时间对萃取效率的影响。萃取时间是!#$中一个重要的影响因素，萃取达到平衡时，萃取效率最高。萃取平衡时间主要取决于分析物在溶液中的扩散系数，扩散系数越大，达到萃取平衡需要的时间越短。考察了*&+的萃取效率随萃取时间变化的关系（见图,），苊烯、芴、蒽和菲在N7-9 1 D内达到萃取平衡；而芘、苯并!荧蒽、苯并 荧蒽和苯并#芘在7;-9 1 D内仍未达到萃取平衡。当萃取时间超过,7-9 1 D时，苊烯和芴的峰开始下降。这可能是因为在达到萃取平衡后，这些物质被分配常数大的*&+如苯并!荧蒽、苯并#芘等所替代，从涂层上再次解吸下来造成的，这是竞争吸附的结果。综合考虑分析速度和灵敏度，选择N-9 1 D为萃取时间。这与&(的分析时间相匹配，此时虽未达到!#$萃取平衡，但根据!#$的非平衡理论，分析物的萃取量与分析物在样品溶液中的初始浓度仍成线性关系8。只要严格控制萃取条件，可保证有好的重现性。图!萃取时间对&-*.萃取效率的影响/0 1 !(2 2 3 4 5 6 2 3 7 5 8 9 4 5 0 6:5 0;3 6:5 33 7 5 8 9 4 5 0 6:3 2 2 0 4 0 3:4=6 2&-*.,P C 2 4 D C/A A 6?4 D 4；7 P Q?L 3 5 4 D 4；N P/A 4 D C D A 5 4 D 4；;P C D%A 5 C 2 4 D 4；8 P/6 5 4 D 4；=P E 4 D I 3!Q?L 3 5 C D A 4 D 4；R P E 4 D I 3Q?L 3 5 C D%A 4 D 4；)P E 4 D I 3#/6 5 4 D 4 P萃取温度温度对!#$萃取效率的影响分两方面8：从热力学角度看，升高温度会减小分析物在萃取头涂层相和水相之间的分配系数，从而降低吸附量；从动力学角度看，可加快分析物从水相扩散到萃取涂层的速度，缩短萃取平衡时间。两种因素相互影响，相互竞争。图7表明，温度从7 8S升高到=8S，苯并!荧蒽、苯并 荧蒽和苯并#芘的萃取效率随温度升高而增加。这说明对分配系-=色谱第7,卷数较大的!#$，此时热力学因素影响较小，萃取效率主要受动力学因素影响。而在%&!&(，苊烯、芴、蒽和菲的萃取量随温度的增加而增加，超过&(后，则开始下降。是因为在平衡到达前（&(以前），增加温度等于增加了分析物向涂层的扩散速率。但是当平衡到达以后，由于吸附是一个放热过程，温度升高反而会降低分配系数，从而降低吸附量。由于)!*+的操作平台是一个敞开体系，较难恒温操作，而室温萃取的灵敏度已较高，故萃取温度选择室温。图!萃取温度对#$%萃取效率的影响&()!*+,-./+,0.1 2-./3.,4 5,1.6 1,/3.7,0.1 2-./3,+-,3-8/+#$%,-./-0 1-2 3 4/-4 5$，$5 5,6 7 8 9 8离子强度在萃取液中加入9:，&:，9:7;的氯化钠，研究了离子强度对!#$萃取效率的影响（见图）。结果表明：苊烯和芴的吸附量随离子强度的增加而增加，蒽和菲的吸附量随离子强度变化不大，而其他!#$的吸附量则随离子强度的增加而降低。这可能是由于以下个方面的因素相互竞争造成的&：“盐析”效应降低分析物在水中的溶解度从而增加了吸附量；盐的加入可能会改变涂层表面静态液层的物理结构，从而降低扩散速度，因此降低吸附量；即使有很高的离子强度，但是大多数!#$有共轭结构，稳定的结构使其不易受影响。这几种因素相互影响，相互竞争，对于不同的!#有着不同的现象出现。因此本文的实验条件选择不加盐。图9离子强度对#$%萃取效率的影响&()9*+,-./+:2;4 2%-/3-,3.1 2./3/3.7,0.1 2-./3,+-,3-8/+#$%,-./-0 1-2 3 4/-4 5$，$5 5,6 7 8 9 8!)=)!解吸条件优化解吸方式和解吸溶剂用97;标准溶液，在同样的萃取条件下，比较了静态和动态两种解吸方式对!#$的解吸效果，发现静态优于动态。静态解吸所得色谱峰对称，灵敏度较高；动态解吸所得色谱峰出现拖尾，灵敏度也较低。增加甲醇在解吸溶剂（甲醇解吸时间对#$%解吸效率的影响&()*+,-./+?,%/1 5./3.4,/3?,%/1 5./3,+-,3-8/+#$%,-./-0 1-2 3 4/-4 5$，$5 5,6 7 8 9 8解吸时间解吸效率与解吸时间的关系见图=。从该图看，90 6 3时大部分!#$已基本解吸完全，而后解吸量下降，最后又稍有上升。这是因为在解吸室内，分析物不断进行解吸 吸附的过程。在解吸时间为90 6 3时，色谱峰重现性稍差，在9:0 6 3时，可以观察到峰的拓宽和拖尾。综合考虑分析速度和灵敏度，选择%0 6 3为解吸时间。!8=8 9#!;条件的优化紫外波长扫描结果表明几种!#$在%&!%?&3 0均有较大吸收。波长%=3 0时背景吸收较9:第期陶敬奇等：固相微萃取高效液相色谱联用分析环境水样中的痕量多环芳烃大，基线漂移较为严重；在!#$%时，芴、蒽和菲的响应太小。本文选择!&#$%为测定波长。实验比较了以甲醇和乙腈作为流动相时的色谱图，两种溶剂的效果相差不大，考虑到分析成本，选用甲醇为流动相。!定性方法图&是%()多环芳烃直接进样同!*!()多环芳烃在以上优化条件下萃取进样所得色谱图的比较，根据色谱峰保留时间进行定性。直接进样同萃取进样时各分析物的保留时间完全一致。同时采用+,-./0,)1得到的结果比直接进样灵敏度提高!*!*倍。图#$%&直接进样（(）与萃取进样（)）的色谱图*+,#-./0 1(2 0,/(1 0 3$%&4+2.5+/6 7 2 (1 8 9+:,（(）(:5;$&$?-（)）2 3 4 5 3%6 3 7$8 5 3 8 9:，:9 92;(=0:?;A8;4 9 5 :=%6 B;$(；C 0:?;A+,-.0:标准溶液平行测定次。方法的线性范围、检出限（!E F）、精密度见表。表A方法的线性范围、检出限和精密度B()9 6 A B.6 9+:6(/(:,6，5 6 2 6 7 2+0:9+1+2(:58/6 7+0:0 3 2.61 6 2.0 51 3%6 3 7$81 3 4 4 9 B=;3$5 3 9 G G;5;9$（#）);$9=44=$(9（!()）H 9 9 5 ;3$B;%;（!()）I+HJ 5 9$=6 A A K B 9$9*L L M M*N!*O*M 2 B 7 3 4 9$9*L L L O*N!*ML L,A 9$=$A 4 9$9*L L L L*!N!*#$A 4=5 9$9*L L L L*N!*!&O,K 4 9$9*L L L*O N!*!&P 9$Q 3$G B 7 3 4=$A 9$9*L L!*O N O L&P 9$Q 3%G B 7 3 4=$A 9$9*L O F F*!N F *F *P 9$Q 3&6 K 4 9$9*L L O *O N F *!&!0:的含量及回收率。测定江水时基体效应影响较大，回收率偏低，因此采用标准加入法消除基体干扰。用江水配制不同浓度的,0:标准溶液，得到的分析结果见表!。表!珠江水样分析结果B()9 6!%:(9 D 2+7(9/6 E 9 2 0 3(1 8 9 6 3/0 1F.E(:,G+(:,/+H 6/1 3%6 3 7$81 3$5 9$4=;3$（!()）8 8;3$（!()）I 9 5 3 R 9 4 KJI+HJ 5 9$=6 A A K B 9$9&*F *L LF O2 B 7 3 4 9$9$8*&*F&*,A 9$=$A 4 9$9*#*&*L&$A 4=5 9$9*#*&*&#F ,K 4 9$9*&*F&#P 9$Q 3$G B 7 3 4=$A 9$9*#&#LP 9$Q 3%G B 7 3 4=$A 9$9*#*&*L#LP 9$Q 3&6 K 4 9$9*&!*&*&O O O$8：$3 8 9 9 5 9 8 0:的分析方法。优化了+,-.和0,)1的实验条件。分析了珠江水样，除苯并$荧蒽的回收率偏高外，其他,0:的分析结果满足痕量分析的要求。该方法将采样、萃取、进样、分析融为一体，快速、灵敏，适合于环境水样中痕量,0:的快速分析。参考文献：);7+A 7 S;$，T=$(,9$(.$R;4 3$%9$=B,4 3 9 5 ;3$，L L&，（L）：#!刘淑琴，王鹏环境保护，L L&，（L）：#!,3 9 4HT，,=?B;:Q K$UP U1 A 4 3%=3(4，L L!，!&（）：!#MF1 A 9$U，,=?B;:Q K$UP$=B 1 A 9%，L L&，M（L）：!&F*#T 7V1，0 7=$(+H$=B 1 A 9%，L L L，M（!）：F *&U;$3W，-7 4=%=:7X，+=;3V，W;:3V，-=(8;5+，,=?B;:Q K$U，L L，M&#：F M.;:9 4 I，,=?B;:Q K$U$=B 1 A 9%，L L M，L（）：F#*MT 7V1，0 7=$(+H，L L L，O F&：!MOP 3 K 8/P 3 B=$8，,=?B;:Q K$U$=B1 A 9%，L L，O（L）：&!LY 9(4=3-I，B 6 9$8 7 4=8=-2，L L O，O!F：!*T=$(1 A=3 K;$(，X=3U;$(S;，);P;G=$(，-=Z A;B;$(，);3$(9 1 A;$9:9 U 3 7 4$=B 3 G 1 A 4 3%=3(4=6 A K，!*!，!*（）：&L王超英，陶敬奇，李碧芳，马志玲，李攻科色谱，!*!，!*（）：&L!*色谱第!卷