高效液相色谱法检测土壤中的5种多环芳烃

邓樱花,孙敏,侯汉娜,苏明伟

(湖北第二师范学院 化学与生命科学学院,湖北 武汉 430205)

0 引言

多环芳烃(PAHs)是环境中危害极大的一类有机污染物,具有“三致”作用.美国环保局规定了16种多环芳烃为优先控制污染物.我国的第一批优先控制污染物也将7种多环芳烃列入其中[1-2].由于多环芳烃难于降解,导致多环芳烃可以在土壤中不断积累,给人类健康及生态系统带来了极大的威胁[3].

目前分析土壤中多环芳烃主要采用高效液相色谱法和气相色谱法[4-8].孙福生[7]采用反相高效液相色谱法分离测定土壤中的多环芳烃,选用Bakerbond PAH 6 PLUS 或 Phenomenex EXVIROSEP-pp C-18柱,乙腈-水梯度洗脱和紫外吸收检测16种多环芳烃,分析时间是31 min.郑明辉[8]等报道用气相色谱-质谱联用法测定某化工厂火灾后周边土壤和底泥中的多环芳烃和硝基多环芳烃.

土壤中PAHs常用的前处理方法有很多[9],例如索氏提取法、超声波提取法、加速溶剂萃取法、超临界流体萃取法、亚临界水萃取法等,还有将两种基本方法结合起来,如微波-超声波协同萃取法[10]等.葛成军等[11]采用常用的索氏提取、超声波提取、水平振荡提取等技术,配合高效液相色谱分离等技术,分析了土壤中多环芳烃(包括苊烯、苯并[a]蒽、屈、苊、苯并[b]荧蒽、芴、苯并[k]荧蒽、菲、苯并[a]芘、蒽、茚并[1,2,3-cd]芘、荧蒽、二苯并[a,h]蒽、芘、苯并[g,h,I]苝).但少见用索氏提取、高效液相色谱分离,同时测定萘、联苯、苊、菲、蒽等5种多环芳烃化合物的报道.

本文中选用经典的索氏提取法对土壤中PAHs进行前处理,建立高效液相色谱分离,紫外检测萘、联苯、苊、菲、蒽5种多环芳烃的分析方法.在优化色谱分离条件后,5种多环芳烃在22 min内完全分离,线性范围在0.01～30 μg·mL-1之间.并将该方法用于校园内3个地点的土壤中多环芳烃的测定,回收率在93.5%～112.0%之间.

1 实验部分

1.1仪器与试剂上分LC200高效液相色谱仪由FL2200高压输液泵、恒温箱和紫外检测器3部分组成(上海精密科学仪器有限公司);色谱柱为大连中汇达科学仪器公司的Ultimate XB-C18型(Φ 4.6×25 mm, 5 μm);N2000双通道色谱工作站(浙江大学智达信息工程有限公司).所用的甲醇为色谱纯(天津市康科德科技有限公司),乙腈、萘、联苯、苊、菲、蒽和二氯甲烷是分析纯试剂.所用水由优普超纯水机制备(成都超纯科技有限公司).

1.2色谱条件流动相采用V(甲醇)∶V(水)=75∶25;柱温选定为30 ℃;流速选择为1.0 mL·min-1;紫外检测器检测波长为254 nm.进样之前,色谱系统和C18柱用流动相平衡30 min,进样量为20 μL.色谱峰的峰面积用于定量分析.

1.3样品的处理实验中的土壤样品取自于校园内不同地点,1号采于图书馆附近(表层)、2号采于东区工地(深层)、3号采于东区院墙附近的菜地.土壤样品采回后自然晾干,将干燥的土壤样品放入研钵中研细,用二氯甲烷作为萃取剂,5 g土样在50 ℃下索氏提取6～8 h.

2 结果与讨论

2.1色谱分离条件的优化对影响分离的各种参数进行优化,包括流动相中甲醇的含量、流速和柱温等因素.

2.1.1 流动相中甲醇含量的影响 由于流动相中甲醇含量对分离效果影响很大,我们首先探讨了甲醇含量的影响.当甲醇的含量为70%时,最后一个峰的保留时间长达32 min(如图1a所示);当甲醇的含量为80%时后3个峰有较多重叠(如图1b所示),最后确定甲醇的含量为75%,这时的分离效果较好.

图1 分离5种多环芳烃的色谱图紫外检测:254 nm;柱温:30 ℃;流速:1.0 mL·min-1;峰:(1)萘(30 μg·mL-1);(2) 联苯(6 μg·mL-1); (3)苊(60 μg·mL-1);(4)菲(6 μg·mL-1);(5)蒽(3 μg·

图2 多环芳烃混合标准溶液的色谱图分离条件:流动相为V(甲醇)∶V(水)=75∶25;紫外检测:254 nm;柱温:30 ℃流速:1.0 mL·min-1;峰:(1)萘(30 μg·mL-1);(2) 联苯(6 μg·mL-1);(3)苊(60 μg·mL-1);(4)菲(6 μg·mL-1);(5)蒽(3 μg·mL-1).

2.1.2 柱温的选择 柱温对分离效果有明显的影响,所以选择合适的柱温也很重要.本实验分别在20、30、40 ℃柱温下,对分离效果进行了探讨.结果发现,温度降低,保留时间变长;温度升高,峰之间的重叠越多.综合考虑保留时间与分离效果两方面因素,最终确定最佳柱温为30 ℃.

2.1.3 流速的选择 流速也会影响分离效果，本实验分别选择0.7 mL·min-1、1.0 mL·min-1、1.3 mL·min-1的流速进行试验.实验表明,流速减小,保留时间变长;流速增大,峰之间的重叠越多.最佳流速为1.0 mL·min-1.

在优化后的最佳分离条件下,5种多环芳烃的标准色谱图如图2所示.

2.2工作曲线的绘制准确移取不同量的标准多环芳烃的混合溶液,在选定的最佳色谱分离条件下,平行进行6次分离测定,各多环芳烃的浓度与色谱峰面积的线性范围、工作曲线方程、相关系数和检测限(S/N=3)如表1所示.

表1 线性范围、回归方程和检测限

图3 分析3号土样的色谱图色谱条件同图2;峰:(1)萘;(2)联苯;(3)苊;(4)菲;(5)蒽;A:实际样品,B:实际样品+标准溶液,C:标准溶液.

2.3样品测定在最佳色谱条件,即流动相为V(甲醇)∶V(水)=75∶25,30 ℃柱温,1.0 mL·min-1流速下,分别对3个土壤样品进行了高效液相色谱分析.结果表明1、2号样品中,没有检测到这五种多环芳烃,在3号样品检测到菲(如图3所示),通过计算得到菲的浓度为0.15 μg·mL-1.3号样品中萘、联苯、苊、菲、蒽的回收率分别为102.7%、108.0%、93.5%、107.7%、112.0%.

3 结论

本文中采用索氏提取-高效液相色谱法对校园内3个地点的土样中多环芳烃进行了分析,结果表明:1号土样采自图书馆附近的浅层土壤,采样点附近无植被覆盖,没有检测到这5种多环芳烃;2号土样采自东区工地的深层土壤,采样点为工地挖掘机挖开的深沟,没有检测到这五种多环芳烃;3号土样采自东区院墙处的菜地,采样点附近堆放不少垃圾,检测到菲.3号土样中多环芳烃的检出可能与垃圾污染有关,可见垃圾污染容易导致多环芳烃进入土壤.

参考文献:

[1] 李春玉,石利利,单正军,等.土壤中苯并[a]芘和二苯并[a,h]蒽的快速检测方法[J].环境污染与防治,2008,30(9):43-50.

[2] 郝蓉,万洪富,杜卫兵,等.亚热带地区农业土壤和植物中多环芳烃的分布[J].浙江大学学报:农业与生命科学版,2005,31(4): 374-380.

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[6] Yu C, Yao Z, Hu B.Preparation of polydimethylsiloxane/β-cyclodextrin/divinylbenzene coated “dumbbell-shaped” stir bar and its application to the analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons and polycyclic aromatic sulfur heterocycles compounds in lake water and soil by high performance liquid chromatography [J].Anal Chim Acta,2009,641(1):75-82.

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