HPLC测定鄱阳湖湿地土壤中15种多环芳烃

2014-12-17杨平华曾祥晖

中国测试 2014年1期

杨平华，曾祥晖

（1.九江学院化学与环境工程学院，功能有机分子制备与应用九江市重点实验室，江西九江 332005；2.九江市环境监测保护站，江西九江 332000）

0 引言

多环芳烃（PAHs）是一类典型的持久性有机污染物（POPs），可通过呼吸道、皮肤以及消化道等进入到人体，威胁人类的健康[1]。PAHs主要为石油、煤等化石燃料等不完全燃烧时产生，所有有机物的加工、使用或焚烧的地方等都有可能会产生多环芳烃。迄今已发现的200多种PAHs，其中16种组分已被美国环保署列入优先控制污染物名单。

目前，测定土壤中PAHs的方法主要有：气相色谱法（GC）[2]，高效液相色谱法（HPLC）[3-4]，气相色谱-质谱联用法（GC-MS）[5]及荧光法[6]等。其中，GC-MS具有仪器昂贵、操作复杂及使用成本高等缺点，气相色谱法不适于分析具有较高沸点及在高温下会分解的多环芳烃，荧光法只能测定多环芳烃的总量，而应用最多的方法则是HPLC。目前研究较多的前处理方法包括索式提取法[7]、微波提取法[8]、超声萃取法[9]、加速溶剂萃取[10]、超临界二氧化碳萃取法[11]、分散液相微萃取[12]、分散固相萃取[13]及基质固相分散-加压溶剂萃取法[14]等。

鄱阳湖是中国最大的淡水湖，其水系流域面积约占江西省总面积的97%，是维护全球与区域环境的重要湖泊。目前，相对于我国其他地区，有关鄱阳湖区域PAHs的研究基本为空白，仅有少量关于其他类POPs如有机氯农药等的研究报道[15-20]。因此，建立测定鄱阳湖湿地土壤中的多环芳烃的方法将为获得鄱阳湖湿地多环芳烃的的污染状况，并进一步开展其污染特征与来源解析的研究提供基础。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

LC-20AT型高效液相色谱仪（配RF-10AXL荧光检测器，日本岛津）；RE-52型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；KQ 2200B型超声波震荡器（昆山市超声仪器有限公司）。15种多环芳烃混标，包括萘、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并（a）蒽、、苯并（b）荧蒽、苯并（k）荧蒽、苯并（a）芘、二苯并（ah）蒽、苯并（ghi）苝、茚苯（123-cd）芘，购于百灵威试剂公司，质量浓度均为10μg/mL。无水Na2SO4（450℃马弗炉中灼烧6h后备用）；丙酮和正己烷：均为分析纯，用前经全玻璃系统二次蒸馏。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集与处理

样品采于鄱阳湖核心区域——吴城保护区的湖中湿地表层土壤（0～20cm），采集3点样品后混合处理得到平均试样。将采集的土样带回实验室后，置于阴暗处阴干，后把土块压碎，除去石块、残根等杂物，再用四分法取风干样品200～300g放在研钵中研磨后全部过100目筛。最后经处理过的土壤样品在-4℃下密封保存，待用。

1.2.2 样品的提取和净化

由于不同文献对土壤中多环芳烃的提取方法各不相同[7-14]，因此考察了3种常见提取方法，具体参数见表1。称取10.00 g土壤样品，10.00 g无水硫酸钠，2.00 g铜粉，混合均匀后分别按照表1的条件提取其中的多环芳烃，提取液进行抽滤，将滤液转移到烧瓶中旋转蒸发至1 mL，加入20 mL正己烷进行溶剂置换，继续旋转蒸发浓缩至近1 mL。再用2次约1mL正己烷使之完全过装有硅胶的层析柱（至下而上分别装有10cm的硅胶，1～2cm的铜粉，1～2cm的无水硫酸钠）进行净化，以8 mL正己烷预洗，再以15 mL的正己烷-二氯甲烷（3∶2）混合溶液洗脱，收集正己烷与二氯甲烷洗脱液，在30℃下恒温旋转蒸发浓缩至1～2 mL加入20 mL乙腈再次进行溶剂置换，在60℃下恒温旋转蒸发浓缩至1mL，将浓缩液转移并定容至4mL，待高效液相色谱分析。

1.2.3 色谱分析

色谱柱为日本岛津技迩公司的Inertsil ODS-3液相色谱柱，填料粒径为 4.6 mm×250 mm×5 μm，不锈钢柱。流动相：A为水，B为甲醇；进样量为20μL。其他可以选择条件如流量、柱温、梯度洗脱程序及荧光检测器波长变换程序根据实验确定。

表1 土壤样品中多环芳烃的提取条件

2 结果与讨论

2.1 色谱条件选择

研究不同高效液相色谱分离条件对15种多环芳烃分离效果的影响，采用不同的色谱条件对标准品进行分离，根据出峰的多少、分离效果及分离时间等进行评价。最后优化的的色谱条件为：进样量为20 μL、流量为 1 mL/min、柱温 30℃，流动相梯度淋洗程序见表2，荧光检测器波长变换程序见表3。

表2 流动相梯度淋洗程序

表3 荧光检测器波长变换程序

2.2 标准样品的色谱图

在优化的色谱条件下，15种多环芳烃混标（500ng/mL）的色谱图如图1所示。由图可知，各种多环芳烃分离较好，在55min内全部出峰。

图1 15种多环芳烃混标的色谱图

2.3 标准曲线

将质量浓度为10 μg/mL的多环芳烃混标用乙腈依次逐级稀释为5～500ng/mL的操作溶液。在优化的色谱条件下进行高效液相色谱分析，根据色谱图，得到15种多环芳烃组分的标准曲线。15种多环芳烃的标准曲线回归方程、回归系数及线性范围见表4。由表可知，除、苯并（b）荧蒽及二苯并（ah）蒽外，其他多环芳烃的线性范围均满意。

表4 多环芳烃的标准曲线回归方程、相关系数及线性范围

2.4 提取条件与方法比较

考察7组不同提取条件与方法对多环芳烃提取效果的影响，研究发现：采用丙酮+正己烷（1∶1）为提取溶剂，超声提取法提取40min，总溶剂量为70mL（10g 样品）效果好。同时，采用丙酮+正己烷（1∶1）为提取溶剂，索式提取法提取24h，总溶剂量为120mL（10g样品）效果也好。但考虑到索式提取法耗时更长，消耗溶剂也更多，因此选择更绿色环保的超声提取法为优化方法。

2.5 样品测定

采用优化的提取方法与高效液相色谱测定条件对鄱阳湖吴城湿地的土壤样品进行测定，测定结果见表5。结果表明鄱阳湖湿地土壤中存在一定量的多环芳烃污染，需要进一步研究其污染状况。样品中各多环芳烃的相对标准偏差（RSD）为2.5%～9.1%，说明方法精密度较高。

2.6 回收率

按试验方法对空白样品加入混合多环芳烃标准品溶液（100 ng/mL）1.0 mL，按照实验方法中样品处理方法进行提取，制得4 mL测试溶液，并在优化色谱条件下平行测定5次，计算回收率与相对标准偏差，结果见表6。由表可知：回收率在76.8%～115.1%之间，相对标准偏差在1.3%～5.8%之间，可满足美国环保局关于痕量分析基质加标回收率要求，表明方法准确、可靠，可用于鄱阳湖湿地土壤中多环芳烃分析。

3 结束语

建立了提取并测定鄱阳湖湿地土壤中多环芳烃含量的高效液相色谱方法。考察了不同提取方法与提取试剂对提取效果的影响，结果表明：以丙酮+正己烷（1∶1）为提取溶剂，超声提取法提取 40 min，总溶剂量为70 mL（10.00 g样品）提取效果最佳；还优化了高效液相色谱法测定15种多环芳烃的色谱条件：进样量为20μL、流量为1mL/min、柱温30℃，适当的流动相梯度淋洗程序与荧光检测器波长变换程序。在优化的提取方法与测定条件下，建立了标准曲线，考察了回收率，并对鄱阳湖吴城湿地土壤样品进行测定，结果为：未检出-119.67ng/g。提出的方法为获得鄱阳湖湿地多环芳烃的的污染状况，并进一步开展其污染特征与来源解析的研究提供了基础。