超声提取-高效液相色谱法测定空气中苯并［a］芘

张小辉，王晓雁，刘美美，韩张雄

(陕西省地质矿产实验研究所，陕西 西安 710054)

环境空气中的苯并［a］芘是一种对人体危害极大的致癌污染物［1］，其大部分(约97%)与颗粒物结合而存在于空气颗粒物中，所以通过分析大气采样滤膜上截留的苯并［a］芘含量，就可以了解环境空气质量的变化情况。目前国内外对苯并［a］芘的分析方法主要有4 种:GC-MS［2］、GC-FID［3］、HPLCUV［4］、HPLC-FLD［5］法，其中HPLC-FLD 法因其高灵敏度和高选择性而最有优势。本文以上述仪器配置为基础，在样品前处理中采用超声提取技术替代传统的回流提取技术，节省了样品前处理时间;对于污染较重的样品，采用硅胶小柱净化后分析，获得了满意的结果，方法检出限在满足国标要求的基础上降低至3 ×10－5μg/Nm3，适用于环境空气中痕量苯并［a］芘样品的分析检测。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

甲醇、乙腈均为色谱级;娃哈哈纯净水;空白滤膜(Φ=95 mm)。

KQ-500DE 型超声波清洗器;岛津LC-20AT 高效液相色谱仪;Inertsil ODS-SP 柱(25 cm ×4.6 mm);MTN-2800W 氮吹仪。

1.2 样品

大气样品按照通行的标准采样方法采集(采样后立即冷冻保存并尽快分析)，加标样品用向剪碎的空白滤膜中添加苯并［a］芘标准溶液后在通风橱中放置0.5 h 后代替。

1.3 实验方法

将已采过样的滤膜用干净的剪刀剪成n 份后，置于带有盖子的离心管中，加入定量甲醇或乙腈，放于超声波清洗器中超声萃取10 min(控制超声温度在35 ℃)。取出离心管静置20 min，待溶液清亮，将上清液转入带有可以精确定容至1 mL 的比色管中。滤膜残渣中再次加入定量甲醇或乙腈，重复上述萃取操作。合并萃取液，在柔和的氮气流下浓缩后精确定容，上机测定(由于萃取液未经净化或过滤，为避免滤膜残渣堵塞液相色谱管道或色谱柱，萃取液在冰箱冷冻，待完全清亮后再拿出放置至室温后上机测定)。用作流动相的甲醇、乙腈及水在使用前超声脱气0.5 h。

液相色谱条件:流动相乙腈∶水=80∶20(V/V)，流速1.0 mL/min，色谱柱温35 ℃，荧光检测器条件:发射波长297 nm，检测波长430 nm［6］。

2 结果与讨论

2.1 高效液相色谱分析条件

2.1.1 荧光检测器发射波长和检测波长 为了获得苯并［a］芘的最大响应，使用HPLC 的停泵扫描功能，荧光检测器发射波长在250 ～350 nm 范围内扫描，最大值约在297 nm。对检测波长在350 ～500 nm扫描，最大值分别在405 nm 和430 nm 附近，结果见图1。

图1 荧光检测器发射波长和检测波长的选择Fig.1 Selection of excitation and emission wavelength of FLD

但在405 nm 检测波长处对发射波长进行扫描，苯并［a］芘无明显色谱峰(即寻找不到最佳发射波长)，以430 nm 作为检测波长时，发射波长扫描至297 nm 附近荧光强度有最大峰值。故确定荧光检测器发射波长297 nm，检测波长430 nm。

2.1.2 流动相对苯并［a］芘分离效果的影响 比较了甲醇-水和乙腈-水2 种流动相体系下苯并［a］芘的灵敏度，结果表明，紫外截止波长更短的乙腈比甲醇作流动相时苯并［a］芘的灵敏度更高。

分别考察了乙腈/水比例为70∶30，75∶25，80∶20，85∶15，90∶10 时苯并［a］芘的分离效果和总分析时间，经综合比较，确定乙腈比例为80%时苯并［a］芘峰附近无杂峰干扰，且分析时间较短，可作为适宜流动相比例条件。

2.1.3 流动相流速 流动相流速的合理选择在一定程度上可以规避干扰峰对测定结果的影响。考察了流 动 相(乙 腈 比 例80%)流 速1. 0，1. 2，1.5 mL/min时苯并［a］芘的分离效果。结果表明，流速1.0 mL/min 为适宜条件。

2.2 苯并［a］芘的超声萃取条件

2.2.1 萃取溶剂 考察甲醇、乙腈作为萃取溶剂时对空气滤膜中苯并［a］芘的萃取效率影响。结果表明，2 种溶剂没有显著区别。对2 种溶剂作为流动相时苯并［a］芘的灵敏度作了比较，见图2，图中苯并［a］芘出峰时间为12.3 min。

图2 空气滤膜中苯并［a］芘的萃取效率对比Fig.2 Comparison of extraction efficiency of benzo［a］pyrene from air filter membrane

由图2 可知，紫外截止波长更短的乙腈比甲醇作流动相时苯并［a］芘的灵敏度更高，故确定以乙腈作为萃取溶剂。

2.2.2 溶剂用量 考察乙腈用量对空气滤膜中苯并［a］芘回收率的影响，结果见表1。

表1 乙腈用量对苯并［a］芘萃取回收率的影响Table 1 The effect of acetonitrile quantity on recovery of B［a］P

由表1 可知，乙腈用量对苯并［a］芘的回收率影响不大，乙腈用量从15 mL 到30 mL 时苯并［a］芘的回收率均在81%以上，可以满足一般有机分析要求。考虑到节省成本和后续样品浓缩的效率，确定乙腈用量为15 mL。

2.2.3 萃取次数 考察萃取次数1，2，3 次时空气滤膜中苯并［a］芘的回收率。结果表明，随着萃取次数增加，苯并［a］芘的回收率随之提高，当萃取次数3 次时，回收率达到100% 左右。乙腈用量为20 mL及30 mL 时，苯并［a］芘的回收率与萃取次数之间均有类似的规律。考虑到实际样品可能更为复杂，共存的杂质也会被一同萃取出来而影响苯并［a］芘的回收率，所以，选择萃取次数3 次。

2.3 方法的性能参数

2.3.1 方法检出限 添加10 μL 0.525 μg/mL 苯并［a］芘标准溶液于空白滤膜中，平行做7 份，计算测定值的标准偏差(s)，以结果的3 倍标准偏差计算，当采样体积为108 m3时，方法检出限为3 ×10－5μg/Nm3。

2.3.2 方法回收率和精密度 对本方法进行7 次平行实验，向空白滤膜中添加一定量的苯并［a］芘标准溶液，结果见表2。

表2 方法精密度和准确度(n=7)Table 2 The accuracy and precision of the method

由表2 可知，苯并［a］芘的回收率为96.6% ～111.2%，相对标准偏差(RSD，n = 7)为7. 8% ～10.1%。

2.4 实际样品分析

将本文所建立的方法应用于E15037 批30 个空气滤膜样品中苯并［a］芘的测试，结果为部分检出，方法质量参数能够满足国标要求。

3 结论

系统地研究了空气中苯并［a］芘样品的提取方法和高效液相色谱-荧光检测器分析测定方法，优化确定了如下分析条件:Inertsil ODS-SP 色谱柱(250 mm × 4. 6 mm，5 μm)，柱温35 ℃，进样量20 μL，柱流量1.0 mL/min。流动相为乙腈/水(体积比80∶20)。荧光检测器激发波长297 nm，检测波长430 nm。样品最佳提取条件为:样品用15 mL 乙腈萃取3 次，萃取液合并，氮吹浓缩定容至2 mL。在上述实验条件下，空气滤膜样品中苯并［a］芘的分析检出限低(3 ×10－5μg/Nm3)、精密度好(7.8%～10.1%)、回收率高(96.6% ～111.2%)。由于苯并［a］芘是一种具有强致癌作用的环境污染物，该方法的建立可以为研究苯并［a］芘在环境特别是在大气中的迁移、转化机制，为环境空气中苯并［a］芘的监测提供技术支持。

［1］ 国家环境保护总局《空气和废气监测分析方法》编委会.空气和废气监测分析方法［M］.4 版.北京:中国环境科学出版社，2002:627.

［2］ 王春兰，汪军霞，胡静，等.加速溶剂/固液固萃取-气相色谱/质谱法分析卷烟烟气中苯并［a］芘［J］. 分析化学，2013，41(7):1069-1073.

［3］ 陈兆文，周升如，王少波. 水质中苯并［a］芘的毛细管气相色谱法分析［J］.舰船科学技术，1994(3):18-22，30.

［4］ 国家环境保护局. GB/T 15439—1995 环境空气苯并［a］芘的测定高效液相色谱法［S］.北京:中国标准出版社，1995.

［5］ 尹燕敏，顾海东，周民锋，等.加速溶剂萃取-高效液相色谱法测定环境空气中的苯并［a］芘［J］.环境监测管理与技术，2013，25(5):28-30.

［6］ 李松，饶竹.超高效液相色谱法检测地下水中苯并［a］芘［J］.岩矿测试，2010，29(6):675-678.