高效液相色谱法对水中16种多环芳烃分析的研究

罗显平

(攀钢集团钒钛资源股份有限公司劳动卫生防护研究所，四川 攀枝花　617067)

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高效液相色谱法对水中16种多环芳烃分析的研究

罗显平

(攀钢集团钒钛资源股份有限公司劳动卫生防护研究所，四川 攀枝花617067)

用高效液相色谱法从检测器、波长、多组分分离条件等选择优化，选出最佳条件。建立高效液相色谱法对16种多环芳烃的分析方法。结果显示方法的检出限为0.011μg/mL，高、中、低不同浓度的精密度在0.12%～9.09%之间，高、中、低不同浓度的准确度在84.34%～110.63%之间，曲线相关系数在0.99934以上。结论：此方法简单、准确、是测定水中16种多环芳烃的方法。

温度；多环芳烃；高效液相色谱

1　前　言

多环芳烃是分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物。有些多环芳烃还含有氮、硫和环戊烷，常见的具有致癌作用的多环芳烃多为四到六环的稠环化合物。共有超过100种、具有10000个不同的多环芳烃化合物。16种常见的多环芳香烃为：萘Naphthalene、苊烯Acenaphthylene、苊Acenaphthene、芴Fluorene、菲Phenanthrene、蒽Anthracene、荧蒽Fluoranthene、芘 Pyrene、苯并(a)蒽Benzo(a)anthracene、屈Chrysene、苯并(b)荧蒽Benzo(b)fluoranthene、苯并(k)荧蒽Benzo(k)fluoranthene、苯并(a)芘Benzo(a)pyrene、二苯并(a,h)蒽Dibenzo(a,h)anthracene、苯并(ghi)苝Benzo(g,hi)perylene、茚苯(1,2,3-cd)芘Indeno(1,2,3-cd)pyrene。

目前国内大都采用气-质联用仪或高效液相色谱仪技术对其进行分析检测[1～6]。HJ 478-2009方法对16种多环芳烃的分析，给出了16种物质的色谱峰，但分离度不是很好。

《GB 16171-2012 炼焦化学工业污染物排放标准》从2012年10月1日开始正式实施，里面就明确列出其中6种多环芳烃的测定，而欧美国家标准中，早已对16种多环芳烃作出限制；而且，我们使用的16种多环芳烃标准，也是依据美国国家环保局EPA 610 16种多环芳烃混标。本文通过参考以上方法反复对比实验，不断改变各种实验条件，找出合适方法，成功分离出16个色谱峰，完成对水中16种多环芳烃芳烃的检测。

2　试验部分

2.1仪器与试剂材料

高效液相色谱仪(Agilent1260LC 配DAD检测器)。

色谱柱：填料为5μmODS，柱长250mm，内径4.6mm的反相色谱柱。

固相萃取装置，宝罗TM12通道固相萃取装置，奥秘(山东)科技有限公司。

氮吹浓缩装置，宝罗TMAU-2800D，奥秘(山东)科技有限公司。

甲醇：HPLC级，fisher公司。

乙腈：HPLC级，fisher公司。

二氯甲烷：优级纯，天津光复。

多环芳烃固相萃取小柱：C181000mg/6.0mL，奥秘(山东)科技有限公司。

16种多环芳烃标准溶液: EPA 610 16种多环芳烃混标标准品，组分浓度不同，于甲醇、二氯甲烷=1∶1，1mL。

采样瓶：1L或2L具磨口塞的棕色玻璃细口瓶。

2.2样品采集与保存

样品的采集：样品必须采集在预先洗净烘干的采样瓶中，采样瓶要完全注满，不留气泡。若水中有残余氯存在，要在每升水中加入80mg硫代硫酸钠除氯。

样品的保存：样品采集后应避光于4℃以下冷藏，在48h内萃取，萃取后的样品应避光于4℃以下冷藏，在40天内分析完毕[2,5]。

2.3分析步骤

活化柱子：先用10mL二氯甲烷预洗固相萃取小柱，使溶剂流净。接着用10mL甲醇分两次活化小柱，再用10mL水分两次活化，在活化过程中，不要让柱子流干。

样品的富集：在1000mL水样中加入5g氯化钠和10mL甲醇，混合均匀后以5mL/min的流速流过已活化好的萃取小柱。水样完成后，用10mL水冲洗萃取小柱，真空抽滤10min，使柱干燥。

洗脱：用5mL二氯甲烷洗提浸泡C18柱，停留5min后，再用5mL二氯甲烷以2mL/min的速度洗脱样品，收集洗脱液，用氮吹浓缩装置浓缩至1.0mL后待测。

仪器工作条件：在柱温箱17℃条件下，梯度洗脱程序见表1，流动相A：纯水，流动相C：乙腈。后运行3min。

表1　梯度洗脱时间

DAD检测器开始用220nm波长运行，随表2时间相应改变检测波长，见表2。

表2　检测器波长与时间对应

2.4标准曲线的绘制

将甲醇中16种多环芳烃混合标准物质用甲醇稀释成标准系列，以萘为代表浓度分别为1.007、2.014、5.035、100.7、201.4、302.1、503.3μg/mL。每个系列分别进样，以浓度为横坐标，各组分峰面积为纵标准绘制标准曲线，结果见表3。

表3　16种多环芳烃的标准曲线的线性方程和相关系数

2.5样品测定

对处理好的待测样品，根据样品中多环芳烃含量大小，选择合适的进样体积，使被测物的响应均应在标准溶液的线性范围内。根据色谱峰面积用外标法定量测定。

2.6结果计算

分别对16种组分根据仪器自动求出的结果，然后对16种组分的结果求出合和，即为16种多环芳烃的总量。

3　结果与讨论

3.1检测器选择

根据1260液相色谱仪配置的检测器，可以用DAD检测器和荧光检测器，但荧光检测器不适用于苊烯的测定，就不能在同一个色谱图上显示出16种多环芳烃的色谱峰，而对计算分离度有影响， 因此，本次方法选用DAD检测器。

3.2分离条件的选择

影响16种多环芳烃分离效果的因素很多，根据多环芳烃的性质和方法特点，结合参考了文献的方法，我们选取乙腈和水作为流动相，随着流动相中乙腈含量的增加，苯并(ghi)苝和茚苯(1,2,3-cd)芘分离度逐渐增加，而另外三对异构体菲和蒽、苯并(a)蒽和屈、苯并(b)荧蒽和苯并(k)荧蒽分离度则逐渐降低，两者互相矛盾，采用梯度洗脱也不能解决这一问题。

根据气相色谱用程序升温的方法实现对多组分化合物实验完全分离的影响，我们把温度的影响也带入到液相色谱对16种多环芳烃的分离影响因素，在日常35℃调整为40℃时，菲和蒽就合并为一个峰，而且苯并(a)蒽和屈、苯并(b)荧蒽和苯并(k)荧蒽的分离度更低。把温度降为25℃时，则16种多环芳烃的分离效果会变好，但苊和芴还是不能很好分离。再将温度降为20℃时，16种化合物完全分离。考虑到各组分在DAD检测器上有各自相对最大吸收波长，为对各物质在检测过程中有足够的时间进行波长转换，要将16种多环芳烃分得更开，才有利于提高灵敏度，而且多环芳烃是相对复杂组分，在以后的大气和水监测过程中，还会引入更复杂的物质以影响16种多环芳烃的分离，因此，也应将16种组分分离得更完全。我们将温度调到17℃时，即能满足要求。色谱图见下图(从上到下温度依次为40℃、35℃、30℃、25℃、20℃、17℃)。

图　16种多环芳烃标准色谱图Fig.　Standard chromatogram of 16 kinds of PAHs

表4　16种多环芳烃对的最大紫外吸收波长

3.3波长选择

在DAD检测器的波长确定上，由于以前常分析的是单项目样品，可以只考虑单项目的最大吸收波长即可，而本次要分析的是同时测定16种项目，用单项目的波长显然不合适。我们通过用DAD检测器对16种多环芳烃进行波谱扫描，找出其中有最大吸收峰的波长，再通过DAD检测器将所有可能涉及的波长都进行对比检测，选出16种多环芳烃各自的相对最大吸收峰，结果见表4。

理论上在最大吸收波长上，16种多环芳烃才能获得最高的灵敏度，从表4可以看出，要使每个组分的检测灵敏度最大，则需要根据各目标物的保留时间而改变相应的检测波长，波长改变结果见表2。

3.4稳定性、检出限、精密度、准确度实验

根据《HJ168-2010环境监测分析方法标准制修订技术导则》[7]方法验证报告要求，结合《HJ478-2009 水质 多环芳烃的测定 液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》中方法的检出限，取实验室纯水加入16种多环芳烃标准，按样品处理全过程分别对16种多环芳烃进行检出限、精密度检测。结果见表5。

注：检出限按富集水样体积1.0L，定容体积1.0mL，进样量10μL计算。

根据HJ 478-2009标准中规定：固相萃取法适用于清洁水样中多环芳烃的测定，当富集样品体积为10L时，方法的检出限为0.0004～0.0016μg/L，测定下限为0.0016～0.0064μg/L，加标回收率为54.0%～117.6%。表5可以看出，按富集水样体积1.0L，定容体积1.0mL，进样量10μl计算，该方法的检出限为0.0011～0.0105μg/L，测定下限为为0.0044～0.0420μg/L，加标回收率为84.34%～110.63%。如果富集水样体积增加，进样量加大，检出限更低。16种多环芳烃的检出限、精密度，准确度均能满足分析工作要求。

3.5实际样品测定

在2014年2、3、4月对西昌钢钒公司煤化工厂废水进行多环芳烃测定，测定结果见表6。

表6　西昌钢钒公司煤化工厂废水16种多环芳烃监测结果

从表6结果看，西昌钢钒公司煤化工厂对酚氰废水处理效果达到预期目标。

分别取西昌钢钒公司爆化工酚氰废水、深度处理出水和生活饮用水两份各1000mL，按前前实验全过程处理，一份进行16种多环芳烃总量测定，另一份进行加标回收率测定。结果见表7。

表7　加标回收率测定结果

从表7可以看出，本次3个水样的加标回收率在87.9～96.6范围，该方法回收率大于HJ478-2009标准中平均加标回收率84.2%，该方法可准确测定水中16种多环芳烃。

4　结　论

对复杂组份的分离，高效液相色谱法主要以选择不同的流动相和用梯度洗脱的方式来实验对复杂组份的有效分离，气相色谱法主要以程序升温来实现化对复杂组份有效分离。用高效液相色谱法分析水中的16种多环芳烃，用常规的方法均不能使16种组份有效分离。经过多次实验后，发现在改变色谱柱温度后可以改变各组份的保留时间和分离度，因此，在不同柱温下面，找到一个合适的分析温度，使16种多环芳烃能完全分开，在此基础上，根据各物质的保留时间对检测波长进行编程处理，使各物质在各自的最大紫外吸收峰下被检测，以提高其灵敏度。本方法用高液相色谱法测定水中16种多环芳烃，方法的检出限为0.0011μg/L，高、中、低不同浓度的精密度在0.12%～9.09%之间，准确度在84.34%～110.63%之间，曲线相关系数在0.99934以上。该方法快速、简便、准确。本方法的完成，可准确测定水中16种多环芳烃。

[1]王心芳，等.空气和废气监测分析方法(第四版)增补版[M].北京:中国环境科学出版社，2009.625-633.

[2]王心芳,等.水和废水监测分析方法 (第四版)增补版[M].北京:中国环境科学出版社，2009.611-620.

[3]贾瑞宝.水中痕量多环芳烃(PAHs)类环境污染物检测方法的研究[J].中国环境监测，1999，15(1):40-42.

[4]孟凡生，陈晶，王业耀. 环境中多环芳烃前处理和分析方法[J]. 环境监控与预警，2011，3(1):12-16.

[5]HJ 478-2009, 水质 多环芳烃的测定 液液萃取和固相萃取高效液相色谱法[S].

[6]潘海洋，麦碧娴,等.使用C18固相萃取膜-色质联用定量分析饮用水中痕量多环芳烃的初步研究[J].分析化学研究报告，1999，27(2):140-144.

[7]HJ 168-2010, 环境监测分析方法标准制修订技术导则[S].

Study on the Analysis of 16 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Water by High Performance Liquid Chromatography

LUO Xian-ping

(InstituteforLaborHealthProtectionofPanzhihuaIron&SteelCo.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan617067,China)

The objective of this study is to establish analytical method for sixteen kinds of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The method was using HPLC to select the optimal conditions, through the optimization of detectors, wavelength and multi-component separation conditions. The result showed that the detection limit of this method was 0.011μg/mL. The precision of high, medium and low concentration were between 0.12%～9.09%, and the accuracy ranged from 84.34%～110.63%, the curve correlation coefficient was higher than 0.99934. This is a simple and accurate method to measure sixteen kinds of PAHs in water.

Temperature; PAHs; HPLC

2014-10-21

罗显平(1980-)，男，重庆万州人,2003年毕业于东华理工学院应用化学系应用专业，工程师，从事环境、职业卫生等大型仪器设备检测工作。

X832

A

1001-3644(2015)02-0046-06