用固相萃取技术富集水中多环芳烃

摘 要：本研究深入探讨了有机改性剂、淋洗剂用量的加入，通过固相萃取技术对水中多环芳烃回收率的影响，并利用正交实验和验证实验来探讨固相萃取技术萃取水中多芬芳烃的影响因素，进而优化了固相萃取条件。结果表明，利用固相萃取技术的洗脱剂为二氯甲烷，样品的流速为每分钟5毫升，并分两次进行洗脱，洗脱体积为2毫升，有机改性剂是浓度为200毫升每升的甲醇，这种萃取方法对于水中多环芳烃的回收率较高，而且操作步骤较为简便。

关键词：固相萃取;富集;水;多环芳烃

固相萃取技术是基于色谱理论的样品前处理方式，能够通过选择性吸附和洗脱的方式，对样品进行富集和纯化，相比传统的液液萃取来说，这种固相萃取更具有选择性，而且回收率高，样品不易发生乳化现象，分离时间较短，而且在此过程中所需的有机溶剂量较少，目前已经被广泛利用与水质检测、环境分析、食品分析等领域中，而且固相萃取已经逐步取代液液萃取，而成为样品预处理比较有效的方法，具有良好的发展前景。

一、 固相萃取技术的原理

固相萃取包括液相和固相这两个物理萃取过程，能够通过固体吸附性，将水样中的目标化合物进行吸附，能够将样品机体与一些干扰物质进行有效分离，通过选择合适的有机溶剂进行洗脱，进而能够实现分离和目标化合物富集的目的。一般来说，固相萃取包括四个步骤，分别是：活化吸附剂，上样，淋洗，洗脱。在样品萃取之前，需要选择适当的有机溶剂进行固相萃取柱的淋洗，能够清除吸附剂上面残留的杂质，以免对萃取过程中目标化合物产生干扰，同时还可以激活固定相表面的活性基团。活化常采用两个步骤：首先，先通过洗脱能力较强的溶剂来洗脱柱子中残留的干扰物质和固定相，其次，再用洗脱能力较弱的有机溶剂对柱子进行淋洗，能够与上样的溶剂进行匹配，在上样过程中将液态或者溶解之后的固态样品倒入已经活化后的萃取柱中，淋洗和洗脱是在样品进入吸附剂，目标化合物被有效吸附之后，可以先通过较弱的有机溶剂洗掉干扰化合物，其次，再用较强的有机溶剂将目标化合物进行洗脱，完成目标化合物的收集。

多环芳烃是一中广泛存在于环境中很难降解的化合物，目前已经发现这类化合物是由两百多种化合物构成，其中很多被确定为可能具有致癌性和导致突变的作用。目前，世界上有很多国家已经将多环芳烃作为监测污染物的指标。我国在1990年提出了68种水体优先控制污染物中，其中有7种化合物就是属于多环芳烃。这种化合物在正常水体中浓度低，可以达到10-9，鉴于水中多环芳烃浓度较低的原因，因此需要采取有效的方法来检测水中多环芳烃化合物。可以将样品中的多环芳烃进行富集和分离，之后再利用仪器进行检测。在过去，对多环芳烃样品的处理中，采用的是液液萃取的方式，然而这种方法耗时较长，步骤较多，样品前处理占据了分析过程60%的时间。然而利用固相萃取技术时所需的容积量较少，而且药品不易发生乳化，富集速度较快，在过去几年已经被广泛应用于水中有机物的富集和分离。本文通过正交实验来说明利用固相萃取技术来富集水中多环芳烃的各因素的关系，进而通过优化固相萃取条件，来提高水中多环芳烃的回收率，以提高检测的准确度。固相萃取的分离模式依据的是固定相中吸附剂类型和洗脱液的性质。当前，固相萃取固定相中吸附剂种类较多，比如氧化铝硅、硅胶、中性炭、硅酸镁等，化学键合相硅胶中，正相有二醇基、氨基、腈基，而反相有C1、C2、C3、C18、环己基、苯基等，离子交换有羧基、氨基、二氨基等，此外还有一些聚合物。固相萃取剂要求需要对流动相和被富集混合物呈现化学惰性之外，还需要保持吸附可逆性，具有较强的吸附能力，而选择洗脱液将直接影响样品的净化程度以及目标化合物的回收率，对于反相吸附键，如C18来说，一般使用的是甲醇和乙腈作为洗脱剂，如果洗脱液不能与柱床上的残留洗脱液互溶，则无法与固定相充分作用，将导致回收率效果不佳。

二、 研究材料

（一） 仪器选择

在本次研究中，我们选择美国安捷伦公司生产的高效液相色谱仪，在色谱柱上选择，选择LC-PAH C18色谱柱，是由美公司VYDAC公司所生产的，WATERS公司生产的真空提取装置，美国公司MILLIPIORE公司生产的超纯水器，固相萃取小柱型号为Oasis

HLB。

（二） 试剂选择

本次实验中所选用的试剂分别有超纯水，多环芳烃的标样，甲醇为优级醇，硫代硫酸钠，二氯甲烷，异丙醇，四氢呋喃。我们参考文献资料，将标样稀释成七个不同浓度，并绘制标准曲线，按照要求来配置之后进行加标回收实验检测。

（三） 条件选择

在色谱条件的选择上，首先流动相使用的是甲醇，流速控制在每分钟1毫升，色谱柱温度为35℃，进样量为25毫升，检测器采用的是紫外分光检测器和荧光检测器串联而成，紫外分光检测器用来检测ph和ip，波长为254纳米，其他的多环芳烃则是采用荧光检测器进行检测。

三、 样品的富集

首先，在样品的采集和保存中，要将样品保存于棕色玻璃瓶中，容量为1升，如果样品中存在过多的氯原子，则需要在每升水中加入25毫克硫代硫酸钠，在采样时每升水中需要添加200毫升的甲醇作为有机改性剂，样品采集完之后需要置于4℃冰箱保存，并且在24小时内完成样品的预处理实验。其次，进行样品的富集。首先，先用2毫升的二氯甲烷进入柱子中，需要以较低的速度流过，抽真空五分钟，去除填料中残留的干扰物质，再加入2毫升的甲醇，用于色譜柱的活化，最后用纯水移除活化溶剂。在这个过程中需要注意对固相萃取柱进行活化和条件优化，不能将柱床抽干，以避免填料常发生裂隙，进而对样品回收率产生一定的影响。需要保持每分钟5毫升的流速将水样全部通过固相萃取之后，将柱中加入5毫升的超纯水，缓慢流过，去除水中易溶于水的杂质。通入30分钟的空气之后，使已经吸附的固相萃取柱干燥。在洗脱过程中需要将固相萃取柱子储存在4℃冰箱中，20天内需要将多环芳烃从固相萃取柱中洗脱下来，可以分两次添加2毫升的二氯甲烷进行固相萃取柱洗脱，分别洗下被测目标化合物，并将两次洗脱下来的液体合并起来用于液相色谱仪分析。

四、 设计正交实验

在本次实践过程中，我们分别进行两组实验，从样品的富集和洗脱上选取固相萃取小柱、有机改性剂、样品流速作为实验方案的影响因素，除此之外，选取洗脱溶剂、洗脱的体积和次数这三个因素作为洗脱正交实验考查的因素。每个因素选取三个范围值，进而能够测定苯并芘加标到水质中的回收率，并将此作为检测指标，利用正交表进行实验方案设计，各个因素的水平表如下所示。

五、 研究结果

首先，我们对正交实验的研究结果进行分析，我们发现，各影响因素对于水样富集的影响程度上，依次是有机改性剂、固相萃取小柱、样品的流速。其中我们通过正交实验发现最佳的实验方案为方案四，水样富集的最佳方案为：利用浓度为20%的甲醇作为有机改性剂，选择型号为Waters Oasis

HLB的固相萃取小柱，样品流速控制在每分钟5毫升之外，我们通过实验还发现各个因素对于洗脱影响程度上依次为洗脱溶剂、次数、体积。最终确定了最佳的实验方案为实验四。洗脱的最佳方案为：选择二氯甲烷作为洗脱溶剂，洗脱体积控制在2毫升，分两次进行洗脱。根据结果表明，对于固相萃取技术及水中多环芳烃的影响来看，洗脱溶剂和有机改性剂影响是比较大的，其次是洗脱次数，而样品的流速、固相萃取小柱以及洗脱体积，对于固相萃取富集水中多环芳烃的影响程度较小。

我们根据正交实验的研究结果，针对影响固相萃取富集水中多环芳烃的因素进行验证实验，也就是对洗脱溶剂和有机改性剂进行验证。首先对洗脱溶剂的验证实验上遵循相似相溶的原理选择洗脱溶剂，在文献中曾介绍了二氯甲烷和四氢呋喃可以洗脱C18小柱，因此我们选择二氯甲烷、四氢呋喃以及甲醇作为多环芳烃加标回收率实验中的洗脱溶剂，我们发现这三种洗脱溶剂中洗脱效果最好的是二氯甲烷，从溶剂的强度上来看，不同溶剂强度对于多环芳烃的洗脱效果存在较大差异。甲醇是一种极性溶剂，然而其洗脱效果较差，尤其对于较大的多环芳烃来说，洗脱效果不理想。四氢呋喃极性次之，洗脱效果次之。二氯甲烷的极性最小，而二氯甲烷的洗脱效果是最佳的。

我们选取三份出厂水进行研究，其中一份样品中不添加任何有机改性剂，其余两份每升水中分别加入200毫升的甲醇和200毫升的异丙醇作为有机改性剂，对上述三份水样进行多环芳烃加标回收，结果发现，添加200毫升甲醇作为有机改性剂的样品回收率比较好，而在没有添加任何有机改性剂的样品中三环、四环结构的多环芳烃回收率是可以接受的，然而五环、六环的多环芳烃结构化合物回收率明显降低。而当加入了异丙醇和甲醇之后样品中大的多环芳烃回收率得到明显提升。这是由于当大量的水通过固相萃取小柱之后，C18表面恢复了较强的亲水性，而使得都多环芳烃的回收率受到抑制。在样品中添加一定的有机改性剂之后能够使固相萃取柱中C18键合相表面含有一定的有机溶剂薄层，能够改善碳C18表面和水溶液介质中较强亲水性组分的能力，进而能够提高多环芳烃的回收率，这主要是由于加入有机改性剂之后，可从一定程度上增强水质中多环芳烃的溶解度，减少容器壁上的吸附，进而提高回收率。

六、 小结

在本次研究中，我们通过正交和验证性实验，深入探讨了固相萃取技术在富集水样中多环芳烃的影响因素，进而通过实验优化，获得了固相萃取技术条件，选择了固相萃取小柱，二氯甲烷作为洗脱溶剂，水样的回收效果是比较好的。在每升水样中添加200毫升的甲醇作为有机改性剂，能够显著提高样品的回收率，然而，将样品洗脱超过两次和洗脱体积超过两毫升时，这对于多环芳烃的回收率没有显出影响。样品的流速应当控制在每分钟5毫升，在固相萃取技术的影响因素中，对于富集效果来说，影响最大的是洗脱溶剂和有机改性剂，其次为洗脱次数，最后为洗脱体积、固相萃取柱以及样品的流速。固相萃取方法对于水中多环芳烃的回收率较高，而且操作步骤较为简便，值得被广泛使用。

参考文献：

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[2]陳福疆.磁性固相萃取技术在水中三唑类杀菌剂和多环芳烃残留分析中的应用研究[D].浙江工业大学，2017.

[3]陈加娜，宾赞，谢晖，等.固相萃取技术及其在水样分析中的应用[J].广州化工，2014（24）：40-41.

作者简介：

李淑莲，宁夏回族自治区银川市，宁夏工商职业技术学院能源化工学院。