超高效液相色谱法测定柴油中多环芳烃含量*

罗娟娟

（延安职业技术学院，陕西 延安716000）

多环芳烃具有两个或两个以上的苯环或杂环，为石油或者煤炭等化合物在不完全燃烧状态下产生的一种碳氢化合物，具有高毒性、高突变性和致癌性。而柴油作为大多数重型机械设备的主要动力，其多环芳烃含量直接影响污染物的排放总量[1]。根据现阶段国内外的调查报告可知，目前的多环芳烃分布范围极广，因此，为保证人身健康和自然环境的绿色发展，国外将饮用水中多环芳烃的最大污染物水平定为0.2μg·L-1；而我国的《生活饮用水卫生标准》中提出，要求饮用水中的苯并（a）芘的含量不得超过0.01μg·L-1、多环芳烃总量不超过0.002mg·L-1[2]。水资源作为人类社会生存与发展的重要资源，对水质量的管理是十分必要的，因此，采用超高效液相色谱法测定柴油中多环芳烃含量，以此治理由于柴油燃烧后产生的污染物，对于治理水资源、保护生态和人类健康具有重要意义[3]。对此，本文提出以下多环芳烃的测定方法，予以控制多环芳烃的含量。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

LC2030型超高效液相色谱仪（日本岛津公司）；DY-7100型荧光检测器（上海科哲）；自动脱气四元梯度泵（杭州赛智科技有限公司）；MODEL500型柱温箱（天津谱祥伟业），同时色谱柱为Athena PAHs HPLC Column，为C18反向分析柱，规格为25cm×4.6mm×5μm[4]；瑞士布琦R-300型旋转蒸发仪（上海贤德）；ZX-DC型氮吹仪（杭州瑞诚仪器有限公司）。

HLB固相萃取柱和0．22μm聚醚砜水相针式滤头。

娃哈哈纯净水；乙腈、正己烷、二氯甲烷，均为分析纯，上海安谱科技股份有限公司；NaCl（重庆江川化工有限公司）、无水Na2SO4（上海国药化学试剂有限公司），均为优级纯，利用500℃高温烘烤1h后冷却处理，然后分别放置到磨口瓶中密封保存[5]。

1.2 色谱条件

设置流动相为乙腈和水，进样量为5μL，流速为0.3mL·min-1，柱温为30℃，按照下列步骤对多环芳烃PAHs的梯度进行洗脱：首先，在初始阶段，将水和乙腈的配比设置为60∶40；当测试进行10min后，确保二者之间的配比为50∶50；当配置进行到第15min时，要求水和乙腈的配比为40∶60；当进行到第25min时，要求二者之间的配比为60∶40[6,7]。要求荧光检测器的发射波长为430nm（λem）、激发波长为268nm（λex）。

1.3 制备标准溶液

将一定体积的多环芳烃混合标准溶液放置到一个10mL的容量瓶中，通过甲醇将该测定对象溶解并定容至刻度，摇晃均匀后配制不同浓度的标准溶液，标准品溶液的浓度分别为500、745、550、688、570及564μg·mL-1[8]。

1.4 制备样品

将0.2mL的柴油样品滴入到固相萃取柱的固定相上，待柴油样品被完全吸附后，利用2mL的正戊烷和0.5mL的二氯甲烷，对该试件进行固定相冲洗，通过萃取技术提取萃取柱吸附的饱和烃。然后，利用2mL的二氯甲烷再次冲洗该固定相，萃取其中被吸附的芳烃[9,10]。最后，氮吹收集好的多环芳烃溶液，用甲醇将多环芳烃溶液定容至1mL，得到超高效液相色谱法的测定样品。

2 单因素实验结果

2.1 多环芳烃色谱图及标准曲线

根据上述设置的色谱条件，对制备的多环芳烃溶液进行色谱分析，其总离子流图见图1。

图1 多环芳烃总离子流图Fig.1 Total ion flow diagram of PAHs

由图1可知，柴油中的16种多环芳烃均能达到基线分离。

2.2 精密度分析

根据上述内容测试测定数据的精密度，也就是验证不同数据之间的相似性。因此，按照上述准备的内容，不同的溶液浓度共进行5次多环芳烃标准物质含量测试，要求测定得到的多环芳烃浓度相对标准偏差在0～4.93%之间，同时要求保留时间相对标准偏差在0～0.47%范围内，小于5%的测定时间[11,12]。多环芳烃含量的相对标准偏差测定结果见表1。

表1 多环芳烃相对标准偏差测定结果Tab.1 Relative standard deviation of polycyclic aromatic hydrocarbons

由表1可知，多环芳烃的保留时间和浓度值均在预期的参考范围之内。同时设置两组空白样品，与其他标准样品测定同条件进行。根据测试结果可知，多环芳烃空白实验测试中，未检测出目标化合物，可见超高效液相色谱法在测定柴油中的多环芳烃含量时是可靠的。

3 多环芳烃含量测定及结果分析

3.1 测定条件

据上述测试结果，说明制备的样品溶液、超高效液相色谱法满足多环芳烃含量测定要求，因此，优化超高效液相色谱法测定条件。已知解吸液种类、样品流速、解吸液流速、样品溶液pH值、有机相含量、样品体积以及离子强度等参数均会影响方法的测定结果，因此，在保证其他因素不变的条件下，按照批次优化其中一项因素。实验选择1.0μg·g-1的标准品优化上述内容中提到的因素。首先优化解吸液。使用高效液相色谱仪测定样品时，采取直接进样的方式进行，因此，要求解吸液既能具有强劲的洗脱能力，又要具备良好的色谱，帮助多环芳烃从柴油中分离出来[13,14]。图2为不同解吸液对超高效液相色谱法萃取效率的影响结果。

图2 解吸液对萃取效率的影响Fig.2 Effect of desorption solution on extraction

由图2可知，60%的甲醇、甲醇、乙醇和乙腈4种解吸液，均存在不同程度的解吸能力，其中乙腈的解吸能力要略优于其他3种解吸液。因此，在测定多环芳烃含量时，将乙腈作为解吸液。将样品溶液的流速设置为0.15mL·min-1。还要优化样品溶液的体积。将样品溶液流速按上述测试结果设置为0.15mL·min-1，保证其他测试条件不变，得到样品溶液体积对萃取效率的影响结果，见图3。

图3 样品溶液体积对萃取效率的影响Fig.3 Influence of sample solution volume on extraction

由图3可知，当样品溶液体积的值在0.5～3.0mL之内时，随着样品体积的增加，萃取柱对多环芳烃的萃取效率不断提升。当样品溶液体积为3.0mL时，没有实现萃取平衡，因此，该方法降低了检出限，由于要考虑实验的进度和效率，将样品溶液体积设置为1.0mL。已知分析物定量吸附和回收测试中，样品溶液的pH值具有十分重要的影响作用，因此，将磷酸盐作为基体溶液，选择0.02mol·L-1的该溶液，调节样品溶液的pH值[15,16]。在2.0～10.0范围内分析样品溶液pH值对萃取效率的影响。已知随着样品溶液pH值的增加，超高效液相色谱法的萃取效率会逐渐下降，因此，为了保证多环芳烃测定结果的精确程度，将样品溶液的pH值控制在6.00。根据上述4种单因素的测定条件优化结果，测定柴油中的多环芳烃含量。

3.2 多环芳烃含量测定质量控制

第一步绘制工作曲线，线性拟合标准溶液浓度与相应峰面积，得到多环芳烃的线性回归方程。然后定义被测组分的最低浓度，也就是检出限，该值可以通过下列公式进行计算获得：

式中X：检测限计算结果；Z：产生检测信号时的噪音；L：超高效液相色谱仪测定多环芳烃含量时，检测器的灵敏度[17]。灵敏度不是一开始就存在的，需要通过下列方程计算获得：

式中Y：测定信号的响应值；W：进样量。

合并上述计算公式，得到最终的检出限计算结果。而测定多环芳烃含量时，受各类条件试剂的影响，目标物的测定结果可能存在损失或玷污的问题，因此，根据回收率的计算结果，得到准确的含量值，利用已知的替代物回收率，衡量目标物的回收率。因此，选用萘、菲、屈以及二氢苊等氚代化合物代替多环芳烃，这些物质的物理化学性质与多环芳烃高度相似，经过气相色谱柱分离后，可以将二者之间分离，得到多环芳烃含量测定结果[18]。

图4 为此次提出的测定方法应用下，得到的柴油中的多环芳烃含量测试结果。

图4 超高效液相色谱法得到的柴油中的多环芳烃图谱Fig.4 Polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in diesel oil obtained by ultra performance liquid chromatography

通过上述计算，得到16种多环芳烃的检测限，见表2。

表2 多环芳烃检测限计算结果Tab.2 Calculation results of detection limits of PAHs

已知替代化合物氚代苊、氚代菲、氚代屈以及氚代苝的平均回收率分别为107.00%、70.50%、102.80%和87.50%，满足替代标准回收率70.00%～108%的预设要求，以此获得16种多环芳烃在柴油中的含量，结果见表3。

由表3可知，在3次测定下，超高效液相色谱法得到的多环芳烃含量测定结果标准偏差在0.09%～3.15%之间，满足预设的0.00%～3.55%标准偏差范围，可见在调整部分测定条件后，采用超高效液相色谱法，对柴油中的多环芳烃含量进行测定时，能够得到更加精准的测量结果。由此可见，此次研究的方法具有实用性和可靠性。

表3 柴油中的多环芳烃含量测定结果Tab.3 Determination results of polycyclic aromatic hydrocarbons in diesel oil

4 结语

本文提出的测定方法，在充分掌握各项仪器、材料、色谱条件、样本溶液以及其他必要条件的基础上，完成了对柴油中多环芳烃含量的测试。但根据此次提出的测定过程可以发现，由于多环芳烃的类型较多，因此，进行实验时需要准备大量的测试试剂，容易造成实验误差。同时由于存在影响的单项因素较多，因此，该测定方法的效率还需进一步提高。今后的研究工作中，可以研究一个评价模型，直接计算出每种因素的影响程度，以优化超高效液相色谱法的工作效率。