固相萃取-高效液相色谱法快速测定生活用水中痕量苯并［a］芘

亢卫华，胡圣昆，张闰璇，王元琦，王亮花，王海雁*，冯锋

（1.大同市供水排水集团有限责任公司，山西 大同 037009；2.山西大同大学 化学与化工学院，山西 大同 037009）

0 引言

苯并［a］芘，又称3，4-苯并芘（英文表示：benzo［a］pyrene或 Bap），是一种由 5个苯环构成的多环芳烃，可以诱发皮肤、肺［1］和消化道疾病，具有强致癌［2］、致畸、致突变性［3］，严重危害人体健康，同时对微生物群落［4］也会造成影响。重工企业的生产，以及煤、石油、褐煤、页岩的燃烧所产生的烟气，经过雨水冲刷和工业废水［5］排放流入至地表水中。此外，我国地表水环境质量标准规定水样中Bap的标准限值为2.8 ng/L［6］，饮用水卫生标准规定水样中Bap 限值为 0.01 μg/L［7］。所以，对于生活用水中Bap含量的检测变得尤为重要，需要我们引起高度重视。

目前，国内外检测Bap的方法主要有高效液相色谱法［8-11］、薄层层析法［12］、紫外光度法和荧光光度法［13］等。《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750.8-2006［14］中推荐的苯并［a］芘检测方法为氧化铝柱层析-液相色谱法，该方法采用了烦琐的富集方式，即：环己烷萃取-活性氧化铝层析柱吸附-苯洗脱-浓缩。其中氧化铝柱需要在140℃活化4 h，冷却后使用。而苯并［a］芘在水中不稳定，为了避免其分解，并保证最佳柱效，吸附和洗脱过程中水样和洗脱液只能采用常压过柱，大幅延长了检测时间。此方法的检测效率根本无法满足目前水质应急监测和环境污染预警与处置的要求，亟待改进。

本文对国标方法进行了改进，样品的预处理采用了通量较大的膜式固相萃取法，检测效率提高了约10倍。相比于层析法和液液萃取技术［15-16］（LLE），固相萃取［17］（SPE）具有操作简单快捷、节省溶剂、富集倍数大、重现性好、自动化程度高、对环境污染小等优点。本文通过优化固相萃取过程对Bap进行富集前处理，结合高效液相色谱法，建立一种可快速准确定量测定生活用水中痕量Bap的方法，并对大同市自来水水样进行了检测分析。

1 基本原理

1.1 仪器与试剂

仪器设备：1260型液相色谱仪配荧光检测器（美国安捷伦）；SPE-DEX4790型全自动盘氏固相萃取仪（美国 Horizon）；C18 disk（47 mm）型萃取膜（美国Horizon）；0.000 1 g电子分析天平。

试剂：甲醇（色谱纯），二氯甲烷（色谱纯），硫代硫酸钠（分析纯），均产于天津市光复精细化工研究所；甲醇中苯并［a］芘溶液标准物质（GBW（E）080476，中国计量科学研究院）；超纯水。

1.2 色谱条件

色谱柱：ZORBAX SB-C18（4.6×150 mm，5 μm）；流速：2.00 mL/min；柱温：30 ℃；流动相：甲醇/水=9∶1；进样量：10.00 μL；荧光检测器的检测波长：激发波长（λex）：303 nm，发射波长（λem）：425 nm。

1.3 样品采集及保存

按照《生活饮用水标准检验方法》GB/T5750.8-2006中苯并［a］芘水样采集方法对大同市自来水进行采样及保存。

1.4 样品前处理

量取1 L待测自来水样，倒入固相萃取瓶中，加入0.100 0 g硫代硫酸钠，待溶解完全后，用锡纸封住瓶口，放置在SPE-DEX4790型固相萃取仪上，将C18萃取膜用二氯甲烷、甲醇和去离子水活化，再用甲醇作洗脱剂，分次洗脱，对自来水水样中Bap进行富集，稀释因子设置0.02，浓缩至20 mL（体积不够20 mL时用甲醇定容），用以色谱分析。仪器参数设置如下表1所示（按EPA550.1改进）。

表1 固相萃取仪参数表Table 1 Parameters of SPE

1.5 标准系列溶液的配制和测定

将4.95 mg/L的Bap标准溶液用甲醇作为溶剂逐级稀释成浓度为0.248、0.495、0.980、1.96、4.95 μg/L系列标准溶液，进样量为10.00 μL。在选定的色谱条件（本文1.2节）下，重复进样3次，取平均值。

1.6 色谱条件的优化

在其他色谱条件不变的情况下，测定1.96 μg/L的标准溶液在不同流速下的实验数据，对实验结果进行比较，确定最佳流速。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱流速的优化

取相同浓度下的标准溶液，在相同的色谱条件下，分别测定在1.0 mL/min、1.5 mL/min、2.0 mL/min三种流速下的各数据，不同流速下苯并［a］芘的色谱图见图1。

图1 不同流速下苯并［a］芘的色谱图Fig.1 Chromatogram of Bap at different flow rates

由表2中数据可以看出，随着流速的增大，保留时间和峰面积随之减小，对称因子随之增大，当流速为2.00 mL/min时，峰形和响应良好，综上考虑，最佳流速选择2.00 mL/min。

表2 流速优化数据表Table 2 Flow rate optimization data sheet

2.2 方法的检出限

按“1.2”节的色谱条件，使用 0.248 μg/L标准溶液测试检出限。本实验的检出限依据（HJ 168-2020）《环境监测分析方法标准制订技术导则》［18］和美国EPA的规定，配制相当于检出限浓度1～3倍的标准溶液重复测定7次，MDL（检出限）=3.14×SD（7次测定的标准偏差），本方法中水样的浓缩倍数为50，故实际水样的检出限MDL=3.14×SD/50，规定以4倍检出限浓度作为测定下限，RQL（测定下限）=4×MDL。测量结果如表3所示。

表3 检出限数据表Table 3 Data sheet of detection limit

2.3 标准曲线

根据“1.2”节中色谱条件，对 0.248、0.495、0.980、1.960、4.950 μg/L的标准溶液进行测定，每个浓度平行测定3次，取平均值。以Bap的峰面积为纵轴Y，横轴为浓度X（μg/L），绘制标准曲线。图2直线回归方程为Y=3.520×10-1*X+3.102×10-3（相关系数 R=0.999 5），线性范围为 0～5.00 μg/L。

图2 标准曲线图Fig 2 Standard curve

2.4 方法的准确度和精密度

按“1.2”节中的色谱条件，分别取不同浓度的标准溶液进行检测，重复测定7次，计算7次平行的标准偏差，取平均值。

从表4可以看出，通过对高低浓度的数据分析，精密度在1.14%～1.90%间，满足国标GB/T 5750.8（9.1）-2006检测要求，证明此方法重现性好，分析准确度高。

表4 方法的准确度和精密度Table 4 Accuracy and precision of the method

2.5 加标回收实验

对大同市二水厂出厂水进行实际样品测定和加标回收实验，计算回收率，结果见表5。

由表5可知，二水厂出厂水并未检测出苯并［a］芘，在1 L出厂水中分别加入2.00 μL和10.00 μL 的 Bap标准溶液（4.95 μg/mL），配制低浓度和高浓度各三份加标水样，测得回收率在83.8%～97.8%，低高浓度平均回收率分别为90.1%和95.2%。证明本方法测定水中苯并［a］芘具有较好的回收率。

表5 苯并［a］芘分析方法的回收率及实际水样测定Table 5 Percent recovery of benzo［a］pyrene in actual water samples’determination

2.6 实际水样检测

表6是通过新方法对实际水样进行检测的结果，根据“1.2”节中的色谱条件，分别取大同市部分出厂水和管网水水质各1 L水样，浓缩至20 mL后用新方法进行检测。由于响应值太小，色谱图上未出峰，所以按小于最低检出限报出，即测定水样中Bap含量均在0.41 ng/L以下。

表6 大同市水样检测结果Table 6 Test results of water samples in Datong

3 结论

本方法采用固相萃取-高效液相色谱法，可快速准确测定日常生活自来水中的痕量Bap，与国标法液液萃取相比较，此方法在操作性、时效性、节约材料、保护环境方面有显著优势。在上述色谱条件下，以较低的富集倍数，实验所测定的检出限，由国家标准2.8 ng/L降低至0.41 ng/L，精密度在1.14%～1.90%间，加标回收率为83.8%～97.8%，完全满足《水质-多环芳烃的测定》（HJ 478-2009）和《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750.8-2006）的分析要求。我们在实际工作中所做的前处理技术上的改进，通过优化膜式固相萃取中萃取膜的活化、干燥和洗脱条件，达到对Bap的低损失和高选择性的富集，减少了实验过程中Bap的挥发，同时为大批量的检验检测任务节约了时间，提高检测效率，非常适用于生活用水中痕量Bap含量的批量测定。