饮用水中多环芳烃高效液相色谱不同萃取方式的研究

2023-06-07代玉华

中国新技术新产品 2023年5期

代玉华

（北孚环泰（北京）科技有限公司，北京 100176）

1 多环芳烃的环境危害

多环芳烃（PAHs）会损伤生殖系统，易导致皮肤癌、肺癌、上消化道肿瘤、动脉硬化以及不育症等疾病。多环芳烃具有生物累积性和难降解性，广泛存在于大气、水、土壤和生物等环境中。多环芳烃主要是在石油、煤等矿物质性燃料不完全燃烧时产生的，其主要污染源是石油炼制、焦化、塑胶、冶炼、造纸以及制革等工业排放的三废物质以及船舶油污、机动车尾气以及香烟燃烧产生的烟雾。

水体中的多环芳烃呈3 种状态，即吸附在悬浮性固体上、呈乳化状态和溶解于水中。由于PAHs 在水中的溶解度小，因此它在地表水中浓度很低，但是多环芳烃容易从水中分配到生物体内或沉积物中。多环芳烃引起的环境污染越来越被人们重视，它已成为世界许多国家的优先监测污染物。据研究表明，引起人类及动物癌症病变最多的环境致癌一类化学物质是多环芳烃。在已知总数已达1 000 多种的致癌物中，多环芳烃占了33%以上[1]。

多环芳烃是一种惰性很强的碳氢化合物，能广泛、稳定地存在于环境中，其具有强烈的致突变作用、致癌作用和致畸作用，而且能通过环境蓄积、生物蓄积、生物转化或化学反应等方式损害健康和环境。多环芳烃对人体的危害主要是诱发癌症，对其他动植物生长都有明显的影响。

2 仪器及仪器条件

试验所用仪器见表1，多环芳烃各组分保留时间见表2。

表1 仪器条件

表2 多环芳烃各组分保留时间

3 试剂和材料

3.1 试剂

试验所用试剂如下：乙腈（CH3CN）（HPLC）、二氯甲烷（CH2Cl2）（HPLC）、正己烷（C6H14）（HPLC）、无水硫酸钠（Na2SO4）（GR）、氯化钠（NaCl）（GR）、16 种多环芳烃标准贮备液（200 mg/L）、多环芳烃标准使用液（5 mg/L）、十氟联苯标准贮备溶液（5 000 mg/L）、十氟联苯标准使用溶液（200 µg/mL）以及十氟联苯标准使用溶液（40 µg/mL）。

3.2 材料

试验所用材料如下：玻璃毛或玻璃纤维滤纸、氮气（纯度大于或等于99.999%）

注意：由于有些PAHs 是强致癌物，因此操作时必须小心。多环芳烃容易跟溶剂一起挥发而沾附于具塞瓶子的外部，处理包括PAHs 的容器及试验操作过程必须佩戴抗二氯甲烷和正己烷溶剂的手套，以防与皮肤直接接触。被多环芳烃污染的容器可以用重铬酸钾-浓硫酸洗液中浸泡4 h 后用紫外灯在306 nm 紫外线下检查去除程度。标准溶液应在有适当设备（防护衣服、防护用具、合适的通风设施以及防尘面罩等）的实验室中配制[2]。

4 萃取试验过程

4.1 液液萃取

摇匀所取水样，用1 000 mL 的量筒量取1 000 mL 的水样，倒入2 000 mL 的分液漏斗（带有聚四氟乙烯旋塞）中，在其中加入50 μL 的十氟联苯标准使用溶液（40 µg/mL）（3.1），加入氯化钠（3.1），再加入50 mL 正己烷（HPLC）（3.1）或50 mL二氯甲烷（HPLC）（3.1），振摇5 min（振摇过程注意放气，避免振摇过程产生气体将液体喷出），静置分层后，收集有机相，接入250 mL 的接收瓶中，重复萃取1 次（2 次、3 次（每次萃取过程都是振摇5 min）），将前几次萃取的有机相合并，然后加入无水硫酸钠（3.1）至有流动的无水硫酸钠产生。放置30 min 后，用无水硫酸钠脱水干燥。

4.2 浓缩

用旋转蒸发仪和氮吹仪将萃取液浓缩至1 mL，等待净化。当萃取液为正己烷时，直接将萃取液浓缩至1 mL。而当萃取液为二氯甲烷时，先将萃取液浓缩至1 mL，然后加入适量正已烷至5 mL，重复该浓缩过程3 次，最后浓缩至1 mL，待净化。

4.3 净化

饮用水和地下水的萃取液可不经过净化柱净化，直接用乙腈（HPLC）（3.1）转换溶剂至1 mL，直接用高效液相色谱仪的荧光检测器和紫外检测器进行分析[3]。

5 试验结果与结论

5.1 试验曲线绘制

配制6 组16 种多环芳烃混合标准溶液、替代物溶液，并对试验样品进行处理和分析，然后绘制试验样品校准曲线，多环芳烃混合溶液标准曲线见表3。

表3 多环芳烃标准曲线

由表3 可知，16 种多环芳烃混合标准溶液、替代物溶液线性关系良好并且相关系数r均大于0.995。

5.2 加入不同量的氯化钠的萃取效果

根据文献[3]可知，增加溶液中的离子强度会降低有机物在溶液中的溶解度，增大目标物在有机相的分配系数，从而提高有机溶剂的萃取效率；同时，由于盐的加入增大了溶液的黏度，会降低有机物在溶液中的扩散速度。因此在样品中加入氯化钠，可以提高样品的萃取效率。

在饮用水的检测试验中，选择适量的氯化钠可以提高样品萃取效率。该试验通过相同水样、相同溶剂和不同氯化钠加入量来分析回收率。

量取12 份1 000 mL 的水样，分别加入多环芳烃溶液，分别将其配制为1 μg/mL 的样品，待测试验样品然后分别按照表4、表5 在二氯甲烷、正己烷中加入氯化钠，并根据第4 节的萃取方式定容后上机测定。

表4 不同氯化钠加入量二氯甲烷萃取3 次的回收率

表5 不同氯化钠加入量正己烷萃取3 次的回收率

由表4可知，不加入氯化钠的各组分的平均回收率为63.0%～82.4%，加入10 g 氯化钠的各组分的平均回收率为77.6%～89.8%，加入30 g 氯化钠的各组分的平均回收率为86.6%～98.3%，加入40 g 氯化钠的各组分的平均回收率为89.2%～99.9%。由此可见，加入氯化钠后的回收率更高且在萃取3 次的情况下，加入30 g 氯化钠的各组分平均回收率远大于加入10 g 氯化钠和不加氯化钠的各组分平均回收率，与加入40 g 氯化钠的各组分平均回收率最高相差1.6%，相差很小。由此得出，在萃取3 次、加入30 g 氯化钠的情况下，样品的萃取效率最高。

由表5 可知，不加入氯化钠的各组分的平均回收率为66.4%～88.5%（正己烷），加入10 g 氯化钠的各组分的平均回收率为76.9%～94.8%（正己烷），加入30 g 氯化钠的各组分的平均回收率为90.6%～111.0%（正己烷），加入40 g 氯化钠的各组分的平均回收率为91.2%～104.0%（正己烷）。由此可见，加入氯化钠以后的回收率更高且在萃取3 次的情况下，加入30 g氯化钠的各组分平均回收率远大于加入10 g 氯化钠和不加氯化钠的各组分平均回收率，与加入40 g 氯化钠的各组分平均回收率最高相差7.0%（正己烷），相差很小，由此得出，在萃取3 次、加入30 g 氯化钠的情况下，样品的萃取效率最高。

5.3 不同萃取剂、不同萃取次数的萃取效果

量取12 份1 000 mL 的水样分别加入多环芳烃溶液，分别将其配制为1 μg/mL 的样品，然后分别用二氯甲烷、正己烷在加入30 g 氯化钠的情况下用不同萃取次数的萃取方式定容后上机测定，结果如图1～图4 所示。

图1 加入30 g 氯化钠不同萃取次数回收率（FLD）

图2 加入30 g 氯化钠不同萃取次数回收率（WVD）

图3 加入30 g 氯化钠不同萃取次数回收率（FLD）

图4 加入30 g 氯化钠不同萃取次数回收率（WVD）

由图1 可知，二氯甲烷萃取3 次的各组分平均回收率为91.6%（荧光检测器），再增加萃取次数，回收率并没有显著提高且萃取3 次的效果远远大于萃取1 次、萃取2 次的结果。

由图2 可知，二氯甲烷萃取3 次的各组分平均回收率为91.8%（紫外检测器），再增加萃取次数，回收率并没有显著提高且萃取3 次的效果远远大于萃取1 次、萃取2 次的结果。

由图3 可知，正己烷萃取3 次的各组分平均回收率为103.4%（荧光检测器），再增加萃取次数，回收率并没有显著提高且萃取3 次的效果远远大于萃取1 次、萃取2 次的结果。

由图4 可知，正己烷萃取3 次的各组分平均回收率为100.6%（紫外检测器），再增加萃取次数，回收率并没有显著提高且萃取3 次的效果远远大于萃取1 次、萃取2 次的结果。

综上所述，无论由二氯甲烷萃取还是正己烷萃取，萃取3 次的效果都远大于萃取1 次、萃取2 次的结果，第4 次回收率并没有显著提高且回收率大部分为80%～120%。由此可以得出，在加入30 g 氯化钠的情况下，用溶剂萃取3 次的萃取效率最高。

5.4 二氯甲烷和正己烷的比较

二氯甲烷无色、透明、易挥发、比水重且微溶于水，与绝大多数的常用的有机溶剂相溶，毒性很小且中毒后苏醒比较快。二氯甲烷具有类似醚的气味和甜味，不燃烧，但是与高浓度的氧混合后形成爆炸的混合物。二氯甲烷的优点是溶剂沸点低，容易浓缩，可以减少浓缩过程中的损失，对多环芳烃的溶解性好。另外，它比水重，分离操作比正己烷方便，但是二氯甲烷在提取多环芳烃的同时，其他干扰物质也更容易被提取，增加了净化的难度，导致样品干扰物增加。正己烷无色、透明且比水轻，弱极性溶剂具汽油味的液体。正己烷不溶于水，溶于丙酮，可与乙醚、氯仿相混溶，在乙醇中的溶解度为100（乙醇）∶50（正己烷）（33 ℃）。但是正己烷极易挥发着火且极易燃，正己烷蒸气与空气混合可形成爆炸性的混合物。如果遇明火、高热，就极易燃烧引起爆炸。如果与氧化剂接触，就会发生强烈的反应，甚至引起燃烧爆炸。在火场中，装有正己烷的受热的容器有爆炸危险。正己烷的蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火就会引着回燃；提取其他干扰物质较少；二氯甲烷和正己烷的价格相差较小。从价格、试验操作简易程度以及安全性等方面考虑，日常做饮用水中的多环芳烃的提取用二氯甲烷比较经济且更易操作。