CN102507808B

CN102507808B - 一种微量多氯联苯富集分离方法

Info

Publication number: CN102507808B
Application number: CN 201110353288
Authority: CN
Inventors: 曹玉廷; 干宁; 王丹丽; 桑卫国
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN102507808A

Abstract

本发明涉及到一种微量多氯联苯富集分离方法，其通过改性的固相微萃取柱富集环境样品中痕量的PCBs，结合双柱气相色谱-电子捕获检测器联动分离微量多氯联苯的方法，对PCB进行富集，再洗脱后检测。与现有技术相比较，本发明对固相微萃取柱高分子固定相进行改性，并将固相微萃取技术和气象色谱-电子捕获检测器方法联用，将采样、萃取、浓缩与样品分离、检测结合为一简单的过程，易于自动化，同时减少了预富集样品量和检测时间，提高对PCBs的富集效果；采用双色谱柱定性，实现多种极性结构各异的PCBs单体分离；本发明具有分析速度快、操作简单、制作成本低、仪器便携以及检测灵敏度和特异性俱佳等优点，对水体中各种共平面PCBs单体的检测限达到10^-7～10^-8mol/L，可以实现对6种主要的PCBs致毒形态残留的现场检测。

Description

一种微量多氯联苯富集分离方法

技术领域

本发明涉及到环境检测领域，具体是采用一种改性固相微萃取柱富集水体中微量的多氯联苯(PCBs)，洗脱后结合气相色谱-电子捕获检测器(气象色谱-电子捕获检测器)检测各种PCBs单体的方法以及固相微萃取装置。

背景技术

早期多氯联苯(PCBs)的分析沿用60年代有机氯农药的化学分析方法，包括比色法、热分析、化学滴定法等。目前PCBs单体分析主要应用气相色谱仪一电子捕获检测器(气象色谱-电子捕获检测器)、气相色谱/质谱仪(包括：GC-MS，多级质谱法、选择性离子检测法、多离子检测法和负离子化学电离法等)、及多维色谱法等。

经过不断探索，PCBs的分析方法逐渐完善。其中气象色谱-电子捕获检测器法由于价格低廉、通用性强，非常适合于对不同基质样品中的PCBs分析。然而气象色谱-电子捕获检测器法的灵敏度不高，对环境水体中低含量的PCBs单体检测误差较大，所以解决这一难题的关键是开发高效、快速的预富集技术，得到高浓度PCBs加以检测。

一般环境样品测试可分为采样、前处理、分析、数据处理等四步骤，其中前处理技术在样品分析上又占有举足轻重地位。而在前处理技术中，包括三大部分，分别为：将分析物由样品基质中萃取出来、与非待测物或可能干扰物质分离及浓缩。而传统有机污染物的萃取方法，如索式萃取法，超音波震荡萃取法，吹气捕捉法，连续液相-液相萃取法及分液漏斗液相—液相萃取法，然而这些常规萃取技术在测定低含量污染物时均存在缺点：

(1)需大量有机溶剂，造成二次污染，危害环境及人体健康。

(2)部份传统方法萃取耗时费事，降低分析效率。

(3)产生乳化的问题，延长萃取时间。

(4)产生干扰波峰，而造成待测物波峰的变化及管柱效率之降低。

(5)注入的萃取液有时会使检测器灵敏度降低，缩短了管柱之寿命。

近年来，基于固相微萃取柱分离富集PCBs，引起人们的广泛关注。

本案通过对商品化的固相微萃取柱进行改性后，再进行PCBs的富集，提高其对PCBs的富集效率，并与气象色谱-电子捕获检测器检测技术联用，对各种PCBs进行检测。具有富集效率高，分析速度快、操作简单、制作成本低、仪器便携以及检测灵敏度和特异性俱佳等优点。目前，在该技术领域，利用本发明检测有机单体，无试剂、磁性可控、可再生的此种技术尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种利用改性的固相微萃取柱富集分离微量多氯联苯的方法，其具有富集效率高，操作简单、制作成本低的特点。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种双柱联用气象色谱-电子捕获检测方法和改性固相微萃取柱联用，以实现对共平面多氯联苯单体的检测。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：对固相微萃取装置的固相微萃取柱柱高分子固定相进行改性，并以固相微萃取法为前处理手段，对检测样品中的共面多氯联苯单体进行富集；

具体步骤为：

1)固相微萃取柱内填充纤维改性

将商品化SPME高分子固定相中丙基甲基丙烯酸脂的硅氧烷水解形成含硅胶结构聚合物的大单体，再利用这种大单体中的乙烯基在催化剂作用下与另一聚合单体甲基丙烯酸丁脂共聚，最终得到改性的固相微萃取柱高分子固定相。

具体为：第一步：取一只烧杯，加入4～5克3-(三甲基氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸脂，然后拿到通风橱中，在其中加入50mL蒸馏水。拿一套磁力搅拌器，在2000转下磁性搅拌1小时，得到含硅胶结构的丙基甲基丙烯酸脂聚合物大单体。第二步：在上述溶液中加入三丁基氯化锡作为催化剂，在其中加入4～5克甲基丙烯酸丁脂胺，按照质量比1∶1混合；第三步：在上述溶液中加入5～10克商品化固相微萃取纤维，在50°下加热3～4小时，至颜色变成红棕色即可，在2000转下离心沉淀得到4～5克棕色沉淀。第四步：将上述沉淀，在100℃下，在10平方厘米表面皿上铺开，用玻璃棒搅拌，干燥脱水，直至恒重(前后误差不超过20mg)，时间需要1.5小时，得到改性的微萃取柱固定相。第五步：取一烧杯，将1克上述干燥后改性固相萃取纤维，放入15毫升DMSO溶剂溶解，加入长度×底面积直径(5×0.2cm)圆柱棒形的不锈钢商业固相微萃取柱中，在恒温烘箱中以150摄氏度烘2小时，即获得改性的固相微萃取柱；

2)萃取

采用改性的固相微萃取柱抽取5～10毫升待检测样品，将样品在萃取柱内保留10～30分钟，检测样品中的共面多氯联苯单体在萃取柱内富集；

3)淋洗

用颜色透明的正己烷作为洗脱溶剂，对上述改性的固相微萃取柱中富集的PCBs进行洗脱；洗脱步骤为：第一步，取一只烧杯，从上往下从柱子上端入口注入5毫升正己烷淋洗该改性柱，控制流速1～2毫升/分钟，5分钟后，收集洗脱液至5毫升烧杯中；第二步，从烧杯中取出25微升洗脱液，注射入DB-XLB和DB-5双气象色谱柱分离串联的气相色谱仪一电子捕获检测器，以20℃的升温速度在150～250℃梯度洗脱，逐一分开PCB单体；控制检测器的检测温度为200～250℃，将所得到的色谱图与标准色谱图比较，即可实现各种超痕量共面PCBs单体检测。

上述商品化固相微萃取装置由萃取手柄和萃取头两部分组成，所述萃取头是涂有高分子固定相的萃取纤维头，萃取头的一端连接不锈钢针芯，外套针管，所述手柄用于安装与固定萃取头，通过手柄的推动，萃取头可伸出针管。

较好的，所述双色谱柱采用安捷伦公司的中等极性的DB-XLB和弱极性的DB-5气相色谱柱。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：

第一步：实现对共平面PCBs的富集。将此固相微萃取纤维柱中，取一个烧杯加入在100～200毫升中含有6种共平面多氯联苯的混合水溶液，将此溶液直接倒入微萃取柱子上端，控制流速为2～3毫升/分钟，全部水溶液流过需要50～70分钟。所述的共平面PCBs包括：2，2’，4，4′-trichlorobiphenyl(PCB28)、2，2′，5，5-′tetrachloro-biphenyl(PCB52)、2，2′，4，5，5-′pentachloro biphenyl(PCB101)、2，2′，3，4，4′，5′-hexa-chlorobiphenyl(PCB138)、2，2′，4，4′，5，5′-hexachloro biph-eny(PCB15)、2，2′，3，4，4′，5，5′-hepta chlorobiphenyl(PCB180)，第二步：用颜色透明的正己烷作为洗脱溶剂，将上述柱子中富集的PCBs进行洗脱。洗脱步骤为：第一步，取一只烧杯，从上往下从柱子上端入口注入5毫升正己烷淋洗该改性柱，控制流速1～2毫升/分钟，5分钟后，收集洗脱液至5毫升烧杯中。第二步，从烧杯中取出25微升洗脱液，注射入DB-XLB和DB-5双气象色谱柱分离串联的气相色谱仪一电子捕获检测器，以20℃/分钟的升温速度为在150～250℃梯度洗脱，逐一分开所有的PCB单体。控制检测器为200～250℃，从而实现各种超痕量PCBs单体检测。所述双极性色谱柱分别采用安捷伦公司的DB-XLB和DB-5气相色谱柱，分别为中等极性和弱极性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将商品化固相微萃取柱进行改性，以提高对多氯联苯富集效率，并与双柱气象色谱-电子捕获检测器方法联用，实现多种PCBs单体检测。该创立方法将采样、萃取、浓缩与样品分离、检测结合为一简单的过程，易于自动化，同时也大大减少了预富集样品量和检测时间，同时也大大减少了传统萃取试剂对环境的污染。本发明具有分析速度快、操作简单、制作成本低、仪器便携以及检测灵敏度和特异性俱佳等优点，对水溶液中PCBs单体的检测限达到10～100pg//L，可以实现对6种主要的PCBs致毒形态残留的现场检测。

附图说明

图1为本发明实施例中改性的固相微萃取纤维的扫描电镜图。

图2为本发明实施例中样品的气象色谱-电子捕获检测器色谱图；

图3为本发明实施例中双柱连接系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一、固相微萃取柱内填充纤维改性

第一步：取一只烧杯，加入4～5克3-(三甲基氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸脂，然后拿到通风橱中，在其中加入50mL蒸馏水。拿一套磁力搅拌器，在2000转下磁性搅拌1小时，得到含硅胶结构的丙基甲基丙烯酸脂聚合物大单体。第二步：在上述溶液中加入三丁基氯化锡作为催化剂，在其中加入4～5克甲基丙烯酸丁脂胺，按照质量比1∶1混合；第三步：在上述溶液中加入5～10克商品化固相微萃取纤维，在50°下加热3～4小时，至颜色变成红棕色即可，在2000转下离心沉淀得到4～5克棕色沉淀。第四步：将上述沉淀，在100℃下，在10平方厘米表面皿上铺开，用玻璃棒搅拌，干燥脱水，直至恒重，前后误差不超过20mg，时间需要1.5小时，得到改性的微萃取柱固定相。其电镜照片如图1所示。第五步：取一烧杯，将1克上述干燥后改性固相萃取纤维，放入15毫升DMSO溶剂溶解，加入长度×底面积直径为5×0.2cm圆柱棒形的不锈钢商业固相微萃取柱中，在恒温烘箱中以150摄氏度烘2小时，即得到改性的固相微萃取柱。此改性固相微萃取纤维填既具有无机硅胶结构，又具有机物双键聚合结构，同时兼顾了无机硅胶和有机聚合物色谱整体柱的特点，避免了在盐类溶剂中溶胀性、壁效应等缺点。这样获得的固相微萃取柱柱对共面PCBs的萃取效率将更高。

采用两种极性气相色谱柱相连，结合电子捕获检测器法对上述萃取柱中富集的多氯联苯单体进行分离检测，具体步骤如下：

首先实现对共平面PCBs的富集：向水溶液中加入6种共平面多氯联苯配成100～200毫升缓和液，用该缓和液以2～3毫升/分钟的速度淋洗改性的固相微萃取柱50～70分钟；

其中，6种共平面多氯联为2，2’，4，4′-trichlorobiphenyl PCB28、2，2′，5，5-′tetrachloro-biphenyl PCB52、2，2′，4，5，5-′pentachloro biphenyl PCB101、2，2′，3，4，4′，5′-hexa-chlorobiphenyl PCB138、2，2′，4，4′，5，5′-hexachloro biph-eny PCB15和2，2′，3，4，4′，5，5′-heptachlorobiphenyl PCB180；结构如下：

然后用颜色透明的正己烷作为洗脱溶剂，将上述柱子中富集的PCBs进行洗脱。洗脱步骤为：第一步，取一只烧杯，从上往下从柱子上端入口注入5毫升正己烷淋洗该改性柱，控制流速1～2毫升/分钟，5分钟后，收集洗脱液至5毫升烧杯中。第三步，从烧杯中取出25微升洗脱液，注射入DB-XLB和DB-5双气象色谱柱分离串联的气相色谱仪一电子捕获检测器，在150～250℃梯度洗脱(升温速度为20℃/分钟)，控制检测器检测温度为200～250℃，将各种PCBs单体信号峰分开，分别加以检测。所述双极性色谱柱分别采用安捷伦公司的DB-XLB和DB-5气相色谱柱，分别为中等极性和弱极性。

双柱连接系统构建方法如下：如图3所示，将DB-XLB作为主分析柱即色谱柱1，DB-5即色谱柱2作为确认柱，本分析是一次进样到主分析柱和确认柱上，同时进行确认分析。两柱间采用双路分流器，使用脱活的玻璃或石英Y-型分流器，将主分析柱和确认柱连接到保留间隙上。两柱分离产物分别通过检测器1，检测器2。所述检测器1、2均为电子捕获检测器。洗脱液先通过主分析柱，进而通过分流器进入确认柱，在主分析柱中实现2，2’，4，4′-trichlorobiphenyl(PCB28)、2，2′，5，5-′tetrachloro-biphenyl(PCB52)、2，2′，4，5，5-′pentachloro biphenyl(PCB101)分离检测。在确认柱中实现2，2′，3，4，4′，5′-hexa-chlorobiphenyl(PCB138)、2，2′，4，4′，5，5′-hexachloro biph-eny(PCB15)、2，2′，3，4，4′，5，5′-heptachlorobiphenyl(PCB180)分离检测。检测得到的色谱图如图2所示。

样品的采集

取宁波附近水域中海水500ml倒入样品瓶，并编号1，每个1号样品加入0.5ug/ml标准品，分别为2，2’，4，4′-trichlorobiphenyl(PCB28)、2，2′，5，5-′tetrachloro-biphenyl(PCB52)、2，2′，4，5，5-′pentachloro biphenyl(PCB101)、2，2′，3，4，4′，5′-hexa-chlorobiphenyl(PCB138)、2，2′，4，4′，5，5′-hexachloro biph-eny(PCB15)、2，2′，3，4，4′，5，5′-hepta chlorobiphenyl(PCB180)，浓度均为0.01微克/升，测定6种共平面PCBs数据，分别为2，1.2，1.3，1.5，2.1，2.2微克/升，按公式回收率＝(原始水样加入标准品后测定值-原始水样测定值)/加入标准品浓度X100％计算回收率。

样品的处理

用固相微萃取柱分离1号样品。第一步：取一个烧杯加入在100～200毫升中该水溶液，将此溶液直接倒入固相微萃取柱子上端，控制流速为2～3毫升/分钟，全部水溶液流过需要50～70分钟。第二步：用颜色透明的正己烷作为洗脱溶剂，将上述柱子中富集的PCBs进行洗脱。

洗脱步骤为：第一步，取一只烧杯，从上往下从柱子上端入口注入5毫升正己烷淋洗该改性柱，控制流速1～2毫升/分钟，5分钟后，收集洗脱液至5毫升烧杯中。第三步，从烧杯中取出25微升洗脱液，注射入DB-XLB和DB-5双气象色谱柱分离串联的气相色谱仪一电子捕获检测器，以20℃/分钟的升温速度在150～250℃梯度洗脱，逐一分开所有的PCB单体。控制检测器为200～250℃，从而实现各种超痕量PCBs单体检测。

样品的检测

将处理好的样品进行收集，并旋转蒸发，用正己烷定容进样检测。样品的双柱气象色谱-电子捕获检测器进行检测，色谱图如图2所示。

所得到的测定数据如表1：

表1实验样品中六种PCBs的测定值

宁波地区及其附近水体和底泥中超痕量放入、强致癌性共面PCBs的存在状况，目前还是一片空白。我们在建立好该方法后，将此技术应用在部分宁波及其周边地区天然水体和底泥样品中的共面PCBs单体含量，验证各种实验条件，对宁波及其周边地区环境中多氯联苯的污染情况做初步的了解。

上述实验证明，开发的固相微萃取结合气象色谱-电子捕获检测器法分析6种平面型PCBs单体的检测下限达到0.1～0.7微克/升、回收率在92～110％之间，可以实现对水体中6种主要的PCBs致毒形态残留的现场检测，详细结果见表1。

Claims

1.一种微量多氯联苯富集分离方法，其特征在于：

1）固相微萃取柱内填充纤维改性

具体为：第一步:取一只烧杯，加入4～5克3-(三甲基氧基硅烷)丙基甲基丙烯酸脂，然后拿到通风橱中，在其中加入50mL蒸馏水；拿一套磁力搅拌器，在2000转下磁性搅拌1小时，得到含硅胶结构的丙基甲基丙烯酸脂聚合物大单体；第二步:在上述溶液中加入三丁基氯化锡作为催化剂，在其中加入4~5克甲基丙烯酸丁脂胺，按照质量比1：1混合；第三步：在上述溶液中加入5~10克商品化固相微萃取纤维，在50°下加热3~4小时，至颜色变成红棕色即可，在2000转下离心沉淀得到4~5克棕色沉淀；第四步：将上述沉淀，在100℃下，在10平方厘米表面皿上铺开，用玻璃棒搅拌，干燥脱水，直至恒重，前后误差不超过20mg，时间需要1.5小时，得到改性的微萃取柱固定相；第五步：取一烧杯，将1克改性的微萃取柱固定相，放入15毫升DMSO溶剂溶解，加入长度×底面积直径为5×0.2cm的圆柱棒形的不锈钢商业固相微萃取柱中，在恒温烘箱中以150摄氏度烘2小时，即获得改性的固相微萃取柱；

2）萃取

采用改性的固相微萃取柱抽取5~10毫升待检测样品，将样品在萃取柱内保留10~30分钟，检测样品中的共面多氯联苯单体在萃取柱内富集；

3）淋洗

用颜色透明的正己烷作为洗脱溶剂，对上述改性的固相微萃取柱中富集的PCBs进行洗脱；洗脱步骤为：第一步，取一只烧杯，从上往下从柱子上端入口注入5毫升正己烷淋洗该改性柱，控制流速1～2毫升/分钟，5分钟后，收集洗脱液至5毫升烧杯中；第二步，从烧杯中取出25微升洗脱液，注射入DB-XLB和DB-5双气相色谱柱分离串联的气相色谱仪一电子捕获检测器，以20℃的升温速度在150～250℃梯度洗脱，逐一分开PCB单体；控制检测器的检测温度为200～250℃，将所得到的色谱图与标准色谱图比较，即可实现各种超痕量共面PCBs单体检测。

2.根据权利要求1所述的微量多氯联苯富集分离方法，其特征在于所述双气相色谱柱采用安捷伦公司的中等极性的DB-XLB和弱极性的DB-5气相色谱柱。