CN106153779A - 一种水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质中16种多环芳烃检测过程中快速浓缩、准确定量的方法，具体过程是水样经液液萃取后，采用Turbo Vap系列全自动氮吹浓缩仪在温度30～45℃，氮气压力4～13psi的条件下浓缩二氯甲烷、在50℃下置换乙腈溶剂，进行液相色谱检测，加标回收率能达到65.2～99.1％之间，满足HJ478～2009《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》标准提出的空白加标各组分的回收率在60～120％之间的质量控制要求。用氮吹浓缩仪浓缩、置换溶剂，比旋转蒸发加氮吹的方式更快速、操作简便，回收率效果好。本方法可以用于水质中16种多环芳烃的快速浓缩、准确定量。

Description

一种水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法

技术领域

本发明涉及分析化学、环境监测领域，具体公开了一种水质中16种多环芳烃快速浓缩、准确定量的方法。

背景技术

多环芳烃(简称PAHs或PNA)是一类非常重要的化学三致物(致癌、致畸、致突变)，因其具有生物难降解性和累积性，所以广泛存在于水体、大气、土壤、生物体等环境中。多环芳烃引起的环境污染越来越引起人们的重视，它已成为世界许多国家的优先监测物。1976年EPA列出了16项PAHs为优先控制污染物，分别为：萘、二氢苊、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、艹屈、苯并、荧蒽、苯并[k]、荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[ghi]苝、茚并[1,2,3-cd]芘。1990年我国提出的68种水体优先控制污染物中有7种属于PAHs。PAHs主要是在煤、石油等矿物性燃料不完全燃烧时产生的，主要的污染源是焦化、石油炼制、冶炼、塑胶、制革、造纸等工业排放的三废物质以及船舶油污、机动车尾气、香烟烟雾等等。自1775年Pott医生发现扫烟囱工人患阴囊癌至今，许多人研究了PAHs的致癌性，其中已有不少被确定或被怀疑具有致癌、致畸或致突变作用。尤其是苯并[a]芘和荧蒽是强致癌物质，严重影响人体健康，所以日益受到人们的关注。人们对空气中多环芳烃的污染研究较多，实际上多环芳烃是水中普遍存在的污染物质，多环芳烃在不同水体中的分布取决于它们的污染源。

目前测定多环芳烃的检测方法有荧光分光光度法、气相色谱法和液相色谱法。荧光法灵敏度较高，但需要纸层析，步骤烦琐，对于复杂样品分离效果较差，目前已很少采用；气相色谱法使用毛细管柱进行分离，使复杂组分能够较好的分离，尤其使用质谱做检测器时，可以同时进行定性和定量分析，因此适合于复杂样品中多环芳烃的测定，但灵敏度比荧光法低100～1000倍；高效液相色谱串联紫外检测器和荧光检测器，具有高的灵敏度和分辨率，已成为分析苯并[a]芘和其他多环芳烃的首选方法。我国最早应用液液萃取高效液相色谱分析水中多环芳烃的标准GB 13198～91于1991年发布，但是只规定了六种特定多环芳烃的检测，由于GB 13198～91已不能满足当前环境监测和管理的需要，因此，我国发布了最新的环保国家标准HJ 478～2009《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》。HJ 478～2009对萃取、液相色谱检测等的操作步骤都进行了明确，但对浓缩过程只简单提到采用旋转蒸发装置或K～D浓缩器、浓缩仪等性能相当的设备，没有具体说明。而从中国环境监测总站王超等人的文献《液相色谱法测定水中16种多环芳烃的方法优化》来看，PAHs液液萃取中一些重要条件，如大体积萃取液的浓缩方式等，直接影响PAHs分析的准确性，是一项关键控制技术，需深入研究。

王超的文献采用两种方式对萃取液进行浓缩和置换：(1)通过氮吹仪A(Turbo Vap II，美国Caliper Life Sciences公司)水浴50℃，氮气0.4bar氮吹至约0.5mL，加入5mL乙腈混匀，继续氮吹浓缩至约0.75mL后定容至1mL；(2)通过旋转蒸发仪((RE 111，瑞士BUCHI公司)水浴50℃浓缩至1～2mL后，加入5mL乙腈继续旋转蒸发数分钟，转移至氮吹仪B(美国OrganomationAssociate公司)，水浴50℃浓缩至约0.75mL后定容至1mL，进行液相色谱检测。这两种常见的萃取液浓缩方式(旋转蒸发法和氮吹法)对16种PAHs回收率的的结果如下：(1)氮吹法，2～3环PAHs回收率较低，在47.3％～60.4％之间；4～6环PAHs回收率较高，在72.0％～99.6％之间：平均回收率为77.6％；(2)旋转蒸发法，16种PAHs的回收率为84.3％～107.0％，平均回收率为99.6％，回收率显著高于氮吹法。该文献的最终结论是选择旋转蒸发法用于水质16种多环芳烃检测过程中大体积萃取液的浓缩，理由是：旋转蒸发法未使用真空，仅依靠旋转平底烧瓶，使瓶内壁产生很薄的萃取液膜从而加速蒸发溶剂，因而是较温和的浓缩方法，可减少低环数PAHs的损失，可显著提高低环数PAHs的回收率。该浓缩方式存在2个缺点,①旋转蒸发法未使用真空，旋转蒸发速度非常慢，在日常监测、分析中很难实际应用，一般都是应用带真空的旋转真空法。②由于旋转蒸发仪无法控制具体的浓缩量，所以需要浓缩到一定的量后再转移到氮吹仪中浓缩到指定的刻度，操作过程比较复杂，容易造成目标物损耗，而且旋转蒸发仪因抽真空可能出现爆沸现象，需要重做样品，因此在实际应用中还是应该考虑直接氮吹的浓缩、置换方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、简便地浓缩水质中16种多环芳烃、从而对16种多环芳烃准确定量的方法。

本发明提供的所一种对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其包括如下步骤：

将待测水样经过有机溶剂萃取若干次后，收集萃取液；

将所述萃取液送入氮吹浓缩仪内，在4～13psi的氮气压力、30～45℃的温度条件下蒸发出萃取液中的部分有机溶剂后，加入乙腈，在50℃下置换乙腈溶剂，再次蒸发出萃取液中原始的有机溶剂，并再次加入乙腈，重复操作直至将萃取液中原始的有机溶剂全部置换成乙腈后，进行液相色谱检测。

作为优选方案，所述有机溶剂和乙腈均的纯度均为液相色谱纯。

作为优选方案，所述有机溶剂为二氯甲烷或正己烷。

作为优选方案，所述氮吹浓缩仪的型号为Turbo Vap系列。

作为优选方案，所述Turbo Vap系列为Turbo Vap II型。

虽然Turbo Vap LV型浓缩效果与Turbo Vap II型一样，但Turbo Vap LV型样品浓缩体积仅为0.5～35ml，Turbo Vap II型的样品浓缩体积可达到0～200ml,实际水样分析时，一般采用二氯甲烷或正己烷液液萃取3次，每次30～50ml，共120～150ml萃取液需要进行浓缩，所以Turbo Vap II型比Turbo Vap LV型更适合实际水样萃取后的大体积溶剂浓缩。

Turbo Vap II厂家推荐浓缩二氯甲烷等有机溶剂的温度在42～60℃，本发明控制二氯甲烷水浴温度在30～45℃之间，优选35℃。因为二氯甲烷沸点为39.8℃，水浴温度设置过高，如王超等人的文献中采用水浴温度50℃，则二氯甲烷浓缩太快，2～3循环PAHs回收率较低；温度低于30℃，则浓缩时间过长，同样也会造成低沸点组分的回收率损失。而乙腈的沸点为80～82℃，乙腈-二氯甲烷混合溶剂的沸点高于二氯甲烷，因此可以如王超等人的文献中采用水浴温度50℃把二氯甲烷置换成乙腈溶剂，适当减少浓缩时间，提高多环芳烃的回收率。

Turbo Vap II厂家推荐的典型的工作压力为10～18psi，本发明氮气压力控制在4～13psi之间，优选8psi。氮吹压力过大，则溶剂挥发太快，2～3环PAHs回收率较低；氮吹压力过小，则浓缩速度太慢，同样也会造成低沸点组分的回收率损失。另外，水浴温度与氮吹压力之间也要保持平衡，水浴温度设置高一点的话，则氮吹压力要适当小一点，否则就容易造成2～3环多环芳烃回收率偏低。

作为优选方案，在所述外标法中，制备含有所述16种多环芳烃的混合标样方法为：在纯水中加入2ug 16种多环芳烃混合物后用二氯甲烷进行萃取，收集萃取液，用无水硫酸钠进行干燥。

作为优选方案，所述萃取步骤中，用十氟联苯作为回收率指示物。

作为优选方案，在萃取前，向体系中加入氯化钠，以提高萃取效率和减少乳化现象，缩短两相分离时间。

本发明所采用的水质中16种多环芳烃快速浓缩、准确定量的方法，通过合理调节氮吹浓缩仪的水浴温度和氮吹压力，浓缩时间控制在45min之内，操作简便，加标回收率能达到65.2～99.1％之间，可以满足HJ～478～2009标准提出的16种多环芳烃空白加标各组分的回收率在60～120％之间的质量控制要求。

目前市场上可用于有机溶剂去除的氮吹浓缩仪型号较多，有些氮吹浓缩仪为加热丝和氮吹管直接深入样品溶剂，容易造成受热不均匀和样品吸附在加热丝表面等问题，造成多环芳烃等组分经萃取和浓缩后的整体回收率低于60％，难以满足HJ 478～2009《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》标准提出的空白加标各组分的回收率在60～120％之间的质量控制要求。而瑞典Biotage公司(原美国Caliper)的TurboVap系列氮吹浓缩仪，它的设计是将整个样品浓缩管浸入水浴加热，受热较均匀，此外氮吹管离溶剂较远，不直接对着溶剂，所以加热和氮吹较柔和，目前也有一些应用报道。如张先勇等人的文献《海口湾水体中多环芳烃(PAHs)浓度及来源研究》、肖思海等人的文献《煤矸石山周围塌陷区水体中多环芳烃调查与生态风险评价》均提到采用TurboVap II型氮吹浓缩仪浓缩水样中的多环芳烃，但没有提到浓缩的具体操作参数和方法的准确性，王超等人的文献《液相色谱法测定水中16种多环芳烃的方法优化》提到采用Turbo Vap II型氮吹仪水浴50℃，氮气0.4bar氮吹浓缩，但2～3环PAHs回收率较低，在47.3％～60.4％之间，达不到检测控制要求。本发明通过参数优化，使Turbo Vap II浓缩16种多环芳烃的回收率均可以达到HJ 478～2009《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》标准提出的空白加标各组分的回收率在60～120％之间的质量控制要求，该浓缩方式比旋转蒸发加氮吹的方式更快速、操作简便，是一种值得推广的水质中16种多环芳快速浓缩、准确定量的方法。

附图说明

图1为Turbo Vap II型氮吹仪浓缩后的16种多环芳烃混合标样的高效液相色谱图；

图2为旋转蒸发法浓缩后的16种多环芳烃混合标样的高效液相色谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例。

实施例1：

浓缩条件：利用浓缩装置Turbo Vap II型全自动氮吹浓缩仪(瑞典Biotage公司，原美国Caliper Life Sciences公司)把配制好的4ug/l 16种PAHs混合标样/二氯甲烷溶液150ml在水浴温度30℃，氮气压力9～13psi的条件下浓缩至1.0mL左右，加入5mL色谱纯的乙腈，再利用氮吹仪在水浴温度50℃的情况下浓缩至1.0mL，过0.45um滤膜，取样10uL进行液相色谱检测。

液相色谱检测条件：

安捷伦1200型高效液相色谱系统：(美国)G1315D-DAD检测器,G1321A-FLD荧光检测器,Quaternary四元泵,G1316A-Colcom柱温箱,G1322A-Degasser真空脱气机。

液相色谱柱：ZORBAX Eclipse PAH 4.6*250mm*5um

进样量：10uL(自动进样)；柱温：40℃；流速：2.0mL/min

检测器信号：

DAD检测器波长设置：A＝254nm；B＝220nm；C＝295nm

FLD检测器设置参数如表1所示：

表1

流动相：A水；B乙腈

流动相梯度洗脱程序设置参数如表2所示：

表2

Time[min]	A％	B％
			0	60	40
20	0	100
			23	0	100
25	60	40

浓缩回收率见表3所示：

表3 4ug/l混合标样/二氯甲烷溶液氮吹仪浓缩回收率数据

谱图如图1所示。

实施例2：

浓缩条件：采用YH-RE旋转蒸发仪(上海予华仪器有限公司)把配制好的4ug/l 16种PAHs混合标样/二氯甲烷溶液在水浴温度30℃，真空度0.03MPa的条件下浓缩至1-2ml，加入5mL色谱纯的乙腈，转移至普通氮吹仪在水浴温度50℃的情况下浓缩至1.0mL，过0.45um滤膜，取样10uL进行液相色谱检测。

液相色谱检测条件同实施例1。

浓缩回收率结果见表4，谱图见图2。

表4 4ppm混合标样/二氯甲烷溶液旋转蒸发浓缩数据

实施例3：

萃取条件：在1L空白水样中加入2ug 16种多环芳烃混合标样，置入2000mL分液漏斗中，加入适量的十氟联苯使用液作为回收率指示物，为了提高萃取效率和减少乳化现象，缩短两相分离时间，水相中加入适30gNaCl。加入50mL左右二氯甲烷，轻轻摇晃后放气，重复该动作多次，待充分放气后，在密闭的情况下剧烈振荡10min左右，静置分层后收集下层的二氯甲烷液于250mL三角烧杯中。重复萃取两遍，合并有机相，加入无水硫酸钠至有流动的无水硫酸钠存在。

二氯甲烷萃取液的浓缩与置换条件、液相色谱检测条件同实施例1。

浓缩回收率结果见表5。

表5 16种多环芳烃混合标样加标回收率结果

实施例1说明，Turbo Vap II型氮吹仪对16种多环芳烃的直接浓缩回收率在72.80-111.68％之间，实施例2说明，常见的旋转蒸发法(带真空)对低沸点2-3环多环芳烃如萘、苊、芴等的直接浓缩回收率极低。实施例3说明：经过萃取后，Turbo Vap II型氮吹仪再浓缩的回收率稍微损失了一点，16种多环芳烃和回收率跟踪物十氟联苯的平均加标回收率在65.2-99.1％之间，达到HJ478-2009《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》标准提出的空白加标各组分的回收率在60～120％之间的质量控制要求。

该处理方法的优点及实际运用效果评定

1、Turbo Vap II型氮吹仪对16种多环芳烃的直接浓缩回收率在72.80-111.68％之间。

2、达到HJ 478-2009《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》标准提出的空白加标各组分的回收率在60～120％之间的质量控制要求。

3、Turbo Vap II型全自动氮吹浓缩仪浓缩二氯甲烷的水浴温度控制在30～45℃，氮气压力控制在4-13psi的条件是非常有用的。

4、此方法经科研批准、审定。可在化验室水质过程分析中进行推广应用。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将含有16种多环芳烃的待测水样经过有机溶剂萃取若干次后，收集萃取液；

将所述萃取液送入氮吹浓缩仪内，在4～13psi的氮气压力、30～45℃的温度条件下蒸发出萃取液中的部分有机溶剂后，加入乙腈，在50℃下置换乙腈溶剂，再次蒸发出萃取液中原始的有机溶剂，并再次加入乙腈，重复操作直至将萃取液中原始的有机溶剂全部置换成乙腈，得到乙腈溶液；

将所述乙腈溶液过0.45um滤膜，取样，通过外标法进行液相色谱检测。

2.如权利要求1所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，所述有机溶剂和乙腈均的纯度均为液相色谱纯。

3.如权利要求1所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷或正己烷。

4.如权利要求1所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，所述氮吹浓缩仪的型号为Turbo Vap系列。

5.如权利要求4所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，所述Turbo Vap系列为Turbo Vap II型。

6.如权利要求1所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，在所述外标法中，制备含有所述16种多环芳烃的混合标样方法为：在纯水中加入2ug 16种多环芳烃混合物后用二氯甲烷进行萃取，收集萃取液，用无水硫酸钠进行干燥。

7.如权利要求6所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，所述萃取步骤中，用十氟联苯作为回收率指示物。

8.如权利要求6所述的对水质中16种多环芳烃快速浓缩的方法，其特征在于，在萃取前，向体系中加入氯化钠。