直接進(jìn)樣、在線富集、高效液相色譜法測(cè)定大氣顆-

1、直接進(jìn)樣、在線富集、高效液相色譜法測(cè)定大氣顆粒物中的多環(huán)芳烴王天然a,李月琪b端裕樹(shù)a,b林金明aa中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085b島津國(guó)際貿(mào)易(上海有限公司北京分析中心,北京,100020關(guān)鍵詞 在線富集;Co-Sense系統(tǒng),高效液相色譜;大氣顆粒物;多環(huán)芳烴由于大氣顆粒物上聚集了大量有害的重金屬、酸性氧化物、有害有機(jī)物、細(xì)菌病毒等,不但影響大氣環(huán)境,而且危害人類健康。因而對(duì)大氣中懸浮的顆粒物的研究是當(dāng)代環(huán)境科學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)課題1。多環(huán)芳烴(PAHs是一類廣泛存在于環(huán)境中,具有“致癌、致畸和致基因突變”的“三致”特征的有機(jī)污染物,并且大氣中PAH

2、s可與大氣中的O3、NOX等反應(yīng),生成致癌活性或誘變性更強(qiáng)的化合物23。近年來(lái),國(guó)內(nèi)對(duì)大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的研究主要是多環(huán)芳烴在顆粒物中的含量、粒徑分布及濃度水平、季節(jié)變化、來(lái)源與貢獻(xiàn)等方面,而準(zhǔn)確檢測(cè)其在大氣顆粒物中的含量是此類研究的前提和基礎(chǔ)。大氣顆粒物的采樣方式、前處理過(guò)程及分析檢測(cè)方法直接決定檢測(cè)結(jié)果的好壞。由于多環(huán)芳烴不穩(wěn)定性及強(qiáng)揮發(fā)性,測(cè)定大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的前處理非常重要,也是經(jīng)常困擾有關(guān)研究者的問(wèn)題45。目前,測(cè)定大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的前處理過(guò)程的關(guān)鍵是提取和富集。常見(jiàn)的樣品提取方法有索氏提取法、真空升華法、超聲提取法等,其中超聲提取法最常用。濃縮或富集的方法普遍采用氮?dú)獯祾?/p>

3、或固相萃取。由于傳統(tǒng)的方法需消耗大量的有機(jī)溶劑,并且由于多環(huán)芳烴不穩(wěn)定性及強(qiáng)揮發(fā)性,樣品經(jīng)多次轉(zhuǎn)移會(huì)造成樣品部分損失,分析誤差較大,且耗時(shí)。另外,由于離線手動(dòng)前處理難以保持操作完全一致,也會(huì)造成實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性差67。我們首次結(jié)合在線富集系統(tǒng)(Co-Sense,利用高效液相色譜(HPLC及熒光檢測(cè)器系統(tǒng)測(cè)定了大氣顆粒物中的多環(huán)芳烴,此Co-Sense系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了HPLC測(cè)定大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的直接大體積進(jìn)樣及在線富集,節(jié)省了樣品處理時(shí)間,降低了溶劑的浪費(fèi)及污染,提高了操作簡(jiǎn)便性和樣品處理效率,為實(shí)現(xiàn)全程在線快速檢測(cè)大氣顆物中的多環(huán)芳烴提供了一種可行的手段。本文對(duì)Co-Sense系統(tǒng)富集及HPLC分離

4、分析大氣顆粒物中的多環(huán)芳烴作了簡(jiǎn)要描述;與普通1實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器與試劑在線富集系統(tǒng)(島津公司Co-Sense系統(tǒng),高效液相色譜系統(tǒng)(日本島津公司, 10mm4.6mm ODS捕集柱(日本島津公司, 150mm4.6mm ODS分析柱(日本島津公司, RF-10AXL熒光檢測(cè)器(日本島津公司,液相色譜工作站軟件為L(zhǎng)csolution Version 1.21。HV-700F大氣顆粒物采樣儀(日本柴田公司,七種多環(huán)芳烴標(biāo)樣(表1:熒蒽 (fluoranthene;屈(chrysene;苯并(b熒蒽 (benzo(bfluoranthene;苯并(k熒蒽(benzo(kfluoranthene;苯

5、并(a芘 (benzo(kfluoranthene;二苯并a,h蒽(dibenzo(a,hanthracene;苯并g,h,i芘(benzo(g,h,iperylene均購(gòu)自Accustandard 公司,實(shí)驗(yàn)用水均為Milli-Q純凈水,乙腈,色譜純(Fisher 公司。表1 七種多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 1.2 標(biāo)樣配制及樣品制備七種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)樣品均溶解在乙腈溶劑中,分別配制成濃度為450、180、90、45、18、9、4.5、1.8、0.9ng/mL以及1、5、10、25、50ng/mL 的溶液,密封,-25保存。通過(guò)大氣顆粒物采樣儀獲取大氣顆粒物樣品,采樣地點(diǎn)在中科院生態(tài)環(huán)境研究中心綜合樓

6、樓頂,采樣時(shí)間為2005年9月份,所采集樣品置于-25密封保存。測(cè)定前,將大氣顆粒物樣品采集膜放置于乙腈溶劑中浸提10分鐘,浸提三次,洗提液收集在容器中。移取1mL提取液,過(guò)濾后直接進(jìn)樣,利用在線富集系統(tǒng)富集,高效液相色譜進(jìn)行分離分析測(cè)定。1.3 多環(huán)芳烴在線富集分離系統(tǒng)如圖1所示8,多環(huán)芳烴富集、分離分析流路系統(tǒng)由在線富集系統(tǒng)和高效液相色譜分離分析系統(tǒng)組成。樣品在線富集分析系統(tǒng)由樣品輸送泵、稀釋液輸送泵、進(jìn)樣器、樣品捕集柱、切換閥等、分離分析柱和熒光檢測(cè)器等基本單元組成。該系統(tǒng)中采用獨(dú)特的旁路稀釋液流路,因?yàn)闃悠啡芙庥谟袡C(jī)溶劑,當(dāng)大體積進(jìn)樣時(shí),樣品有機(jī)溶液被輸送經(jīng)過(guò)樣品捕集柱時(shí),樣品易于被強(qiáng)

7、極性有機(jī)溶劑帶走,而不被保留,樣品到達(dá)捕集柱之前,樣品有機(jī)溶液被水稀釋后,再流經(jīng)捕集柱,反相捕集柱保留能力增強(qiáng),樣品流失的問(wèn)題就得到有效解決【910】 。 (a(b圖1 多環(huán)芳烴富集(a 及分離分析系統(tǒng)流路圖(b 進(jìn)樣器進(jìn)樣后,樣品被樣品輸送泵輸送的流動(dòng)相載動(dòng)向前,與稀釋液混合后到達(dá)切換閥,然后經(jīng)過(guò)圖1(a所示實(shí)線線路流經(jīng)樣品捕集柱,待測(cè)組分被捕集,其他組分流入廢液瓶。接著,轉(zhuǎn)動(dòng)切換閥,圖1(b所示,樣品洗脫流動(dòng)相將捕集柱中的樣品組分洗脫,隨流動(dòng)相到達(dá)分離分析柱,樣品組分經(jīng)分離后依次進(jìn)入檢測(cè)器被檢測(cè)。1.4 多環(huán)芳烴富集和分離色譜條件采用Co-Sense 系統(tǒng)進(jìn)行樣品富集,高效液相色譜進(jìn)行分離

8、分析多環(huán)芳烴污染物。在Co-Sense 系統(tǒng)中,捕集柱為C18柱4.6 mm×10 mm (日本島津公司;輸送樣品流動(dòng)相為乙腈-水 (10/90,v/v混合液,流速為0.1ml/min;稀釋液為純水,流速為1.9ml/min。進(jìn)樣15分鐘后進(jìn)行閥切換,經(jīng)洗脫樣品流動(dòng)相乙腈-水(72/28,v/v 混合液洗脫,進(jìn)入分離分析柱(C18柱,4.6 mm×150 mm(日本島津公司;流速為1ml/min。柱溫為35,熒光檢測(cè)器波長(zhǎng):激發(fā)波長(zhǎng)293 nm,發(fā)射波長(zhǎng)450 nm。2 結(jié)果與討論2.1 采用普通高效液相色譜系統(tǒng)和帶有Co-Sense 的高效液相系統(tǒng)測(cè)定多環(huán)芳烴配制七種濃度

9、的七種多環(huán)芳烴混標(biāo),分別采用不同進(jìn)樣量,保持每種溶液中多環(huán)芳烴的絕對(duì)含量相同,即450ng/mL2µL、180ng/mL5µL、90ng/mL 10µL 、45ng/mL 20µL 、18ng/mL 50µL 、9ng/mL 100µL 、4.5ng/mL 200µL 、1.8ng/mL500µL、0.9ng/mL1000µL,分別用普通高效液相色譜和帶有Co-Sense 的高效液相色譜系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定,求出理論塔板數(shù),結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖2給出普通高效液相色譜系統(tǒng),采用相同的分離分析色譜條件得到的多環(huán)芳烴色譜圖

10、,進(jìn)樣量在2µL50µL 范圍內(nèi),峰形保持良好。當(dāng)進(jìn)樣量增加到100µL 時(shí),峰形明顯展寬,柱效明顯下降;繼續(xù)增加進(jìn)樣量至1mL,分離柱完全失去分離能力。而同樣的樣品采用Co-Sense 系統(tǒng)進(jìn)行同樣測(cè)定時(shí),即使進(jìn)樣量達(dá)到1mL,溶質(zhì)仍能得到較好的分離,峰形對(duì)稱(圖3。以熒蒽為溶質(zhì),分別計(jì)算這兩種不同系統(tǒng)的理論塔板數(shù),從圖4中可看出,采用普通高效液相色譜,隨進(jìn)樣體積增加,理論塔板數(shù)急劇下降;而采用Co-Sense 系統(tǒng),隨進(jìn)樣體積增大,理論塔板數(shù)基本保持同樣的水平。由此可見(jiàn),采用Co-Sense 系統(tǒng),有利于實(shí)現(xiàn)大體積進(jìn)樣。究其原因,采用普通的高效液相色譜系統(tǒng)測(cè)定

11、多環(huán)芳烴,由于多環(huán)芳烴不溶于水,易溶于有機(jī)溶劑,當(dāng)大體積進(jìn)樣時(shí),極性有機(jī)溶劑的洗脫能力較強(qiáng),反相色譜柱的保留能力減弱,使溶質(zhì)不被反相色譜柱保留而隨流動(dòng)相流出色譜柱,導(dǎo)致分離能力下降。因而,當(dāng)大體積進(jìn)樣時(shí),普通高效液相色譜系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的分離分析,而必須進(jìn)行樣品濃縮或富集,采用小進(jìn)樣體積,并提高靈敏度。而Co-Sense系統(tǒng)能有效解決這個(gè)問(wèn)題,樣品在流入分析柱之前,經(jīng)水相旁路稀釋,從而降低溶質(zhì)載液的極性,增強(qiáng)其在分析柱上的保留能力,提高分析柱的分離能力和柱效。當(dāng)大體積進(jìn)樣時(shí),仍能對(duì)多環(huán)芳烴樣品進(jìn)行有效的分離,而且本實(shí)驗(yàn)15分鐘就可完成樣品的在線富集,簡(jiǎn)化了繁瑣的樣品富集前處理過(guò)程,并減少人為

12、過(guò)程造成的樣品損失。用帶有Co-Sense的高效液相色譜系統(tǒng),通過(guò)對(duì)七種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)品混合溶液(10ng/mL五次重復(fù)實(shí)驗(yàn)考察系統(tǒng)的重現(xiàn)性,見(jiàn)表2。保留時(shí)間和峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均分別<0.03%和<1.75%。 圖2 普通高效液相色譜系統(tǒng)測(cè)定多環(huán)芳烴的色譜圖 圖3 采用Co-Sense的高效液相色譜系統(tǒng)測(cè)定多環(huán)芳烴,進(jìn)樣量為1000µL的色譜圖1: 熒蒽;2: 屈;3: 苯并(b熒蒽;4: 苯并(k熒蒽;5: 苯并(a芘;6: 二苯并a,h蒽;7: 苯并g,h,i芘 圖4普通高效液相色譜系統(tǒng)(A與采用Co-Sense的高效液相色譜系統(tǒng)(B測(cè)定多環(huán)芳烴的理論塔板數(shù)比較圖表

13、2PAHs (10ng/mL在Co-sense系統(tǒng)中的分析重現(xiàn)性(n=5 PAHs (Ret.Time, RSD%(Area, RSD% fluoranthene 0.02 1.71chrysene 0.02 1.70 benzo(bfluoranthene 0.03 1.16benzo(kfluoranthene 0.03 1.64 benzo(apyrene 0.03 1.63 dibenzo(a,hanthracene 0.03 1.56benzo(g,h,iperylene 0.03 1.282.2 線性方程和檢測(cè)限表3 線性方程和線性范圍PAHsRegressionequationC

14、orrelationcoefficient(r2 fluorantheneY = 1.4440e-005X-0.57120.9974chryseneY = 4.7157e-005X-1.70510.9988benzo(bfluorantheneY = 6.1452e-006X-0.56640.9976benzo(kfluorantheneY = 2.5826e-006X-1.41530.9982benzo(apyreneY = 6.4939e-006X-1.17450.9983 dibenzo(a,hanthraceneY = 1.2545e-005X-1.33230.9975benzo(g,

15、h,iperyleneY = 1.1898e-005X-1.11800.99792.3 方法的準(zhǔn)確度和精密度通過(guò)對(duì)大氣顆粒物洗提液三檔添加濃度(1、5和25ng/mL的回收率實(shí)驗(yàn),考察了采用Co-Sense 系統(tǒng)的高效液相色譜方法的準(zhǔn)確度,其結(jié)果見(jiàn)表3,七種多環(huán)芳烴的回收率均在85%120%之間。并且通過(guò)對(duì)七種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)品混合溶液(10ng/mL三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)考察方法的精確度,見(jiàn)表4,保留時(shí)間和峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD%分別均<0.03%和<1.75%。圖5給出了典型的樣品色譜圖,基質(zhì)成分得到有效去除,從而實(shí)現(xiàn)PAHs 的準(zhǔn)確定量測(cè)定。表4 三種不同濃度PAHs 的準(zhǔn)確度和精密

16、度(n=3Recovery%, RSD% 1ng/mL10ng/mL25ng/mLfluoranthene 119±1.55 100±1.61 97±1.60 chrysene 120±1.34 119±1.42 102±1.67 benzo(bfluoranthene 118±1.57 93±1.45 87±1.57 benzo(kfluoranthene 114±1.70 100±1.60 93±1.63 benzo(apyrene 112±1.66 96

17、77;1.68 92±1.59 dibenzo(a,hanthracene 120±1.71 107±1.71 101±1.66 benzo(g,h,iperylene101±1.6996±1.70 92±1.70 圖5 采用Co-Sense 的高效液相色譜系統(tǒng)測(cè)定大氣顆粒物中多環(huán)芳烴(加標(biāo)25ng/mL 色譜圖1: 熒蒽;2: 屈;3: 苯并(b 熒蒽;4: 苯并(k 熒蒽; 5: 苯并(a 芘;6: 二苯并a ,h蒽;7: 苯并g ,h ,i芘2.4 實(shí)際檢測(cè)大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的濃度大氣顆粒物樣品是通過(guò)大氣顆粒物采樣儀

18、采集在石英濾膜上,采樣地點(diǎn)設(shè)在中科院生態(tài)環(huán)境研究中心綜合樓樓頂,采集時(shí)間24小時(shí),抽氣氣流總量998.7m3,此張濾膜采集大氣顆粒物0.25075g,用乙腈溶劑提取,利用Co-Sense 系統(tǒng)進(jìn)行在線富集、HPLC 分離、熒光檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)七種多環(huán)芳烴在大氣顆粒物中的含量,重復(fù)進(jìn)樣四次,每次進(jìn)樣1mL,結(jié)果見(jiàn)圖6和表5。七種PAHs 被檢測(cè),其濃度范圍0.664.46g/g。結(jié)果表明,此方法適合于對(duì)大氣顆粒物樣品中的多環(huán)芳烴的檢測(cè)。并且,此方法檢測(cè)大氣顆粒物中的多環(huán)芳烴,樣品富集只需15分鐘,而且不需人工的樣品轉(zhuǎn)移,操作全部由儀器完成,這就為實(shí)現(xiàn)全程在線快速檢測(cè)大氣顆物中的多環(huán)芳烴提供了可能性。

19、在我們以后的實(shí)驗(yàn)中將繼續(xù)優(yōu)化方法條件,提高樣品的處理分析效率及效果,進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣中多環(huán)芳烴的污染作貢獻(xiàn)。(b圖6 采用Co-Sense 的高效液相色譜系統(tǒng)測(cè)定大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的色譜圖進(jìn)樣量1mL ,七種多環(huán)芳烴1: 熒蒽;2: 屈;3: 苯并(b熒蒽;4: 苯并(k熒蒽; 5: 苯并(a芘;6: 二苯并a,h蒽;7: 苯并g,h,i芘表5 七種多環(huán)芳烴在大氣顆粒物中及大氣中的濃度PAHsConcentration in atmospheric particulates g/gConcentration in atmosphereng/m 3fluoranthene 0.66 0.17 chrysene 1.26 0.32 benzo(bfluoran