直接进样、在线富集、高效液相色谱法测定大气颗-

1、直接进样、在线富集、高效液相色谱法测定大气颗粒物中的多环芳烃王天然a,李月琪b端裕树a,b林金明aa中国科学院生态环境研究中心,环境化学与生态毒理重点实验室,北京 100085b岛津国际贸易(上海有限公司北京分析中心,北京,100020关键词 在线富集;Co-Sense系统,高效液相色谱;大气颗粒物;多环芳烃由于大气颗粒物上聚集了大量有害的重金属、酸性氧化物、有害有机物、细菌病毒等,不但影响大气环境,而且危害人类健康。因而对大气中悬浮的颗粒物的研究是当代环境科学的一个热点课题1。多环芳烃(PAHs是一类广泛存在于环境中,具有“致癌、致畸和致基因突变”的“三致”特征的有机污染物,并且大气中PAH

2、s可与大气中的O3、NOX等反应,生成致癌活性或诱变性更强的化合物23。近年来,国内对大气颗粒物中多环芳烃的研究主要是多环芳烃在颗粒物中的含量、粒径分布及浓度水平、季节变化、来源与贡献等方面,而准确检测其在大气颗粒物中的含量是此类研究的前提和基础。大气颗粒物的采样方式、前处理过程及分析检测方法直接决定检测结果的好坏。由于多环芳烃不稳定性及强挥发性,测定大气颗粒物中多环芳烃的前处理非常重要,也是经常困扰有关研究者的问题45。目前,测定大气颗粒物中多环芳烃的前处理过程的关键是提取和富集。常见的样品提取方法有索氏提取法、真空升华法、超声提取法等,其中超声提取法最常用。浓缩或富集的方法普遍采用氮气吹扫

3、或固相萃取。由于传统的方法需消耗大量的有机溶剂,并且由于多环芳烃不稳定性及强挥发性,样品经多次转移会造成样品部分损失,分析误差较大,且耗时。另外,由于离线手动前处理难以保持操作完全一致,也会造成实验重现性差67。我们首次结合在线富集系统(Co-Sense,利用高效液相色谱(HPLC及荧光检测器系统测定了大气颗粒物中的多环芳烃,此Co-Sense系统实现了HPLC测定大气颗粒物中多环芳烃的直接大体积进样及在线富集,节省了样品处理时间,降低了溶剂的浪费及污染,提高了操作简便性和样品处理效率,为实现全程在线快速检测大气颗物中的多环芳烃提供了一种可行的手段。本文对Co-Sense系统富集及HPLC分离

4、分析大气颗粒物中的多环芳烃作了简要描述;与普通1实验部分1.1仪器与试剂在线富集系统(岛津公司Co-Sense系统,高效液相色谱系统(日本岛津公司, 10mm4.6mm ODS捕集柱(日本岛津公司, 150mm4.6mm ODS分析柱(日本岛津公司, RF-10AXL荧光检测器(日本岛津公司,液相色谱工作站软件为Lcsolution Version 1.21。HV-700F大气颗粒物采样仪(日本柴田公司,七种多环芳烃标样(表1:荧蒽 (fluoranthene;屈(chrysene;苯并(b荧蒽 (benzo(bfluoranthene;苯并(k荧蒽(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均购自Accustandard 公司,实验用水均为Milli-Q纯净水,乙腈,色谱纯(Fisher 公司。表1 七种多环芳烃结构及性质 1.2 标样配制及样品制备七种多环芳烃标准样品均溶解在乙腈溶剂中,分别配制成浓度为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。通过大气颗粒物采样仪获取大气颗粒物样品,采样地点在中科院生态环境研究中心综合楼

6、楼顶,采样时间为2005年9月份,所采集样品置于-25密封保存。测定前,将大气颗粒物样品采集膜放置于乙腈溶剂中浸提10分钟,浸提三次,洗提液收集在容器中。移取1mL提取液,过滤后直接进样,利用在线富集系统富集,高效液相色谱进行分离分析测定。1.3 多环芳烃在线富集分离系统如图1所示8,多环芳烃富集、分离分析流路系统由在线富集系统和高效液相色谱分离分析系统组成。样品在线富集分析系统由样品输送泵、稀释液输送泵、进样器、样品捕集柱、切换阀等、分离分析柱和荧光检测器等基本单元组成。该系统中采用独特的旁路稀释液流路,因为样品溶解于有机溶剂,当大体积进样时,样品有机溶液被输送经过样品捕集柱时,样品易于被强

7、极性有机溶剂带走,而不被保留,样品到达捕集柱之前,样品有机溶液被水稀释后,再流经捕集柱,反相捕集柱保留能力增强,样品流失的问题就得到有效解决【910】 。 (a(b图1 多环芳烃富集(a 及分离分析系统流路图(b 进样器进样后,样品被样品输送泵输送的流动相载动向前,与稀释液混合后到达切换阀,然后经过图1(a所示实线线路流经样品捕集柱,待测组分被捕集,其他组分流入废液瓶。接着,转动切换阀,图1(b所示,样品洗脱流动相将捕集柱中的样品组分洗脱,随流动相到达分离分析柱,样品组分经分离后依次进入检测器被检测。1.4 多环芳烃富集和分离色谱条件采用Co-Sense 系统进行样品富集,高效液相色谱进行分离

8、分析多环芳烃污染物。在Co-Sense 系统中,捕集柱为C18柱4.6 mm×10 mm (日本岛津公司;输送样品流动相为乙腈-水 (10/90,v/v混合液,流速为0.1ml/min;稀释液为纯水,流速为1.9ml/min。进样15分钟后进行阀切换,经洗脱样品流动相乙腈-水(72/28,v/v 混合液洗脱,进入分离分析柱(C18柱,4.6 mm×150 mm(日本岛津公司;流速为1ml/min。柱温为35,荧光检测器波长:激发波长293 nm,发射波长450 nm。2 结果与讨论2.1 采用普通高效液相色谱系统和带有Co-Sense 的高效液相系统测定多环芳烃配制七种浓度

9、的七种多环芳烃混标,分别采用不同进样量,保持每种溶液中多环芳烃的绝对含量相同,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,分别用普通高效液相色谱和带有Co-Sense 的高效液相色谱系统进行测定,求出理论塔板数,结果进行对比。图2给出普通高效液相色谱系统,采用相同的分离分析色谱条件得到的多环芳烃色谱图

10、,进样量在2µL50µL 范围内,峰形保持良好。当进样量增加到100µL 时,峰形明显展宽,柱效明显下降;继续增加进样量至1mL,分离柱完全失去分离能力。而同样的样品采用Co-Sense 系统进行同样测定时,即使进样量达到1mL,溶质仍能得到较好的分离,峰形对称(图3。以荧蒽为溶质,分别计算这两种不同系统的理论塔板数,从图4中可看出,采用普通高效液相色谱,随进样体积增加,理论塔板数急剧下降;而采用Co-Sense 系统,随进样体积增大,理论塔板数基本保持同样的水平。由此可见,采用Co-Sense 系统,有利于实现大体积进样。究其原因,采用普通的高效液相色谱系统测定

11、多环芳烃,由于多环芳烃不溶于水,易溶于有机溶剂,当大体积进样时,极性有机溶剂的洗脱能力较强,反相色谱柱的保留能力减弱,使溶质不被反相色谱柱保留而随流动相流出色谱柱,导致分离能力下降。因而,当大体积进样时,普通高效液相色谱系统不能实现对样品的分离分析,而必须进行样品浓缩或富集,采用小进样体积,并提高灵敏度。而Co-Sense系统能有效解决这个问题,样品在流入分析柱之前,经水相旁路稀释,从而降低溶质载液的极性,增强其在分析柱上的保留能力,提高分析柱的分离能力和柱效。当大体积进样时,仍能对多环芳烃样品进行有效的分离,而且本实验15分钟就可完成样品的在线富集,简化了繁琐的样品富集前处理过程,并减少人为

12、过程造成的样品损失。用带有Co-Sense的高效液相色谱系统,通过对七种多环芳烃标准品混合溶液(10ng/mL五次重复实验考察系统的重现性,见表2。保留时间和峰面积的相对标准偏差均分别<0.03%和<1.75%。 图2 普通高效液相色谱系统测定多环芳烃的色谱图 图3 采用Co-Sense的高效液相色谱系统测定多环芳烃,进样量为1000µL的色谱图1: 荧蒽;2: 屈;3: 苯并(b荧蒽;4: 苯并(k荧蒽;5: 苯并(a芘;6: 二苯并a,h蒽;7: 苯并g,h,i芘 图4普通高效液相色谱系统(A与采用Co-Sense的高效液相色谱系统(B测定多环芳烃的理论塔板数比较图表

13、2PAHs (10ng/mL在Co-sense系统中的分析重现性(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 线性方程和检测限表3 线性方程和线性范围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 方法的准确度和精密度通过对大气颗粒物洗提液三档添加浓度(1、5和25ng/mL的回收率实验,考察了采用Co-Sense 系统的高效液相色谱方法的准确度,其结果见表3,七种多环芳烃的回收率均在85%120%之间。并且通过对七种多环芳烃标准品混合溶液(10ng/mL三次重复实验考察方法的精确度,见表4,保留时间和峰面积的相对标准偏差(RSD%分别均<0.03%和<1.75%。图5给出了典型的样品色谱图,基质成分得到有效去除,从而实现PAHs 的准确定量测定。表4 三种不同浓度PAHs 的准确度和精密

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 图5 采用Co-Sense 的高效液相色谱系统测定大气颗粒物中多环芳烃(加标25ng/mL 色谱图1: 荧蒽;2: 屈;3: 苯并(b 荧蒽;4: 苯并(k 荧蒽; 5: 苯并(a 芘;6: 二苯并a ,h蒽;7: 苯并g ,h ,i芘2.4 实际检测大气颗粒物中多环芳烃的浓度大气颗粒物样品是通过大气颗粒物采样仪

18、采集在石英滤膜上,采样地点设在中科院生态环境研究中心综合楼楼顶,采集时间24小时,抽气气流总量998.7m3,此张滤膜采集大气颗粒物0.25075g,用乙腈溶剂提取,利用Co-Sense 系统进行在线富集、HPLC 分离、荧光检测器来检测七种多环芳烃在大气颗粒物中的含量,重复进样四次,每次进样1mL,结果见图6和表5。七种PAHs 被检测,其浓度范围0.664.46g/g。结果表明,此方法适合于对大气颗粒物样品中的多环芳烃的检测。并且,此方法检测大气颗粒物中的多环芳烃,样品富集只需15分钟,而且不需人工的样品转移,操作全部由仪器完成,这就为实现全程在线快速检测大气颗物中的多环芳烃提供了可能性。

19、在我们以后的实验中将继续优化方法条件,提高样品的处理分析效率及效果,进而为实现实时监测大气中多环芳烃的污染作贡献。(b图6 采用Co-Sense 的高效液相色谱系统测定大气颗粒物中多环芳烃的色谱图进样量1mL ,七种多环芳烃1: 荧蒽;2: 屈;3: 苯并(b荧蒽;4: 苯并(k荧蒽; 5: 苯并(a芘;6: 二苯并a,h蒽;7: 苯并g,h,i芘表5 七种多环芳烃在大气颗粒物中及大气中的浓度PAHsConcentration in atmospheric particulates g/gConcentration in atmosphereng/m 3fluoranthene 0.66 0.17 chrysene 1.26 0.32 benzo(bfluoran