1 方法概述
多環芳烴(PAHs)由2個或2個以上苯環以稠環方式相連的化合物,是煤、石油、木材、煙草、有機高分子化合物等有機物不*燃燒時產生的半揮發性碳氫化合物,廣泛存在于環境水體中,是一類典型的持久性有機污染物,具有致癌、致畸變和致突變作用,是水環境重要的監測項目之一。
水中PAHs的前處理方法有液液萃取法、固相萃取法(SPE)和固相微萃取法(SPME)等,但液液萃取法實驗時間長,且需要大量試劑;SPME相較于SPE具有萃取相用量更少、對待測物的選擇性更高、溶質更易洗脫,在一些突發情況下能夠作為一種快速有效的前處理方法。Mars-400 Plus便攜式GC-MS體積小、分析速度快且可單人背負,將SPME技術與GC-MS相結合,能在zui短時間內對水污染突發事故、大氣污染突發事故或食品安全事故等進行快速分析檢測,及時采取應對措施。
因此本文采取SPME前處理方法,建立了便攜式GC-MS分析水中的萘、苊烯和苊等8種多環芳烴的分析方法。
2 主要儀器與試劑
2.1 儀器
Mars-400 Plus便攜式氣相色譜質譜聯用儀,聚光科技(杭州)股份有限公司(以下簡稱“聚光科技”);
LTM DB-5ms 快速氣相色譜柱(5 m×0.1 mm×0.4 μm);
SPME綜合前處理裝置:聚光科技;
2.2 試劑
標準樣品:濃度2000mg/L的8種多環芳烴標樣
2.3 材料
微量移液器(10 μL);
微量移液器(100 μL);
微量移液器(1000 μL);
SPME手柄:購于Supelco公司;
PDMS/DVB萃取頭:65μm,部分交聯,藍色平頭;
載氣:氦氣,純度>99.999%。
3 標準樣品配制
3.1 標準樣品儲備液配制
取50μL 8種多環芳烴的有機物母液于5 ml容量瓶中,以乙腈為溶劑,定容,得到20mg/L的標準樣品儲備液。
3.2 標準系列樣品溶液的配制
取4個40 mL的樣品瓶,分別加入20 mL純凈水,再向各樣品瓶中分別加入0.5 μL、1 μL、2 μL、5 μL的標準樣品儲備液,配制成目標化合物濃度分別為0.5 μg/L、1 μg/L、2 μg/L、5 μg/L的標準系列樣品溶液,放入攪拌子,密封待測。利用固相微萃取技術,由低濃度到高濃度依次萃取和分析,繪制校準曲線。
4 樣品分析
4.1 樣品分析條件
表 1 樣品分析條件
儀器條件 | 參數 | 參數條件 |
色譜條件 | 載氣流速 | 0.3 mL/min |
分流比 | 15:1 | |
進樣口溫度 | 230 °C | |
氣質接口溫度 | 250 °C | |
色譜柱升溫程序 | 60 °C保持0.5min,以20 °C /min升至180 °C,再以20 °C /min升至290 °C保持1min | |
質譜條件 | 掃描范圍 | 4 5u-400 u(full scan) |
離子阱溫度 | 150 °C | |
質譜傳輸線溫度 | 220 °C | |
溶劑延遲 | 3 min | |
SPME綜合前處理裝置分析條件 | 樣品溫度 | 90 °C |
老化溫度 | 250 °C | |
攪拌速度 | 1000 rpm | |
平衡時間 | 5 min | |
老化時間 | 2 min | |
萃取時間 | 20 min |
4.2 樣品分析步驟
(1)打開Mars-400 Plus便攜式GC-MS,并調試穩定;
(2)設定SPME綜合前處理裝置的分析條件,將標準樣品溶液放入SPME綜合前處理裝置的加熱模塊中,預熱和平衡樣品;
(3)將SPME萃取纖維插入老化口,點擊裝置上的老化按鈕,老化纖維2 min;
(4)取樣品溶液,放入樣品瓶座中平衡;
(5)待樣品溶液平衡完成,纖維老化完成后,將SPME插入樣品瓶中,使萃取纖維浸沒至液面下,點擊萃取界面的啟動按鈕,此時磁力攪拌器啟動,進行樣品攪拌萃取;
(6)打開主機的選擇方法界面,選擇固相微萃取進樣方法,設定分析條件,激活方法,萃取完成后,將SPME手柄插入進樣口,運行方法;
(7)按照步驟(2)至(5)從低到高分析標準系列樣品溶液,建立校準曲線。當樣品高低濃度交叉分析時,需在中間插入樣品空白分析,降低殘留影響;
(8)標準樣品分析完成后輸出分析報告,并進行儀器維護。
5 結果與討論
5.1 繪制校準曲線
按照章節4.2的樣品分析方法,從濃度低到濃度高分析標準系列樣品。本試驗采用特征離子定量法進行定量。以樣品濃度作為橫坐標,以樣品特征離子峰面積作為縱坐標,繪制校準曲線曲線(圖1,表2)。
圖 1 水中8種PAHs總離子流圖
注:1-萘;2-苊烯;3-苊;4-芴;5-菲;6-蒽;7-熒蒽;8-嵌二萘
表 2 水中8種PAHs的校準曲線
序號 | 化合物名稱 | CAS NO. | 保留時間/min | 擬合方程 | R | R2 |
1 | 萘 | 91-20-3 | 4.554 | Y=125531.9X+47480.67 | 0.999 | 0.999 |
2 | 苊烯 | 208-96-8 | 6.401 | Y=93052.57X+23815.4 | 0.999 | 0.999 |
3 | 苊 | 83-32-9 | 6.606 | Y=120905.3X+41950.88 | 1.000 | 1.000 |
4 | 芴 | 86-73-7 | 7.206 | Y=75289.82X+32850.97 | 0.999 | 0.999 |
5 | 菲 | 31055 | 8.312 | Y=28588.58X+7298.261 | 0.996 | 0.994 |
6 | 蒽 | 120-12-7 | 8.369 | Y=32334.32X+5507.684 | 0.998 | 0.997 |
7 | 熒蒽 | 206-44-0 | 9.692 | Y=6584.474X+2299.299 | 0.997 | 0.994 |
8 | 嵌二萘 | 129-00-0 | 9.947 | Y=4871.924X+2380.238 | 0.998 | 0.996 |
圖 1是結合SPME進行萃取后,便攜式氣質聯用分析得到的8種PAHs的總離子流圖。表 2為8種PAHs的標準曲線,由表 2可以看出,8種PAHs的標準曲線線性較好,相關系數(R)都在0.99以上。
5.2 方法精密度
分別采用低濃度0.5 μg/L和高濃度2 μg/L的8種多環芳烴標準溶液進行6組平行對照試驗,計算其相對標準偏差,得到方法的精密度。
表 3 水中8種PAHs在濃度為0.5 μg/L的精密度分析結果
序號 | 物質 | CAS NO. | 含量 | RSD/% | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 平均值 | ||||
1 | 萘 | 91-20-3 | 0.589 | 0.478 | 0.589 | 0.427 | 0.488 | 0.346 | 0.486 | 19.38 |
2 | 苊烯 | 208-96-8 | 0.492 | 0.396 | 0.459 | 0.479 | 0.553 | 0.536 | 0.486 | 11.61 |
3 | 苊 | 83-32-9 | 0.456 | 0.312 | 0.361 | 0.451 | 0.464 | 0.481 | 0.421 | 16.18 |
4 | 芴 | 86-73-7 | 0.377 | 0.311 | 0.261 | 0.426 | 0.418 | 0.443 | 0.373 | 19.42 |
5 | 菲 | 85-01-8 | 0.574 | 0.526 | 0.341 | 0.549 | 0.579 | 0.654 | 0.537 | 19.62 |
6 | 蒽 | 120-12-7 | 0.457 | 0.581 | 0.411 | 0.541 | 0.564 | 0.523 | 0.513 | 12.83 |
7 | 熒蒽 | 206-44-0 | 0.523 | 0.409 | 0.322 | 0.486 | 0.329 | 0.434 | 0.417 | 19.58 |
8 | 嵌二萘 | 129-00-0 | 0.557 | 0.371 | 0.391 | 0.428 | 0.374 | 0.386 | 0.418 | 17.04 |
表 4 水中8種PAHs在濃度為2 μg/L的精密度分析結果
序號 | 物質 | CAS NO. | 含量 | RSD/% | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 平均值 | ||||
1 | 萘 | 91-20-3 | 1.740 | 2.241 | 1.572 | 1.583 | 1.436 | 1.590 | 1.694 | 16.83 |
2 | 苊烯 | 208-96-8 | 1.613 | 2.176 | 1.829 | 1.775 | 1.842 | 1.694 | 1.822 | 10.65 |
3 | 苊 | 83-32-9 | 1.777 | 2.261 | 1.927 | 1.848 | 2.025 | 1.795 | 1.939 | 9.41 |
4 | 芴 | 86-73-7 | 1.776 | 2.115 | 2.130 | 2.174 | 2.297 | 1.892 | 2.064 | 9.33 |
5 | 菲 | 85-01-8 | 1.517 | 2.018 | 2.009 | 1.852 | 2.084 | 1.624 | 1.851 | 12.57 |
6 | 蒽 | 120-12-7 | 1.654 | 2.067 | 2.058 | 2.032 | 2.083 | 1.491 | 1.898 | 13.57 |
7 | 熒蒽 | 206-44-0 | 1.500 | 2.069 | 2.252 | 2.256 | 2.549 | 2.045 | 2.112 | 16.58 |
8 | 嵌二萘 | 129-00-0 | 1.675 | 2.158 | 2.599 | 2.166 | 2.621 | 2.255 | 2.246 | 15.49 |
如表 3所示,在濃度為0.5 μg/L時,6組平行試驗得到8種PAHs的相對標準偏差(RSD)在20%以內。如表 4所示,在濃度為2 μg/L時,6組平行試驗得到8種PAHs的相對標準偏差(RSD)在17%以內,精密度良好。
5.3 方法檢出限
檢出限采用0.5 μg/L的標準樣品在設定條件下進樣分析,計算每種物質對應的信噪比,以3倍信噪比(S/N)計算。
表 5 結合SPME分析水中8種PAHs的方法檢出限
序號 | 物質 | CAS NO. | 標準偏差 | 檢出限/μg/L |
1 | 萘 | 91-20-3 | 0.094 | 0.295 |
2 | 苊烯 | 208-96-8 | 0.066 | 0.207 |
3 | 苊 | 83-32-9 | 0.073 | 0.229 |
4 | 芴 | 86-73-7 | 0.071 | 0.223 |
5 | 菲 | 85-01-8 | 0.097 | 0.305 |
6 | 蒽 | 120-12-7 | 0.06 | 0.189 |
7 | 熒蒽 | 206-44-0 | 0.075 | 0.236 |
8 | 嵌二萘 | 129-00-0 | 0.082 | 0.258 |
如表 5所示,8種PAHs的檢出限在0.189~0.305 μg/L之間。
6 總結
采用Mars-400 Plus便攜式GC-MS結合SPME前處理方法分析水中的多環芳烴,其線性相關系數在0.99以上,高濃度和低濃度的RSD也都在20%以內,檢出限也在0.189~0.305 μg/L之間,具有良好的精密度和檢出限。該方法操作簡便、取樣量少、富集效率高、分析速度快,能在較短的時間內對物質進行定性定量分析,適合對于一些應急突發性污染事故進行快速分析,及時反饋。
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