水中多环芳烃检测方案(气相色谱仪)

智能文字提取功能测试中

2 4.总结 CSR-GC-MS测定环境水体中的18种多环芳烃 秦玉荣余翀天梁立娜赛默飞世尔科技(中国)有限公司 摘要 本文采用 GCMS结合同时溶剂浓缩(CSR)大体积不分流进样技术，建立了高效、灵敏测定环境水体中 18 种 PAHs 的检测方法。对环境水体样品，在前处理方面，采用较少的样品量(20ml水样)，优化了提取溶剂种类、用量等参数，并确定以含多环芳烃内标的0.5ml 环己烷做溶剂作为最佳是取条件；在分析测定方面，采用 GCMS 进行分析，通过在分析柱与分流不分流进样口间串接5m×0.53mm 预柱的方式，使得进样体积高达50uL， 以提高对多环芳烃的检测灵敏度。实验结果表明：：1)使用大体积不分流进样技术，进样体积为 50ul时，对各多环芳烃的检测相比传统不分流进样1ul，灵灵度提高了近50倍；2)18种多环芳烃在0.1-10 pg/L的范围内，线性相关系数大于0.9992、精密度小于4.5%(n=8)，对实际水样，加标5ng/L的回收率为63.5%-119.5%、加标25ng/L以及 50ng/L水平下的加标回收率为76.2-119.5%。同时以三倍信信比计算，各组分方法检出限(MDL) 为0.010- 0.068 ng/L。总体来看，采用CSR-GCMS 对水体中多环芳烃的分析能够大大减少前处理过程中对样品浓缩的时间耗费，并避免低沸点多环芳烃的损失，是一种非常灵敏、高效的检测方法。 1.简介 多环芳香烃(简称 PAHs) 是指两个或两个以上苯环以稠环形式相连组成的一类碳氢化合物，其脂溶性高，不易降解且容易在生物体内积累，具有致癌、致畸和致突变的作用，对人类健康和生态环境具有巨大的潜在危害1-3.近些年来，多环芳烃的长期累积对我们的生存环境及人体健康产生了较大的威胁，特别是环境水体中的多环芳烃。但是，环境水体中多环芳烃的浓度较低，导致对其中多环芳烃的准确鉴定及测定具有非常大的挑战。此外，GB5749-2006生活饮用水卫生标准规定多环芳烃总量限值2000ng/L， GB3838-2002地表水环境质量标准规定苯并芘限值 2.8ng/L， GB3097-1997 海水水质标准规定苯并芘限值2.5ng/L。 近年来，针对多环芳烃的检测，有许多研究者开发了系列不同的前处理技术，来对水中的多环芳烃进行富集以达到仪器对其的准确检测水平，比如液液萃取(LLE)、液液微萃取 (LLME)5-7、固相萃取(SPE)、吸附搅拌棒萃取 (SBSE)以及固相微萃取等技术。其中液液萃取以及固相萃取是被广泛采用的萃取富集技术，尽管固相萃取具有较高的富集倍数，但是步骤繁琐耗时，使其应用效率低；相比来讲，液液萃取耗时短，但需要大量的有机溶剂消耗且在萃取后还需进行溶剂浓缩已达到仪器的检测要求，且在溶剂浓缩的过程中会导致部分低沸点化合物的损失。对此，，可采用大体积进样技术，通过提高样品的进样量来提高对多环芳烃检测的灵敏度，不进行样品浓缩，而达到与传统进样方式需要浓缩样品测定多环芳烃时相同的灵敏度，从而简化样品前处理步骤并避免部分低沸点物质在浓缩过程中的损失。 当前，程序升温大体积进样技术以及冷柱头进样技术是目前应用最多的两种大体积进样技术。其中，程序升温 大体积进样技术，可以在略高于溶剂沸点的温度下将溶剂分流出衬管，然后快速升温将目标物汽化转移到色谱柱进行分离。在这一过程中，对于一些低沸点的化合物会随着溶剂的分流而损失，并最终导致其检测灵敏度低的结果；冷柱头进样技术在进样的过程中通过保留预柱以及保留间隙柱结合溶剂释放阀的功能作用，J7可以避免低沸点组分的损失，但是由于大量的样品溶液直接注射进入色谱柱系统，会导致系统的污染受损，体现为系统不耐脏。为了克服上述问题，另一种大体积进样技术- 同时溶剂浓缩进样技术(CSR)通过在衬管和分析柱之间连接一段预柱，其中衬管可以保留高沸点干扰基质，使其不进入色谱柱系统，且预柱可以承载大体积进样的所有溶剂及目标物，然后缓慢蒸发溶剂通过色谱柱到达检测器并放空，比溶剂沸点略高的目标物在溶剂之后到达检测器被检测(见图1)，从而保证了所有沸程的目标组分均由色谱柱分离达到检测器，因此可以保证较高的检测灵敏度。 图1.CSR的操作原理图 鉴于此，本文采用液液萃取方式对水中的多环芳烃进行提取、以 GC-MS结合大体积不分流进样技术，不经浓缩直接进样来高效、灵敏地检测水中痕量多环芳烃的含量。 2.实验材料 2.1仪器与试剂 2.1.1仪器 Trace 1310 GC气相色谱仪(Thermo Fisher Scientific) ；ISO单四级杆质谱仪(Thermo Fisher Scientific) ； TriplusRSH自动进样器(Thermo Scientific)； TG-5MS色谱柱(30mx0.25 mmx0.25 pm) (Thermo Fisher scientific， P/N：260C142P)；大体积不分流套件(内含5mmx0.53um预柱、玻璃两通以及大体积不分流计算软件) (Thermo Fisherscientific， P/N：19050725)。 2.1.2试剂 18种多环芳芳标准品混标：1mL浓度 2000ug/mL(溶剂二氯甲烷：苯=1：1)，美国AccuStandard 公司。(18种 PAHs化合物分别为：分(Naphthalene)/烯(Acenaphthylene)/范(Acenaphthene)/芴 (Fluorene)/ 菲 (Phenanthrene)/ 蒽(Anthracene)/荧蒽(Fluoranthene)/芘 (Pyrene)/苯并[a]蒽(Benzo[a]anthracene)/ 屈(Chrysene)/苯并[b]荧蒽(Benzo[b]fluoranthene)/苯并[k]荧蒽 (Benzo[k]fluoranthene)/苯并[j荧蒽(Benzo[j]fluoranthene)/苯并[e]芘(Benzo[e]pyrene)/苯并[a] ( 芘(Benzo[a]pyrene)/茚并[ 1 ，2，3-cd] 芘(Indeno[1，2，3-cd]pyrene)/ 二苯并 [a，h] 蒽 (Dibenzo[a，h]anthracene)/苯并 [g，h，i] (二萘 嵌苯)(Benzo[g，h，i]perylene))。 ) 5种多环芳烃内标：1mL浓度2000pg/mL(溶剂二氯甲烷： 苯=1：1)，德国 Dr.Ehrenstorfer 公司。 (萘-D8Naphthalene-D8/ 菲 -D10 Phenanthrene-D10/荧 蒽 -D10fluoranthene-D10/ 屈 -D12 Chrysene-D12/苯并[a]芘 -D12Benzo(a)pyrene-D12)。 环己烷： HPLC级， Thermo Fisher scientific。 去离子水： Millipore制备。 2.2标准储备溶液的配制 取适量18种多环芳烃混标用环己烷稀释至浓度为10pg/ml待用。取适量5种多环芳烃内标用环己烷稀释至浓度为1ug/ml待用。 工作曲线溶液：分别取18种多环芳烃混标及5种内标适量用环己烷稀释至浓度为0.1、0.5、1、2、5、10ug/L(其中内标浓度为2pug/L)系列点，供GC-MS分析。 2.3样品前处理 取20mL 水样于25mL玻璃瓶中，添加0.5mL 浓度为 2ug/L的内标溶液。加入2.0g氯化钠，涡旋30s， 旋 6000rpm 的离心机中离心1min， 取上层有机相于 GC-MS 分析。 2.4样品加标 取20mL去离子水于25mL玻璃瓶中，添加适量标准品使各化合物浓度分别为3个水平 5.0ng/L， 25.0ng/L， 50.0ng/L，采用2.3步骤进行样品前处理。 2.5仪器条件 到290℃ (10min)；进样口温度290℃，不分流模式，不分流时间9min；载气氦气(纯度≥99.999%)，恒流模式，1.2mL/min。MS条件：离子源：El源；离子源温度300℃；传输线温度280℃；采集模式T-SIM 模式， T-SIM 参数信息见表1。 表1.18种 PAH 及内标的保留时间及特征离子信息 Compounds Retention Time/min Quan Qual1 Qual2 Naphthalene 13.59 128 127 129 d8-naphthalene 13.53 136 135 137 Acenaphthylene 15.87 152 153 154 Acenaphthene 16.13 153 152 154 Fluorene 16.82 165 166 167 d10-phenanthrene 18.41 188 184 187 Phenanthrene 18.44 178 177 179 Anthracene 18.52 178 177 179 Fluoranthene 21.4 202 200 203 d10-fluoranthene 22.04 212 211 213 Pyrene 22.08 202 200 203 Benzo(a)anthracene 26.71 228 226 229 d12-chrysene 26.75 240 236 241 Chrysene 26.89 228 226 229 Benzo(b)fluranthene 32.17 252 250 253 Benzo(j)fluranthene Benzo(k)fluranthene 32.3 252 250 253 Benzo(a)pyrene 33.61 252 250 253 Benzo(e)pyrene 33.87 252 250 253 d12-benzo(a)pyrene 34.28 264 260 265 Indeno(1，2，3-cd)pyrene 40.33 276 274 277 Dibenzo(a，h)anthracene 40.64 278 276 279 Benzo(g，h，i)perylene 41.67 276 274 277 3.1. CSR 大体积进样条件 在分流不分流进样口上实现 CSR大体积进样，需配备大体积进样针，带玻璃棉的不分流衬管及一定规格的预柱。大体积样品以带状液体的状态要快速离开注射器，衬管底部需装少量玻璃棉收集承载样品并辅助汽化，之后在低温预柱上实现溶剂浓缩及样品转移。根据进样量的不同，选择不同的进样针及不同规格的预柱。本实验中，进样针为100pL，预柱为5米×0.53毫米。图1为进样50pL浓度为1pg/L的标准品色谱图，可以看出所有化合物有很强的响应。 3.2.萃取溶剂及溶剂量的选择 本实验选用二氯甲烷、正己烷和环己烷分别提取水中的多环芳烃。取一系列的去离子水样，添加0.1 pg/L的标准品，分别加入二氯甲烷、正己烷、环己烷提取，2500rmp 涡旋 30s，然后离心机6000rmp离心1min，取上层有机相 GC-MS分析。图2为不同溶剂提取多环芳烃的回收率。可以看出，二氯甲烷和环己烷的提取效率相当，均优于正己烷，鉴于二氯甲烷的有毒性，本实验选定环己烷。 此外，本实验还优化了提取溶剂的用量。用环己烷0.5ml、1.0ml、1.5ml、2.0ml，如图3所示，考虑到提取效率及富集程度，选择0.5ml环己烷。 图2.3种不同溶剂提取多环芳烃的回收率 图3.4种不同溶剂量提取多环芳烃的回收率 3.3.定量分析 采用上述方法分别进样分析，考察0.1-10.0 ug/L 浓度范围内的线性，实验结果表明各线性相关系数均大于0.999。结果见表2。该方法前处理富集40倍，进样50pL，整个过程富集2000倍，这大大提高了仪器的灵敏度。基于此，对同一样品连续进样8针， RSD 在0.3-4.5%之间，重复性良好，以3倍信噪比计算该方法检出限(MDL)，各组分检出限在0.010-0.068 ng/L之间。同时，加标5ng/L的回收率为63.5-119.5%、加标25ng/L以及50ng/L的回收率为76.2-119.5%，见表3。以上各数据表明，该仪器方法对环境水体中的多环芳烃体现了较高的灵敏度。 表2.18种多环芳烃的标准曲线、检出限及重复性 Compounds Retention Time/min Linear ranges (ug/L) R² MDL ng/L RSD% (n=8) Naphthalene 13.59 0.1-10 0.9992 0.010 1.3 Acenaphthylene 15.87 0.1-10 0.9999 0.013 0.8 Acenaphthene 16.13 0.1-10 0.9998 0.015 1.6 Fluorene 16.82 0.1-10 0.9999 0.011 0.8 Phenanthrene 18.44 0.1-10 0.9992 0.012 0.3 Anthracene 18.52 0.1-10 1.0000 0.022 0.6 Fluoranthene 21.4 0.1-10 0.9993 0.015 0.6 Pyrene 22.08 0.1-10 0.9997 0.014 0.8 Benzo(a)anthracene 26.71 0.1-10 0.9997 0.017 0.5 Chrysene 26.89 0.1-10 0.9997 0.017 0.6 Benzo(b)fluranthene 32.17 0.1-10 0.9992 0.042 1.9 Benzo(j)fluranthene Benzo(k)fluranthene 32.3 0.1-10 0.9999 0.039 2.7 Benzo(a)pyrene 33.61 0.1-10 1.0000 0.043 2 Benzo(e)pyrene 33.87 0.1-10 0.9998 0.062 2.2 Indeno(1，2，3-cd)pyrene 40.33 0.1-10 0.9998 0.058 4.5 Dibenzo(a，h)anthracene 40.64 0.1-10 0.9998 0.061 4 Benzo(g，h，i)perylene 41.67 0.1-10 0.9999 0.068 4.1 表3.18种多环芳烃的加标回收率 Compounds Retention Time/min Recovery/% Add 0.005ug/L Add 0.025ug/L Add 0.05ug/L Naphthalene 13.59 68.0 113.5 101.8 Acenaphthylene 15.87 69.0 102.1 103.4 Acenaphthene 16.13 64.5 96.7 95.3 Fluorene 16.82 70.5 103.0 101.8 Phenanthrene 18.44 63.5 106.9 105.3 Anthracene 18.52 83.5 111.5 113.6 Fluoranthene 21.40 86.0 113.2 115.1 Pyrene 22.08 90.1 119.1 119.5 Benzo(a)anthracene 26.71 95.1 109.5 111.7 Chrysene 26.89 93.5 107.2 108.6 Benzo(b)fluranthene 32.17 76.0 76.2 87.2 Benzo(j)fluranthene Benzo(k)fluranthene 32.30 75.5 96.1 96.5 Benzo(a)pyrene 33.61 87.5 88.5 92.25 Benzo(e)pyrene 33.87 85.2 93.4 97.3 Indeno(1，2，3-cd)pyrene 40.33 119.5 111.9 114.1 Dibenzo(a，h)anthracene 40.64 115.5 118.9 118.8 Benzo(g，h，i)perylene 41.67 115.5 109.8 113.6 3.4.实际样品分析 本实验实际样品为：自来水、黄浦江水、湖水。结果见表4。在自来水中未检出，但在黄浦江水和湖水中 分别发现多种多环芳烃。其中黄浦江中高浓度的多环芳烃，可能是邮轮船只等排放的。 表4.自来水、黄埔江水及湖水中的多环芳烃含量 Compounds Tip Water ng/L HuangPu River ng/L Lake Water ng/L Naphthalene ND 58.225 19.775 Acenaphthylene ND 3.225 2.75 Acenaphthene ND 5.2 ND Fluorene ND 13.4 3.65 Phenanthrene ND 40.825 10.25 Anthracene ND 3.85 ND Fluoranthene ND 40.35 3.6 Pyrene ND 20.175 ND Benzo(a)anthracene ND 3.5 ND Chrysene ND 6.025 ND Benzo(b)fluranthene ND ND ND Benzo(j)fluranthene Benzo(k)fluranthene ND ND ND Benzo(a)pyrene ND ND ND Benzo(e)pyrene ND ND ND Indeno(1，2，3-cd)pyrene ND ND ND Dibenzo(a，h)anthracene ND ND ND Benzo(g，h，i)perylene ND ND ND 本文采用 Thermo Scientific GC-MS 配合大体积不分流组件，检测环境水中的多环芳烃。在进样体积为 50pL时，体现了较高的灵敏度及较低的检出限，因此可使样品前处理步骤简化，与传统方法相比，大大减少了样品量，减少了溶剂使用量，减少了溶剂浓缩蒸发过程中挥发性多环芳烃的损失，大大减少了前处理带入的误差；更重要的是各组分方法检出限(MDL)在0.010-0.068 ng/L之间，极大满足了 GB5749-2006生活饮用水卫生标准规定多环芳烃总量限值 2000ng/L、GB3838-2002地表水环境质量标准规定苯并定限值 2.8ng/L、GB3097-1997 海水水质标准规定苯并芘限值2.5ng/L的要求。 ( 参考文献 ) ( [1] International Program o n Chemical Safety (IPCS)， World Health Organization， Geneva， 1998. ) ( [2] R.G. Harvey， Polycyclic Aromatic Hydrocarbons， John Wi l ey & Sons， New York，2010. ) ( [3] P . P laza-Bolan o s， A.G. Frenich， J.L.M. Vidal， J . Chromatogr. A1217(2010)6303. ) ( [4] A. Filipkowska， L. Lubecki， G . K owalewska， Anal. Chim. A cta 547 (2005)243. ) ( [5] Mohammad Rezaee， Yaghoub Assadi， Mohammad-Reza Milani Hosseini，Elham Aghaee， F a rdin Ahmadi， Sana Berijani. J o urnal of Chromatography A， 1 116 (2006)1-9 ) ( [6] J . C acho， V. F erreira， P. Fernandez， Anal. Chim. Acta 2 64 (1992) 311. ) ( [7] A bolfazl Saleh， Yadollah Yamini， Mohammad Faraji， MohammadRezaee， Mahnaz Ghambarian， Journal o f Chromatography A ， 1216(2009)6673-6679 ) ( [8] Jiping Ma， Ronghui X iao， Jinhua L i， Junbao Yu， Yanqing Z hang， Lingx i n Chen， Journal of Chromatography A， 1217 ( 2 010) 5 4 62- 5469 ) ( [9] M. Bourdat-Deschamps， J.J . D audin， E. Bar r iuso， J. C hromatogr.A 1 167 ( 2007)143. ) ( [10]Dj. Djozan，Y. Assadi， S. Hosseinzadeh Haddadi， Anal. Chem. 73 (2001)4054 ) ThermoFisherSCIENTIFIC AN_C_GCMS- 本文采用 GCMS 结合同时溶剂浓缩（CSR）大体积不分流进样技术，建立了 高效、灵敏测定环境水体中 18 种 PAHs 的检测方法。对环境水体样品，在前 处理方面，采用较少的样品量（20ml水样），优化了提取溶剂种类、用量等参数， 并确定以含多环芳烃内标的 0.5ml 环己烷做溶剂作为最佳提取条件；在分析 测定方面，采用 GCMS 进行分析，通过在分析柱与分流不分流进样口间串接 5m×0.53mm 预柱的方式，使得进样体积高达 50uL，以提高对多环芳烃的检 测灵敏度。实验结果表明：1）使用大体积不分流进样技术，进样体积为 50ul 时，对各多环芳烃的检测相比传统不分流进样 1ul，灵敏度提高了近 50 倍；2） 18 种多环芳烃在 0.1-10 µg/L 的范围内，线性相关系数大于 0.9992、精密度 小于 4.5%（n=8），对实际水样，加标 5ng/L 的回收率为 63.5%-119.5%、加 标 25ng/L 以及 50ng/L 水平下的加标回收率为 76.2-119.5%。同时以三倍信噪 比计算，各组分方法检出限（MDL）为 0.010- 0.068 ng/L。总体来看，采用 CSR-GCMS 对水体中多环芳烃的分析能够大大减少前处理过程中对样品浓缩 的时间耗费，并避免低沸点多环芳烃的损失，是一种非常灵敏、高效的检测 方法。