多环芳烃的检测

sdlzkw007

2012/12/24

私聊

凝胶色谱（GPC）

GCMS分析塑料和橡胶制品中的多环芳烃

摘要：

新型的Agilent J&W DB-EUPAH 气相色谱柱是用于分离多环芳烃的专用色谱柱，本文采用此专用柱建立了对塑料和橡胶制品中 20种多环芳烃进行监测的GC/MS方法；其中20种多环芳烃包括 EPA要求监测的16种PAHs和欧盟要求监测的苯并（j）荧蒽, 苯并（e）芘， 1-甲基萘和2-甲基萘。为了确保结果的准确性,还在样品中添加了5个氘代多环芳烃（Naphthalene-d8, Acenaphthene-d10, Phenanthrene-d10, Chrysene-d12和Perylene-d12）和p-Terphenyl-d14作为内标和指示物标样。所有化合物在DB-EUPAH色谱柱上都获得良好的分离，方法可靠，分析时间短，符合法规要求。

前言：

　多环芳烃(简称PAH) 是指两个或两个以上苯环以稠环形式相连的一类化合物,通常存在于焦油、炼油、润滑油、防锈油、橡胶、塑料制品等石化产品中。多环芳烃脂溶性高, 不易降解且易在生物体内积累, 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， 2] 。美国环保总署(EPA) 1979 年确定了16 种PAHs 作为首选监测污染物；2010年1月1日起生效的欧洲议会及欧盟理事会发布的2005/ 69/ EC 指令主要针对轮胎和添加油中的PAHs 作出规定 , 该规定要求苯并芘（BaP）含量应低于1 mg/kg，同时8种 PAHs（苯并（a）芘（BaP）, 苯并（e）芘（BeP）,苯并（a）蒽（BaA）,屈（CHR）,苯并（b）荧蒽（BbFA）,苯并（j）荧蒽（BjFA）,苯并（k）荧蒽（BkFA）,二苯并（a,h）蒽（DBAhA）总含量应低于10 mg/kg。橡胶和塑料加工过程中需要加入大量的添加剂，包括防老剂，粘合增进剂等，例如PAHs主要作为软化剂被加入橡胶。目前，关于土壤、水和食品类样品中多环芳烃的检测已有大量报道，但橡胶和塑料制品样品基质复杂，其中测定多环芳烃的文献报道不多。

目前，Agilent 根据欧盟委员会（EU）建议监测的15+1种多环芳烃而专门设计了一款气相色谱柱—DB- EUPAH。该色谱柱不仅具有优异的热稳定性、超低柱流失和极佳的惰性，而且每根Agilent J&W DB-EUPAH 气相色谱柱测试都要采用行业里最严格的标样包括多环芳烃中难分物质对进行测试[3] , 如该柱能基线分离常规气相分析柱很难分离的苯并[b，K型，J] 荧蒽三个同分异构体即：苯并（b）荧蒽（BbFA）,苯并（j）荧蒽（BjFA）和苯并（k）荧蒽（BkFA），保证每一根DB-EUPAH色谱柱都能达到法规的要求，具有最好的分离能力和重现性。但在以往橡胶或塑料中的PAHs实际测试里，往往只测定美国环保总署(EPA)规定的16 种PAHs，但欧盟规定监测的PAHs与EPA的有所不同。本工作采用Agilent J&W DB-EUPAH 气相色谱柱，利用气相色谱-质谱联用法建立了橡胶或塑料中20种多环芳烃的分析检测方法，其中包括16种EPA规定监测的PAHs和欧盟要求监测的苯并（j）荧蒽, 苯并（e）芘， 1-甲基萘和2-甲基萘。为了确保结果的准确性,还在样品中还添加了5个氘代多环芳烃（Naphthalene-d8, Acenaphthene-d10, Phenanthrene-d10, Chrysene-d12和Perylene-d12）和p-Terphenyl-d14作为内标和指示物标样。所有化合物在DB-EUPAH色谱柱上都获得了良好的分离，方法可靠，分析时间短，符合法规要求。

实验部分

样品制备和提取

按照ZLS standard ZEK 01.2-08方法提取样品。称取 500 mg剪碎的样品用于萃取，加入20 ml 混有内标化合物的甲苯溶液，在60℃下超声水浴萃取1小时，冷却至室温。若橡胶或塑料制品在测定过程中存在基质干扰问题，萃取液可采用固相萃取柱如Florisil净化浓缩后供定性定量使用。

色谱条件：

仪器： Agilent 7890\ 5975 MSD系统,带有7683自动进样器。

色谱柱：Agilent J&W DB- EUPAH，20 m x 0.18 mm x 0.14 µm，（p/n 121-9627）

载气：氦气，52cm/s，恒流模式

进样口：不分流模式，290 ºC，吹扫开始时间为0.75分钟，吹扫流量为50 ml/min

柱箱温度：120 ºC保持 1分钟，以8º C/min升至200 ºC，再以11º C/min升至270 ºC，最后以 2º C/min升至300 ºC；后运行：320ºC 保持 5 min

进样量：1ul

检测器：MSD, 290 ° C传输线

电离方式: EI

离子源温度：250 °C，四极杆温度： 180 °C，，

扫描模式：SCAN/SIM,扫描范围：50- 450amu

结果与讨论
图1是多环芳烃标准样品和内标物质的总离子流色谱图和选择离子色谱图。在这些化合物中，有不少同分异构体物质对的定性定量的离子都相同，只有分离好才能实现测量结果准确。由色谱图可见，这些化合物在Agilent J&W DB-EUPAH 气相色谱柱上分离情况良好。图2显示了一些难分物质对的提取离子色谱图。由图2可见，这些难分物质对基本实现基线分离。EPA关注的m/z为178的菲和蒽，分离度达到 1.80，实现基线分离，可准确定量。而苯并（二）荧蒽，苯并（k）荧蒽，苯并（十）荧蒽，苯并（五）芘，苯并（a）芘这五个化合物互为同分异构体，定量离子都是252，其中苯并(a)芘，2005/ 69/ EC要求含量应低于1 mg/kg，与它最临近的化合物是苯并(e)芘，本实验条件下，分离度达 2.82，完全分离不受干扰。这5个同分异构体中，苯并(b，j，k)荧蒽是最难分离，苯并(b)荧蒽和苯并(j)荧蒽在常用的色谱柱如DB-5ms上都是以一个色谱峰出现，采用本方法，这两个物质的分离度是1.41，基本满足定量要求。若延长分析
时间，可以实现基线分离。在Agilent J&W DB-EUPAH 气相色谱柱的性能测试报告里也可以看到这两个物质能实现基线分离，每一支DB-EUPAH色谱柱都要采用EPA和EU法规中重点关注的难分离多环芳烃物质来对色谱柱的性能进行测试，但综合考虑分析时间和分离度，由于若满足基线分离分析时间则要多增加10分钟，所以采用本实验方法。

图1 多环芳烃标准样品的色谱图，A：总离子流色谱图 B：选择离子色谱图

图2. 多环芳烃中难分物质对的提取离子色谱图

在本方法所确定的实验条件下，将多环芳烃化合物标准溶液配制成5ppb、50ppb、100ppb、250ppb和500ppb标准溶液系列，内标物质浓度为500ppb,多环芳烃化合物的浓度与响应值有良好的线性关系，相关系数为0.9983-0.9999。以3倍信噪比方法定量检出限为，并分别对塑料制品和橡胶制品采用样品加标的方式进行多环芳烃的回收率实验，添加水平为100ppb，按照ZLS standard ZEK 01.2-08方法处理样品，用内标法定量，100ppb的多环芳烃在塑料制品和橡胶制品中均获得良好的加样回收率，范围是73.5-124.5%。

表1. 多环芳烃工作曲线的线性回归方程和相关系数

Table 1. The regression equations and correlation coefficient of PAHs

Compound		Range of linearity (ppb)	Correlation coefficient (R2)
1	Naphthalene	5-500	0.9997
2	2-Methylnaphthalene	5-500	0.9999
3	1-Methylnaphthalene	5-500	0.9998
4	Acenaphthylene	5-500	0.9996
5	Acenaphthene	5-500	0.9999
6	Fluorene	5-500	0.9994
7	Phenanthrene	5-500	0.9999
8	Anthracene	5-500	0.9992
9	Fluoranthene	5-500	0.9990
10	Pyrene	5-500	0.9996
11	Benzo[a]anthracene	5-500	0.9985
12	Chrysene	5-500	0.9998
13	Benzofluoranthene	5-500	0.9998
14	Benzo[j]fluoranthene	5-500	0.9983
15	Benzo[k]fluoranthene	5-500	0.9990
16	Benzo[e]pyrene	5-500	0.9992
17	Benzo[a]pyrene	5-500	0.9997
18	Indeno[1,2,3-c,d]pyrene	5-500	0.9989
19	Dibenzo[a,h]anthracene	5-500	0.9989
20	Benzo[g,h,i]perylene	5-500	0.9993

表2. 多环芳烃加样回收率结果

Table 2. Recovery of PAHs in substantial plastic sample and rubble sample

化合物名称（NAME)	理论加标（ppb）	回收率(%) 塑料制品	回收率(%) 橡胶制品
Naphthalene	100	101.99	106.7
2- Methylnaphthalene	100	93.3	95.7
1- Methylnaphthalene	100	91.22	92.6
Acenaphthylene	100	111.32	120.8
Acenaphthene	100	98.45	109.0
Fluorene	100	107.66	114.6
Phenanthrene	100	92.54	109.1
Anthracene	100	106	110.8
Fluoranthene	100	121.93	119.4
Pyrene	100	111.62	104.0
Benzo[a] anthracene	100	132.61	124.5
Chrysene	100	107.67	95.9
Benzo fluoranthene	100	123.18	114.6
Benzo[j] fluoranthene	100	103.02	118.9
Benzo[k] fluoranthene	100	91.13	88.8
Benzo[e] pyrene	100	90.8	92.3
Benzo[a] pyrene	100	106.58	119.2
Indeno [1,2,3-c,d]pyrene	100	73.56	79.9
Dibenzo [a,h]anthracene	100	80.47	89.9
Benzo [g,h,i]perylene	100	76.45	73.5