饮用水中超痕量多环芳烃测定方法的优化

王怿婷

(北京市自来水集团有限责任公司水质监测中心，北京 100192)

多环芳烃(PAHs)是一类对人体具有较强的毒性、突变性和致癌性的有机污染物，主要导致胃癌、肺癌和皮肤癌[1]。由于工业上石油、煤等原料的大量使用，PAHs在环境中已广泛存在[2]，也是水体中重点监测的污染物之一。PAHs种类繁多，美国环保署(EPA)将其中的16种PAHs列为优先检测物[3]，中国将其中的7种PAHs列为优先控制污染物[4]。我国的饮用水卫生标准中规定水中苯并[a]芘含量应小于0.01μg/L，多环芳烃总量不得大于2μg/L[5]。水体中的多环芳烃含量为痕量级[6- 7]，因此对于水体中PAHs的富集浓缩和更有效的提高检测灵敏度显得尤为重要。目前水中多环芳烃类物质的前处理主要采用液液萃取、固相萃取法，其分析方法主要有气相色谱法[8]、气相色谱质谱法[9]、高效液相色谱法等[10- 12]，应用最多的是固相萃取-液相色谱法(HPLC)，该方法稳定、适用性广、操作便捷，但对PAHs多种混合物的分析过程较长，不能满足对该污染物的快速筛查和分析。本研究针对荧蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3-cd)芘6种被列为优先控制的PAHs，通过对比常规HPLC测定方法，并优化色谱参数及分离条件，建立了一种更为快速、高效的PAHs超高效液相色谱(UPLC)分析法，更有效地提高了检测灵敏度和精密度，满足实际水样中PAHs的痕量监测要求。

1.1 仪器和试剂

仪器：Waters 2695型液相色谱仪(HPLC)，配2475荧光检测器，色谱柱为PAHs专用柱(4.6mm×150mm，5μm)；
Waters UPLC-H Class超高效液相色谱仪(UPLC)，配FLR荧光检测器，色谱柱为PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)。

试剂及材料：甲醇、乙腈(美国Fisher公司，色谱纯)、二氯甲烷，Milli-Q超纯水；
Waters HLB固相萃取小柱(6mL，200mg)；
6种多环芳烃物质：荧蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、苯并(g，h，i)苝、茚并(1，2，3-cd)芘混合标准溶液(200μg/mL，美国AccuStandard公司)。

1.2 实验方法

1.2.1仪器参数及色谱条件

常规测定(HPLC)色谱条件：Waters 2695-HPLC，检测器为2475荧光，PAHs色谱柱(4.6mm×150mm，5μm)，柱温30℃，流动相为纯甲醇，等度洗脱，流速1mL/min，进样量10μL，荧光检测器波长参数见表1。

表1 HPLC荧光检测器波长参数

快速测定(UPLC)色谱条件：Waters H-Class-UPLC，检测器为FLR荧光，PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)，柱温30℃，进样量5μL，流动相为乙腈、水，梯度洗脱，洗脱条件见表2，荧光检测器波长见表3。

表2 UPLC梯度洗脱条件

表3 UPLC荧光检测器波长参数

1.2.2样品前处理

对于水体中痕量级的多环芳烃，本实验采用固相萃取法富集，将Waters HLB固相萃取小柱依次用二氯甲烷5mL、甲醇5mL、纯水10mL进行充分活化，在1L水样中加入10mL甲醇和5g氯化钠混匀，并以10mL/min的流速进行上样富集，完成后用5%甲醇水溶液清洗杂质，用2mL二氯甲烷洗脱待测物质，3次洗脱后收集洗脱液并吹干，用乙腈定容至1mL待测。

2.1 分析条件探讨

2.1.1色谱柱分析与探讨

分别选取PAHs专用柱(4.6mm×150mm，5μm)和PAHs快速柱(4.6mm×50mm，3μm)进行实验比对，分别按照1.2.1中的常规测定(HPLC)和快速测定(UPLC)的色谱条件洗脱分离，6种多环芳烃分离图谱如图1—2所示，2种测定方法的保留时间对比见表4。结果表明通过PAHs快速柱及UPLC建立的6种PAHs分析法可在7min内完成对混合标准物质的有效分离与测定，大大提高了检测效率，检测进程的缩短也更有利于节约溶剂与标准品、进样量减少、环保性更佳。这主要是由于选择更小粒径的柱子，其填料更加紧密均一，柱效更高、速度更快。需要注意的是PAHs快速柱由于长度只有50mm，洗脱时应采用梯度洗脱，等度洗脱分离效果不佳，洗脱条件见表2。

表4 HPLC与UPLC测定6种PAHs的保留时间比较

图1 6种多环芳烃HPLC荧光色谱图

图2 6种多环芳烃UPLC荧光色谱图

2.1.2荧光波长参数的优化

检测的6种多环芳烃在紫外区也有吸收，但检测灵敏度较低，故本实验选用响应值更高的荧光检测器分析测定。为了使6种PAHs化合物达到更好的灵敏度和分离度，经过反复实验优化，比较了6种多环芳烃物质在不同波长下的出峰时间和灵敏度，最终确立了最佳波长参数，见表1—3。需要说明的是波长参数变动较大时可造成出峰时间和基线漂移、波动较大，因此对于检测波长接近的物质可选用一致的激发与发射波长。另外，相对于其他5种PAHS来说，茚并(1，2，3-cd)芘对于荧光波长参数的变动最为敏感，通过多次实验得出茚并(1，2，3-cd)芘的最佳激发、发射波长分别为294、480nm。

2.2 线性范围与检出限

选用优化后的快速测定PAHs的UPLC法，进行方法的有效性验证。取6种PAHs混合标准物质用甲醇稀释，配制成浓度为1.0、2.5、5.0、10、25、50μg/L的混合标准系列，以浓度为横坐标、峰面积为纵坐标建立标准曲线，其线性范围和回归方程见表5。结果表明，6种PAHs在1～50μg/L范围内线性良好，相关系数均大于0.999，满足日常测定要求。该方法检出限通过公式MDL=t(n-1，0.99)×S得出(式中MDL：方法检出限；
n：添加低浓度样品的平行测定次数；
t：自由度为n-1、置信度为99%时的t分布；
S∶n次平行测定的标准偏差)。故选用浓度为1.0μg/L的标准溶液，平行测定七次，根据上述公式计算出方法检出限，结果见表5，6种多环芳烃化合物的方法检出限(MDL)在0.30～0.70ng/L范围内，适用于水体中PAHs的痕量分析。

表5 6种PAHs的线性范围及检出限

2.3 精密度与准确度

按照提速增效后的UPLC配置PAHs快速柱的实验方法分别对不含此6种PAHs的空白水样进行高低浓度加标回收实验，加标浓度为1.0μg/L和50μg/L，平行测定6次，各物质的精密度和回收率见表6。结果显示高低浓度加标后的回收率为83.3%～94.2%，相对标准偏差(RSD)小于7.2%，该方法的准确度、精密度均能满足水样中6种PAHs的快速痕量分析要求。

表6 6种多环芳烃的加标回收率与精密度

2.4 实际水样测定

该方法经过有效性验证后，选取某市有代表性的几个水厂出水、原水及管网水进行分季度的PAHs监测普查工作，测定结果显示在各批次水样中6种PAHs均未检出。

本研究以6种被列为优先控制的多环芳烃为例，通过选取PAHs快速专用色谱柱，优化实验条件，建立了一套固相萃取-超高效液相色谱法(UPLC)检测水中的PAHs。该方法极大地缩短了分析过程，可在7min内完成6种PAHs的分离与测定，提升了大规模样本的检测通量，方法稳定，线性良好，重现性及灵敏度高，同时由于进样量的减少，更利于节约标准参照物成本、节省溶剂、减少毒性。提速增效后的UPLC方法也是未来色谱分析的发展趋势，其应用前景良好。该法适用于饮用水中PAHs的痕量测定要求，但目前检测种类有限，对于除6种之外的其余多种PAHs的快速测定也是后续优化研究的方向。