1 方法概述
多环芳烃(PAHs)由2个或2个以上苯环以稠环方式相连的化合物,是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不*燃烧时产生的半挥发性碳氢化合物,广泛存在于环境水体中,是一类典型的持久性有机污染物,具有致癌、致畸变和致突变作用,是水环境重要的监测项目之一。
水中PAHs的前处理方法有液液萃取法、固相萃取法(SPE)和固相微萃取法(SPME)等,但液液萃取法实验时间长,且需要大量试剂;SPME相较于SPE具有萃取相用量更少、对待测物的选择性更高、溶质更易洗脱,在一些突发情况下能够作为一种快速有效的前处理方法。Mars-400 Plus便携式GC-MS体积小、分析速度快且可单人背负,将SPME技术与GC-MS相结合,能在zui短时间内对水污染突发事故、大气污染突发事故或食品安全事故等进行快速分析检测,及时采取应对措施。
因此本文采取SPME前处理方法,建立了便携式GC-MS分析水中的萘、苊烯和苊等8种多环芳烃的分析方法。
2 主要仪器与试剂
2.1 仪器
Mars-400 Plus便携式气相色谱质谱联用仪,聚光科技(杭州)股份有限公司(以下简称“聚光科技”);
LTM DB-5ms 快速气相色谱柱(5 m×0.1 mm×0.4 μm);
SPME综合前处理装置:聚光科技;
2.2 试剂
标准样品:浓度2000mg/L的8种多环芳烃标样
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:购于Supelco公司;
PDMS/DVB萃取头:65μm,部分交联,蓝色平头;
载气:氦气,纯度>99.999%。
3 标准样品配制
3.1 标准样品储备液配制
取50μL 8种多环芳烃的有机物母液于5 ml容量瓶中,以乙腈为溶剂,定容,得到20mg/L的标准样品储备液。
3.2 标准系列样品溶液的配制
取4个40 mL的样品瓶,分别加入20 mL纯净水,再向各样品瓶中分别加入0.5 μL、1 μL、2 μL、5 μL的标准样品储备液,配制成目标化合物浓度分别为0.5 μg/L、1 μg/L、2 μg/L、5 μg/L的标准系列样品溶液,放入搅拌子,密封待测。利用固相微萃取技术,由低浓度到高浓度依次萃取和分析,绘制校准曲线。
4 样品分析
4.1 样品分析条件
表 1 样品分析条件
仪器条件 | 参数 | 参数条件 |
色谱条件 | 载气流速 | 0.3 mL/min |
分流比 | 15:1 | |
进样口温度 | 230 °C | |
气质接口温度 | 250 °C | |
色谱柱升温程序 | 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 | |
质谱条件 | 扫描范围 | 4 5u-400 u(full scan) |
离子阱温度 | 150 °C | |
质谱传输线温度 | 220 °C | |
溶剂延迟 | 3 min | |
SPME综合前处理装置分析条件 | 样品温度 | 90 °C |
老化温度 | 250 °C | |
搅拌速度 | 1000 rpm | |
平衡时间 | 5 min | |
老化时间 | 2 min | |
萃取时间 | 20 min |
4.2 样品分析步骤
(1)打开Mars-400 Plus便携式GC-MS,并调试稳定;
(2)设定SPME综合前处理装置的分析条件,将标准样品溶液放入SPME综合前处理装置的加热模块中,预热和平衡样品;
(3)将SPME萃取纤维插入老化口,点击装置上的老化按钮,老化纤维2 min;
(4)取样品溶液,放入样品瓶座中平衡;
(5)待样品溶液平衡完成,纤维老化完成后,将SPME插入样品瓶中,使萃取纤维浸没至液面下,点击萃取界面的启动按钮,此时磁力搅拌器启动,进行样品搅拌萃取;
(6)打开主机的选择方法界面,选择固相微萃取进样方法,设定分析条件,激活方法,萃取完成后,将SPME手柄插入进样口,运行方法;
(7)按照步骤(2)至(5)从低到高分析标准系列样品溶液,建立校准曲线。当样品高低浓度交叉分析时,需在中间插入样品空白分析,降低残留影响;
(8)标准样品分析完成后输出分析报告,并进行仪器维护。
5 结果与讨论
5.1 绘制校准曲线
按照章节4.2的样品分析方法,从浓度低到浓度高分析标准系列样品。本试验采用特征离子定量法进行定量。以样品浓度作为横坐标,以样品特征离子峰面积作为纵坐标,绘制校准曲线曲线(图1,表2)。
图 1 水中8种PAHs总离子流图
注:1-萘;2-苊烯;3-苊;4-芴;5-菲;6-蒽;7-荧蒽;8-嵌二萘
表 2 水中8种PAHs的校准曲线
序号 | 化合物名称 | CAS NO. | 保留时间/min | 拟合方程 | 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 | 荧蒽 | 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 |
图 1是结合SPME进行萃取后,便携式气质联用分析得到的8种PAHs的总离子流图。表 2为8种PAHs的标准曲线,由表 2可以看出,8种PAHs的标准曲线线性较好,相关系数(R)都在0.99以上。
5.2 方法精密度
分别采用低浓度0.5 μg/L和高浓度2 μg/L的8种多环芳烃标准溶液进行6组平行对照试验,计算其相对标准偏差,得到方法的精密度。
表 3 水中8种PAHs在浓度为0.5 μg/L的精密度分析结果
序号 | 物质 | 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 | 荧蒽 | 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种PAHs在浓度为2 μg/L的精密度分析结果
序号 | 物质 | 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 | 荧蒽 | 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,在浓度为0.5 μg/L时,6组平行试验得到8种PAHs的相对标准偏差(RSD)在20%以内。如表 4所示,在浓度为2 μg/L时,6组平行试验得到8种PAHs的相对标准偏差(RSD)在17%以内,精密度良好。
5.3 方法检出限
检出限采用0.5 μg/L的标准样品在设定条件下进样分析,计算每种物质对应的信噪比,以3倍信噪比(S/N)计算。
表 5 结合SPME分析水中8种PAHs的方法检出限
序号 | 物质 | CAS NO. | 标准偏差 | 检出限/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 | 荧蒽 | 206-44-0 | 0.075 | 0.236 |
8 | 嵌二萘 | 129-00-0 | 0.082 | 0.258 |
如表 5所示,8种PAHs的检出限在0.189~0.305 μg/L之间。
6 总结
采用Mars-400 Plus便携式GC-MS结合SPME前处理方法分析水中的多环芳烃,其线性相关系数在0.99以上,高浓度和低浓度的RSD也都在20%以内,检出限也在0.189~0.305 μg/L之间,具有良好的精密度和检出限。该方法操作简便、取样量少、富集效率高、分析速度快,能在较短的时间内对物质进行定性定量分析,适合对于一些应急突发性污染事故进行快速分析,及时反馈。
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