高效液相色谱法测定生活饮用水及水源水中苯并[a]芘的方法优化

作者: 曾梅娟

高效液相色谱法测定生活饮用水及水源水中苯并[a]芘的方法优化0

摘 要:为了使苯并[a]芘的检测更简单高效,本文对氧化铝柱层析-液相色谱法测定苯并[a]芘的方法进行优化,采用液液萃取-液相色谱法对生活饮用水及水源水中的苯并[a]芘进行检测。结果表明,在色谱柱流速为1.00 mL·min-1、流动相甲醇与水的体积比为8.5∶1.5、柱温为30 ℃、进样量为

10.00 μL以及检测波长为激发波长303 nm、发射波长425 nm的色谱条件下,使用液液萃取-高效液相色谱法测定生活饮用水和水源水中苯并[a]芘,检出限、精密度、准确度和加标回收率均能满足《生活饮用水标准检验方法 第8部分:有机物指标》(GB/T 5750.8—2023)的要求。相对于氧化铝柱层析法和固相萃取法,液液萃取法具有操作简单、精密度和正确度高、重复性好等优点,而且可操作性强,适用

范围广。

关键词:高效液相色谱法;苯并[a]芘;液液萃取

Optimization of the Method for the Determination of Benzo[a]pyrene in Drinking Water and Source Water by High Performance Liquid Chromatography

ZENG Meijuan

(Qingyuan Qinghuan Testing Technology Co., Ltd., Qingyuan 511500, China)

Abstract: In order to make the detection of benzo [a] pyrene more simpler and efficient, the method of alumina column chromatoid-liquid chromatography for the determination of benzo [a] pyrene is optimized, the detection of benzo [a] pyrene in drinking water and source water is conducted by liquid liquid extraction chromatography. The results show that under the chromatographic conditions of column flow rate of 1.00 mL·min-1, volume ratio of methanol to water of mobile phase of 8.5∶1.5, column temperature of 30 ℃, injection volume of 10.00 μL and detection wavelength of excitation wavelength of 303 nm and emission wavelength of 425 nm, the detection limit, precision, accuracy and recovery rate of benzo [a] pyrene in drinking water and source water can meet the requirements of GB/T 5750.8—2023. Compared to alumina column chromatography and solid-phase extraction, liquid-liquid extraction has the advantages of simple operation, high precision and accuracy, and good repeatability, stronger operability and wide application range.

Keywords: high performance liquid chromatography; benzo [a] pyrene; liquid-liquid extraction

苯并[a]芘是一种由5个苯环构成的分布广泛、致癌性极强的多环芳烃类化合物。环境中苯并[a]芘的来源多种多样,如煤和石油等化石燃料燃烧、工业废弃物和生活垃圾等燃烧、机动车尾气排放等工业生产和人类活动会释放大量含有苯并[a]芘的废气。苯并[a]芘在环境中具有半挥发性,大部分会吸附在颗粒物上,经自然沉降、雨水冲刷到地面,进而污染土壤和水体。

苯并[a]芘具有较强致癌、致畸、致突变和内分泌干扰等危害性,严重危害人体健康,同时会对微生物菌群造成严重影响[1-3]。所以,我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)[4]和《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[5]都对苯并[a]芘有明确的限值要求。苯并[a]芘在GB 5749—2022中的限值要求是0.01 μg·L-1,在GB 3838—2002中的限值要求是0.002 8 μg·L-1。因此,对生活饮用水和水源水中苯并[a]芘含量的检测变得尤为重要。

目前,检测水中苯并[a]芘的国标方法有高效液相色谱法[6-10]和气相色谱质谱法[11-12]。《生活饮用水标准检验方法 第8部分:有机物指标》

(GB/T 5750.8—2023)[13]中推荐采用的苯并[a]芘检测方法是氧化铝柱层析-液相色谱法和固相萃取-液相色谱法。但是,氧化铝柱层析法采用常压吸附的富集方式,具有检测时间长、操作步骤烦琐等缺点。固相萃取法因固相萃取仪造价昂贵,进样通道少,不适合大规模样品检测,对实验室硬件要求较高,许多实验室不具备应用该方法的能力。鉴于此,本文采用液液萃取-液相色谱法对生活饮用水及水源水中的苯并[a]芘进行检测。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

安捷伦1260II型液相色谱仪,配备荧光检测器和真空在线脱气装置。睿科平行浓缩仪,型号AutoEVA-20PLUS。安捷伦C18反相色谱柱,型号120EC-C18(4.6 mm×150 mm,4 μm)。青岛顺昕自动液液萃取仪,型号3000型。梨形分液漏斗,规格2 000 mL。具塞锥形瓶,规格150 mL。有机相过滤头,0.22 μm。

1.2 试剂与样品

正己烷(色谱纯)、甲醇(色谱纯)、乙腈(色谱纯),安谱试剂。硫代硫酸钠(分析纯)、氯化钠(分析纯)、无水硫酸钠(分析纯),广州化学试剂。无水硫酸钠在400 ℃下烘烤2 h,冷却后密封待用。

甲醇/二氯甲烷(1∶1)中苯并[a]芘溶液标准样品,生态环境部环境发展中心环境标准样品研究所,编号GSB07-3045-2013,批号445203,浓度100 μg·mL-1。

1.3 实验方法

1.3.1 水样采集与保存

使用棕色玻璃瓶采样,采样瓶必须预先清洗干净并烘干,不能用水样润洗采样瓶,避免吸附样品[14]。水样应完全注满采样瓶,不留气泡。采集生活饮用水时,应在消毒前采集,若有余氯存在,应在每升水样中加入0.5 mL浓度为100 g·L-1的硫代硫酸钠溶液;采集水源水时,应将带盖采样瓶没入水面下,再将盖子打开进行采样。水样应避光在4 ℃下冷藏保存,7 d内进行萃取,14 d内分析完毕。

1.3.2 流动相比例优化

取相同浓度的苯并[a]芘标准溶液,设置流动相甲醇与水的体积比为8.0∶2.0、8.5∶1.5、9.0∶1.0、9.5∶0.5,在流速为1.00 mL·min-1、柱温为30 ℃、进样量为10.00 μL以及检测波长为激发波长303 nm、发射波长425 nm的色谱条件下进行检测,选择最优的流动相比例作为分析条件。

1.3.3 水样前处理

摇匀水样,量取1 000 mL水样于2 000 mL梨形分液漏斗中,加入20 g氯化钠和30 mL正己烷,之后将其置于自动液液萃取仪上萃取5 min,静置分层后收集萃取液于150 mL具塞锥形瓶中,重复萃取3遍,合并萃取液,加入无水硫酸钠至有流动的无水硫酸钠出现,放置30 min,脱水干燥[14]。

转移萃取液于浓缩瓶中,并用正己烷少量多次淋洗具塞锥形瓶,并与萃取液合并,将浓缩瓶置于平行浓缩仪中浓缩至1 mL。向浓缩液中加入5 mL乙腈,再浓缩至1 mL以下,重复3次,最后用乙腈准确定容到1.0 mL,经0.22 μm有机相滤头过滤后上机检测。

1.3.4 标准曲线绘制

用甲醇作为溶剂,将100 μg·mL-1的苯并[a]芘标准溶液逐级稀释成浓度为0.200 μg·L-1、0.500 μg·L-1、1.000 μg·L-1、2.000 μg·L-1、3.000 μg·L-1及5.000 μg·L-1的标准溶液,在优化后的色谱条件下进行检测[3]。

2 结果与分析

2.1 流动相比例优化

不同流动相比例下苯并[a]芘的色谱图见图1,检测结果见表1。从表1可以看出,随着流动相中甲醇比例的增大,苯并[a]芘的保留时间、峰宽和对称因子随之减小,峰高随之增大。峰宽减小时峰高增大,因此峰面积变化不大。可以看出,甲醇比例越小,峰形越好,但出峰时间越长。综合峰形和出峰时间考虑,选择甲醇与水的体积比为8.5∶1.5作为最佳流动相比例。

2.2 标准曲线绘制

以苯并[a]芘的质量浓度x(μg·L-1)为横轴,以峰面积y为纵轴,绘制标准曲线,结果如图2所示。苯并[a]芘标准曲线回归方程为y=1.035x+0.034 90,相关系数r=0.999 5。

2.3 方法检出限测定

按优化后的色谱条件,依据《环境监测分析方法标准制定技术导则》(HJ 168—2020)[15]的规定,对浓度为0.200 μg·L-1的苯并[a]芘标准溶液重复测定7次,按照式(1)计算方法检出限。

MDL=3.143×S(1)

式中:MDL为检出限;S为标准偏差。

因本文样品前处理浓缩倍数为1 000,故实际样品的检出限计算公式为

MDL=3.143×S/1 000       (2)

一般情况下,以4倍检出限作为测定下限[15],测量结果见表2。从表2可以看出,本文方法检出限优于氧化铝柱层析-液相色谱法的检出限1.4 ng·L-1和固相萃取-液相色谱法的检出限2.0 ng·L-1,证明本文方法检出限可以满足GB/T 5750.8—2023的方法检出限要求。

2.4 方法精密度和正确度测定

将100 μg·mL-1的苯并[a]芘标准溶液逐级稀释成浓度为0.200 μg·L-1、2.500 μg·L-1、4.500 μg·L-1的苯并[a]芘标准溶液,均按优化后的色谱条件平行测定6次,分别计算各浓度测定结果的平均值、相对误差、标准偏差和相对标准偏差。从表3可以看出,通过对低、中、高浓度的测定,相对标准偏差在1.7%~3.6%,满足GB/T 5750.8—2023的精密度和正确度要求,证明本文方法精密度好、正确度高。

2.5 加标回收率测定

在1 000 mL清远市江南水厂出厂水和五一码头水源水中分别加入2 μL、20 μL、40 μL的苯并[a]芘标准溶液(100 μg·L-1),配制低、中、高浓度各4份加标水样,采用本文方法进行实际样品检测和加标回收率测试,计算实际样品加标回收率,结果见表4。从表4可以看出,加标回收率在83.2%~95.9%,证明本方法加标回收率较高。

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