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加速溶剂萃取—高效液相色谱法同时测定大气颗粒物PM2.5中16种多环芳烃

作者：江阳 刘滔 汪文家 谢碧俊 朱岚 胡彬 孙成均 来源：《中国测试》2015年第06期

摘要：建立大气颗粒物PM2.5中16种优控多环芳烃（PAHs）的加速溶剂萃取一高效液相色谱法同时测定方法。用中流量PM2.5采样器，以玻璃纤维滤纸为滤料，以100 L/min的流速连续采样24h。采样后的玻璃纤维滤纸经正己烷一丙酮（6：4，咖）于加速溶剂萃取仪中提取，提取液浓缩后用乙腈定容，通过C18色谱柱分离，紫外和荧光检测器检测。16种PAHs在0.20～5.00 ug/mL范围内线性相关系数r≥0.9998，检出限为0.002～0.012ug/mL，方法平均回收率为71.3%～96.5%，相对标准差为0.50%～4.8%。该法简便、快速、准确、灵敏，将其应用于成都市3个区域空气颗粒物PM2.5中16种PAHs的测定，结果理想。 关键词：多环芳烃化合物；加速溶剂萃取；PM2.5；高效液相色谱法 文献标志码：A

文章编号：1674-5124（2015）06-0043-04 0 引言

近年来，全国大部分地区都出现雾霾污染天气，使得大气细颗粒物（PM2.5）成为了社会公众普遍关注的问题。2012年，环保部在新发布的GB 3095-2012《环境空气质量标准》中首次增设PM2.5年均、日均浓度限值，可见大气颗粒物污染防治工作受到高度重视。研究表明，大气中的多环芳烃（PAHs）主要集中于细粒子范围，粗粒子中的PAHs含量很少，有70%～90%的PAHs吸附在小于5 um的可吸入颗粒物上。因此，在关注PM2.5的质量浓度的同时，准确测定大气PM2.5中的PAHs浓度，对于准确评价其污染程度、保护人体健康具有重要意义。

目前，多环芳烃化合物的分析方法主要有高效液相色谱法和气相色谱一质谱联用法等，而对于大气颗粒物样品的前处理方法则主要有传统的索氏提取法和超声提取法。加速溶剂萃取（ASE）作为一种较新的样品提取方法应用较少，通过提高温度和增加压力来进行有机溶剂的自动萃取，具有溶剂用量少、操作简单快速、萃取效率高等优点，主要适用于固体或半固体样品的萃取。2013年，在环保部发布的HJ 647——2013《环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定高效液相色谱法》中，推荐采用传统的索氏提取方法，提取时间长达16h，且有机试剂用量较大。高庚申等=采用超声提取，合并两次提取液，提取时间达40 min。因此，本研究建立了加速溶剂萃取-高效液相色谱-紫外和荧光检测器串联检测法同时测定大气颗粒物（PM2.5）中的16种多环芳烃化合物，该法准确可靠，适用于大批量样品的准确快速分析。

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1 实验部分 1.1 试剂

16种PAHs混合标准溶液：萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、屈、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a、h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、苯并[g、h、i]芘，质量浓度均为500 ug/mL，乙腈（色谱纯），正己烷（色谱纯），丙酮（色谱纯），超纯水。

1.2 仪器设备

Agilent 1260液相色谱仪（美国安捷伦公司），配二极管阵列紫外检测器和多波长荧光检测器；CAPCELL PAK C18色谱柱（4.6 mmx250 mmx5 um）；Milli-Q型超纯水仪（美国Millipore公司）；N-EVAP-112氮气吹扫仪（美国Organomation公司）；加速溶剂萃取仪ASE200（美国戴安公司）；TH-150C智能中流量PM2.5采样器（武汉市天虹仪表有限责任公司，切割粒径Da50=（2.5±0.2）um，捕集效率的几何标准差为σg=1.5±0.1），玻璃纤维滤膜（美国Pall公司，直径90 mm）。 1.3 分析条件

色谱柱选用CAPCELL PAK C18色谱柱（4.6 mmX250mmx5 um）；流动相以乙腈作为A相，以超纯水作为B相，梯度洗脱程序为：0～27 min，62%A；27～45 min，

62%A→100%A；45～52min，100%A；随后回到初始流动相比例62%A，平衡10 min；流量为1.20 mL/min；柱温为25℃；进样量为10 uL；检测器为紫外荧光串联检测，其中对荧光检测器设定了波长切换程序（见表1），由于苊烯不具有荧光特性，选择紫外检测波长220 nm进行检测。

1.4 样品采集

分别于2013年11月、12月与2014年1月中旬在成都市不同区域设置3个采样点，连续采样7d，采样流量100 L/min，采样时间24h，同时记录风速、湿度、温度和气压等气象参数。

采样前将玻璃纤维滤膜放人马弗炉中400℃下加热Sh，去除有机物及增加滤膜韧性，冷却后将滤膜放在恒温恒湿箱中平衡24h后用11100 000天平进行称量，采样后再次平衡称量，低温保存，尽快完成多环芳烃提取。 1.5 样品前处理

将采样后的玻璃纤维滤膜尘面向内对折，剪去滤膜边缘无尘部分，将其放人萃取池内进行提取。以正己烷一丙酮混合溶液（6：4，v/v）为溶剂，萃取温度为100℃，压力为1 500 psi

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（1 psl=6.895 kPa），预热时间5 min，静态萃取时间5min，循环1次，淋洗体积20%，N2吹扫60 s。提取完成后，将萃取液经氮吹仪浓缩至1mL以内，再向浓缩液中加入3mL乙腈，浓缩至1mL以下，重复1次，将溶剂完全转换为乙腈，最后准确定容到1.0 mL待测。 2 实验结果与分析 2.1 色谱条件的优化

本研究未选择大多数文献里面采用的PAH专用色谱柱，而使用传统的C18色谱柱，可使绝大部分化合物得到有效分离。参考行业标准HJ 647——2013《气相和颗粒物中多环芳烃的测定高效液相色谱法，流动相选择乙腈作为A相，超纯水作为B相，并对流动相比例做适当调整，以满足分离需要。

参考HJ 647-2013，选择16种PAHs的推荐最佳激发波长和发射波长，同时结合实际分离情况，对荧光检测器设定波长切换程序，尽可能提高检测灵敏度，由于茚并[l，2，3-cd]芘与苯并[g，h，i]芘保留时间相近，无法实现发射波长的切换，因此采用双发射波长同时检测，苯并[g，h，i]芘单独采用500 nm的发射波长。由于苊烯不具有荧光特性，选择紫外检测波长220 nm进行检测。

2.2 加速溶剂萃取条件的优化

考虑到16种多环芳烃分子结构的差异，选择正己烷一丙酮混合溶液作为提取溶剂，并考察了不同比例的正己烷一丙酮混合溶剂（9：1，7：3，6：4，v/v）对16种PAHs提取回收率的影响。如图l所示，采用正己烷一丙酮（9：1，v/v），16种PAHs的提取回收率在23.8%～106.1%，其中萘、苊烯、苊、芴等小分子化合物的回收率较低，随着正己烷比例的降低，这几种化合物的回收率得到明显提高，在采用60%（v/v）的正己烷时，16种PAHs的提取率均在70%以上。综合考虑，最终选择正己烷一丙酮（6：4，v/v）作为提取溶剂。

分别考察不同萃取温度（80，100，120℃）和萃取时间（3，5，7 min）对这16种PAHs提取回收率的影响。结果表明，温度对提取回收率影响不大，因此选择萃取温度为100℃。当萃取时间为3 min时，回收率稍低，5 min时升高，7 min与5 min相比变化不大，故选择萃取时间为5 min。

2.3 方法的线性范围与检出限

用乙腈将16种PAHs的混合标准储备液准确稀释至质量浓度为20.0 ug/mL的混合标准应用液，再分别精密吸取一定量的混合标准应用液，经乙腈定容至1mL，配制成0.20，0.50，1.00，2.50，5.00 ug/mL的混合标准系列应用液，依次进样分析。经荧光和紫外检测的标准色谱图分别见图2和图3。以各待测物的质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，并求得回归方程和相关系数。以3倍基线噪声所对应的待测组分含量计算方法的检出限，结果