多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不*燃烧时产生的挥发性碳氢化合物,是重要的环境和食品污染物。迄今已发现有200多种PAHs,其中有相当部分具有致癌性,如苯并[a]芘,苯并[a]蒽等。PAHs广泛分布于环境中,可以在我们生活的每一个角落发现,任何有有机物加工、废弃、燃烧或使用的地方都有可能产生多环芳烃。
固相微萃取(Solid Phase Microextraction,SPME)是以熔融石英光导纤维或其他材料作为基体支持物,利用“相似相溶"的原理,在其表面涂渍不同性质的高分子固定相薄层,通过直接浸入或顶空方式,对待测物进行提取、富集、进样和解吸。自1989年发明以来,由于其操作简便、节省溶剂、回收率好的特性,现在已成为样品前处理应用中重要的萃取技术之一,广泛应用于水、土壤、空气等环境样品的分析。
本实验通过全自动固相微萃取模式,采用一种全新的萃取头SPME Arrow,以浸入式提取的方式对水中的16种多环芳烃进行了定量分析,通过测定16种多环芳烃的校准曲线来表现SPME Arrow的萃取性能。
全自动多功能样品制备进样平台:AStation,永利3044浏览器公司;
SPME Arrow老化模块:SPME Fiber Conditioning Module,永利3044浏览器公司;
萃取孵化模块:Agitator Module,永利3044浏览器公司;
加热萃取模块:Heatex Stirrer,永利3044浏览器公司;
SPME Arrow萃取头:PDMS,250μm×20mm,永利3044浏览器公司;
气质联用仪:7890B-5977B气质联用仪,安捷伦公司;
多环芳烃标准使用液:10ng/mL ;
超纯水制备仪:Simplicity,MILLIPORE公司;
丙酮(色谱纯,Fischer 公司)。
取5个20mL顶空进样瓶,分别加入多环芳烃标准使用液10、20、50、400、800μL,加超纯水15mL,另取同样两个顶空瓶进行空白实验,将样品瓶置于AStation样品盘,待检测。
萃取前孵化时间10min,孵化温度35℃;孵化震荡速度500rpm;老化温度280℃,老化时间10min;提取时间30min,提取震荡速度1500rpm,提取温度35℃;解吸时间5min。
图1 SPME Arrow萃取多环芳烃流程
a)色谱柱:HP-5ms 30m*0.25mm*0.25μm;
b)进样口温度:280℃;
c)进样模式:不分流;
d)柱流速:1.0mL/min(恒流);
e)柱箱温度:初始温度80℃,保持2min;以5℃/min升温至180℃,保持5min;以10℃/min升温至290℃,保持9min;
f)四极杆温度:150℃;离子源温度:280℃;传输线温度:280℃;
g)扫描模式:选择离子扫描(SIM)。
16种多环芳烃的保留时间、定量及定性离子见表1。
表1 16种多环芳烃的保留时间、定量及定性离子
序号 | 化合物名称 | 保留时间(min) | 定量/定性离子 |
1 | 萘 | 5.95 | 128/127/129 |
2 | 苊烯 | 8.06 | 152/151/153 |
3 | 苊 | 8.38 | 154/151/153 |
4 | 芴 | 9.43 | 166/165/164 |
5 | 菲 | 12.64 | 178/179/176 |
6 | 蒽 | 12.82 | 178/179/176 |
7 | 荧蒽 | 16.87 | 202/203/200 |
8 | 芘 | 17.52 | 202/203/200 |
9 | 苯并[a]蒽 | 20.93 | 228/226/229 |
10 | 䓛 | 21.02 | 228/226/229 |
11 | 苯并[b]荧蒽 | 23.53 | 252/253/250 |
12 | 苯并[k]荧蒽 | 23.59 | 252/253/250 |
13 | 苯并[a]芘 | 24.31 | 252/253/250 |
14 | 茚苯[1,2,3-c,d]芘 | 27.83 | 276/277/274 |
15 | 二苯并[a,h]蒽 | 27.98 | 278/276/277 |
16 | 苯并[g,h,i]苝 | 29.79 | 276/277/274 |
图2为16种多环芳烃直接进样的色谱图,图3为超纯水空白色谱图,图4为固相微萃取进样谱图,图5为线性重叠图。
图2多环芳烃色谱图
图3空白水色谱图
图4 固相微萃取进样色谱图
图 5 线性重叠色谱图
通过SPME Arrow萃取水中不同浓度的16种多环芳烃,经气质分析得到的线性结果见表2,线性系数为0.9615-0.9998,具体校准曲线见图4-19。
表2 16种多环芳烃线性结果
序号 | 化合物名称 | 线性方程 | 线性系数R2 |
1 | 萘 | y = 5759.9x + 165714 | 0.9972 |
2 | 苊烯 | y = 10242.8x - 34155 | 0.9998 |
3 | 苊 | y = 8726.2x - 32033 | 0.9987 |
4 | 芴 | y =12124.9x - 31044 | 0.9996 |
5 | 菲 | y = 15894.3x - 39665 | 0.9996 |
6 | 蒽 | y = 15678.1x - 185773 | 0.9972 |
7 | 荧蒽 | y = 15348.8x - 114417 | 0.9985 |
8 | 芘 | y = 15320.2x - 130520 | 0.9980 |
9 | 苯并[a]蒽 | y = 6626.8x - 137161 | 0.9781 |
10 | 䓛 | y = 2675.6x - 38200 | 0.9923 |
11 | 苯并[b]荧蒽 | y = 3858.6x - 98361 | 0.9615 |
12 | 苯并[k]荧蒽 | y = 2482.8x - 52733 | 0.9817 |
13 | 苯并[a]芘 | y = 1346.5x - 33986 | 0.9644 |
14 | 茚苯[1,2,3-c,d]芘 | y = 261.58x - 5629 | 0.9724 |
15 | 二苯并[a,h]蒽 | y = 76.90x - 1696.7 | 0.9704 |
16 | 苯并[g,h,i]苝 | y = 132.94x - 2234.6 | 0.9829 |
本方法以全自动多功能样品制备进样平台AStation为基础,通过固相微萃取SPME Arrow对水中的16种多环芳烃进行定量萃取,经气质分析得到16种多环芳烃的线性数据,线性系数为0.9615-0.9998,除了个别几种物质的线性相对低一些以外,其他物质均能得到较好的线性结果,整体结果符合测试需求。
本实验中采用的固相微萃取方法简便,快速,可以实现水中多环芳烃萃取及在线分析的全自动操作,适用于水中痕量多环芳烃物质的检测分析。