固相萃取—高效液相色谱法测定水中苯并[a]芘、甲萘威和阿特拉津研究

摘 要:采用固相萃取-高效液相色谱法,以丙酮+二氯甲烷为洗脱剂,甲醇和水为流动相,采用梯度洗脱方法,在紫外检测器(VWD)波长220 nm,荧光检测器激发波长290 nm,发射波长430 nm的条件下,同时测定苯并[a]芘、甲萘威和阿特拉津。苯并[a]芘在0.001-0.1 mg/L、甲萘威和阿特拉津在0.1-10 mg/L范围内线性良好,方法检出限分别为0.0002、0.009、0.009 μg/L。空白水样加标回收率为69.9%~92.3%,RSD为3.3%~5.5%。
关键词:固相萃取;高效液相色谱;苯并[a]芘;甲萘威;阿特拉津
中图分类号:X132 文献标识码:A 文章编号:2095-672X(2018)03-0124-03
DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.072
Abstract: A method was established for determination of benzoapyrene,carbaryl and atrazine in water samples by solid phase extraction(SPE) and high performance liquid chromatograph (HPLC) using methanol-water as the mobile phase with gradient elution and acetone + dichloromethane as eluting solvent. The determination was made both on a ultraviolet detector(VWD) at the wave length of 220 nm and on a fluorescence detector (FLD) at the excitation wave length of 290 nm and emission wave length of 430 nm. The results indicated that the good linear ranges were 0.001-0.1 mg/L for benzoapyrene and 0.1-10 mg/L for carbaryl and atrazine. The determination limits of the method were 0.0002,0.009 and 0.009 μg/L for benzoapyrene, carbaryl and atrazine, respectively. The average recovery rate was 69.9%~92.3%, and the relative standard deviation was 3.3%~5.5%.
Keywards: Solid phase extraction;High performance liquid chromatography;Benzoapyrene;Carbaryl; Atrazine
苯并[a]芘是一類广泛存在于环境中的重要化学污染物,具有致癌、致畸,致突变性。苯并[a]芘具有持久性,能长久的停留在环境中,并在不同介质间相互迁移转化[1]。阿特拉津是目前应用广泛的化学除草剂,其水溶性强,在水中不可降解,进入环境后易污染水资源,有研究表明阿特拉津对水生动植物、两栖类生物、哺乳动物和人类细胞都有不同程度的损害作用[2-3]。甲萘威是一种氨基甲酸酯杀虫剂,因其杀虫谱广和毒性较低,在农业上应用颇广。甲萘威虽属于高效低毒类农药,但由于其具有水溶性,可造成生活用水的污染,长期接触甲萘威,会对人的免疫系统、神经中枢和内分泌系统造成损害。因此,找到一种能准确、快速的检测水环境中的苯并[a]芘、阿特拉津和甲萘威的方法对环境监测工作具有重大的意义。现行国家标准采用不同方法分别对苯并[a]芘、阿特拉津和甲萘威进行检测,本文通过建立固相萃取-高效液相色谱相结合的方法同时测定苯并[a]芘、阿特拉津和甲萘威,减少了三者分开检测的时间和有机溶剂的使用量,减少对环境的二次污染,为地表水环境中同时检测苯并[a]芘、阿特拉津和甲萘威提供了快速、简便的方法。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Agilent 1260系列液相色谱仪/荧光检测器(FLD)/紫外检测器(VWD)/色谱工作站(美国安捷伦公司);C18反相柱:Agilent Eclipse XDB-C18 4.6×150 mm,5 μm;全自动固相萃取仪AUTO SPE-06C(睿科公司),Sep-Park C18固相萃取小柱(500 mg,6 mL,美国沃特斯公司)苯并[a]芘标准溶液(100 mg/L,上海洛柯仪器),甲萘威标准溶液(100 mg/L,上海洛柯仪器),阿特拉津标准溶液(100 mg/L,上海洛柯仪器),二氯甲烷(色谱纯),丙酮(色谱纯),甲醇(色谱纯),氯化钠(优级纯)。
1.2 水样的采集及保存
用棕色磨口玻璃瓶采集水样,采满并加盖密封。样品采集后应避光于4℃以下冷藏,并在7 d内萃取完毕。
1.3 样品的前处理
上样前依次用10 mL二氯甲烷,10 mL甲醇,10 mL超纯水活化C18固相萃取小柱。在1 L水样中加入5 g氯化钠,以5 mL/min的流速上样,上样后用10 mL超纯水进行淋洗,后用高纯氮气吹C18柱40 min,使柱干燥。再用10 mL二氯甲烷分两次,以1 mL/min 的速度洗脱,(或设暂停程序,手动往样品瓶中加入一定量的洗脱剂,清洗瓶壁,再设清洗样品通道程序,以1 mL/min 的速度洗脱),并收集洗脱液。在40℃下氮吹至近干,并加2 mL甲醇转溶,红外定容至1.0 mL待测。
1.4 液相色谱分析条件
梯度洗脱程序:55%甲醇+45%水,保持8 min;以15%甲醇/min的增量至85%甲醇+15%水,保持至出峰完毕。流动相流量:0.8 mL/min;柱温:40 ℃;紫外检测波长(VWD):220 nm,荧光检测波长(FLD):λex为290 nm,λem为430 nm,增益倍数12;进样量为10μm。
2 结果与分析
2.1 色谱条件的优化
2.1.1 检测波长的确定
甲萘威和阿特拉津检测波长参照文献[4]中甲萘威和阿特拉津的紫外检测波长为220 nm,苯并[a]芘检测波长参考文献[5]选择λex为290 nm,λem为430 nm作为荧光检测波长。
2.1.2 流动相的确定
本实验选用的流动相为甲醇和水,通过改变甲醇和水的比例,考察苯并[a]芘、甲萘威、阿特拉津的出峰时间及与样品中干扰物的分离情况。通过试验,在1.4的洗脱程序下,三者的分离效果较好,峰形尖锐。
2.1.3 柱温的优化
改变柱温,对25 ℃、30 ℃、35 ℃及40 ℃4种柱温进行比对试验,通过试验可知,随着温度的升高,三组分的保留时间缩短,峰形也越来越尖锐,峰面积虽有所减小,但并不是很明显,因此选择柱温为40 ℃,见表1。
2.1.4 流速的优化
改变流速,对0.5、0.8、1 mL/min流速进行对比试验,随着流速的增加,保留时间略微缩短,峰面积减小,从保留时间、分离度及峰形上综合考虑,选择最佳流速0.8 mL/min。
在优化好的色谱条件下,分析甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘标样,甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘出峰时间分别为:5.827 min、8.370 min、27.460 min。色谱图见图1。
2.2 固相萃取前处理条件优化
苯并[a]芘的水溶性较差,易于在样品瓶壁及管壁上吸附,其回收率较低,一般需往水样中添加有机溶剂改进剂来提高水质中苯并[a]芘的回收率。史鑫源[6]等研究发现,加入有机改进剂甲醇后,可以大大提高PAHs的回收率,其中甲醇的加入量在10%~20%回收率均较好。通过参考文献及比对试验,本文选用丙酮作为有机改进剂。分别往1 L水样中不添加丙酮、添加10 mL丙酮、添加50 mL丙酮,做比对试验。通过试验发现,当往1 L水样中添加50 mL丙酮时,苯并[a]芘回收率从不添加改进剂时的51.6%,提高到70.6%,但甲萘威及阿特拉津的回收率则从不添加改进剂时的75.5%、76.5%,减少为22.3%、23.1%。这是由于甲萘威、阿特拉津在水中的溶解度相对苯并[a]芘较大,上样时水样中添加的丙酮对两者会有一定的洗脱作用,所以导致两者的回收率大大的降低。故而在水样中添加有机改进剂对于同时萃取甲萘威、阿特拉津及苯并[a]芘不可行。
考虑到苯并[a]芘水溶性差,在样品瓶壁及管壁上吸附,因不能在水样中添加有机改进剂,故而考虑修改固相萃取前处理方法,在氮气吹干C18小柱后,加设暂停程序,手动往样品瓶中加入一定量的洗脱剂,清洗瓶壁,然后设置清洗样品通道程序,以1 mL/min 的速度,通过样品泵将洗脱剂输入C18小柱进行洗脱,并收集到样品收集管中,再进行浓缩和定容。
分别试验10 mL二氯甲烷(分两次)、15 mL二氯甲烷(分三次)和5 mL丙酮+10 mL二氯甲烷(分三次)三种洗脱剂对甲萘威、阿特拉津及苯并[a]芘回收率的影响。从表3中可以看出,用洗脱液来清洗样品瓶壁及管壁,可以大大提高苯并[a]芘回收率,回收率基本可以达到70%。而在二氯甲烷中加入丙酮,甲萘威和阿特拉津的回收率会有较大的提高。这是因为甲萘威和阿特拉津的极性较强,根据相似相溶原理,丙酮能较好的将甲萘威和拉特拉津从C18柱上洗脱下来,因为选用5 mL丙酮+10 mL二氯甲烷作为洗脱剂。
2.3 标准曲线
取甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘标液100 mg/L,用甲醇逐级稀释成甲萘威、阿特拉津浓度为0.1、0.5、1、2、4、8、10 mg/L,苯并[a]芘浓度为0.001、0.005、0.01、0.02、0.04、0.08、0.1 mg/L的混合标准溶液系列,在1.4条件下,以浓度对峰面积绘制标准曲线,得到的线性回归方程见表4。
2.4 方法检出限
在1 L空白水样中加入苯并[a]芘、甲萘威、阿特拉津标准物质各0.8 ng、30 ng、30 ng,按照优化的前处理方法及色谱法重复测定7次,根据文献[7]中方法检出限的计算方法,计算出苯并[a]芘、甲萘威、阿特拉津的检出限分别为0.0002 μg/L、0.009 μg/L、0.009 μg/L。
2.5 方法的回收率和精密度
在1 L空白水样中加入低、中、高3个浓度的混合标准溶液,按照样品处理方法进行测定,对每个浓度的加标样重复测定3次,精密度和准确度良好,回收率与RSD见表5。
2.6 样品实测结果
用上述优化方法检测漳州市五处饮用水源地水样,均未检测出甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘。
3 结论
本文通过实验建立了固相萃取-高效液相色谱同时测定水中甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘的检测方法。通过优化实验,甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘的方法检出限分别为0.009 μg/L、0.009 μg/L、0.0002 μg/L,加标回收率为69.9%~92.3%。该方法改变了以往直接用洗脱剂洗脱目标物的方法,而是先用洗脱剂清洗瓶壁及管壁,再洗脱目标物,大大提高了回收率,又可同时测定甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘,减少了现行标准用不同方法分别检测三者的检测时间,减少了有机溶剂的使用,可作为水环境中甲萘威、阿特拉津和苯并[a]芘检测的常用方法。
参考文献
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[4]贺小敏,葛洪波,李爱民等. 固相萃取-高效液相色谱法测定水中呋喃丹、甲萘威和阿特拉津[J].环境监测管理与技术,2011,23(4):46.
[5]環境保护部. HJ 478-2010 水质 多环芳烃的测定 液液萃取和固相萃取高效液相色谱法[S].北京:中国环境科学出版社,2010.
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[7]环境保护部. HJ 168-2010环境监测 分析方法标准制修订技术导则[S]..北京:中国环境科学出版社,2010.
收稿日期:2018-02-26
作者简介:王少蓉,女,工程师,研究生,研究方向为环境监测。