羅娟娟

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安716000）

多環(huán)芳烴具有兩個或兩個以上的苯環(huán)或雜環(huán)，為石油或者煤炭等化合物在不完全燃燒狀態(tài)下產(chǎn)生的一種碳?xì)浠衔?，具有高毒性、高突變性和致癌性。而柴油作為大多?shù)重型機(jī)械設(shè)備的主要動力，其多環(huán)芳烴含量直接影響污染物的排放總量[1]。根據(jù)現(xiàn)階段國內(nèi)外的調(diào)查報(bào)告可知，目前的多環(huán)芳烴分布范圍極廣，因此，為保證人身健康和自然環(huán)境的綠色發(fā)展，國外將飲用水中多環(huán)芳烴的最大污染物水平定為0.2μg·L-1；而我國的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中提出，要求飲用水中的苯并（a）芘的含量不得超過0.01μg·L-1、多環(huán)芳烴總量不超過0.002mg·L-1[2]。水資源作為人類社會生存與發(fā)展的重要資源，對水質(zhì)量的管理是十分必要的，因此，采用超高效液相色譜法測定柴油中多環(huán)芳烴含量，以此治理由于柴油燃燒后產(chǎn)生的污染物，對于治理水資源、保護(hù)生態(tài)和人類健康具有重要意義[3]。對此，本文提出以下多環(huán)芳烴的測定方法，予以控制多環(huán)芳烴的含量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

LC2030型超高效液相色譜儀（日本島津公司）；DY-7100型熒光檢測器（上海科哲）；自動脫氣四元梯度泵（杭州賽智科技有限公司）；MODEL500型柱溫箱（天津譜祥偉業(yè)），同時(shí)色譜柱為Athena PAHs HPLC Column，為C18反向分析柱，規(guī)格為25cm×4.6mm×5μm[4]；瑞士布琦R-300型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海賢德）；ZX-DC型氮吹儀（杭州瑞誠儀器有限公司）。

HLB固相萃取柱和0．22μm聚醚砜水相針式濾頭。

娃哈哈純凈水；乙腈、正己烷、二氯甲烷，均為分析純，上海安譜科技股份有限公司；NaCl（重慶江川化工有限公司）、無水Na2SO4（上海國藥化學(xué)試劑有限公司），均為優(yōu)級純，利用500℃高溫烘烤1h后冷卻處理，然后分別放置到磨口瓶中密封保存[5]。

1.2 色譜條件

設(shè)置流動相為乙腈和水，進(jìn)樣量為5μL，流速為0.3mL·min-1，柱溫為30℃，按照下列步驟對多環(huán)芳烴PAHs的梯度進(jìn)行洗脫：首先，在初始階段，將水和乙腈的配比設(shè)置為60∶40；當(dāng)測試進(jìn)行10min后，確保二者之間的配比為50∶50；當(dāng)配置進(jìn)行到第15min時(shí)，要求水和乙腈的配比為40∶60；當(dāng)進(jìn)行到第25min時(shí)，要求二者之間的配比為60∶40[6,7]。要求熒光檢測器的發(fā)射波長為430nm（λem）、激發(fā)波長為268nm（λex）。

1.3 制備標(biāo)準(zhǔn)溶液

將一定體積的多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液放置到一個10mL的容量瓶中，通過甲醇將該測定對象溶解并定容至刻度，搖晃均勻后配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)品溶液的濃度分別為500、745、550、688、570及564μg·mL-1[8]。

1.4 制備樣品

將0.2mL的柴油樣品滴入到固相萃取柱的固定相上，待柴油樣品被完全吸附后，利用2mL的正戊烷和0.5mL的二氯甲烷，對該試件進(jìn)行固定相沖洗，通過萃取技術(shù)提取萃取柱吸附的飽和烴。然后，利用2mL的二氯甲烷再次沖洗該固定相，萃取其中被吸附的芳烴[9,10]。最后，氮吹收集好的多環(huán)芳烴溶液，用甲醇將多環(huán)芳烴溶液定容至1mL，得到超高效液相色譜法的測定樣品。

2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 多環(huán)芳烴色譜圖及標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)上述設(shè)置的色譜條件，對制備的多環(huán)芳烴溶液進(jìn)行色譜分析，其總離子流圖見圖1。

圖1 多環(huán)芳烴總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of PAHs

由圖1可知，柴油中的16種多環(huán)芳烴均能達(dá)到基線分離。

2.2 精密度分析

根據(jù)上述內(nèi)容測試測定數(shù)據(jù)的精密度，也就是驗(yàn)證不同數(shù)據(jù)之間的相似性。因此，按照上述準(zhǔn)備的內(nèi)容，不同的溶液濃度共進(jìn)行5次多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量測試，要求測定得到的多環(huán)芳烴濃度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0～4.93%之間，同時(shí)要求保留時(shí)間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0～0.47%范圍內(nèi)，小于5%的測定時(shí)間[11,12]。多環(huán)芳烴含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差測定結(jié)果見表1。

表1 多環(huán)芳烴相對標(biāo)準(zhǔn)偏差測定結(jié)果Tab.1 Relative standard deviation of polycyclic aromatic hydrocarbons

由表1可知，多環(huán)芳烴的保留時(shí)間和濃度值均在預(yù)期的參考范圍之內(nèi)。同時(shí)設(shè)置兩組空白樣品，與其他標(biāo)準(zhǔn)樣品測定同條件進(jìn)行。根據(jù)測試結(jié)果可知，多環(huán)芳烴空白實(shí)驗(yàn)測試中，未檢測出目標(biāo)化合物，可見超高效液相色譜法在測定柴油中的多環(huán)芳烴含量時(shí)是可靠的。

3 多環(huán)芳烴含量測定及結(jié)果分析

3.1 測定條件

據(jù)上述測試結(jié)果，說明制備的樣品溶液、超高效液相色譜法滿足多環(huán)芳烴含量測定要求，因此，優(yōu)化超高效液相色譜法測定條件。已知解吸液種類、樣品流速、解吸液流速、樣品溶液pH值、有機(jī)相含量、樣品體積以及離子強(qiáng)度等參數(shù)均會影響方法的測定結(jié)果，因此，在保證其他因素不變的條件下，按照批次優(yōu)化其中一項(xiàng)因素。實(shí)驗(yàn)選擇1.0μg·g-1的標(biāo)準(zhǔn)品優(yōu)化上述內(nèi)容中提到的因素。首先優(yōu)化解吸液。使用高效液相色譜儀測定樣品時(shí)，采取直接進(jìn)樣的方式進(jìn)行，因此，要求解吸液既能具有強(qiáng)勁的洗脫能力，又要具備良好的色譜，幫助多環(huán)芳烴從柴油中分離出來[13,14]。圖2為不同解吸液對超高效液相色譜法萃取效率的影響結(jié)果。

圖2 解吸液對萃取效率的影響Fig.2 Effect of desorption solution on extraction

由圖2可知，60%的甲醇、甲醇、乙醇和乙腈4種解吸液，均存在不同程度的解吸能力，其中乙腈的解吸能力要略優(yōu)于其他3種解吸液。因此，在測定多環(huán)芳烴含量時(shí)，將乙腈作為解吸液。將樣品溶液的流速設(shè)置為0.15mL·min-1。還要優(yōu)化樣品溶液的體積。將樣品溶液流速按上述測試結(jié)果設(shè)置為0.15mL·min-1，保證其他測試條件不變，得到樣品溶液體積對萃取效率的影響結(jié)果，見圖3。

圖3 樣品溶液體積對萃取效率的影響Fig.3 Influence of sample solution volume on extraction

由圖3可知，當(dāng)樣品溶液體積的值在0.5～3.0mL之內(nèi)時(shí)，隨著樣品體積的增加，萃取柱對多環(huán)芳烴的萃取效率不斷提升。當(dāng)樣品溶液體積為3.0mL時(shí)，沒有實(shí)現(xiàn)萃取平衡，因此，該方法降低了檢出限，由于要考慮實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度和效率，將樣品溶液體積設(shè)置為1.0mL。已知分析物定量吸附和回收測試中，樣品溶液的pH值具有十分重要的影響作用，因此，將磷酸鹽作為基體溶液，選擇0.02mol·L-1的該溶液，調(diào)節(jié)樣品溶液的pH值[15,16]。在2.0～10.0范圍內(nèi)分析樣品溶液pH值對萃取效率的影響。已知隨著樣品溶液pH值的增加，超高效液相色譜法的萃取效率會逐漸下降，因此，為了保證多環(huán)芳烴測定結(jié)果的精確程度，將樣品溶液的pH值控制在6.00。根據(jù)上述4種單因素的測定條件優(yōu)化結(jié)果，測定柴油中的多環(huán)芳烴含量。

3.2 多環(huán)芳烴含量測定質(zhì)量控制

第一步繪制工作曲線，線性擬合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與相應(yīng)峰面積，得到多環(huán)芳烴的線性回歸方程。然后定義被測組分的最低濃度，也就是檢出限，該值可以通過下列公式進(jìn)行計(jì)算獲得：

式中X：檢測限計(jì)算結(jié)果；Z：產(chǎn)生檢測信號時(shí)的噪音；L：超高效液相色譜儀測定多環(huán)芳烴含量時(shí)，檢測器的靈敏度[17]。靈敏度不是一開始就存在的，需要通過下列方程計(jì)算獲得：

式中Y：測定信號的響應(yīng)值；W：進(jìn)樣量。

合并上述計(jì)算公式，得到最終的檢出限計(jì)算結(jié)果。而測定多環(huán)芳烴含量時(shí)，受各類條件試劑的影響，目標(biāo)物的測定結(jié)果可能存在損失或玷污的問題，因此，根據(jù)回收率的計(jì)算結(jié)果，得到準(zhǔn)確的含量值，利用已知的替代物回收率，衡量目標(biāo)物的回收率。因此，選用萘、菲、屈以及二氫苊等氚代化合物代替多環(huán)芳烴，這些物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與多環(huán)芳烴高度相似，經(jīng)過氣相色譜柱分離后，可以將二者之間分離，得到多環(huán)芳烴含量測定結(jié)果[18]。

圖4 為此次提出的測定方法應(yīng)用下，得到的柴油中的多環(huán)芳烴含量測試結(jié)果。

圖4 超高效液相色譜法得到的柴油中的多環(huán)芳烴圖譜Fig.4 Polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in diesel oil obtained by ultra performance liquid chromatography

通過上述計(jì)算，得到16種多環(huán)芳烴的檢測限，見表2。

表2 多環(huán)芳烴檢測限計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of detection limits of PAHs

已知替代化合物氚代苊、氚代菲、氚代屈以及氚代苝的平均回收率分別為107.00%、70.50%、102.80%和87.50%，滿足替代標(biāo)準(zhǔn)回收率70.00%～108%的預(yù)設(shè)要求，以此獲得16種多環(huán)芳烴在柴油中的含量，結(jié)果見表3。

由表3可知，在3次測定下，超高效液相色譜法得到的多環(huán)芳烴含量測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.09%～3.15%之間，滿足預(yù)設(shè)的0.00%～3.55%標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍，可見在調(diào)整部分測定條件后，采用超高效液相色譜法，對柴油中的多環(huán)芳烴含量進(jìn)行測定時(shí)，能夠得到更加精準(zhǔn)的測量結(jié)果。由此可見，此次研究的方法具有實(shí)用性和可靠性。

表3 柴油中的多環(huán)芳烴含量測定結(jié)果Tab.3 Determination results of polycyclic aromatic hydrocarbons in diesel oil

4 結(jié)語

本文提出的測定方法，在充分掌握各項(xiàng)儀器、材料、色譜條件、樣本溶液以及其他必要條件的基礎(chǔ)上，完成了對柴油中多環(huán)芳烴含量的測試。但根據(jù)此次提出的測定過程可以發(fā)現(xiàn)，由于多環(huán)芳烴的類型較多，因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需要準(zhǔn)備大量的測試試劑，容易造成實(shí)驗(yàn)誤差。同時(shí)由于存在影響的單項(xiàng)因素較多，因此，該測定方法的效率還需進(jìn)一步提高。今后的研究工作中，可以研究一個評價(jià)模型，直接計(jì)算出每種因素的影響程度，以優(yōu)化超高效液相色譜法的工作效率。