超高效液相色谱法检测地下水中苯并(a)芘_李松.pdf

2010 年 12 月 December 2010 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 29，No． 6 675 ～678 收稿日期 2010- 01- 18; 修订日期 2010- 04- 30 基金项目 国土资源地质大调查项目资助 1212010816028 －02 ; 国土资源地质大调查 地下水污染测试技术 研究项目资助 1212010634607 作者简介 李松 1978 － ， 男， 北京市人， 工程师， 分析化学专业。E- mail ccagvip163． com。 通讯作者 饶竹 1962 － ， 女， 四川南充市人， 研究员， 从事环境有机地球化学工作。E- mail raozhu126． com。 文章编号 02545357 2010 06067504 超高效液相色谱法检测地下水中苯并 a 芘 李松，饶竹* 国家地质实验测试中心， 北京100037 摘要 通过对荧光检测器波长、 色谱柱温的选择， 建立了超高效液相色谱测定地下水中苯并 a 芘的简便 方法。采用 Acquity C18色谱柱， 流动相为甲醇， 流速为 0． 40 mL/min， 方法线性范围为 0． 082 ～200 ng/mL， 检出限为 0． 033 ng/mL。在此分析条件下， 苯并 a 芘保留时间仅为 0． 61 min。应用超高效液相色谱法和 高效液相色谱法对地下水中苯并 a 芘的测定结果进行比较， 超高效液相色谱在分析速度、 分辨率和灵敏 性方面， 特别是在节省时间与溶剂消耗上具有显著的理论优势。 关键词 超高效液相色谱法; 地下水; 苯并 a 芘 中图分类号 O657． 72; O625． 1; P641文献标识码 A Determination of Benz a Pyrene in Groundwaters by Ultra Perance Liquid Chromatography LI Song，RAO Zhu* National Research Center for Geoanalysis，Beijing100037，China Abstract A for the determination of benz a pyrene in groundwater by ultra perance liquid chromatography UPLC was developed． Acquity C18column was used for analyte separation with methanol as the mobile phase at a constant flow rate of 0． 40 mL/min． Detection wavelength of the fluorescence detector and column temperature were selected and optimized． The detection limit of the for benz a pyrene was 0． 033 ng/mL with linear range of 0． 082 to 200 ng/mL． The retention time of benz a pyrene was 0． 61 min． The was used in the determination of benz a pyrene in groundwater samples and the result comparison was made with those from high perance liquid chromatography HPLC determination． The results indicate that UPLC provides better perance than HPLC in sensitivity，resolution，efficiency and solvent consumption． Key words ultra perance liquid chromatography; groundwater; benz a pyrene 苯并 a 芘是一种由 5 个苯环组成的性质相对 稳定的多环芳烃类有机化合物， 具有极强的致畸、 致 癌、 致突变性， 是环境监测与评价过程中重要的检测 项目 ［ 1 ］。2005 年， 我国启动了全国地下水调查评价 项目， 苯并 a 芘被列为半挥发性有机污染物必测组 分之一 ［ 2 ］。目前， 苯并 a 芘的检测方法主要有层 析荧光分光光度法、 气相色谱 － 质谱法 GC － MS 、 高效液相色谱法 HPLC 等。荧光分光光度法与 GC －MS法检测苯并 a 芘， 检出限较高， 不利于分 析超低含量地下水样品。HPLC 法检测苯并 a 芘 具有较高灵敏度; 但分析流程相对较长， 且有机试剂 用量相对较大。2004 年， 美国 Waters 公司推出了全 球第一台商业化的 ACQUITY UPLC 超高效液相色 谱系统， 具有超高速度、 超高分离度和超高灵敏度， 576 ChaoXing 近年在生物样品如血浆、 尿样， 中药等领域取得了较 多成果 ［ 3 －13 ］， 而其在地质样品检测应用中的报道或 文献较少。本文通过对超高效液相色谱 UPLC 分 析条件的优化， 建立了地下水中苯并 a 芘快速、 高 灵敏的准确测定方法， 显著提高了样品的分析速度。 对于批量样品的检测， UPLC 可以减少分析周期与溶 剂消耗， 降低检测成本。 1实验部分 1． 1仪器及工作条件 ACQUITY UPLC 超高效液相色谱仪 美国 Waters 公司 ， 其工作条件为 流动相为甲醇， 流速 0． 40 mL/min， 进样量 5 μL， Acquity BEH C18色谱 柱 2． 1 mm 50 mm 1． 7 μm， 美国 Waters 公司 ， 柱温箱 40 ℃， 苯并 a 芘荧光检测器激发波长 λex365 nm， 发射波长 λem405 nm， p － 三联苯荧 光检测器 λex250 nm， λem370 nm。 LC －VP Series 高效液相色谱仪 日本岛津公司 。 LABOROTA － 4003 型旋转蒸发器 德国海道 尔夫公司 ; KL512/509J 型 12 位恒温水浴氮吹仪 北京康林科技有限责任公司 。 1． 2标准溶液和主要试剂 苯并 a 芘 编号 GBW E 080476， 甲醇介质 国家标准物质研究中心 。 p － 三联苯 编号 A054151， 二氯甲烷介质 美 国 Restek 公司 。 正己烷、 丙酮、 甲醇 均为农残级。 NaCl、 无水 Na2SO4 均为优级纯 北京化工 厂 ， 在 600℃马弗炉中灼烧 4 h 后备用。 1． 3实验方法 取 1 L 地下水样品， 选用正己烷液 － 液萃取后 旋转蒸发， 氮气浓缩至小体积。用甲醇换相后定容 至 1． 00 mL 进行 UPLC 仪器分析。分析过程参见 文献［ 2］ 。地下水中苯并 a 芘检测全流程选用 p － 三联苯作为替代物， 在样品预处理前定量加入 样品中， 可以有效监控目标化合物在检测过程中的 损失或沾污， 其添加回收率质量控制区间定义 70 ～130为样品分析过程质量合格 ［14 －15 ］。 2结果与讨论 2． 1荧光检测器的检测波长 苯并 a 芘具有荧光特性， 选用荧光检测器 FLD 检测可以实现比紫外检测器具有更高的灵 敏度。本文根据文献［ 16 －21］ 对荧光检测波长进 行优化。从图 1 可以看出， FLD 在 λex 365 nm、 λem405 nm 处， 苯并 a 芘的响应值最大。 图 1荧光检测器波长的选择 Fig． 1Optimization of the FLD wavelength 2． 2色谱柱的柱温 在传统的色谱理论中， 柱温直接影响分离效能和 分析速度。提高柱温， 溶剂黏度减少， 并增加了溶剂 在固定相中的渗透性， 因此能缩短色谱出峰保留时 间， 增加柱效 图2 的 h1 。为了考察 UPLC 小颗粒色 谱柱随温度递增时其响应强度变化的情况， 文中进行 了苯并 a 芘在柱温分别为 25℃、 30℃、 35℃、 40℃、 45℃、 50℃时的色谱行为实验。从图 2 的 A2可以看 出， UPLC 与传统的 HPLC 有很大不同。应用小颗粒 色谱柱时， UPLC 柱温升高， 苯并 a 芘的响应值与柱 效几乎不改变。故本文选用温度适中的40℃作为最 终的 UPLC 测定苯并 a 芘的分析条件。 图 2色谱柱温的选择 Fig． 2Optimization of the column temperature A1HPLC 测量所得的色谱峰面积; h1HPLC 测量所得的色谱峰 峰高; A2UPLC 测量所得的色谱峰面积; h2UPLC 测量所得的 色谱峰峰高。 676 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2010 年 ChaoXing 2． 3流动相的选择 应用甲醇或乙腈等极性溶剂作为流动相， 分析 地下水中苯并 a 芘结果较好。由于乙腈成本较 高， 且毒性较大， 本文最终选用甲醇作为 UPLC 分 析地下水中苯并 a 芘的流动相。流动相甲醇与 水的分配比例影响分离组分的保留值、 柱效和分离 度。图 3 中， A 为某地下水样品经 100 体积分 数， 下同 的甲醇作为流动相分析所得的色谱图， B 为该样品经甲醇 － 水 体积比 90 ︰ 10 作为流 动相分析所得的色谱图。为了得到较快的分析速 度、 较高的分离度与灵敏度， 最终选定 100 的甲 醇作为检测苯并 a 芘的流动相。 图 3流动相的选择 Fig． 3Selection of the mobile phases 出峰顺 序 1p － 三 联 苯 39． 9 ng/mL ; 2苯 并 a 芘 0．18 ng/mL 。A 图 UPLC 流动相为 100 的甲醇; B 图 UPLC 流 动相为甲醇 － 水 体积比 90 ︰ 10 。 2． 4流动相的流速 柱效与色谱柱中流动相线性流速有关， 使用不 同的流速可以得到不同的柱效。若流动相流量增 加， 色谱峰保留时间减少， 柱效降低， 分离度下降。 本文对 0． 10、 0． 20、 0． 30、 0． 40、 0． 50、 0． 60 mL/min 的流动相流速进行了实验。结果表明， 随着流动相 流速的增加， 同浓度苯并 a 芘的色谱峰面积与峰 高逐渐减少， 色谱峰宽逐渐变窄 见图 4 。经过分 析认为， 0． 10、 0． 20、 0． 30 mL/min 流动相流速虽然 可以得到较高的灵敏度; 但保留时间相对较长， 峰 宽较大， 色谱峰拖尾较严重， 待测组分与基体干扰 组分分离度不能满足分析要求。为了得到较高的 灵敏度以及较短的仪器检测周期， 并考虑相对较低 的柱压工作条件可以延长分离柱寿命， 本文最终选 择流动相的流速为 0． 40 mL/min。 图 4流动相流速的选择 Fig． 4Optimization of flow rate of the mobile phase tR苯并 a 芘色谱峰的保留时间; W苯并 a 芘色谱峰的峰宽; A苯并 a 芘色谱峰的峰面积; h苯并 a 芘色谱峰的峰高。 2． 5超高效液相色谱与高效液相色谱仪性能比较 为了比较 UPLC 与 HPLC 的仪器性能， 分别对 UPLC、 HPLC 进行了实验研究。表 1 为 UPLC 与 HPLC 性能比较。图 5 中， A 为 UPLC － FLD 测定 苯并 a 芘得到的标准色谱图， B 为 HPLC － FLD 测定苯并 a 芘得到的标准色谱图。从表 1 和图 5 看出， UPLC 测定苯并 a 芘的保留时间由传统 HPLC 的 7． 50 min 减少至 0． 61 min， 仪器检出限 LD 由 0． 33 ng/mL 降低至 0． 033 ng/mL， 线性范 围扩大一个数量级。因此， UPLC 表现出的超高 速、 超高灵敏度， 不失为一种快速、 高灵敏检测地下 水中苯并 a 芘的新方法。 表 1UPLC 与 HPLC 检测苯并 a 芘性能比较 Table 1Comparison of analytical results of benz a pyrene using UPLC and HPLC 色谱分离柱 保留时间 tR/min 仪器检出限 LD/ ngmL －1 仪器性能指标 线性范围 ρ/ ngmL －1 相关系数 UPLC， C18键合烷基柱 2．1 mm 50 mm 1．7 μm 0．610．0330．082 ～2000．9995 HPLC， C18键合烷基柱 4．6 mm 250 mm 5 μm 7．500．330．82 ～3000．9995 776 第 6 期李松等 超高效液相色谱法检测地下水中苯并 a 芘第 29 卷 ChaoXing 图 5苯并 a 芘标准溶液色谱图 Fig． 5Chromatograms of benz a pyrene standard solution by UPLC A and HPLC B 出峰顺序 1p － 三联苯 100 ng/mL ; 2苯并 a 芘 20． 6 ng/mL 。A 图为 UPLC － FLD; B 图为 HPLC － FLD。 3结语 通过对荧光检测波长、 柱温、 流动相等分析条 件的优化， 建立了应用 UPLC 快速、 高灵敏检测地 下水中苯并 a 芘的方法。利用 UPLC 技术检测地 下水中的苯并 a 芘， 增加了分析通量， 减少了溶 剂消耗， 仪器检测的灵敏度及分析速度与高效液相 色谱相比， 分别提高了 10 倍和 12 倍， 特别适合大 批量地下水调查样品的快速检测。 4参考文献 ［ 1］饶竹， 李松， 何淼， 苏劲． 高效液相色谱 － 荧光 － 紫外 串联测定土壤中 16 种多环芳烃［J］ ． 分析化学， 2007， 35 7 954 －958． ［ 2］李松， 饶竹， 宋淑玲． 全国地下水调查中12 种半挥发性 必检组分的测定［ J］ ． 岩矿测试， 2008， 27 2 91 －94． ［ 3］Park Daejin，Phapale Prasadb，Jang Injin，Cui Song， Moon Byungjo，Kim Jungeun，Kim Woomi，Hwang Sungkyu，Yoon Youngran． An Improved UPLC for rapid analysis of levofloxacin in human plasma［ J］ ． Chromatographia， 2008， 68 187 －192． ［ 4］Citov I，Havlkov L，Urbnek L，Solichov D， Novkov L，Solich P． Comparison of a novel ultra- peranceliquidchromatographicfor determination of retinol and α- tocopherol in human serum with conventional HPLC using monolithic and particulate columns［J］ ． Analytical and Bioanalytical Chemistry， 2007， 388 675 －681． ［ 5］Ates Z，zden T，zilhan S，Toptan S． Simultaneous determination of carbamazepine and its active metabolite carbamazepine- 10，11- epoxideinhumanplasmaby UPLC［ J］ ． Chromatographia， 2007， 66123 －127． ［ 6］Gven A，爦atir E，Co爧kun M．Determination of ruscogenin in Turkish Ruscus L． species by UPLC［ J］ ． Chromatographia， 2007， 66 141 －145． ［ 7］Zhou Jinhui，Zhao Jing，Yuan Hancheng，Meng Ying， Li Yi，Wu Liming，Xue Xiaofeng．Comparison of UPLC and HPLC for determination of trans- 10- hydroxy- 2- decenoic acid content in royal jelly by ultrasound- assistedextractionwithinternalstandard ［J］ ． Chromatographia， 2007， 66 185 －190． ［ 8］Chauveau Duriot B，Doreau M，Nozire P，Graulet B． Simultaneous quantification of carotenoids，retinol，and tocopherols in forages， bovine plasma， and milk Validation of a novel UPLC ［ J］ ． Analytical and Bioanalytical Chemistry， 2010， 397 777 －790． ［ 9］Wang Yuefei，Wu Bin，Yang Jing，Hu Limin，Su Yanfang，Gao Xiumei． A rapid for the analysis of ten compounds in Psoralea corylifolia L． by UPLC ［ J］ ． Chromatographia， 2009， 70 199 －204． ［ 10］Mariateresa Maldini，Paola Montoro，Ireneusz Kapusta， WieslawOleszek， SoniaPiacente， CosimoPizza． Quantitative analysis of caffeoylquinic acids and styryl- pyrones in Sweetia Panamensis Bark by UPLC［J］ ． Chromatographia， 2009， 701621 －1626． ［ 11］Manabu Nakazono，Yasuyuki Sato，Shigeo Hasegawa， Norimasa Arisuda， Aiko Miyamoto，Kiyoshi Zaitsu． Rapid separation of hydrophobic compounds by UPLC In case of bisindolylmaleimides，indolocarbazoles or fullerene C60 derivatives［ J］ ．Chromatographia， 2009， 70933 －937． ［ 12］ Giedr e Kesiūnait e，Aura Linkeviˇ ciūt e，das Naujalis， AudriusPadarauskas．Matrixsolid- phasedispersion extraction and UPLC determination of Sudan dyes in Chili Powder［ J］ ． Chromatographia， 2009， 701691 －1695． ［ 13］ Wu Ting，Wang Chao，Wang Xing，Xiao Haiqing，Ma Qiang，Zhang Qing． Comparison of UPLC and HPLC for analysis of 12 phthalates［J］ ． Chromatographia， 2008， 68 803 －806． ［ 14］ 李松， 饶竹． 地下水中 12 项半挥发性有机污染物测定 的质量控制［ J］ ． 岩矿测试， 2009， 28 2 157 －160． ［ 15］ 李松， 饶竹， 黄毅， 贾静．正态分布在地下水检测过程质量 控制中的应用 ［ J］ ．岩矿测试， 2010， 295 585 －589． ［ 16］ 曲仪． 液相色谱法测定城市自来水中的苯并 a 芘 ［ J］ ． 气象与环境学报， 2006， 22 6 43 －45． ［ 17］ 黄静． 高效液相色谱法检测水中苯并［a］芘时实验 条件的选择［ J］ ． 新疆有色金属， 2005 4 26 －27． ［ 18］刘丽娟． 高效液相色谱法测定空气中苯并 a 芘 ［ J］ ． 山西化工， 2007， 27 3 38 －40． ［ 19］ 吴润琴， 唐宏兵． HPLC － RF 法快速测定水中苯并 a 芘［ J］ ． 环境监测管理与技术， 2000， 12 4 29 －30． ［ 20］ 黄树辉， 黄长江， 常彦祥， 杨东方， 黄宏． 高效液相色谱 － 紫外、 荧光串联检测法在多环芳烃的分析中的应用 ［ EB/OL］ 2008 －4 －11 ［ 2009 －10 －22］ ． http ∥www． china- pops． net/yjnew_view． Asp id 75． ［ 21］ 寇彦杰． HPLC － FLD 测定多种植物提取物中苯并 a 芘的含量［ J］ ． 华西药学杂志， 2008， 23 2 197 －198． 876 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2010 年 ChaoXing