乙腈-硫酸铵-水双水相萃取-高效液相色谱法测定地下水中苯并(a)芘和苯并(e)芘_王磊.pdf

2013 年 4 月 April 2013 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 32，No． 2 325 ～329 收稿日期 2012 －09 －20; 接受日期 2012 －12 －06 基金项目 河北省地矿中心实验室技术创新项目 20110302 作者简介 王磊， 工程师， 从事环境样品分析测试工作。E- mail wanglei8812126． com。 通讯作者 刘金巍， 工程师， 从事环境样品分析测试工作。E- mail gcmsd sina． com。 文章编号 02545357 2013 02032505 乙腈 － 硫酸铵 － 水双水相萃取 － 高效液相色谱法测定地下水 中苯并 a 芘和苯并 e 芘 王磊1，安彩秀1，朱裕穗1，肖凡1，刘金巍2* 1． 河北省地矿中心实验室，河北 保定071051; 2． 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定071051 摘要 传统的液液萃取技术主要采用与水不相溶的有机溶剂作萃取剂， 这种异相萃取的传质速率一般较低， 需反复振荡或多次萃取。本文建立了以乙腈 － 硫酸铵 － 水的双水相萃取体系高效液相色谱法测定地下水中 苯并 a 芘和苯并 e 芘的方法， 以密度比水小的乙腈为萃取剂， 将其与水样混合 互溶 获得乙腈 － 水体系， 然后加入硫酸铵， 溶液澄清、 分相后取上层有机相 乙腈 进样分析。考察了萃取剂的选择、 双水相的形成条 件、 离子强度以及 pH 等对测定结果的影响。两种化合物线性范围为 2． 00 ～ 400． 00 ng/mL， 相关系数大于 0． 999。方法检出限为 0． 012 ～ 0． 020 ng/mL， 平均回收率为 94． 6 ～ 97． 3， 相对标准偏差为 1． 3 ～ 2． 5。与传统萃取方法相比， 该方法具有操作流程简单、 快速的特点， 可实现对野外环境水样进行原地样品 前处理。 关键词 地下水; 苯并 a 芘; 苯并 e 芘; 双水相体系; 高效液相色谱法 中图分类号 P641; O657． 71文献标识码 B 苯并 a 芘是一种强致癌物质 ［1 ］， 在 2005 年我 国启动的全国地下水调查评价项目中已被列为半挥 发性有机污染物必测组分之一 ［2 ］。苯并 e 芘是苯 并 a 芘的同系物， 具有潜在的致癌性， 欧盟理事会 第 76/769/EEC 号指令中已有限量规定 ［3 ］。目前地 下水中苯并 a 芘的预富集方法主要有固相萃取、 液液萃取等 ［4 －9 ］， 对苯并 e 芘的研究报道还较少。 双水相萃取 ATPE 是一种近年来迅速发展的绿 色、 高效萃取技术， 具有萃取条件温和、 易于操作和 环境友好等优点 ［10 －11 ］， 已广泛应用于生物、 药物和 金属分离等领域 ［12 －17 ］， 在分析测试领域也有广泛的 应用 ［18 －20 ］。 本文采用乙腈为萃取剂， 通过对无机盐的选择， 研究了双水相的形成条件， 经优化实验参数实现了 高效液相色谱 － 荧光法 HPLC － FLD 对地下水中 苯并 a 芘和苯并 e 芘的测定。通过与液液萃取 LLE 和固相萃取 SPE 方法比较， 该方法在样品 制备过程中快速简单， 使用设备较少， 可避免电力使 用， 萃取富集高效、 简便， 具备在野外实现原地样品 前处理的实际应用潜力。 1实验部分 1． 1仪器及工作条件 1200S 型高压液相色谱仪 美国 Agilent 公司， 配荧光检测器 。工作条件为 以甲醇 － 水为流动 相 体积比 85 ∶ 15 ， 流量为 1． 00 mL/min， 保持 15 min， 进样量 20 μL。荧光检测器激发波长为 290 nm， 发射波长为 430 nm。ZORBAX Eclipse 色谱柱 C18， 150 mm 4． 6 mm， 5 μm 。 1． 2标准和主要试剂 苯并 a 芘标准物质 美国 AccuStandard 公司， 甲醇介质， 浓度为 100 μg/mL ; 苯并 e 芘标准物 质 德国 Dr． Ehrenstorfer 公司， 乙腈介质， 浓度为 100 μg/mL 。 标准溶液的配制 苯并 a 芘、 苯并 e 芘用乙 腈配制成浓度为 2． 0 μg/mL 的单一标准储备溶液。 523 ChaoXing 乙腈、 甲醇 HPLC 级， 百灵威科技有限公司 。 硫酸铵 分析纯， 天津市天大化工实验厂 ; 氯化钠 分析纯， 天津市北方天医化学试剂厂 。 1． 3实验方法 取 40． 0 mL 水样于 50 mL 具塞试管中， 加 3． 0 mL乙腈， 混匀， 加 17． 0 g 硫酸铵振荡， 待乙腈析 出后静置5 min， 取上层乙腈相 约2 mL 上机测定。 2结果与讨论 2． 1萃取剂的选择 能形成双水相的溶剂有甲醇、 丙酮、 聚乙二醇、 乙腈等 ［10， 18 －20 ］， 本文考虑乙腈可使水体中的动植物 蛋白变性而使与之结合的目标化合物进一步分离、 释放 ［11， 14 －16 ］， 同时由于乙腈毒性较低且无需换相可 直接进样， 故采用乙腈作为萃取剂。 2． 2双水相体系中无机盐的选择 双水相的形成是由溶剂和无机盐对水分子竞争 夺取程度不同造成的， 实验研究了磷酸二氢钾、 氯化 钾、 氯化钠、 碳酸钾、 碳酸钠和硫酸铵等 6 种盐的相 分离效果。结果显示， 氯化钾、 氯化钠、 碳酸钾、 硫酸 铵这 4 种盐均能与乙腈形成乙腈 － 无机盐 － 水双水 相， 其他 2 种盐不能形成双水相。为得到最好的相 分离、 最高的萃取率， 分别对 4 种乙腈 － 水 － 盐形成 的双水相体系进行了优化。实验表明， 在乙腈 － 水 混合溶液中加入硫酸铵能形成稳定的双水相体系。 在参考文献［ 21 －22］ 方法基础上， 研究了不同质量 的硫酸铵对 40 mL 水与 3． 0 mL 乙腈混合溶液的双 水相分离及萃取率情况。图 1a 表明， 析出乙腈体积 随加入硫酸铵质量的增加而增多， 在加入 17． 0 g 硫 酸铵后溶液接近饱和， 析出乙腈体积基本稳定在 2． 1 mL 左右， 乙腈含量趋于稳定且最低。图 1b 表明， 此时萃取率达到最高。 2． 3pH 值对析出乙腈体积的影响 硫酸铵的加入会改变水体的 pH 值， 本文考察 了 pH 值对乙腈 － 硫酸铵 － 水双水相体系中乙腈相 体积的影响。用磷酸调节 pH 值为 6． 0、 5． 0、 4． 5、 3． 5、 1． 6， 图 2 结果表明 pH 值在 3． 5 ～6． 0 时， 乙腈 析出体积变化为 2． 10 ～ 2． 15 mL， 最大相对偏差为 2．47， 相对标准偏差 RSD， n 5 为 1． 34， 体系 的 pH 值对析出的乙腈体积影响小于 2． 5。 2． 4体系静置时间和离子强度的影响 本实验中， 体系静置时间是指从硫酸铵加入体 系乙腈析出开始直至取乙腈相进行分析为止。本文 考察了静置时间为 5 min、 10 min、 30 min、 2 h、 24 h 图 1硫酸铵加入质量与 a 析出乙腈体积和 b 萃取率 的影响 Fig． 1Effect of NH4 2SO4 dosage on aacetonitrile volume and b extraction efficiency 图 2pH 值对析出乙腈体积的影响 Fig． 2Effect of pH on acetonitrile volume 对萃取率的影响。图 3 显示， 静置时间对萃取率没 有明显的影响， 可见双水相体系分相后， 苯并 a 芘 和苯并 e 芘在两相间的萃取平衡已经稳定， 与静 置时间无关。 通常， 增加水相的离子强度可能降低分析物在 水相中的溶解度从而提高萃取率， 但同时也会影响 乙腈的析出体积， 进而影响方法的精密度和准确度。 本文考察了氯化钠加入水平在 0 ～50 g/L 范围内对 萃取率及乙腈析出体积的影响。图 4 结果表明， 盐 的加入对本实验的萃取率没有显著影响， 原因可能 是由于苯并 a 芘和苯并 e 芘在乙腈中的溶解度 较大， 萃取过程受水相中离子强度的影响较小。图 5 表明， 氯化钠加入量为 0 ～ 5 时析出乙腈体积相 对标准偏差 RSD， n 5 小于 0． 47， 对测定无明 显影响。 623 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2013 年 ChaoXing 图 3静置时间对萃取率的影响 Fig． 3Effect of standing time on extraction efficiency 图 4离子强度对萃取率的影响 Fig． 4Effect of ionic strength on extraction efficiency 图 5离子强度对析出乙腈体积的影响 Fig． 5Effect of ionic strength on acetonitrile volume 2． 5方法的线性范围、 检出限和精密度 用乙腈配制浓度为 2． 00、 8． 00、 20． 00、 60． 00、 120． 00、 200． 00、 400． 00 ng/mL 的校准点， 以化合物 浓度为横坐标， 响应值为纵坐标绘制标准曲线， 各化 合物标准曲线的相关系数 R2 均大于 0． 999。以 3 倍信噪比 S/N 对应的样品浓度为方法出限， 检出 限为 0． 012 ～ 0． 020 ng/mL。为了考察方法的精密 度， 采用空白水样加标进行 5 次试验。由表 1 可知 在实验条件下平均加标回收率为94． 6 ～ 97． 3， 精密度 RSD 为 1． 3 ～2． 5。 2． 6方法比较 比较了本方法与其他萃取技术测定苯并 a 芘 的部分指数 ［4 －8， 23 －24 ］， 表 2 可以看出几种方法均有 回收率较高、 检出限低等特点。由于固相萃取、 液液 萃取方式采用了大体积取样因而获得了较高的富集 倍数， 在这一过程中液液萃取方式使用的有机溶剂 量较多， 固相萃取方式操作条件比较严格， 两种方式 均有浓缩换相过程， 因而前处理时间一般较长。本 法避免了以上操作， 流程简化， 提高了样品处理速 度， 但在富集倍数方面有待提高。 表 1方法精密度和准确度 Table 1Precision and accuracy tests of the 化合物 ρB/ ngmL －1 添加 浓度 本法分次测定值 平均回收 率/ RSD/ 苯并 a 芘 20．0019．2118．5718．3219．4619．0194．62．6 60．0056．2257．3759．2458．7957．7196．42．1 苯并 e 芘 20．0019．0318．9619．2119．6719．0395．91．5 60．0057．3558．2659．3358．2258．8797．31．3 表 2几种萃取技术测定苯并 a 芘的比较 Table 2Comparison of extraction techniques for determination of benzo a pyrene 萃取方法 萃取剂 用量 V/mL 萃取时间 t/min 浓缩 换相 检出限/ ngmL －1回收率/ 富集倍数 LLE-HPLC-FLD约100约几十是0．00294 ～99约1000 倍 SPE-GC-FID约几十约几十是0．00692 ～96约100 倍 ATPE-HPLC-FLD约几约几否0．01294 ～96近100 倍 3结语 建立的乙腈 － 硫酸铵 － 水双水相体系萃取 － 高 效液相色谱测定地下水中苯并 a 芘和苯并 e 芘 的方法， 由于采用了乙腈 － 水双水相萃取技术， 使提 取更为环保、 高效， 与传统的液液萃取、 固相萃取相 比避免了浓缩萃取液、 换相等步骤， 使操作更为快 捷、 简便。本方法可实现对野外环境水样进行原地 样品前处理， 提高了分析效率， 可用于地下水中苯并 a 芘和苯并 e 芘的测定。 致谢 感谢中国环境科学研究院白志鹏教授对本研 究工作的支持。 4参考文献 ［ 1］刘淑芹， 王鹏． 环境中的多环芳烃与致癌性［J］ ． 环境 保护， 1995 9 42 －45． ［ 2］李松， 饶竹． 超高效液相色谱法检测地下水中苯并 a 芘［ J］ ． 岩矿测试， 2010， 29 6 679 －682． ［ 3］欧盟理事会第 76/769/EEC 号指令［ S］ ． 723 第 2 期王磊， 等 乙腈 － 硫酸铵 － 水双水相萃取 － 高效液相色谱法测定地下水中苯并 a 芘和苯并 e 芘第 32 卷 ChaoXing ［ 4］冯静， 王海娇， 何超君， 张激光． 高效液相色谱法测定 地下水中苯并 a 芘的不确定度评定［ J］ ． 岩矿测试， 2011， 30 5 617 －622． ［ 5］曹攽， 马军， 李云木子． 荧光 － 紫外检测器高效液相色 谱法检测地下水中 16 种多环芳烃［J］ ． 岩矿测试， 2010， 29 5 539 －542． ［ 6］郑海涛， 刘菲， 刘永刚． 固相萃取 － 气相色谱法测定水 中多环芳烃［ J］ ． 岩矿测试， 2004， 23 2 148 －152． ［ 7］李先国， 阎国芳， 周晓， 虢新运， 王岩， 刘金燕． 固相萃 取 － 高效液相色谱 － 荧光检测法测定海水中的多环 芳烃［ J］ ． 中国海洋大学学报 自然科学版， 2009， 39 5 1087 －1092． ［ 8］李竺， 陈玲， 郜洪文， 袁园， 赵建夫． SPE － PDA/FLE 串 联 HPLC 法测定水样中痕量多环芳烃［ J］ ． 环境化学， 2006， 25 4 503 －507． ［ 9］马珞， 王晓昌， 刘俊建． 环境样品中多环芳烃的前处理 技术研究进展［ J］ ． 云南化工， 2009， 36 3 66 －70． ［ 10］ 马春宏， 朱红， 王良， 姜大雨， 闫永胜， 王庆伟． 双水相 萃取技术的应用研究进展［ J］ ． 光谱实验室， 2010，27 5 1906 －1914． ［ 11］ 朱裕穗， 杨红国， 安彩秀， 王磊， 刘金巍． 双水相萃取 － 液相色谱法检测人尿中的羟基多环芳烃［ J］ ． 分析 试验室， 2012， 31 10 67 －71． ［ 12］ 曾云， 覃事栋， 陈腾， 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injected into a water sample to the acetonitrile- water system． A salt ammonium sulfate was then injected into the acetonitrile- water solution to separate the system into two phases． The upper organic phase acetonitrile was collected and analyzed by HPLC． All the parameters，such as the selection of extraction agent，aqueous two phase ation conditions，ionic strength and pH，are discussed and optimized． The two kinds of compound are linear and in the range of 2． 00 － 400． 00 ng/mL，and the correlation coefficient R2 is greater than 0． 999． The detection limits of the for the compounds ranged from 0． 012 －0． 020 ng/mL and the average recoveries ranged from 94． 6 －97． 3 with precision of 1． 3 －2． 5． Compared with conventional extraction s，the has the characteristics of simple operation and rapidity． Pretreatment of environmental water samples can be operated in the field，which is good for the routine analysis of benzo a pyrene and benzo e pyrene in groundwater． Key words groundwater; benzo a pyrene; benzo e pyrene; aqueous two- phase system; High Perance Liquid Chromatography 923 第 2 期王磊， 等 乙腈 － 硫酸铵 － 水双水相萃取 － 高效液相色谱法测定地下水中苯并 a 芘和苯并 e 芘第 32 卷 ChaoXing