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自来水中痕量苯并芘的含量测定

2020.3.04

苯并芘是苯与芘稠合而成的一类多环芳烃，多源自燃料燃烧排放，食品熏烤、油炸，汽车尾气等途径，是一种高活性间接致癌物，极易诱发肺癌和心脑血管疾病。为此，世界各环境保护机构、组织均对水质中苯并芘的含量进行了严格限定，其中英国HPA限值为0.01 μg/L，美国EPA限值为0.2μg/L，W.H.O限值为0.7μg/L。

同样地，我国环保部门通过GB3838-2002地表水环境质量标准强制环境水样中苯并芘的限值为2.8×10-6 mg/L，并推荐以正己烷进行液液萃取富集水样中的苯并芘，再将萃取液经弗罗里硅土和无水硫酸钠脱水干燥、净化，浓缩定容后，以HPLC-FLD测定其含量;通过GB 5749-2006生活饮用水卫生标准强制饮用水中苯并芘不得高于1.0×10-5 mg/L，仍推荐以环己烷进行液液萃取富集水样中的苯并芘，再将萃取液经氧化铝和无水硫酸钠净化、脱水干燥，浓缩定容后，以HPLC-FLD测定其含量。方法均以液液萃取的方式实现苯并芘与水基质的分离，不具备选择性，且操作繁琐。

固相萃取技术以特殊选择性的固定相实现了目标分析物的选择性吸附和洗脱。相较于液液萃取技术，其操作简便，选择性好，节省有机溶剂，环境污染小，对实验操作人员的身体危害小，正逐步成为水质分析检测的主要前处理手段。CJ/T 147-2001[5]较早地从标准方法角度提出了水质中多环芳烃的固相萃取富集技术。环保部新标准HJ 478-2009取代GB13198-91，增加了固相萃取富集苯并芘的方法，进一步证实了固相萃取的优势。本文选用AT280全自动固相萃取仪，免人工干预，自动完成SPE柱活化、样品上样、目标物洗脱和收集等步骤，释放了大量实验室劳力。收集液再经溶剂转换、浓缩定容后，以液相色谱仪(HPLC-FLD)完成了自来水水质中痕量苯并芘的含量测定。

测试条件：

仪器：UltiMate 3000液相色谱仪，AT280全自动固相萃取仪;

色谱柱：Acclaim C18，5 μm，150×4.6 mm(P/N: 059148);

柱温：30 ℃;流动相：甲醇：水=90：10;流速：2.00 mL/min;

进样量：20 μL;检测方式：荧光检测器FLD， λ Ex=290 nm，λEm=410 nm;

固相萃取柱：Cleanert C18，200 mg/6 mL;

固相萃取步骤

样品准备

准确量取500 mL自来水样置于1 L样品瓶中，加入100 mL异丙醇，摇匀，待测。

固相萃取程序：

Process 6 samples using the following method steps:

1. Condition cartridge with 5.0 mL methanol(MeOH)

into solvent waste;

2. Condition cartridge with 5.0 mL ethyl

acetate(EtOAc) into solvent waste;

3. Condition cartridge with 5.0 mL

dichloromethane(DCM) into solvent waste;

4. Condition cartridge with 5.0 mL ethyl

acetate(EtOAc) into solvent waste;

5. Condition cartridge with 5.0 mL MeOH into

solvent waste;

6. Condition cartridge with 5.0 mL 20%

Isopropanol(IPA) into solvent waste;

7. Load 650.0 mL of sample onto cartridge;

8. Rinse cartridge with 5.0 mL of 20% IPA into

aqueous waste;

9. Dry cartridge with gas for 10.0 minutes;

10. Collect 2.0 mL Fraction into sample tube using

EtOAc;

11. Collect 4.0 mL Fraction into sample tube using

DCM;

12. Collect 4.0 mL Fraction into sample tube using

DCM;

13. Collect 4.0 mL Fraction into sample tube using

DCM;

14. Collect 4.0 mL Fraction into sample tube using

DCM;

15. End

固相萃取程序速度：

Cond flow: 15.0 mL/min

Load flow: 10.0 mL/min

Rinse flow: 10.0 mL/min

Elute flow: 3.0 mL/min

Cond air flow: 15.0 mL/min

Rinse air flow: 10.0 mL/min

Elute air flow: 3.0 mL/min

脱水干燥、溶剂转换、浓缩定容：将收集液置于氮吹仪中，于50 ℃恒温条件下进行氮气吹扫浓缩，以乙酸乙酯进行溶剂转换并定容至1 mL，精确量取20 μL注入液相色谱仪进行分离测定。

结果和讨论

固相萃取条件的选择

苯并芘是稠环芳烃类化合物的典型代表，具有较强的脂溶性和可吸附性，在固相萃取填料上具有较强的保留效果，因而不宜选用聚合物基质为填料的SPE柱。本文对比研究了不同规格的C18型固相萃取柱的萃取效果，实验证明200 mg/6 mL规格的C18 SPE柱所需洗脱剂体积最少，回收结果最好。苯并芘较强的可吸附性，使其在样品瓶及仪器上样管路中存在一定程度的残留，从而降低了样品的回收率。因此，待样品完全转移至SPE柱后，均需要以有机溶剂对样品瓶进行充分润洗，操作较为繁琐。本文参照CJ/T 147-2001城市供水多环芳烃的测定标准方法，在每500 mL样品中加入100 mL异丙醇，增加了样品溶液中苯并芘的溶解度，减少了苯并芘在样品瓶和仪器上样管路中的吸附，免去了复杂的润洗程序，操作简单。

综上所述，最终选定实验方案为：以全自动固相萃取仪AT280结合液相色谱仪HPLC-FLD完成大体积水样中痕量苯并芘的富集检测工作。实验选用Cleanert C18(200 mg/6 mL)为固相萃取柱，在10 mL/min速度下完成上样工作，再以乙酸乙酯、二氯甲烷依次对目标物进

行洗脱，收集液经氮吹、溶剂转换、浓缩、定容等步骤后，直接注入液相色谱仪进行分离测定，实际样品分离谱图见图1，样品加标分离谱图见图2.

图1 某自来水样品分离检测谱图(未检出苯并芘)。