项小燕，林锡煌，何立芳，胡志彪 ，林金清

(1.龙岩学院 化学与材料工程学院，福建 龙岩 364000;2.华侨大学 材料科学与工程学院，福建 厦门 361021;3.国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005 )

花生壳活性炭固相萃取/超高效液相色谱法测定河水中的18种多环芳烃

项小燕1,2，林锡煌3，何立芳1，胡志彪1，林金清2*

(1.龙岩学院 化学与材料工程学院，福建 龙岩 364000;2.华侨大学 材料科学与工程学院，福建 厦门 361021;3.国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005 )

建立了固相萃取/超高效液相色谱-二极管阵列检测(SPE/UPLC-PDA) 联用技术测定河水中18种痕量多环芳烃(PAHs) 的快速分析方法。通过优化固相萃取条件、流动相体系、色谱条件等因素，7 min内实现了18种多环芳烃的高效分离。在0.05～50 mg/L浓度范围内，18种多环芳烃的浓度与对应峰面积呈良好线性关系，相关系数为0.999 1～0.999 9，检出限为0.08～2.03 ng/L，样品加标回收率为74.5%～103.6%，相对标准偏差(RSD,n=6)为0.5%～2.3%。将该方法应用于九龙江流域龙岩段周边水样的检测，结果可靠。该方法简单环保、灵敏准确、操作快速，可显著提高河水中痕量PAHs的分析效率。

花生壳活性炭；固相萃取；多环芳烃;超高效液相色谱法

多环芳烃(PAHs)是一类持久性有机污染物，由两个或两个以上结合的芳香环组成。PAHs具有极强的致癌性和致突变性，且在代谢过程中具有生物累积性，目前已成为环境优先控制污染物[1]。因此开发快速、灵敏的PAHs分析技术具有重要意义，也是目前各国环境学者密切关注的问题[2-4]。

由于PAHs在水体样品中处于痕量级水平，且各组成性质相近，要准确确定目标组分含量必须经过有效的富集、分离过程。固相萃取技术(SPE)具有比表面积大、富集能力强、溶剂使用量小和操作简单等优点，近年来广泛应用于环境分析、食品分析、生物分析等样品前处理过程[5-8]。将该技术结合液相色谱(LC)、气相色谱(GC)等检测手段[9-11]，可实现复杂样品中痕量污染物的定性定量分析。

近年来，PAHs的分析检测技术也不断发展，广泛采用的方法以高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱(GC-MS)为主。相对于GC和HPLC技术，新发展的超高效液相色谱(UPLC)不仅能更好地测定低挥发性的有机物，其快速、高效、高分辨的特点也大大地提高了分析效率[12]。利用花生壳活性炭作为载体，通过SPE/UPLC联用技术检测环境水样中18种PAHs的研究尚未见报道。本文采用自制花生壳活性炭固相萃取柱，通过优化色谱条件，建立了SPE/UPLC-PDA法测定河水中痕量多环芳烃的新技术，在7 min内可完成18种多环芳烃的分离分析。该方法绿色环保、操作成本低、快速简便，可实现河水中PAHs快速高效的在线检测。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Acquity UPLC H-Class超高效液相色谱仪，配二极管阵列检测器系统(美国Waters公司)；津腾溶剂过滤器(天津市津腾实验设备有限公司);Milli-Q 超纯水仪(美国Millipore公司)；SHB-3循环水多用真空泵(郑州杜甫仪器厂)；Quadrasorb SI 全自动比表面积及空隙分析仪(美国康塔仪器公司)；S-3400N扫描电镜(日本株式会社日立高新技术那珂事业所)；E-1045离子溅射装置(日本株式会社日立高新技术那珂事业所);DX+2700 X射线衍射仪(丹东方圆仪器有限公司)；BAS124S电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司)；氮吹仪(北京康林科技公司)；微量移液管(德国El-ma公司)；KQ-300E超声清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；自制花生壳活性炭固相萃取小柱。

PAHs单标(德国Dr.Ehrenstorfer公司)，CDGG-110064-01-1 mL PAHs混标(美国o2si试剂公司)，用100%乙腈稀释至1 mg/L，作稀释标样。二氯甲烷(DCM)、正己烷、甲醇(MT)、乙腈(色谱纯，国药集团化学试剂有限公司)。实验用水为Milli-Q超纯水。

1.2 花生壳活性炭固相萃取柱的制备

将干燥粉碎的花生壳置于磷酸中浸泡24 h，抽滤，用去离子水多次清洗去除孔道中的可溶性灰分，然后置于微波炉中微波加热使其碳化活化，将所得的活性炭洗至中性，在120 ℃真空干燥箱干燥12 h，称重，研磨，储存于干燥器中备用。

固相萃取柱制备时，将花生壳活性炭磨碎，筛取212～325 μm的活性炭颗粒，烘干至恒重，以商品化的聚丙烯固相萃取柱管(Supelco，500 mg/6 mL)装填。称取100 mg 花生壳活性炭萃取剂填充装柱，填充高度约为2.0 cm，两端用筛板封住，即得花生壳活性炭固相萃取柱。

1.3 固相材料的表征

花生壳活性炭的表观性质采用全自动比表面积及孔隙分析仪测定，测试前在300 ℃下脱气2 h；样品的微晶结构通过X射线衍射仪测定，步长0.02°，扫描速度10(°)·min-1，扫描范围5°～80°，Cu靶，管电压40 kV，管电流100 mA；样品的表面形态经镀膜制样后通过扫描电镜测试。

1.4 样品处理

依次用二氯甲烷、甲醇、水各5 mL，充分活化和平衡固相萃取柱。于1 L水样中加入10 mL MT，混匀，经0.45 μm 滤膜过滤后上样。调节泵真空度，使水样流速在5～8 mL/min左右连续通过固相萃取柱。结束后，用5 mL水洗涤，继续抽气干燥30 min。用12 mL混合溶剂(VDCM∶VMT=9∶1)分3次(5 mL+4 mL+3 mL)自然洗脱柱子，收集洗脱液，旋转浓缩至约1 mL，转移至1 mL定量玻璃管中，用柔和N2吹至约0.5 mL，流动相定容至1 mL，过0.2 μm有机滤膜，转移至自动进样器小瓶中待测。

1.5 色谱条件

色谱柱：Waters Acquity UPLC CSH C18柱(1.7 μm，2.1 mm×100 mm)，柱温：35 ℃，进样体积：5 μL，流速：0.4 mL/min，流动相：三元流动相体系，A为100%乙腈，B为超纯水，C为100%甲醇。洗脱程序为：0～0.1 min,55%A;0.1～3.0 min,55%～58%A;3.0～5.0 min,58%A;5.0～7.5 min,58%～62%A;7.5～7.6 min,62%～55%A;7.6～8.0 min,55%A;B相始终保持为13%。检测时间：0～8 min，检测波长：225，254，285 nm，PDA波长扫描范围：200～400 nm。

图1 花生壳活性炭的表面微观结构Fig.1 Surface microstructure of peanut shell activated carbon

图2 DCM/MT混合溶剂对PAHs的回收率Fig.2 Recoveries of PAHs in DCM/MT solvent

2 结果与讨论

2.1 活性炭的表征

2.1.1 表面结构分析XRD分析表明花生壳活性炭属于无定形炭结构，在2θ为15°，23°，24°和27°附近分别出现了明显的衍射峰(图1)。这说明活性炭在活化过程中形成一定的微晶结构，微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙，孔隙结构的复杂化使花生壳活性炭类石墨微晶结构趋于乱层化，形成无定形炭类石墨微晶结构。SEM观察结果(图1插图)进一步验证了在活性炭的表面，不规则地密布着大量微孔，形成了发达的、类似蜂窝状、孔径大小不一的孔隙结构，预示着花生壳活性炭有较高的吸附能力。2.1.2 孔隙结构分析在一定条件下，活性炭的吸附性能由其比表面积和孔容量决定。经测定，所制得花生壳活性炭的比表面积SBET为1 251 m2/g，总孔容Vt为0.905 cm3/g，微孔孔容Vm为0.167 cm3/g，中孔孔容VH为0.682 cm3/g，其中中孔孔容占75.4%，平均孔径Dp为5.86 nm，属于介孔结构，有利于PAHs大分子的吸附。

2.2 固相萃取条件的优化

为了克服采用单一溶剂的缺陷，实验选取二氯甲烷-甲醇混合溶剂进行洗脱，考察了不同比例(100%，90%，60%，50%，40%)二氯甲烷对几种典型PAHs洗脱回收效率的影响。结果表明，纯二氯甲烷不能将PAHs从吸附剂表面完全洗脱，混合溶剂的组成为90%二氯甲烷时可以获得较高的回收率，PAHs的回收率达到75%以上。此外，洗脱剂用量也是影响萃取效率的重要因素，经富集1 L水样的固相柱，12 mL混合溶剂足以获得满意的回收率，继续增大洗脱液体积对萃取结果影响不大。

2.3 色谱条件的优化

图3 18种PAHs混合标准溶液的UPLC色谱图Fig.3 Chromatogram of mixed 18 PAHs standard solution

影响色谱分离测定的因素很多，如流动相及其配比、色谱柱、柱温、流速等均会不同程度地影响色谱峰的分离[13]。要保证18种PAHs在短时间内有足够的分离度，流动相的选择及洗脱程序尤其重要，目前研究报道大多采用乙腈-水或甲醇-水体系。本实验分别采用甲醇和乙腈为流动相，在柱温35 ℃，流速0.4 mL/min梯度洗脱，以二极管阵列检测器检测，考察了PAHs在254 nm处的色谱峰形。实验结果显示，甲醇体系的出峰时间偏长，有几组组分的峰形重叠，分离不完全。将流速降低至0.4 mL/min，峰重叠现象仍无明显改善。选用乙腈-水体系为流动相体系也无法满足分离要求。而改用初始体积比为55∶13∶32的乙腈-甲醇-水三元流动相体系在0～8 min进行梯度洗脱时分离效果较好，18种PAHs的出峰时间、峰形及灵敏度较适宜，且可在7 min内完成各PAHs组分的有效分离，较文献[4]报道时间缩短了一半。进一步比较了柱温为25，35 ℃时各组分的分离效果，发现组分分离效果的变化不大，说明温度的影响不大，为保证短时间内快速分离，选择柱温为35 ℃。优化条件下，标准溶液的色谱图见图3。

2.4 检测条件的优化

利用PAHs的光学效应，通过UPLC-PDA检测器采集图谱数据(扫描范围为200～400 nm)，得到18种PAHs的三维全息色谱图，确定各组分的最大紫外吸收波长。利用单组分PAHs的紫外特征光谱图及其在洗脱过程中的保留时间来校正并确定混合PAHs在UPLC-PDA图谱中各组成的出峰顺序。通过逐级稀释标准溶液母液，得到浓度为0.05～50 mg/L的一系列标准溶液，每组平行进样3次，以各化合物峰面积对其质量浓度进行线性回归，得到各组成的线性方程、相关系数(见表1)。所有目标物在测定范围内均具有良好的线性关系，其线性相关系数为0.999 1～0.999 9。

根据HJ478-2009标准规定[14]：固相萃取法适用于清洁水样中PAHs的测定，当富集样品体积为1 L时，浓缩样品至1 mL，以3倍信噪比计算得到方法的检出限为0.08～2.03 ng/L。上述结果表明，本方法具有良好的精密度和准确性，可满足环境水样中痕量PAHs的定量分析要求。

表1 PAHs的保留时间、线性关系及检出限

2.5 方法的精密度与回收率

将各组成浓度均为10 mg/L的PAHs混标溶液1 mL，经超纯水稀释至1 L，得到含PAHs 10 μg/L 的待测水样，经固相富集浓缩，重复测定6次，计算各组成的平均回收率和相对标准偏差(RSD)，结果见表2。方法的平均加标回收率为74.5%～103.6%，RSD(n=6)为0.5%～2.3%，方法的重复性良好，准确可靠，可满足水体中痕量PAHs 的分析需求。

表2 方法的精密度与准确度(n=6)

表3 实际水样的测试结果(ng/L)

*:no detected

2.6 实际样品的检测

运用优化的富集及色谱分离条件，对九龙江龙岩段流域3个采样点水质进行检测，共检出 8种目标PAHs(见表4)，其中三元环PAHs包括:FLO，ANT，PHE，四元环PAHs包括：FLA，PYR，CHR，五元环PAHs包括：BbF，BaP。检出物中主要以3，4元环为主，五元环含量偏低，未检出六元环PAHs。3个站点水样PAHs的总量分别为94.60，145.80，114.67 ng/L，说明龙岩段流域存在PAHs轻度污染，但总PAHs检测结果在国家生活饮用水水质标准以内[15]。

2.7 与其它方法的比较

将建立的SPE/UPLC法与标准方法进行比较(见表4)。结果表明，本方法具有更低的检出限，更宽的线性范围，分析时间大大缩短，且采用花生壳活性炭的制备成本低，方法绿色环保。

表4 PAHs检测方法结果比较

上述研究表明，采用SPE/UPLC-PDA联用技术可快速测定河水中痕量PAHs，且方法检出限低，加标回收率高，制备成本低，分析时间短，结果可靠，本方法的建立对于水质中复杂PAHs组分的快速分析监测具有重要意义。

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[15] GB 5749-2006.Standards for Drinking Water Quality(生活饮用水卫生标准).

Determination of Trace Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Solid Phase Extraction Coupled with Ultra-high Performance Liquid Chromatography

XIANG Xiao-yan1,2,LIN Xi-huang3,HE Li-fang1,HU Zhi-biao1,LIN Jin-qing2*

(1.Department of Chemistry and Materials Engineering,Longyan University,Longyan 364000,China;2.Department of Material Science and Engineering,Hua qiao University,Xiamen 361021,China;3.Third Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Xiamen 361005,China)

A novel method for the simultaneous determination of 18 PAHs in river was established by solid-phase extraction coupled with ultra-high performance liquid chromatography(SPE/UPLC).The effects of solid phase,elution system and gradient elution were optimized.Under the optimal conditions,18 PAHs could be separated in 7 min.The calibration curves of 18 PAHs showed good linearity between peak area and concentration in the range of 0.05-50 mg/L,with correlation coefficients of 0.999 1-0.999 9.The detection limits were between 0.08 ng/L and 2.03 ng/L,with relative standard deviations(RSDs) of 0.5%-2.3%.The spiked recoveries were in the range of 74.5%-103.6%.It provided a reliable method for the study of PAHs in the Longyan section of Nine Longjiang River Basin.The method is simple,sensitive,accurate and efficient,and could significantly improve the analysis efficiency of trace PAHs in rivers.

peanut shell activated carbon；solid phase extraction；polycyclic aromatic hydrocarbons；ultra-high performance liquid chromatography

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.01.016

2016-06-20；

2016-09-15

国家自然科学基金资助项目(21246008)；福建省自然科学基金项目(2016J01060)；福建省教育厅B类项目(JB14096)

*通讯作者：林金清, 博士, 教授，研究方向：绿色化学与水处理技术，Tel：0592-0592-6162225，E-mail：linlab@hqu.edu.cn

O657.72；O625.15

A

1004-4957(2017)01-0096-05