一种水质中超痕量多环芳烃的测定方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其是涉及一种水质中超痕量多环芳烃的测定方法。

背景技术

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是指含有两个或两个以上苯环的碳氢化合物及其衍生物的总称，是一类典型的广泛存在于环境水体中的持久性有机污染物，具有较强的致癌、致畸和致突变作用。多环芳烃分布广泛，国内外已有水体中存在多环芳烃的报道，是水环境重要的检测项目之一。2002年，欧盟食品科学委员会将苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘等15种PAHs列为优控多环芳烃；美国环保局也将16种母体多环芳烃列为优先污染物；我国将苯并[a]芘(BaP)列为优先污染物，地下水质量标准(GBT 14848-2017)一类、二类地下水苯并[a]芘限量为不大于0.002μg/L。

目前，分析水中多环芳烃常用的富集和净化方法是液液萃取、固相萃取、固相微萃取等，常用的仪器检测方法是液相色谱法(LC)、气相色谱－质谱法(GC-MS)等。水质PAHs的主要检测方法《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》(HJ 478-2009)，前处理特别是净化比较繁琐，耗时较长，成本较高，而且荧光检测器不适用于苊的检测；而《Water quality-Determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH)in water-Method using gas chromatography with mass spectrometric detection(GC-MS)》(ISO 28540-2011)前处理简单快速，定性准确，但检出限较高。其它众多的非标检测方法很难满足地下水等苛刻的检出限要求，刘保献等建立了固相萃取－GC－MS－MS测定水中16种多环芳烃的方法，刘丹等建立了C18固相膜萃取－超高效液相色谱串联三重四级杆质谱仪对海水中11种羟基多环芳烃进行测试的方法，李庆玲等建立了固相微萃取与GCMS联用同时测定海水中16种多环芳烃的分析方法，固相萃取前处理复杂，耗材特别是固相微萃取耗材成本较高，设备昂贵，并不具备推广应用价值。

CN107102074A公开了一种分析化学领域的多环芳烃分析测试方法，具体是一种适用定量分析水产品中多环芳烃的气相色谱与质谱联用的方法。其针对富含脂肪、蛋白质等大分子物质的动物源性(水产品)食品的复杂基质，利用凝胶渗透色谱进行去脂化，然后利用氧化铝-硅胶复合层析净化柱有效提取多环芳烃，利用气相色谱与质谱联用进行定量分析，该技术方案中的多环芳烃分析测试方法前处理复杂，提取成本较高，同时不适用于工业污水等较差水质的分析测试。

因此开发一种简便有效、适用性强、满足环境水质样品测定要求的多环芳烃检测方法十分迫切。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超痕量多环芳烃的测定方法，本发明的实质为一种同时溶剂浓缩-大体积不分流进样-气相色谱质谱法测定水质中超痕量多环芳烃的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中水质中超痕量多环芳烃的测定方法，包括以下步骤：

S1：水样前处理，其中通过液液萃取方式对水样进行浓缩，得到待分析的有机相；

S2：通过大体积不分流方式进样待分析的有机相，并利用GC-MS进行分析，得到水质中多环芳烃的含量。

作为本发明中的一种实施方式，S1中水样前处理过程为：将水样加入二氯甲烷进行液液萃取，合并有机相，蒸发浓缩后加入内标，定容，得到待分析的有机相。

进一步地，水样与二氯甲烷的投加体积比为20:1。

进一步地，洁净水样应定容至1mL，河水等水样应定容至20mL，污水应定容至100mL。

作为本发明中的另一种实施方式，S1中水样前处理过程为：将水样与二氯甲烷加入离心管，加入内标，混匀并振摇，离心后静置分离，得到待分析的有机相。

进一步地，当所述水样为洁净水或河水时，水样与二氯甲烷投加体积比为50:1；

当所述水样为污水时，水样与二氯甲烷投加样体积比为20:1。

进一步地，所述大体积不分流方式为在气相色谱的衬管和分析柱之间连接一段预柱，其中：

衬管保留高沸点干扰基质，避免进入色谱柱系统；

预柱承载大体积进样的所有溶剂及目标物，然后缓慢蒸发溶剂通过色谱柱到达检测器并放空，使得比溶剂沸点略高的目标物在溶剂之后达到检测器被检测。

进一步地，所述预柱的尺寸为4m×0.53mm×0μm，所述预柱的前端接进样口，后端和色谱柱串联。

进一步地，所述色谱柱的尺寸为30m×0.25mm×0.25μm。

进一步地，S2中气相色谱进样口温度为300℃，不分流时间为7.5min，进样量为25μL，程序升温条件为：60℃保持7.5min，20℃/min升温至200℃，保持1min，10℃/min升温至300℃，保持5min；

质谱的四级杆温度为200℃，离子源温度为300℃，传输线温度为300℃；离子化能量为70eV，扫描方式为Scan/SIM，溶剂延迟时间为10min。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1)本技术方案针对16种多环芳烃分离效果良好，线性相关系数R

2)与现有技术中分流/不分流进样技术相比，本方法前处理简便，检测灵敏度至少提升20倍，检出限均小于0.001μg/L，定性和定量均优于标准方法，满足所有环境水质样品检测要求。

附图说明

图1为CSR-LVSI/SSLI多环芳烃类化合物在TG-5 MS色谱柱上的总离子流色谱图比较。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所采用的溶剂浓缩-大体积不分流进样(CSR-LVSI)技术与传统的分流/不分流进样(SSLI)技术相比，该技术在衬管和分析柱之间连接一段预柱，其中衬管可以保留高沸点干扰基质，使其不进入色谱柱系统，预柱可以承载大体积进样的所有溶剂及目标物，然后缓慢蒸发溶剂通过色谱柱到达检测器并放空，比溶剂沸点略高的目标物在溶剂之后达到检测器被检测。这样保证了所有沸程的目标组分被色谱柱分离到达检测器，因此具有较高的灵敏度。

本发明采用液液萃取法，利用CSR-LVSI技术，对16种多环芳烃气相色谱质谱测定方法进行改进和优化，大幅提高了多环芳烃类化合物的检测灵敏度，充分满足环境水质样品中PAHs日益严格的检测要求。

本发明通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)对样品中进行分析，其中：

气相色谱质谱仪条件为：气相色谱质谱仪1：Trace 1310-ISQ，Triplus RSH自动进样器；色谱柱1：TG-5 MS毛细柱(30m×0.25mm×0.25μm)；气相色谱质谱仪2：7890B-5977A；色谱柱2：HP-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；预柱(4m×0.53mm×0μm，前接进样口，后和色谱柱串联)；进样针：100μL。进样口温度：300℃；不分流进样，不分流时间为7.5min；进样量：25μL；程序升温条件：60℃保持7.5min，20℃/min升温至200℃，保持1min，10℃/min升温至300℃，保持5min；载气：氦气(99.999％)；柱流量：1mL/min。电子轰击源(EI)，四级杆温度：200℃；离子源温度为300℃；传输线温度为300℃；离子化能量：70eV；扫描方式：Scan/SIM；溶剂延迟时间：10min。

实施例1

仪器与试剂

仪器：气相色谱质谱仪1：Trace 1310-ISQ，Triplus RSH自动进样器；色谱柱1：TG-5MS毛细柱(30m×0.25mm×0.25μm)；气相色谱质谱仪2：7890B-5977A；色谱柱2：HP-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；预柱(4m×0.53mm×0μm，前接进样口，后和色谱柱串联)；进样针：100μL；快速溶剂蒸发仪(英国GeneVacRocket)。

标准品：16种多环芳烃(萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、

试剂：丙酮、正己烷、二氯甲烷(农残级，上海安谱实验科技股份有限公司)；无水硫酸钠(AR级，国药集团化学试剂有限公司)。

样品：地下水、生活饮用水、地表水、工业污水(自采集)。

样品前处理

方法一：量取1L水样，加入50mL二氯甲烷，振摇5min，静置分层。重复萃取三次，合并有机相，蒸发浓缩，加适量内标，地下水等洁净水样定容至1mL，河水等水样定容至20mL，污水等较脏水样定容至100mL，待测。

方法二：河水等水样，量取50mL(污水等较脏水样，量取20mL)入离心管，加1mL二氯甲烷配置适量内标，混匀，振摇5min，静置或离心，有机相待测。

通过GC-MS对不同水样进行分析

色谱及质谱条件为：气相色谱质谱仪1：Trace 1310-ISQ，Triplus RSH自动进样器；色谱柱1：TG-5MS毛细柱(30m×0.25mm×0.25μm)；气相色谱质谱仪2：7890B-5977A；色谱柱2：HP-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；预柱(4m×0.53mm×0μm，前接进样口，后和色谱柱串联)；进样针：100μL。

CSR-LVSI和SSLI分离度和检测灵敏度比较

对浓度为0.1mg/L的16种多环芳烃标准品溶液采用CSR-LVSI进样25μL，SSLI进样1μL，其它条件相同，其各组分Scan扫描色谱图比对如图1所示。图1中1～21编号分别为：1.萘-d8(内标1)，2.萘，3.苊烯，4.苊烯-d10(内标2)，5.苊，6.芴，7.菲-d10(内标3)，8.菲，9.蒽，10.荧蒽，11.芘，12.苯并[a]蒽，13.屈-d12(内标4)，14.屈，15.苯并[b]荧蒽，16.苯并[k]荧蒽，17.苯并[a]芘，18.苝-d12(内标5)，19.茚并[1,2,3-cd]芘，20.二苯并[a,h]蒽，21.苯并[g,h,i]苝

由图1可见，在该仪器条件下，TG-5MS色谱柱对16种多环芳烃类化合物的分离效果较好；CSR-LVSI峰高约为SSLI的20～50倍，检测灵敏度提升非常显著。

曲线绘制和检出限

配置0.1-2.0μg/L多环芳烃类化合物标准溶液系列，采用SIM进行定量分析，以目标化合物和内标化合物浓度比值为横坐标，以目标化合物定量离子响应值与内标化合物定量离子响应值的比值为纵坐标，绘制标准曲线，以平均相对响应因子

取1L纯净水作为空白基质，加入多环芳烃类化合物标准溶液(目标物含量0.002μg/L)，重复测定7份样品，计算检出限，结果见表1。

表1 16种多环芳烃的标准曲线和检出限

由表1看出，多环芳烃类化合物各个组分线性相关系数R

实施例2

为比较地下水、生活饮用水、地表水、工业污水等不同性质样品的适用性，按照该方法进行了不同浓度的加标实验，取1L地下水、生活饮用水、地表水、工业污水，加入多环芳烃类化合物标准溶液，混匀，使地下水、生活饮用水目标物含量分别为2ng/L，5ng/L和10ng/L，地表水目标物含量分别为20ng/L，50ng/L和100ng/L，工业污水目标物含量分别为200ng/L，500ng/L和1000ng/L，按照前述方法进行样品前处理且平行测定6次。结果见表2。

表2 不同水质样品不同浓度加标实验

结果表明，目标物含量为2ng/L，5ng/L和10ng/L地下水、生活饮用水平均加标回收率为77.4％～106％，相对标准偏差1.2％～9.8％；目标物含量为20ng/L，50ng/L和100ng/L地表水平均加标回收率为75.3％～107％，相对标准偏差1.5％～9.5％；目标物含量为200ng/L，500ng/L和1000ng/L工业污水平均加标回收率为66.2％～102％，相对标准偏差1.6％～9.7％。整体上，不同水质样品不同浓度加标实验平均加标回收率为66.2％～107％，其相对标准偏差为1.2％～9.8％。表明该方法的准确性和精密度良好，对地下水、生活饮用水、地表水、工业污水等不同性质样品的适用性良好。

实施例3

阳性样品复测和方法比对

取2L阳性水样，按照本技术方案建立的方法(GCMS法)和HJ 478-2009(LC法)复测，地下水样品定容到0.1mL，河水样品定容至1mL，污水样品定容至10mL，检测结果和干净水样检出限见表3。

表3 阳性样品复测和方法比对

“-”表示荧光检测器不适用于苊烯的测定。

结果表明，相同取样体积和定容体积，HJ 478-2009(荧光检测器法)目标物检出限是本技术方案所建方法的7～220倍，本技术方案建立的方法在检出限方面优于HJ 478-2009；阳性样品复测结果表明，GCMS法和LC法检出结果相对标准偏差均小于20％，大部分小于10％，本技术方案建立的方法检测结果准确可靠；除未检出目标物和萘，本技术方案建立的方法检出含量普遍高于标准方法，可能原因是液液萃取后的固相萃取净化过程造成了目标物的损失。此外，荧光检测器不适用于苊烯的测定，本技术方案采用的气相色谱质谱法定性和定量明显优于标准方法，而且简化了净化过程，减少了时间、耗材和人力成本。

综合上述技术方案可见，本技术方案利用CSR-LVSI技术发明了对16种PAHs的气相色谱质谱测定方法，CSR-LVSI和SSLI分离度和检测灵敏度实验表明，16种PAHs的分离度良好，其检测灵敏度提升了20～50倍；标准曲线和不同水质样品不同浓度加标实验表明，该方法具有良好的线性、准确度和精密度，对地下水、生活饮用水、地表水、工业污水等不同性质样品的适用性良好，满足不同水质样品PAHs的检测要求；阳性样品复测和方法比对表明，该方法定性和定量明显优于标准方法，而且简化了净化过程，提高了前处理效率，减少了人工、耗材和时间成本。

实验结果表明本方法线性关系较好，回收率良好，检出限极低，方法可靠，重现性好。其次，本方法和标准方法相比前处理更简便，定性更准确，和固相微萃取相比又大大减少了耗材成本和仪器成本。作为最常用仪器GCMS的延伸和优化，CSR-LVSI技术在水质中PAHs的检测甚至其他有机化合物的检测方面拥有广阔的应用推广前景。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。