一种大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法

技术领域

本发明属于有机成分检测技术领域，尤其是涉及一种大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法。

背景技术

大气细颗粒是导致城市灰霾发生的首要污染物之一，能通过散射或吸收太阳辐射影响地球辐射平衡。同时大量流行病学研究已证实大气颗粒物与一系列危害人体健康的疾病(心血管疾病、呼吸系统疾病等)密切相关。大气颗粒物化学组成复杂，与无机组分不同，大气颗粒物中有机物种类繁多且结构较复杂。

有机酸是大气颗粒物的重要有机组分，在城市大气化学中具有重要作用。由于这类污染物具有较高的极性及表面张力，能显著改变颗粒物的吸湿性，影响地球辐射平衡，导致大气能见度降低及全球气候变化。准确测定大气颗粒物中各种有机酸类化合物的含量，对于识别其来源与形成过程具有重要意义。目前已有的检测技术主要是针对二元酸中的直链酸类化合物如乙二酸、丙二酸、丁二酸等水溶性有机酸，然而针对大气颗粒物中多种芳香酸化合物单体(单体即指芳香酸各组分)的定量检测方法尚不成熟。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法，便于有效测定出大气颗粒物中芳香酸的含量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法，包括步骤：

萃取：将采集的大气颗粒物样品进行超声波萃取，得到芳香酸萃取液；

氮吹：将所述萃取液用氮气吹干，得到干样品；

衍生：取衍生剂加入到所述干样品中，将加有所述衍生剂的干样品放入烘箱中进行衍生化反应，得到干样品衍生物；

测定：用气相色谱-质谱法对所述干样品衍生物进行定性和定量分析，得到大气颗粒物中芳香酸以及芳香酸各组分的含量。

可选地，在萃取之前，所述方法还包括：

制备样品：将采集的大气颗粒物样品放入冰箱中冷藏；所述大气颗粒物样品附着于滤膜上；

将冷藏后的大气颗粒物样品从冰箱中取出，切割预定尺寸的附着有大气颗粒物样品的滤膜，并用镊子将所述附着有大气颗粒物样品的滤膜放入棕色样品瓶中；

用移液枪移取52μL、10ppm的回收率指示剂加到所述大气颗粒物样品上，得到用于萃取的大气颗粒物样品。

可选地，所述回收率指示剂为为氘代十六烷酸。

可选地，在氮吹步骤中，氮气的纯度为99.999％。

可选地，在萃取步骤中，还包括：在将采集的大气颗粒物样品进行超声波萃取之前，向大气颗粒物样品中加入萃取剂；

在得到萃取液之后，将所述萃取液用装有针头过滤器的注射器过滤至透明锥形瓶中。

可选地，所述萃取剂主要由二氯甲烷和甲醇混合制得的混合溶液，其中，二氯甲烷与甲醇的体积比为4∶1，共萃取3次，第一次萃取剂加入量为4mL，第二次及第三次萃取剂加入量分别为2mL，每次萃取10min。

可选地，所述衍生具体包括：移取200μL衍生剂，加入到所述干样品中，反复冲洗多次，直到衍生剂与干样品形成的混合液体沿盛放所述干样品的锥形瓶的内壁流下；

将混合液体转移至棕色色谱进样瓶，拧紧所述棕色色谱进样瓶盖子，并用实验室封口膜包裹；

再将所述棕色色谱进样瓶用铝箔纸包住，放入70℃烘箱中衍生化反应2h，得到干样品衍生物。

可选地，在测定步骤，用气相色谱-质谱法对所述干样品衍生物进行定性和定量分析包括：

根据色谱峰保留时间和目标化合物的特征离子对所述干样品衍生物的组分定性，以及基于内标法对所述干样品衍生物的组分定量。

可选地，所述衍生剂主要由三甲基甲硅烷基三氟乙酰胺、吡啶和二十四烷-d

可选地，所述测定步骤中，气相色谱条件为：采用DB-5MS色谱柱；载气为99.9999％纯度的氦气，流速1.2mL/min；采用不分流模式进样，进样器温度275℃，进样量2μL；

气相色谱升温控制条件：80℃，保持5min，以3℃/min升至200℃，保持2min，再以10℃/min升至310℃，保持25min。

可选地，所述测定步骤中，质谱条件为：电子轰击正离子源模式；质子数与电荷数的比值范围为50-650amu；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；界面温度280℃。

可选地，所述芳香酸包括三种邻苯二甲酸，分别为：邻苯二甲酸[o-phthalicacid]、间苯二甲酸[m-phthalic acid]及对苯二甲酸[p-phthalic acid])；

三种苯三甲酸，分别为：1，2，3-苯三甲酸、1，2，4-苯三甲酸及1，3，5-苯三甲酸；以及，

四种酚酸，分别为：香草酸、丁香酸、3-羟基苯甲酸及4-羟基苯甲酸。

本发明实施例提供的大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法，包括萃取、氮吹、衍生及测定步骤，通过将采集的大气颗粒物样品进行超声波萃取，得到萃取液；并将所述萃取液用氮气吹干，得到干样品；取衍生剂加入到所述干样品中，将加有所述衍生剂的干样品放入烘箱中进行衍生化反应，得到干样品衍生物；用气相色谱-质谱法对所述干样品衍生物进行定性和定量分析，得到大气颗粒物中芳香酸以及芳香酸各组分的含量。因此，本实施例方案便于有效测定出测定出大气颗粒物中芳香酸及芳香酸各组分的含量，且测定结果准确性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法一实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的发明主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供的大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法，操作简单、成本低，适用于对大气颗粒物中芳香酸组分及含量进行测定与分析。

为了便于展开描述本发明实施例的技术方案及证明其技术效果，现结合具体的在实验室中对大气颗粒物中芳香酸含量检测的场景予以说明，可以理解的是，该检测方法开展的场所并不限于实验室中。

本文中，除非另有说明，检测与分析时均使用符合国家标准的色谱纯试剂，色谱纯试剂一般是指色谱专用溶剂或者试剂；实验用水为超纯水。

本实施例中检测及分析的对象为：大气颗粒物中的芳香酸(一种组合物)。一般地，可用于测定的所述芳香酸包括十种，分别为：三种邻苯二甲酸，包括邻苯二甲酸[o-phthalic acid]、间苯二甲酸[m-phthalic acid]及对苯二甲酸[p-phthalic acid]；三种苯三甲酸，分别为：1，2，3-苯三甲酸[1，2，3-BTCA]、1，2，4-苯三甲酸[1，2，4-BTCA]及1，3，5-苯三甲酸[1，3，5-BTCA])；以及四种酚酸，分别为香草酸[vanillic acid]、丁香酸[syringic acid]、3-羟基苯甲酸[3-OHBA]和4-羟基苯甲酸[4-OHBA]。

参看图1所示，在一些实施例中，所述大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法包括步骤：

S110、萃取：将采集的大气颗粒物样品进行超声波萃取，得到芳香酸萃取液。

其中，大气颗粒物样品采用滤膜采集，采集得到的大气颗粒物样品附着于滤膜上，也称为滤膜样品(下文中也以该名称为例进行详细介绍本方案)。

具体地，在萃取步骤中，还包括：在将采集的大气颗粒物样品进行超声波萃取之前，向大气颗粒物样品中加入萃取剂。

在一些实施例中，所述萃取剂主要由二氯甲烷和甲醇混合制得的混合溶液，在配制所述混合溶液时，先加甲醇，再加二氯甲烷。所述二氯甲烷与甲醇的体积比为4∶1，且二氯甲烷与甲醇均为色谱纯试剂。

在进行超声波萃取步骤中，共萃取3次，第一次萃取剂加入量为4mL，第二次及第三次萃取剂加入量分别为2mL，每次萃取10min。

在步骤S110之前，所述方法还包括：S100、制备样品：

具体为：将采集的大气颗粒物样品放入冰箱中冷藏；所述大气颗粒物样品附着于滤膜上。

将冷藏后的大气颗粒物样品从冰箱中取出，切割预定尺寸的附着有大气颗粒物样品的滤膜，并用镊子将所述附着有大气颗粒物样品的滤膜放入棕色样品瓶中；用移液枪移取52μL、10ppm的回收率指示剂加到所述大气颗粒物样品上，得到用于萃取的大气颗粒物样品。一些实施例中，切割附着有大气颗粒物样品的滤膜的1/4。

在检测开始前，还包括制备如下标准溶液备用，所述标准溶液包括：

芳香酸标准储备溶液：准确称取10mg邻苯二甲酸，溶于10ml乙腈溶剂中，制备为浓度为1000ppm的标准储备溶液。其余9种芳香酸的标准储备溶液也按相同方式制备，冷藏于冰箱，保存期限为1年。

芳香酸混合标样：在5ml容量瓶中加入少量乙腈，目的在于避免加入标准储备液时防止标准储备液挥发；用移液枪移取100μL对苯二甲酸标准储备溶液到容量瓶，再加入50μL剩余9种芳香酸的标准储备溶液，加入乙腈定容至5ml，得到芳香酸混合标样。

将上述芳香酸混合标样移入棕色样品瓶，冷藏于冰箱，保存期限为2个星期。芳香酸混合标样中对苯二甲酸浓度为20ppm，其余9种芳香酸浓度为10ppm。该芳香酸混合标样中的组分含量根据实际样品中的芳香酸各组分的含量不同，可以进行调整。由于在本次实验中，实际采集的样品中对苯二甲酸含量高，因此，芳香酸混合标样中的对苯二甲酸浓度含量相对其它组分高；

芳香酸回收率指示标准溶液：准确称取10mg氘代十六烷酸(棕榈酸-d31)，溶于10ml乙腈溶剂中，制备为浓度为1000ppm的芳香酸回收率指示标准溶液，冷藏于冰箱，保存期限为1年。

其中，采用的乙腈(C

在得到萃取液之后，还包括：将所述萃取液用装有针头过滤器的注射器过滤至透明锥形瓶中。所述针头过滤器采用Millipore 0.2μm聚四氟乙烯(英文简称：PTFE)疏水性针头过滤器。

S120、氮吹：将所述萃取液用氮气(N

本实施例中，氮气的纯度为99.999％，即俗称的高纯氮气。用氮气吹干时不能吹太快，大约需3h。

S130、衍生：取衍生剂加入到所述干样品中，将加有所述衍生剂的干样品放入烘箱中进行衍生化反应，得到干样品衍生物。

本实施例中，所述衍生剂主要由三甲基(N-甲基-N-)甲硅烷基三氟乙酰胺、吡啶和二十四烷-d

其中，吡啶(C

S140、测定：用气相色谱-质谱法对所述干样品衍生物进行定性和定量分析，得到大气颗粒物中芳香酸以及芳香酸各组分的含量。

本实施例中，气相色谱条件为：采用DB-5MS色谱柱；载气为99.9999％纯度的氦气，俗称高纯氮气，流速1.2mL/min；采用不分流模式进样，进样器温度275℃，进样量2μL；

气相色谱升温控制条件：80℃，保持5min，以3℃/min升至200℃，保持2min，再以10℃/min升至310℃，保持25min。

质谱条件为：电子轰击正离子源模式；质子数与电荷数的比值(m/z)范围为50-650amu；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；界面温度280℃。

本实施例提供的大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法，包括萃取、氮吹、衍生及测定步骤，通过将采集的大气颗粒物样品进行超声波萃取，得到萃取液；并将所述萃取液用氮气吹干，得到干样品；取衍生剂加入到所述干样品中，将加有所述衍生剂的干样品放入烘箱中进行衍生化反应，得到干样品衍生物；用气相色谱-质谱法对所述干样品衍生物进行定性和定量分析，得到大气颗粒物中芳香酸以及芳香酸各组分的含量。

因此，本实施例方案便于有效测定出测定出大气颗粒物中芳香酸及芳香酸各组分的含量，且测定结果准确性较高。

本实施例中，所用到的仪器及设备主要有：气相色谱-质谱联用仪，其色谱柱为J&WDB-5MS石英毛细色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；恒温烘箱；氮吹仪；以及超声清洗机和万级天平；其它一般实验室常用仪器和设备，例如量杯等。

为了更加充分地说明本发明实施例的技术方案，继续以实验室检测大气颗粒物中芳香酸含量为例，结合前述制备的各种试剂和/或溶液，基于上述准备的仪器与设备，在实验室开展的一实施例大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法具体包括以下步骤：

1、样品准备

拿出烘箱烘过的铝箔纸作为工作平台，用甲醇对剪刀，镊子等在使用前后分别进行清洁。从冰箱中取出采集好的大气颗粒物样品，使用剪刀切割1/4滤膜样品，用镊子将切好的样品放入棕色样品瓶中。在样品瓶及盖子上做好标记(样品编号)。用移液枪移取52μL，10ppm的芳香酸回收率指示中间溶液(棕榈酸-d31)到滤膜样品上。注意让移液枪尖端触到滤膜上，避免碰到瓶壁，以使得回收率指示剂充分渗透到滤膜中。每次加完回收率指示剂，要将移液枪枪头重新换一个，再加下一个样品。

2、超声波萃取

向已加入样品的棕色瓶中加入4mL萃取剂，盖紧盖子，超声波萃取10min。同时，拿出N个(样品数)注射器，N个针头过滤器，把针管和注射冲压器分离，装入0.2μm PTFE(聚四氟乙烯)针头过滤器。准备N个透明锥形瓶，每个瓶子上做好标记，放在金属架上备用。

萃取完成后把棕色样品瓶外部水擦干，将萃取液倒入针管中过滤，然后用针管冲压器把萃取液挤压至透明锥形瓶中；在此过程中，请注意不要将滤膜倒出。

在棕色样品瓶中再加入2mL萃取剂，盖紧盖子，超声波萃取10min。同时，把针管上的针头过滤器拆下来，将冲压器拔出，再将过滤器拧上。请注意不要直接拔冲压器，需要先将过滤器拆下来，然后再拔出。不要让冲压器碰到其他东西，仅抓住其上端避免污染。每个冲压器对应的针管、过滤器、棕色样品瓶及透明锥形瓶不能弄乱，最好做好标记，以避免出现弄乱的情况。

同样用针管将第二次萃取液转移至透明锥形瓶，再加入2mL萃取剂至棕色样品瓶，超声10min。同时，拆卸针头过滤器，拔出冲压器，再安装好过滤器。

倾倒最后一次(即第三次)萃取液至针管中，同时将滤膜样品也用小铲刮入针管，挤压萃取液至透明锥形瓶中。

3、氮吹

将锥形瓶中的萃取液用高纯(99.999％)氮气吹干，大约需要3h，不能吹太快。

4、衍生化反应

准备贴有标签的棕色色谱进样瓶，盖子及200μL内衬。样品吹干后，移取200μL(100μL×2)衍生剂，加入到吹干的样品中。反复冲洗多次，直到液体从锥形瓶内壁光滑流下。把液体转移至棕色色谱进样瓶，盖子拧紧并用实验室封口膜包裹。把所有瓶子用铝箔纸包住，放入70℃烘箱中衍生化反应2h，之后进行气相色谱-质谱分析；

5、气相色谱-质谱测定与分析

气相色谱-质谱测定与分析包括定性分析与定量分析两个环节；其中，气相色谱与质谱的条件采用前面描述的气相色谱与质谱的条件，在此就不再赘述，可参看前文公开的内容。

定性分析：首先基于前述的标准溶液的制备方法，制备一系列标准工作溶液：在该实验中，取灼烧后的空白滤膜，切割1/4(总共需要切割出6个1/4空白滤膜)后分别放入6个棕色样品瓶。在每个空白滤膜样品上加入52μL，10ppm的芳香酸回收率指示中间溶液(棕榈酸-d31)，再加入0μL、8μL、28μL、52μL、76μL、100μL的芳香酸混合标样。在每个样品瓶中加入4mL萃取剂，其余步骤同分析滤膜样品相同。制备的一系列标准工作溶液中对苯二甲酸的浓度梯度为0ppm、0.8ppm、2.8ppm、5.2ppm、7.6ppm、10ppm，其余9种芳香酸的浓度梯度为0ppm、0.4ppm、1.4ppm、2.6ppm、3.8ppm、5ppm，内标物二十四烷-d50浓度为2.208ppm。

利用气相色谱-质谱联用仪对上述系列标准工作溶液做全扫描定性分析，确定标准品保留时间及特征离子，如表1所示。

表1

利用气相色谱-质谱联用仪对上述系列标准工作溶液进行选择离子(SIM)监测分析，计算绘制标准工作曲线，建立标准工作曲线回归方程，如表2所示。

表2

通过比较将一定量的加标芳香酸混合标样加到滤膜样品上，遵循上述样品处理程序与直接加入相同量的加标芳香酸混合标样而不加滤膜样品之间的比率进行回收率测试，得到各组分的回收率。以标准样品逐级稀释的方式寻找到仪器能检测的最低浓度，利用气相色谱-质谱联用仪，以信噪比S/N(signal to noise ratio)＝3(实质为3∶1)计算得到检出限，以信噪比S/N＝10计算得到定量限；其中，检出限，顾名思义也就是液相中将样品检出的最小浓度，信噪比3∶1是指，信号峰(也就是样品峰)的峰高是噪音峰峰高3倍即可，至于噪音峰峰高的确定，可以选取较为平缓的一段基线作为标准参比，放大后，记录基线噪音峰的高度，接着稀释样品，直到样品峰高大约是噪音峰高的三倍，这时候样品的浓度就是检出限。所述定量限，指样品中待测物能被定量测定的最低量，类似于得到检出限的方式，以信噪比S/N＝10可计算得到定量限。

表3

定量分析：滤膜样品进行选择离子监测(SIM，selected ions monitoring)分析，将各待测物质与内标峰面积比值代入表2中的标准工作曲线回归方程中，计算得到各待测物(芳香酸各组分)含量，依据检出限及定量限对大气颗粒物样品准确性进行评价。

本发明实施例提供的大气颗粒物中芳香酸含量的检测方法，操作简便、成本低，根据上述描述可知，其可以有效的测定大气颗粒物中芳香酸组分的含量，分析结果准确可靠，而且经过实验验证，检测重复性好，而且对仪器要求低，具有较好的应用前景及推广价值。

需要说明的是，在本文中，诸如，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。