第八屆創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究基金 SPME-GC-MS聯(lián)用方法分析珠江及中山大學(xué)湖水中的痕量多環(huán)芳烴(PAHs)

1、SPME-GC-MS聯(lián)用方法分析珠江及中山大學(xué)湖水中的痕量多環(huán)芳烴（PAHs）韋燕莉 歐陽(yáng)鋼鋒*（中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院物理化學(xué)研究所，廣東 廣州 510275）摘要：多環(huán)芳烴（PAHs）是一類(lèi)致畸、致癌、致突變的化合物，由于其在環(huán)境中的來(lái)源很廣并且難以降解的特點(diǎn)，環(huán)境水體中痕量多環(huán)芳烴(PAHs)的污染不容忽視，它的研究已經(jīng)受到廣泛的重視。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用SPME-GC-MS聯(lián)用方法分析珠江及中山大學(xué)湖水中的痕量多環(huán)芳烴（PAHs），測(cè)定結(jié)果為珠江、西湖、北湖、東湖的PAHs濃度總量分別為385.5 ng/L、200.3 ng/L、503.3 ng/L、297.3ng/L，由PAHs濃度總量數(shù)

2、據(jù)顯示北湖水樣中含的PAHs濃度總量比其它的水樣中含的PAHs濃度總量高，其中珠江水體中PAHs的濃度總量與文獻(xiàn)值接近。本研究證明了該SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)適合于環(huán)境水樣中多環(huán)芳烴混合物的分析,同時(shí)體現(xiàn)了SPME 在樣品前處理中快速、靈敏、簡(jiǎn)單、無(wú)溶劑的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：環(huán)境分析 固相微萃?。⊿PME） 多環(huán)芳烴（PAHs） GC-MS 珠江前言多環(huán)芳烴（PAHs）1-2是一類(lèi)致畸、致癌、致突變的化合物，它的水溶性很差并且難以降解，人為活動(dòng)是其在環(huán)境中的主要來(lái)源。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署把其中16種不帶支鏈的稠環(huán)PAHs3-5列為土壤和水體中優(yōu)先控制的污染物。SPME技術(shù)是1990年由加拿大Belar

3、di與Pawliszyn6 ADDIN EN.CITE Hou2002121217Hou, LiLee, Hian KeeDetermination of pesticides in soil by liquid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometryJ. Chromatogr. AJ. Chromatogr. A37-4210381-2Liquid-phase microextraction, Pesticides2002提出的一種集采樣、萃取、濃縮、解吸、進(jìn)樣于一體的樣品前處理技術(shù)，主要原理通過(guò)采用涂覆不

4、同化合物的微型熔融石英萃取纖維吸附水溶液中或者氣體中的微量有機(jī)化合物，再結(jié)合色譜技術(shù)將吸附物質(zhì)進(jìn)行脫附鑒定。由于SPME法不是將樣品中的待測(cè)物全部萃取出來(lái)，因此它是一種不完全萃取技術(shù)，樣品與涂層是一種預(yù)平衡過(guò)程。用PDMS對(duì)16種PAHs的萃取有很好的效果7，作者經(jīng)過(guò)參考有關(guān)文獻(xiàn)，運(yùn)用SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)測(cè)定珠江及中山大學(xué)湖水中16種優(yōu)控PAHs含量。實(shí)驗(yàn)部分2.1樣品采集樣品采集點(diǎn)：珠江（中山大學(xué)北門(mén)碼頭旁）、西湖（中山大學(xué)康樂(lè)餐廳旁）、東湖（中山大學(xué)園東區(qū)荷花湖）、北湖（中大北門(mén)旁）。于2008年4月不同時(shí)間在每個(gè)采樣點(diǎn)采集3個(gè)平行樣品，分別進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均。樣

5、品用1L棕色瓶采集并及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，置于冰箱備用。樣品用100 mPMDS進(jìn)行萃取，用GC-MS進(jìn)行分析，采用標(biāo)準(zhǔn)物加入法進(jìn)行定量。2.2儀器與試劑 GC-MS色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀Aglilent 6890 GC（HP-5MS，30.0 m 250 m i.d., 內(nèi)壁厚0.25 m ）/5975 MS、PDMS萃取頭(100 m )/ SUPELCO、透明樣品瓶(40基金項(xiàng)目：中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院第八屆創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究基金，基金編號(hào)：0717作者簡(jiǎn)介：韋燕莉，本科，中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院04級(jí)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)通訊聯(lián)系人：歐陽(yáng)鋼鋒，副教授， E-mail: 16種優(yōu)控PAHs混標(biāo)：萘(NaP

6、)、苊烯(ACY)、苊(ACE)、芴(FLE)、菲(PHE)、蒽(ANT)、熒蒽(FLU)、芘(PYR)、苯并(a)蒽(BaA)、(CHY)、苯并(b)熒蒽(BbF)、苯并(k)熒蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、茚并(1,2,3-cd)芘(IP)、二苯并(a,h)蒽(DBA)、苯并(g,h,i)苝(Bper)。2.3 GC-MSGC升溫程序：50 停留1min；20 /min到150 ，停留6 min；10 /min到250 ，停留12 min；30 /min到300 ，停留2 min；其中GC進(jìn)樣口的溫度為270 ，質(zhì)譜源的溫度為230 ，質(zhì)譜四極桿溫度為150 ，GC-MS接口溫度為

7、230表 2-1 16種PAHs出峰時(shí)間及特征離子峰化合物tR/minSIM Ion(m/Z)a序號(hào)中文名稱英文名稱英文簡(jiǎn)稱1萘NaphthaleneNaP5.2128,1022苊烯AcenaphthyleneACY7.2152,763苊AcenaphtheneACE7.45153,764芴FluoreneFLE8.26166,825菲PhenanthrenePHE10.0178,76,1526蒽AnthraceneANT10.1178,76,897熒蒽FluorantheneFLU12.53202,101,888芘PyrenePYR12.97202,55,889苯并(a)蒽Benzaanth

8、raceneBaA15.72228,114,20010ChryseneCHY15.81228,113,20011苯并(b)熒蒽BenzobfluorantheneBbF18.71252,126,22412苯并(k)熒蒽BenzokfluorantheneBkF18.81252,126,22413苯并(a)芘BenzoapyreneBaP19.89252,126,22414茚并(1,2,3-cd)芘Indeno1,2,3-cdpyreneIP26.10276,13815二苯并(a,h)蒽Dibenza,hanthraceneDBA26.51278,13916苯并(g,h,i)苝Benzoghip

9、eryleneBper27.94276,138a 表格中用粗體及加橫線格式的離子用于SIM設(shè)定，其余離子為各化合物的特征離子碎片（2）采取不分流加壓的方法檢測(cè)實(shí)際水樣中PAHs：加壓 25.0 psi 1.00 min。根據(jù)化合物的出峰時(shí)間的不同及特征離子峰的不同設(shè)置SIM（選擇離子監(jiān)測(cè)）對(duì)目標(biāo)分析物進(jìn)行檢測(cè)。2.4 SPME技術(shù)條件2.4.1萃取時(shí)間的優(yōu)化圖2-1 萃取時(shí)間的測(cè)定峰面積圖2-1 萃取時(shí)間的測(cè)定峰面積化合物由圖可知，當(dāng)萃取時(shí)間由5 min上升到60 min時(shí)，PAHs各化合物的萃取量都趨于上升的狀態(tài)，分子量低的PAHs如萘、苊稀在萃取時(shí)間為30 min時(shí)已達(dá)到平衡；當(dāng)萃取時(shí)間為

10、60 min時(shí)除了熒蒽、芘的萃取量比80 min時(shí)萃取量稍低外，其它化合物在萃取時(shí)間為60 min時(shí)已達(dá)到平衡，則選擇萃取時(shí)間為60 min。2.4.2解吸時(shí)間的優(yōu)化化合物1、16種PAHs總含量，2、解吸5min后PDMS上的PAHs殘留量，3、解吸10min后PMDS化合物1、16種PAHs總含量，2、解吸5min后PDMS上的PAHs殘留量，3、解吸10min后PMDS上的PAHs殘留量峰面積圖2-2 解吸時(shí)間的測(cè)定由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，分子量小的PAHs如萘、苊烯、苊、芴解吸5min后再測(cè)定其殘留量時(shí)，含量已經(jīng)非常低，由此可知，分子量小的PAHs比較容易解吸脫附，而分子量大的PAHs比較難解

11、吸脫附，但在解吸10 min后16種PAHs的殘留量都低于10 %，不會(huì)影響下一個(gè)樣品中PAHs含量的測(cè)定，故選擇解吸時(shí)間為10 min。結(jié)果與討論3.1標(biāo)準(zhǔn)加入法的驗(yàn)證在色譜條件下，采取浸入式萃取模型，t萃取=60 min，t解吸=10 min，測(cè)定了加入不同標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液的16種PAHs的響應(yīng)值與加標(biāo)后濃度的線性關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表3-1。表3-1 SPME-GC-MS測(cè)定PAHs的線形方程和相關(guān)系數(shù)化合物線形方程（x：濃度/(ng/L)y：響應(yīng)值）相關(guān)系數(shù)（R2）中文名稱英文簡(jiǎn)稱萘NaPy = 8330 x + 3805330.9975苊烯ACYy = 25940 x + 3207830.998

12、7苊ACEy = 37819x + 4545460.9997芴FLEy = 34254x + 7595611菲PHEy = 74356x + 2E+060.9996蒽ANTy = 100861x + 2E+060.9993熒蒽FLUy = 145298x + 3E+060.9996芘PYRy = 152623x + 3E+060.9993苯并(a)蒽BaAy = 127411x + 2E+060.9993CHYy = 160983x + 3E+060.9981苯并(b)熒蒽BbFy = 111555x + 1E+060.9987苯并(k)熒蒽BkFy = 178234x + 3E+060.99

13、9苯并(a)芘BaPy = 103675x + 1E+060.9974茚并(1,2,3-cd)芘IPy = 58297x + 6447890.9999二苯并(a,h)蒽DBAy = 65830 x + 2E+060.9902苯并(g,h,i)苝Bpery = 77811x + 2E+060.9908標(biāo)準(zhǔn)加入法驗(yàn)證結(jié)果：PAHs未知濃度（PAHs各化合物實(shí)際濃度均為10 ng/L）溶液的16種PAHs濃度平均值為14.53 ng/L，證明SPME-標(biāo)準(zhǔn)加入法作為定量方法適用于本實(shí)驗(yàn)。3.2水樣中PAHs含量測(cè)定采取SPME-標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定水樣中16種PAHs的含量：在實(shí)際水樣中加入16種PAHs

14、混標(biāo)，加入濃度分別為20 ng/L，50 ng/L，100 ng/L，在色譜條件下，采取浸入式萃取模型，t萃取=60 min，t解吸=10 min，測(cè)定了水樣及加標(biāo)后16種PAHs響應(yīng)值與樣品加標(biāo)濃度關(guān)系，根據(jù)工作曲線的斜率及水樣中各化合物的響應(yīng)值計(jì)算各化合物濃度，結(jié)果見(jiàn)表3-2。表3-2 珠江及中山大學(xué)湖水中16種PAHs含量序號(hào)化合物珠江西湖北湖東湖濃度/ ngL-1濃度/ngL-1濃度/ ngL-1濃度/ ngL-11萘16.01 18.9623.45 43.05 2苊烯7.54 4.444.96 2.63 3苊5.36 2.883.18 1.89 4 芴 5.27 4.317.27 5

15、.35 5菲 11.07 7.5410.62 7.15 6蒽3.33 3.944.45 3.82 7 熒蒽9.45 5.265.11 4.45 8芘12.64 5.405.46 4.11 9苯并(a)蒽9.80 4.3013.26 5.60 1015.17 10.6515.11 10.28 11苯并(b)熒蒽15.65 13.1925.72 6.78 12苯并(k)熒蒽24.09 13.1925.72 25.79 13苯并(a)芘25.81 14.8234.82 16.75 14茚并(1,2,3-cd)芘 47.68 17.3672.49 29.39 15二苯并(a,h)蒽71.86 29.9

16、486.00 46.61 16 苯并(g,h,i)苝104.77 44.11165.71 83.69 16 PAHs385.51 200.31 503.33 297.34 化合物濃度/(ng.L-1化合物濃度/(ng.L-1)圖3-1珠江及中山大學(xué)湖水中16種PAHs含量比較由表3-2及圖3-1可知，珠江、西湖、北湖、東湖水體中所含16種優(yōu)控 PAHs濃度總量分別為385.5 ng/L、200.3 ng/L、503.3 ng/L、297.3ng/L，北湖中PAHs個(gè)化合物濃度均高于別的水樣中PAHs濃度，分子量小的化合物濃度比分子量大的化合物濃度低。羅孝俊等82004年研究的珠江水體中16種P

17、AHs的濃度總量的范圍為163.3431.35 ng/L，曾永平等92007年報(bào)導(dǎo)的珠江河口的PAHs的濃度總量的范圍為10.8323 ng/L。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的珠江中多環(huán)芳烴（PAHs）的濃度總量385.51 ng/L，與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的值相符合，證明SPME-GC-MS技術(shù)適用于水體中16種優(yōu)控PAHs含量的測(cè)定。表3-3為珠江及中山大學(xué)湖水水樣品中16種優(yōu)控多環(huán)芳烴的分析結(jié)果和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)EPA推薦地表水16種優(yōu)控PAHs含量標(biāo)準(zhǔn)10中對(duì)16種優(yōu)控PAHs的限值的比較。表3-3 珠江及中山大學(xué)湖水中PAHs濃度與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比 (ng.L-1)16種優(yōu)控PAHs化合物珠江西湖北湖東

18、湖地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GHZB1-1999）美國(guó)EPA推薦標(biāo)準(zhǔn)b（EPA822-Z-99-001）萘16.01 18.9623.45 43.05 苊烯7.54 4.444.96 2.63 苊5.36 2.883.18 1.89 1.2106 芴 5.27 4.317.27 5.35 1.3106菲 11.07 7.5410.62 7.15 蒽3.33 3.944.45 3.82 9.6106 熒蒽9.45 5.265.11 4.45 0.3106芘12.64 5.405.46 4.11 0.96106苯并(a)蒽9.804.3013.26 5.60 4.415.17 10.6515.11 10

19、.28 4.4苯并(b)熒蒽15.65 13.1925.72 6.78 4.4苯并(k)熒蒽24.09 13.1925.72 25.79 4.4苯并(a)芘25.81 14.8234.82 16.75 2.84.4茚并(1,2,3-cd)芘 47.68 17.3672.49 29.39 4.4二苯并(a,h)蒽71.86 29.9486.00 46.61 4.4 苯并(g,h,i)苝104.77 44.11165.71 83.69 16 PAHs385.51 200.31 503.33 297.34 b 指美國(guó)EPA地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；c所有帶下劃線的數(shù)值表示超過(guò)美國(guó)EPA地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值。初步實(shí)

20、驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，珠江及中山大學(xué)湖水水體中強(qiáng)致癌化合物中、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽的濃度均超過(guò)美國(guó)EPA地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，珠江、北湖、東湖水體中的苯并(a)蒽的濃度也超過(guò)美國(guó)EPA地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，說(shuō)明我們周?chē)h(huán)境的水體受到輕微污染。實(shí)驗(yàn)小結(jié)本實(shí)驗(yàn)用SPME-GC-MS技術(shù)測(cè)定了珠江及中山大學(xué)湖水中16種優(yōu)控PAHs的濃度含量，并取得了較好的結(jié)果，由測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到珠江、西湖、北湖、東湖水體中所含16種優(yōu)控 PAHs濃度總量分別為385.5 ng/L、200.3 ng/L、503.3 ng/L、297.3ng/L，且16

21、種優(yōu)控PAHs的濃度含量均低于200 ng/L，其中北湖水體中16種優(yōu)控PAHs的濃度含量普遍高于東湖、西湖、珠江水樣中各PAHs濃度含量，西湖水體中16種優(yōu)控PAHs的濃度含量普遍低于別的水樣中的PAHs濃度含量，分子量小的PAHs濃度普遍低于分子量大的PAHs濃度。本實(shí)驗(yàn)所得的珠江水中PAHs濃度總量結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的珠江水中PAHs濃度總量相符合，證明SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)適合于環(huán)境水樣中16種優(yōu)控PAHs的含量分析，同時(shí)也體現(xiàn)了SPME技術(shù)在樣品前處理中快速、靈敏、簡(jiǎn)單、無(wú)溶劑的特點(diǎn)。與美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)比較，七種強(qiáng)致癌化合物的濃度比標(biāo)準(zhǔn)稍高，說(shuō)明我們周?chē)h(huán)境的水體受到輕微污染。致謝

22、感謝中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院第八屆創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：0717）資助！特別感謝中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院物理化學(xué)研究所的歐陽(yáng)鋼鋒老師的悉心指導(dǎo)，以及實(shí)驗(yàn)組江瑞芬?guī)熃愕臒嵝膸椭?. 參 考 文 獻(xiàn)1 于萍萍,張進(jìn)忠,林存剛.多環(huán)芳烴在環(huán)境中污染的微生物降解的研究進(jìn)展.資源環(huán)境與發(fā)展,2006,3,35-39.2 陳宇,代斌.多環(huán)芳烴降解研究進(jìn)展.環(huán)境污染與防治,2006,11,1-9.3 Jian Yan,Lei Wang, PeterP. Fu, et al. Photomutagenicity of poplycyclic aromatic hydrocarbons f

23、rom the US EPA priority pollutant list. Mutation Research, 2004,557,99-108.4 Heidi K. Bojes, Peter G. Poge. Characterization of EPAs 16 priority pollutant polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in tank bottom solids and associated contaminated soils at oil exploration and production sites in Texas.

24、Regulatory Toxicology and Pharmacology,2007,47,288-2955Fusheng Sun, David Littlejohn, Mark David Gibson. Ultrasonication extraction and solid phase extraction clean-up for determination of US EPA 16 priority pollutant polycyclic aromatic hydrocarbons in soils by reversed-phase liquid chromatography

25、with ultraviolet absorption detection. Analytica Chimica Acta, 1998,364,1-11.6 Li Hou, HianKee Lee. Determination of pesticides in soil by liquid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry. Journal Chromatography A, 2002; 1038:37-42.7 Ming-Chi Wei,Jen-Fon Jen. Determination of po

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27、des in water columns from the Pearl River and the Macao harbor in the Pearl River Delta in South China. Marine Pollution Bulletin, 2004,48, 1102-1115.9 Jizhong Wang, Yufeng Guan, Honggang Ni, et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons in riverine runoff of the Pearl River Delta (China): concentrations,

28、 fluxes, and fate. Environmental Science Technology, 2007, 41: 5614-5619.10 楊清書(shū)，麥碧嫻，羅孝俊等.珠江澳門(mén)水域水柱多環(huán)芳烴初步研究.環(huán)境科學(xué)研究,2004,17(3),28-33.Determination of Trace Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the water of the Pearl River and the lakes in Sun Yat-sen University Yanli Wei Gangfeng Ouyang *School of Chemistry and Chemical Engineering ,Sun Yat- sen University , Guangzhou 510275 , ChinaABSTRACT：Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a teratogenic, and carcinogenic, mutagenic compounds. PAHs have extensive sources in the environment, and they ar