环境空气中苯并芘HPLC-EID荧光检测的解决方案

1 前言

 

        2015年初，柴静自费百万拍摄的纪录片《穹顶之下》引起了社会的广泛关注，通过视频网站、社交网络等引起数千万乃至上亿人再次认识到雾霾的危害。把雾霾源头、原因、危害，以及如何破局理得清清楚楚。目前，对雾霾的研究主要是集中在雾霾形成的原因，雾霾中的重金属含量，颗粒分布及元素组成方面。但雾霾中同样危害严重的多环芳烃类有机物却没有给出太多的研究，无法获得雾霾中多环芳烃类有机物的定量数据，就无法分析多环芳烃的主要来源，更无法判断其迁移途径以及多大气造成的危害。

        多环芳烃( PAHs) 是大气环境中分布最广泛、危害性最大的有机化合物之一。许多PAHs都为“三致”(致癌、致畸和致突变)化合物，特别是美国EPA公布的16种PAHs，其中 3,4苯并[α]芘(BaP)为强致癌性化合物。1976年，国际癌症研究中心(IARC)列出的94种对实验动物致癌的化合物中，有15种属于多环芳烃。由于苯并[α]芘是第一个被发现的环境化学致癌物，而且致癌性很强，故常以苯并[α]芘作为多环芳烃的代表，它占全部致癌性多环芳烃的1%-20%，苯并芘多和大气中各种类型微粒所形成的气溶胶结合在一起，在8微米以下的可吸入尘粒中，吸入肺部的比率较高，其广泛存在的特性及高活性间接致癌性，使其即使很低含量也会对人身体产生严重的后果。所以，对苯并芘含量的检测是反应空气中多环芳烃类有机物含量的重要指标，更是间接反应空气质量的重要参数。

         目前，国内检测空气中苯并芘的方法是国家标准GB/T 15439-1995《环境空气 苯并(а)芘测定 高效液相色谱法》。该方法中采用的检测器是紫外检测器，受限于紫外检测器本身灵敏度较低的缺陷，空气中的苯并芘需24h的长时间采富集才能定量测定，无法及时反映空气中苯并芘的含量情况。荧光检测器是目前灵敏度最高的检测方法之一，适合于在短时间内完成苯并芘富集后的定量分析，而且荧光检测器选择性强，能去除复杂的空气其他复杂成分对苯并芘的定量检测的干扰。

        根据以上情况，大连依利特分析仪器有限公司专门开发建立了一种HPLC-EID荧光检测法，给出了分析环境空气中苯并芘检测的全套解决方案。该方案富集时间短，检测灵敏度高，定量准确度好，方法重复性佳，是一种有效专用检测空气中苯并芘的方法。

 

2  仪器与试剂

2.1 仪器与试剂配置

表1  环境空气中苯并芘HPLC-FD检测仪器与试剂配置

2.2 苯并芘标准溶液配制

苯并芘标准储备液：

        准确称取5mg苯并芘样品(精确到0.1mg)至50mL容量瓶中，用甲醇溶解定容，得到100μg/L。   

苯并芘标准工作液：

        用流动相稀释苯并芘标准储备液分别配置浓度为0.11μg/L，0.36μg/L，2.5μg/L，5.0μg/L，10μg/L的苯并芘标准工作液。

 

2.3 样品前处理：

样品前处理方法如下所示：

 图1 样品前处理方法 

       参考GB/T 15439-1995《环境空气 苯并(а)芘测定 高效液相色谱法》，空气采样时间可由24h降低为0.5-1h左右，大大缩短样品前处理时间，如配置自动样处理装置可实现环境空气中苯并芘实时监测。

 

3  色谱条件

    参考GB/T 15439-1995《环境空气 苯并(а)芘测定 高效液相色谱法》中，色谱条件如下：

    流动相：甲醇/水=90/10(v/v)；

    色谱柱：Hypersil ODS2 5μm，4.6×250mm；

    流量：1.0mL/min；

    进样量：20μL；

    柱温：40℃；

    波长：激发365nm，发射430nm；

 

4  实验结果与讨论

4.1  典型分离色谱图

        在上述色谱条件下，进样分析浓度为10μg/L的苯并芘标准品。图2和表1为苯并芘标准品及实际样品分析结果，保留时间为12.87min；柱效高，理论塔板数达大于GB/T 15439-1995《环境空气 苯并(а)芘测定 高效液相色谱法》中要求的≥5000N。

 

图2  0.01μg/mL苯并芘标准品及实际样品叠加谱图

 

表1 苯并芘色谱参数

 

4.2 进样重复性

        为考察进样重复性，按上述色谱条件分析，连续5次进样(10μg/L BaP/甲醇溶液)。结果如下所示。

图3 连续进样重复性实验(n=5)

        峰面积RSD值0.71%，保留时间RSD值0.34%，均小于1%，进样重复性良好。

 

4.3 线性相关性和定量限

        线性范围是响应曲线所跨越的最大线性区间。根据ASTM的标准规定，线性下限定义为响应值偏离中心曲线10%所对应的浓度，上限则是偏离5%。测试结果表明，该系统对苯并芘的线性范围为3个数量级。可对较大范围浓度的苯并芘完成定量检测。

        以苯并芘标准样品逐级稀释并分析检测。直至某个浓度样品的信噪比约为10时的浓度定为仪器的定量限(LOQ)，信噪比约为3时的浓度定为仪器的检出限(LOD)。实验结果如下表所示。

表2 苯并芘检测限及定量限

 

*：以采气体积为20m3，提取甲醇为20mL计算。

 

4.4 准确度

        将同一份得到的空气玻璃纤维滤膜分成两份，分别在本系统及环境检测中心进行了检测。分析结果证明，该系统准确性良好，可满足测试要求，且分析时间大大缩短，工作效率提高。

 

4.5 实际样品分析

        按照上述检测方法，对某实际空气样品进行分析，计算得到该空气中苯并芘含量为 0.01μg/m3，是2016年即将实施GB 3095-2012 《环境空气质量标准》要求（0.0025μg/m3）的4倍。

 

5  结论

        综上所述，采用大连依利特分析仪器有限公司构建的一种苯并芘专用HPLC-EID荧光检测系统及其方法，可以实现对环境空气中苯并芘的定量快速检测，该方法灵敏度高，重复性好，准确度高，为空气中有害物质来源分析及其治理提供科学依据。  

 

参考资料：

1. GB/T 15439-1995《环境空气 苯并(а)芘测定 高效液相色谱法》

2. GB 3095-2012 《环境空气质量标准》

3. 发明专利，201310163371.7苯并芘专用自动检测设备，大连依利特分析仪器有限公司

4. 空气中苯并芘的专用自动检测系统的构建，赵连海、孙元社、唐涛、李彤，2014中国环境科学学会学术年会（第三章）

5. 环境中苯并芘专用分析检测装置，中环协(2013)46号，2013年国家重点环境保护实用技术名录(第二批2013-74)

 

附录：