论文部分内容阅读
摘要:以正己烷为提取剂,萃取液经脱水、浓缩、净化和定容后,石英毛细管色谱柱分离目标化合物,气相色谱-质谱法测定地下水及地表水源水中2种多氯联苯(PCB194、PCB206)。实验表明, 2种目标物质量浓度最低检测结果分别为1.6 ng/L和1.9 ng/L,PCB194回收率在80.0%~102.0%范围内,PCB206回收率在83.2%~97.5%范围内。方法简单、灵敏、准确,有机溶剂使用量小。
关键词:PCB194、PCB206;气相色谱质谱联用仪;液液萃取;浓缩;净化;方法确认;
0 前言
研究证明多氯联苯存在于环境中,PCB对环境的污染表现为对水体、土壤、大气、生物影响[1];PCB对动物和人体的危害: 能经皮肤、呼吸道、消化道而被人体吸收,吸收后极难分解,能够在人体脂肪中大量富集,它会使肝、肾功能受损,使人记忆力衰退,降低成人的生殖能力,甚至引发癌症,严重时危及人的健康和生命安全的污染。
当前地下水及地表水源水中PCB194和PCB206测定方法目前暂无国标、行标和专业权威机构发布的测试技术规范发布[3~6]。为保护环境,保障人体健康,笔者建立了以正己烷为提取剂,萃取液经脱水、浓缩、净化和定容后,石英毛细管色谱柱分离目标化合物,气相色谱-质谱法测定水质中PCB194和PCB206含量,方法精密度和准确度较好,有机溶剂用量小,易于操作。
1 实验室部分
1.1 仪器与试剂
气相色谱质谱联用仪(型号:岛津GCMS-QP2020);旋转蒸发仪(型号:RE-2000B);固相萃取装置(SPE)(型号:SBE2-CG1013)
正己烷(色谱纯);无水硫酸钠(分析纯);氯化钠(分析纯);
PCB194、PCB206标准储备液(Bepure、100 mg/L);
内标储备液:PCB77-d6和PCB156-d3内标标准样品(美国O2si、10mg/L);替代物储备液:PCB28-2?,3?,5?,6?-d4 ,PCB114-2?,3?,5?,6?-d4混标(美国Accustandard、100 mg/L)。
十氟三苯基膦(DFTPP)使用液:ρ=50.0 mg/ml。
硫酸:ρ(H2SO4=1.84 g/ml,优级纯);
硅酸镁净化小柱:填料为硅酸镁,1000mg,柱体积为6ml。
1.2 仪器条件
色谱柱:DB-5MS型毛细管柱(石英毛细管柱,长30m,内径0.25 mm,膜厚0.25μm);
色谱分析参数:进样口温度:270℃;进样方式:不分流;升温程序:初始温度50℃保持1min,以20℃/min,升至220℃保持1min,再以10℃/min升至280℃,保持8min;载气:氦气(纯度99.999%);
离子源:EI源;离子源温度:280℃;接口温度:280℃;扫描方式:选择离子选择扫描(SIM)。
22结果与讨论
2.1样品
2.1.1采集与保存
按照 HJ/T 91 和 HJ/T 164 的相关规定采集样品。样品收集在棕色玻璃样品瓶(1L)中,水样充满样品瓶。在 4℃下避光保存,7d 内完成萃取。
2.1.2试样的制备
液液萃取:摇匀水样,量取1000mL水样,倒入2000mL 的分液漏斗中,加入100uL(1.0mg/L)替代物标准使用液,混匀,用盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节水样的pH值至5~9,加入,20g氯化钠,再加入50mL二氯甲烷,振摇5min,静置分层,收集有机相,放入250mL接收瓶中,重复萃取两遍,合并有机相,加入无水硫酸钠至有流动的无水硫酸钠存在。放置30min,脱水干燥。
浓缩:用旋转蒸发仪浓缩至1mL,加入适量正己烷至15mL,重复此浓缩过程3次,最后浓缩至10mL,待净化。
硫酸净化:将10mL浓缩液转入60mL分液漏斗中,加入10mL的硫酸,轻轻振摇,注意放气,然后振摇1min,静置分层后弃去下层硫酸。如果硫酸层中仍有颜色则重复上述操作至硫酸层无色为止。向分液漏斗加入30ml氯化钠溶液(50g/L)洗涤有机相,静置分层后弃去水相,有机相经干燥柱脱水后,浓缩至1ml以下。(视其水体性质可以继续选用弗罗里硅土净化)
弗罗里硅土固相萃取柱净化:用4ml正己烷(HPLC)冲洗固相萃取柱,并浸润5min后,弃去流出液,流速控制在2ml/min。把硫酸净化后的浓缩液全部转移至柱内,用2~3ml正己烷(HPLC)洗涤样品浓缩液瓶两次,一并转移到固相萃取柱上,用10ml淋洗液2(1+9丙酮/正己烷混合溶液)洗脱固相萃取柱,接收淋洗液(以上步骤应始终保持柱填料上方留有液面)。
将净化液浓缩至1.0ml以下,加入10.0μl内标使用液(10mg/L),再加入正己烷(HPLC)定容至1.0ml,轉移到色谱瓶中待测试。制备的样品在4℃以下冷藏保存,30d内完成分析。
注1:在萃取过程中出现乳化现象时,可采用搅动、离心、用玻璃棉过滤等方法破乳,也可采用冷冻的方法破乳。
注2:排气应在通风橱中进行以防止交叉污染。
2.1.3空白试样的制备
用实验用水代替样品,按照试样制备2.1.2相同的操作步骤,制备空白试样。
2.2方法确认
本次实验参考《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168-2020)对方法适用范围、干扰和消除、试剂和材料、仪器设备、方法性能指标(如:校准曲线、检出限、测定下限、准确度、精密度)等要素进行实验确认,并选取不少于一种实际样品进行测定。
2.2.1校准 2.2.1.1仪器性能检查
样品分析前,取1?L十氟三苯基膦(DFTPP)(50 mg/L)直接进样,对气相色谱-质谱系统进行仪器性能检查,所得质量离子的丰度应满足要求,否则需要重新校准。
2.2.1.2校准曲线的绘制
准备6个色谱瓶,将2种目标物(PCB194、PCB206)和替代物使用液配制成浓度为5.0、10.0、20.0、50.0、100、200ug/L的标准系列,并迅速加入10uL内标(PCB77-d6和PCB156-d3)10mg/L使用液,用正己烷稀释至1.0mL,密封,混匀。按照仪器参考条件1.2进行分析,选用平均相对响应因子绘制校准曲线。
2.2.2样品测定结果计算方式
按照与校准曲线相同的条件进行试样及空白的测定,按如下公式计算结果。
ρ=ρ1 *V1/V
式中:ρ—样品中多氯联苯的质量浓度,μg/L;
ρ1 —由校准曲线得到的试样中多氯联苯的质量浓度,μg/L;
V1—试样定容体积;mL;
V—试样取样体积;mL。
2.2.3空白试样7次测定结果
结论:根据表2可知,7次空白试剂水中PCB194、PCB206的测定值为ND。
2.2.4方法检出限、测定下限测试结果
参考HJ715,按照样品分析步骤,在7个地表水样品中加入5~8 ng目标物和100ng替代物后,按照2.1.2完成样品制备,加入100ng内标后参考仪器条件1.2进行上机分析,并参照下式进行检出限计算。
MDL=t(n-1,0.99)*SD,t=3.143
其中,MDL为取样量为1000mL,定容到1.0mL测定下的检出限;SD为7次样品平行测定标准偏差;t为自由度为n-1,置信度为99%时的t分布。
通过实验确认,PCB194的检出限为1.6 ng/L,测定下限为6.4ng/L;PCB206的检出限为1.9 ng/L,测定下限为7.6ng/L;
2.2.5实际水质样品(低、中、高浓度)加标精密度实验
准备18个2L分液漏斗,平均分成3组,每组分次加入20μL、100μL、180μL浓度为1.0mg/L的标准使用液于6只装有1L水样的2L分液漏斗中,同步加入
100ng替代物,按照(2.1.2)完成试样制备,加入100ng内标物后按仪器(1.2)条件上机分析,验证样品低中高浓度方法精密度。
6个试样目标物加标量为20ng时,PCB194相对标准偏差为4.3%,PCB206相对标准偏差为2.4%。
6个试样目标物加标量为100ng时,PCB194相对标准偏差为1.7%,PCB206相对标准偏差为3.1%。
6个试样目标物加标量为180ng时,PCB194相对标准偏差为4.3%,PCB206相对标准偏差为4.1%。
2.2.6实际水质样品准确度实验
本次方法首先选择一种实际样品测定其结果,然后在样品中加入低、中、高浓度目标物,通过加标回收率和替代物回收率实验2种方式确认方法准确度。
2.2.6.1地表饮用水样品测试数据
分别取地下水和地表水源水各2份1L水样于4个2L分液漏斗中,同步加入100ng替代物,按照(2.1.2)完成试样制备后,加入100ng内标物,按仪器条件(1.2)上机分析,实验结果详见表3。
2.2.6.2实际样品低、中、高浓度加标回收率实验
准备18个装有1L水样的2L分液漏斗,平均分成3组,每组分次加入20μL、100μL、180μL浓度为1.0mg/L的目标物使用液,同步加入100ng替代物,按照(2.1.2)完成试样制备后,加入100ng内标物,按仪器条件(1.2)上机分析,验证方法准确度。
实验得出,3组水样目标物加标量为20ng、100ng、180ng时,平行测定6次, PCB194的加标回收率为80%~102%,PCB206的加标回收率为83.2%~97.5%。
2.2.7替代物回收率统计结果
此次方法研究过程中所有样品均同步加入一定浓度替代物,通过替代物回收率来监控数据结果有效性。
36个试样PCB28-2′3′,5′,6′-d4替代物回收率统计结果为57.3%~100.9%, PCB114-2′,3′,5′,6′-d4替代物统计结果为47.2%~94.0%。
2.2.8 方法指标确认结果汇总表
3 结论
通过实验,研究方法具有重现性好、结果准确度高、方法操作简便、快速等特点,通过2种实际样品测试,方法可以准确测定地下水和地表水源水中2种多氯联苯(PCB194、PCB206)含量,现实生活中可用于清洁水质中2种多氯联苯(PCB194、PCB206)环境监测(分析)。
参考文献:
[1] 岳舜林.水质污染与人体健康[J].中国给水排水.1992,8(1):55~57
[3] 李艳红.气相色譜法分析土壤中的多氯联苯[J].环境科学丛刊.1992,13(5):43~47
[4]《水质 多氯联苯的测定 气相色谱-质谱法(发布稿)》(HJ 715-2014).
[5]《水和废水标准检验法第15版》.
[6]《生活饮用水标准检验方法 有机物指标》(GB/T 5750.8-2006)
[7]《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168-2020).
[8]《地下水环境监测技术规范》(HJ 164-2020).
[9]《水质采样 样品的保存和管理技术规定》(HJ 493-2009).
作者简介:
谢红兵(1985),男 ,云南昆明人,大学本科,工程师,从事环境监测、食品、农产品及工业产品检验检测工作。
关键词:PCB194、PCB206;气相色谱质谱联用仪;液液萃取;浓缩;净化;方法确认;
0 前言
研究证明多氯联苯存在于环境中,PCB对环境的污染表现为对水体、土壤、大气、生物影响[1];PCB对动物和人体的危害: 能经皮肤、呼吸道、消化道而被人体吸收,吸收后极难分解,能够在人体脂肪中大量富集,它会使肝、肾功能受损,使人记忆力衰退,降低成人的生殖能力,甚至引发癌症,严重时危及人的健康和生命安全的污染。
当前地下水及地表水源水中PCB194和PCB206测定方法目前暂无国标、行标和专业权威机构发布的测试技术规范发布[3~6]。为保护环境,保障人体健康,笔者建立了以正己烷为提取剂,萃取液经脱水、浓缩、净化和定容后,石英毛细管色谱柱分离目标化合物,气相色谱-质谱法测定水质中PCB194和PCB206含量,方法精密度和准确度较好,有机溶剂用量小,易于操作。
1 实验室部分
1.1 仪器与试剂
气相色谱质谱联用仪(型号:岛津GCMS-QP2020);旋转蒸发仪(型号:RE-2000B);固相萃取装置(SPE)(型号:SBE2-CG1013)
正己烷(色谱纯);无水硫酸钠(分析纯);氯化钠(分析纯);
PCB194、PCB206标准储备液(Bepure、100 mg/L);
内标储备液:PCB77-d6和PCB156-d3内标标准样品(美国O2si、10mg/L);替代物储备液:PCB28-2?,3?,5?,6?-d4 ,PCB114-2?,3?,5?,6?-d4混标(美国Accustandard、100 mg/L)。
十氟三苯基膦(DFTPP)使用液:ρ=50.0 mg/ml。
硫酸:ρ(H2SO4=1.84 g/ml,优级纯);
硅酸镁净化小柱:填料为硅酸镁,1000mg,柱体积为6ml。
1.2 仪器条件
色谱柱:DB-5MS型毛细管柱(石英毛细管柱,长30m,内径0.25 mm,膜厚0.25μm);
色谱分析参数:进样口温度:270℃;进样方式:不分流;升温程序:初始温度50℃保持1min,以20℃/min,升至220℃保持1min,再以10℃/min升至280℃,保持8min;载气:氦气(纯度99.999%);
离子源:EI源;离子源温度:280℃;接口温度:280℃;扫描方式:选择离子选择扫描(SIM)。
22结果与讨论
2.1样品
2.1.1采集与保存
按照 HJ/T 91 和 HJ/T 164 的相关规定采集样品。样品收集在棕色玻璃样品瓶(1L)中,水样充满样品瓶。在 4℃下避光保存,7d 内完成萃取。
2.1.2试样的制备
液液萃取:摇匀水样,量取1000mL水样,倒入2000mL 的分液漏斗中,加入100uL(1.0mg/L)替代物标准使用液,混匀,用盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节水样的pH值至5~9,加入,20g氯化钠,再加入50mL二氯甲烷,振摇5min,静置分层,收集有机相,放入250mL接收瓶中,重复萃取两遍,合并有机相,加入无水硫酸钠至有流动的无水硫酸钠存在。放置30min,脱水干燥。
浓缩:用旋转蒸发仪浓缩至1mL,加入适量正己烷至15mL,重复此浓缩过程3次,最后浓缩至10mL,待净化。
硫酸净化:将10mL浓缩液转入60mL分液漏斗中,加入10mL的硫酸,轻轻振摇,注意放气,然后振摇1min,静置分层后弃去下层硫酸。如果硫酸层中仍有颜色则重复上述操作至硫酸层无色为止。向分液漏斗加入30ml氯化钠溶液(50g/L)洗涤有机相,静置分层后弃去水相,有机相经干燥柱脱水后,浓缩至1ml以下。(视其水体性质可以继续选用弗罗里硅土净化)
弗罗里硅土固相萃取柱净化:用4ml正己烷(HPLC)冲洗固相萃取柱,并浸润5min后,弃去流出液,流速控制在2ml/min。把硫酸净化后的浓缩液全部转移至柱内,用2~3ml正己烷(HPLC)洗涤样品浓缩液瓶两次,一并转移到固相萃取柱上,用10ml淋洗液2(1+9丙酮/正己烷混合溶液)洗脱固相萃取柱,接收淋洗液(以上步骤应始终保持柱填料上方留有液面)。
将净化液浓缩至1.0ml以下,加入10.0μl内标使用液(10mg/L),再加入正己烷(HPLC)定容至1.0ml,轉移到色谱瓶中待测试。制备的样品在4℃以下冷藏保存,30d内完成分析。
注1:在萃取过程中出现乳化现象时,可采用搅动、离心、用玻璃棉过滤等方法破乳,也可采用冷冻的方法破乳。
注2:排气应在通风橱中进行以防止交叉污染。
2.1.3空白试样的制备
用实验用水代替样品,按照试样制备2.1.2相同的操作步骤,制备空白试样。
2.2方法确认
本次实验参考《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168-2020)对方法适用范围、干扰和消除、试剂和材料、仪器设备、方法性能指标(如:校准曲线、检出限、测定下限、准确度、精密度)等要素进行实验确认,并选取不少于一种实际样品进行测定。
2.2.1校准 2.2.1.1仪器性能检查
样品分析前,取1?L十氟三苯基膦(DFTPP)(50 mg/L)直接进样,对气相色谱-质谱系统进行仪器性能检查,所得质量离子的丰度应满足要求,否则需要重新校准。
2.2.1.2校准曲线的绘制
准备6个色谱瓶,将2种目标物(PCB194、PCB206)和替代物使用液配制成浓度为5.0、10.0、20.0、50.0、100、200ug/L的标准系列,并迅速加入10uL内标(PCB77-d6和PCB156-d3)10mg/L使用液,用正己烷稀释至1.0mL,密封,混匀。按照仪器参考条件1.2进行分析,选用平均相对响应因子绘制校准曲线。
2.2.2样品测定结果计算方式
按照与校准曲线相同的条件进行试样及空白的测定,按如下公式计算结果。
ρ=ρ1 *V1/V
式中:ρ—样品中多氯联苯的质量浓度,μg/L;
ρ1 —由校准曲线得到的试样中多氯联苯的质量浓度,μg/L;
V1—试样定容体积;mL;
V—试样取样体积;mL。
2.2.3空白试样7次测定结果
结论:根据表2可知,7次空白试剂水中PCB194、PCB206的测定值为ND。
2.2.4方法检出限、测定下限测试结果
参考HJ715,按照样品分析步骤,在7个地表水样品中加入5~8 ng目标物和100ng替代物后,按照2.1.2完成样品制备,加入100ng内标后参考仪器条件1.2进行上机分析,并参照下式进行检出限计算。
MDL=t(n-1,0.99)*SD,t=3.143
其中,MDL为取样量为1000mL,定容到1.0mL测定下的检出限;SD为7次样品平行测定标准偏差;t为自由度为n-1,置信度为99%时的t分布。
通过实验确认,PCB194的检出限为1.6 ng/L,测定下限为6.4ng/L;PCB206的检出限为1.9 ng/L,测定下限为7.6ng/L;
2.2.5实际水质样品(低、中、高浓度)加标精密度实验
准备18个2L分液漏斗,平均分成3组,每组分次加入20μL、100μL、180μL浓度为1.0mg/L的标准使用液于6只装有1L水样的2L分液漏斗中,同步加入
100ng替代物,按照(2.1.2)完成试样制备,加入100ng内标物后按仪器(1.2)条件上机分析,验证样品低中高浓度方法精密度。
6个试样目标物加标量为20ng时,PCB194相对标准偏差为4.3%,PCB206相对标准偏差为2.4%。
6个试样目标物加标量为100ng时,PCB194相对标准偏差为1.7%,PCB206相对标准偏差为3.1%。
6个试样目标物加标量为180ng时,PCB194相对标准偏差为4.3%,PCB206相对标准偏差为4.1%。
2.2.6实际水质样品准确度实验
本次方法首先选择一种实际样品测定其结果,然后在样品中加入低、中、高浓度目标物,通过加标回收率和替代物回收率实验2种方式确认方法准确度。
2.2.6.1地表饮用水样品测试数据
分别取地下水和地表水源水各2份1L水样于4个2L分液漏斗中,同步加入100ng替代物,按照(2.1.2)完成试样制备后,加入100ng内标物,按仪器条件(1.2)上机分析,实验结果详见表3。
2.2.6.2实际样品低、中、高浓度加标回收率实验
准备18个装有1L水样的2L分液漏斗,平均分成3组,每组分次加入20μL、100μL、180μL浓度为1.0mg/L的目标物使用液,同步加入100ng替代物,按照(2.1.2)完成试样制备后,加入100ng内标物,按仪器条件(1.2)上机分析,验证方法准确度。
实验得出,3组水样目标物加标量为20ng、100ng、180ng时,平行测定6次, PCB194的加标回收率为80%~102%,PCB206的加标回收率为83.2%~97.5%。
2.2.7替代物回收率统计结果
此次方法研究过程中所有样品均同步加入一定浓度替代物,通过替代物回收率来监控数据结果有效性。
36个试样PCB28-2′3′,5′,6′-d4替代物回收率统计结果为57.3%~100.9%, PCB114-2′,3′,5′,6′-d4替代物统计结果为47.2%~94.0%。
2.2.8 方法指标确认结果汇总表
3 结论
通过实验,研究方法具有重现性好、结果准确度高、方法操作简便、快速等特点,通过2种实际样品测试,方法可以准确测定地下水和地表水源水中2种多氯联苯(PCB194、PCB206)含量,现实生活中可用于清洁水质中2种多氯联苯(PCB194、PCB206)环境监测(分析)。
参考文献:
[1] 岳舜林.水质污染与人体健康[J].中国给水排水.1992,8(1):55~57
[3] 李艳红.气相色譜法分析土壤中的多氯联苯[J].环境科学丛刊.1992,13(5):43~47
[4]《水质 多氯联苯的测定 气相色谱-质谱法(发布稿)》(HJ 715-2014).
[5]《水和废水标准检验法第15版》.
[6]《生活饮用水标准检验方法 有机物指标》(GB/T 5750.8-2006)
[7]《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168-2020).
[8]《地下水环境监测技术规范》(HJ 164-2020).
[9]《水质采样 样品的保存和管理技术规定》(HJ 493-2009).
作者简介:
谢红兵(1985),男 ,云南昆明人,大学本科,工程师,从事环境监测、食品、农产品及工业产品检验检测工作。