专利名称：一种环境水样中多环芳烃的富集方法
技术领域：
本发明涉及环境水样中多环芳烃的富集方法，具体地说是一种利用十八烷基修饰的氧化镁微球作为固相萃取吸附剂，对环境水样中存在的多环芳烃进行富集的新方法。
背景技术：
多环芳烃作为一种在环境中广泛存在的环境污染物，由于其潜在的致癌、致突变效应，受到了广泛的关注。其中16种多环芳烃被美国环保署列为优先控制污染物。根据大量的研究和调查，世界健康卫生组织国际癌症研究机构已经将多环芳烃对人类产生的致癌性进行了评价和分类。由于多环芳烃是一类疏水性化合物，且疏水性随着其分子量的增大而增加，从而决定了其在水中具有极低的溶解度。因此在测定环境水样中多环芳烃的含量时，需要有效的富集和萃取技术。目前已报道的富集和萃取方法包括液液萃取、固相萃取、固相微萃取、液相微萃取、加速溶剂萃取、搅拌棒吸附萃取、浊点萃取、基质固相分散萃取、固相纳萃取等。其中固相萃取作为一种普遍的萃取技术受到了广泛的应用，而固相萃取吸附剂种类的多样性为实现有效的富集提供了保障。例如硅胶基质(C8、C18、C30和苯乙烯-二乙烯基苯共聚物等) (Kiss, G. , Puchony, Ζ. V. , Hlavay, J. , J. Chromatogr. A ；Erustes, J. Α. , Eiroa, Α. Α. , Cladera, Α. et al. , Analyst ；Bogusz, Μ. J. , El Haj j, S. Α. , Ehaideb, Ζ., et al., J. Chromatogr. A ；Li, K. , Li, H. F. , Liu, L. B. , et al. , J. Chromatogr. A ；Brown, J. N. , Peake, B. Μ. , Anal. Chim. Acta.)、多壁碳纳米管(W. D. Wang, Y. Μ. Huang, W. Q. Shu, et al.，J. Chromatogr. A)、十八烷基官能化的磁性氧化铁(Liu, Y., Li, H. F. , Lin, J. Μ. , Talanta)、聚合物(Lai, J. P. , Niessner, R. , Knopp, D., Anal. Chim. Acta ；Yu, J. C. , Jiang, Ζ. Τ., Liu, H. Y. , et al., Anal. Chim. Acta ； Zhou, Y. Y. , Yan, X. P. , Kim, K. N. , et al. , J. Chromatogr. A ；Qi, D. J. , Kang, X. J. , Chen, L. Q. , et al. , Anal. Bioanal. Chem. ； Krupadam, R. J. , Bhagat, B.，ffate, S. R.，et al.，Environ. Sci. iTechnol.)、半胶束涂覆的磁性纳米颗粒(A. Ballesteros-Gomez, S. Rubio, Anal. Chem.)禾口氧化续微球(Jin, J. , Zhang, Ζ. P., Li, Y., et al., Anal. Chim. Acta)等，然而对于十八烷基修饰的氧化镁微球而言，其在环境分析中的应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于以十八烷基修饰的氧化镁微球作为固相萃取吸附剂，发展一种适合于对环境水样中存在的多环芳烃进行富集的新方法。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是
首先制备十八烷基修饰的氧化镁微球，以其作为填料装填固相萃取柱，然后通过对影响固相萃取效率的各因素进行优化，包括上样过程中有机修饰剂的种类和浓度，上样流速和体积，淋洗剂和洗脱溶剂的种类，发展一种适合于对环境水样中存在的多环芳烃进行富集的新方法。
具体操作为a)十八烷基修饰氧化镁微球制备b)以十八烷基修饰的氧化镁微球为填料制备固相萃取柱；c)依次使用二氯甲烷、有机修饰剂和一定浓度的有机修饰剂水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有一定浓度有机修饰剂的水样进行上样；d)使用乙腈水溶液对固相萃取柱进行淋洗，然后再用非极性有机溶剂对固相萃取柱进行洗脱，得洗脱液；e)洗脱液挥发溶剂后即得到富集后的多环芳烃，然后用乙腈水溶液定容，并进行高效液相色谱分析。
步骤a中采用氧化镁微球和十八烷基硅烷化试剂为原料，在表面活性剂存在的情况下，于非极性有机溶剂中，将十八烷基修饰到氧化镁微球表面；其中以氧化镁1.5 g计，表面活性剂0.01-0. 10 g，十八烷基硅烷化试剂的用量为 0. 5-2. 0 mL，反应温度为105-120°C，反应时间为5-24h ；具体操作过程为，反应前，先向1.5 g氧化镁和0.01-0. 10 g表面活性剂的混合物中加入到40-100 mL非极性有机溶剂，然后将其加热到105-120°C，并持续搅拌保持5-20 min, 得到氧化镁的悬浮液；然后按照氧化镁与十八烷基硅烷化试剂的比例1.5 g 0. 5-2 mL，将十八烷基硅烷化试剂溶解到5-30 mL非极性溶剂中配制成硅烷化化试剂溶液，再将该硅烷化试剂溶液逐滴加入到不断搅拌地氧化镁悬浮液中，反应时间为5- h，所得固体依次用甲醇、甲苯分别洗涤 2-3次后，经真空干燥即可得到十八烷基修饰的氧化镁微球。
所述悬浮液中可加入表面活性剂作为分散剂，目的是调节改性产物的表面均一性，类型可以为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子型表面活性剂。
该反应所使用的非极性有机溶剂为甲苯或正己烷；十八硅烷化试剂为十八烷基三氣娃焼。
步骤b中十八烷基修饰氧化镁微球的质量与固相萃取管的体积比为200mg:6mL ； 步骤c中对固相萃取柱进行活化时，有机修饰剂种类应与水样中添加到有机修饰剂种类相同，可以为甲醇、丙酮、异丙醇；有机修饰剂水溶液的浓度(体积比)应与水样中有机修饰剂的浓度相同；上样时，水样中含有体积比为0%-20%的有机修饰剂(0%就是指不加入有机修饰剂时的浓度，这个浓度是考察的对象)，目的是增加多环芳烃在水溶液中的溶解度， 减少固相萃取过程中多环芳烃在管壁上的损失，并且当固相萃取柱的柱管体积为6mL时， 上样流速控制在1-5 mL/min,样品溶液体积控制在20-250 mL之间；步骤d中，在淋洗阶段，当固相萃取柱的柱管体积为6mL时，使用1-4 mL体积比为 0%-20%的乙腈或甲醇的水溶液作为淋洗剂，不仅不会干扰目标分析物的富集，而且可以除去部分极性化合物；洗脱阶段可以采用极性强度《二氯甲烷极性强度的有机溶剂或其混合溶液对固相萃取柱进行洗脱。
步骤e中洗脱液蒸发溶剂至50-100 mL，目的是尽量减少分子量较小的多环芳烃的损失。
本发明具有如下优点(1)在实现富集因子相同的条件下，相对于氧化镁微球和商品化的kp-Pak C18固相萃取柱而言，该发明方法在应用于富集环境水样中的多环芳烃时，表现出较高的萃取效率； (2)相对于商品化的吸附剂而言，本发明所使用的有机修饰剂较少，少于其用量的一半。
图1为采用本发明方法，通过调节丙酮含量得到的多环芳烃的回收率对比图；萘 NAPH ；苊=ACEN ；芴=FLUO ；菲=PHEN ；蒽=ANTH ；芘=PYR ；苯并[a]芘=BaP ；苯并[ghi]茈 BghiP。
图2为采用本发明方法，通过调节异丙醇含量得到的多环芳烃的回收率对比图； 萘=NAPH ；苊=ACEN ；芴=FLUO ；菲=PHEN ；蒽=ANTH ；芘=PYR ；苯并[a]芘=BaP ；苯并[ghi] Ah :BghiP。
图3为采用本发明方法，通过调节上样流速得到的多环芳烃的回收率对比图；萘 NAPH ；苊=ACEN ；芴=FLUO ；菲=PHEN ；蒽=ANTH ；芘=PYR ；苯并[a]芘=BaP ；苯并[ghi]茈 BghiP。
图4为采用本发明方法，通过调节样品溶液体积得到的多环芳烃的回收率对比图；萘:NAPH ；苊=ACEN ；芴=FLUO ；菲=PHEN ；蒽=ANTH ；芘=PYR ；苯并[a]芘=BaP ；苯并 [ghi] Jt :BghiP0
图5为采用本发明方法，通过调节洗脱溶剂种类得到的多环芳烃洗脱效率的对比图；萘:NAPH ；苊=ACEN ；芴=FLUO ；菲=PHEN ；蒽=ANTH ；芘=PYR ；苯并[a]芘=BaP ；苯并 [ghi] Jt :BghiP0
图6为采用本发明方法，将其与氧化镁和S印-Pak C18相对比，在最佳优化条件下获得的回收率对比图；萘=NAPH ；苊=ACEN ；芴=FLUO ；菲=PHEN ；蒽=ANTH ；芘=PYR ；苯并[a] 芘=BaP ；苯并[ghi]茈=BghiP0
图7为采用本发明方法，对试剂空白和多环芳烃标准混配的自来水中多环芳烃进行富集后所得到的高效液相色谱图；1:萘；2:苊；3:芴；4:菲；5:蒽；6:荧蒽；7 芘；8 苯并[a]蒽；9 屈；10 苯并[b]荧蒽；11 苯并[k]荧蒽；12 苯并[a]芘；13 二苯并[a, h] 蒽；14 苯并[g, h, i]茈；15 茚并[1，2，3-cd]茈。
具体实施方式
十八烷基修饰氧化镁微球的制备采用氧化镁微球和十八烷基三氯硅烷为原料， 向1.5g氧化镁和0. Olg十二烷基苯磺酸钠的混合物中加入40 mL甲苯溶液中，然后将该悬浮液加热到115°C，并持续搅拌保持10 min,接着将0.5 mL十八烷基三氯硅烷分散到20 mL 甲苯溶液中，并将其逐滴加入到不断搅拌地悬浮液中，反应时间为10 h。所得产物经过简单的抽滤，依次用200 mL甲醇和50 mL甲苯分别洗涤3次后，经真空干燥即得到分散的十八烷基修饰的氧化镁微球。
实施例1 将200 mg十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，分别使用二氯甲烷、丙酮和体积比为0-15%的丙酮水溶液(与样品溶液中丙酮的体积比相同)对固相萃取柱进行活化；然后将含丙酮0%，5%，9%，10%和15% (体积比)的100 mL去离子水上样(水溶液中含萘3. 520 ng mL"1 ；苊:10. 200 ng mL_1 ；芴0. 920 ng mL_1 ；菲0. 576 ng mL_1 ；蒽0. 272 ng mL_1 ；芘1. 152 ng mL_1 ；苯并 [a]芘3. 040 ng mL—1 ；苯并[ghi]茈1. 600 ng mL—1)。上样完毕，使用4 mL去离子水进行淋洗。待淋洗完毕，使用5 mL 二氯甲烷进行洗脱，所得洗脱液浓缩至50 mL后，用体积比为 60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。以丙酮作为有机修饰剂，其含量的不同对多环芳烃回收率的影响列于图1中。从中可以看出，当丙酮用量为9%时，可以实现对多环芳烃的有效富集，从而确定了该富集方法中有机修饰剂的种类和浓度。
实施例2 将200 mg十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，分别使用二氯甲烷、异丙醇和体积比为0%-15%的异丙醇水溶液(与样品溶液中异丙醇的体积比相同)对固相萃取柱进行活化；然后将含异丙醇 0%，5%，9%，10%禾口 15%(体积比)的100 mL去离子水上样(水溶液中含萘:3. 520 ng m厂1 ；苊 10. 200 ng mL-1 ；芴0. 920 ng mL-1 ；菲0. 576 ng mL-1 ；蒽0. 272 ng mL-1 ；芘1. 152 ng mL—1 ；苯并[a]芘3. 040 ng mL—1 ；苯并[ghi]茈1. 600 ng mL—1)。上样完毕，使用 4 mL 去离子水进行淋洗。待淋洗完毕，使用5 mL 二氯甲烷进行洗脱，所得洗脱液浓缩至50 mL后， 用体积比为60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。以异丙醇作为有机修饰剂，其含量的不同对多环芳烃回收率的影响列于图2中。从中可以看出，当异丙醇用量为10%时，可以实现对多环芳烃的有效富集。同时对比图1和图2，进一步肯定了该富集方法中所使用的有机修饰剂应为体积比为9%的丙酮。
实施例3 将200 mg十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，分别使用二氯甲烷、丙酮和体积比为9%的丙酮水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有9% (体积比)丙酮的100 mL去离子水(水溶液中含萘 3. 520 ng mL-1 ；苊:10. 200 ng mL-1 ；芴0. 920 ng mL-1 ；菲0. 576 ng mL-1 ；蒽0. 272 ng mL-1 ；芘1. 152 ng mL-1 ；苯并[a]芘3. 040 ng mL-1 ；苯并[ghi]茈1. 600 ng mL-1)。1-10 mL/min的流速上样。上样完毕，使用4 mL去离子水进行淋洗。待淋洗完毕，使用5 mL 二氯甲烷进行洗脱，所得洗脱液浓缩至50 mL后，用体积比为60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。从图3中可以看出，当上样流速控制在5 mL/min以内时，可以实现对多环芳烃的有效富集，从而确定了该富集方法中的流速。
实施例4 将200 mg十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，分别使用二氯甲烷、丙酮和体积比为9%的丙酮水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有9% (体积比)丙酮的100-500 mL去离子水(水溶液中含萘0. 704-3. 52 ng mL-1 ；苊2. 040-10. 200 ng mL-1 ；芴0. 184-0. 920 ng mL-1 ；菲 0. 115-0. 576 ng mL-1 ；蒽0. 054-0. 272 ng ml/1 ；芘0. 230-1. 152 ng mL-1 ；苯并[a]芘 0. 608-3. 040 ng mL-1 ；苯并[ghi]茈0. 320-1. 600 ng mL-1)。以 5 mL/min 的流速上样。 上样完毕，使用4 mL去离子水进行淋洗。待淋洗完毕，使用5 mL 二氯甲烷进行洗脱，所得洗脱液浓缩至50 mL后，用体积比为60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。从图4中可以看出，当样品溶液体积控制在250mL以内时，可以实现对多环芳烃的有效富集，从而确定了该富集方法中的样品溶液的体积。
实施例5 将200 mg十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，分别使用二氯甲烷、丙酮和体积比为9%的丙酮水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有9% (体积比)丙酮的250 mL去离子水(水溶液中含萘1. 408 ng mL-1 ；苊4. 080 ng mL-1 ；芴0. 368 ng mL-1 ；菲0. 230 ng mL-1 ；蒽0. 108 ng mL-1 ；芘0. 460 ng mL-1 ；苯并[a]芘1. 216 ng mL-1 ；苯并[ghi]茈0. 640 ng mL-1)以 5 mL/ min的流速上样。上样完毕，使用4 mL 20%的乙腈水溶液进行淋洗。待淋洗完毕，分别使用三种不同的有机溶剂(二氯甲烷、正己烷或者二氯甲烷和正己烷的混合溶液)进行洗脱，所得洗脱液浓缩至50 mL后，用体积比为60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。从图5中可以看出，洗脱溶剂种类对不同分子量多环芳烃的洗脱效率具有显著影响， 而正己烷和二氯甲烷的混合溶液(体积比1 :1)表现出最好的洗脱效果，从而确定了该富集方法中洗脱溶剂的种类。
实施例6 将200 mg氧化镁微球和十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法分别填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，(a)依次使用二氯甲烷、丙酮和体积比为5%的丙酮水溶液对MgO进行活化，(b)使用二氯甲烷、丙酮和体积比为9%的丙酮水溶液对十八烷基修饰的氧化镁进行活化，(c)使用二氯甲烷、异丙醇和体积比为25%的异丙醇水溶液对kp-Pak C18进行活化；然后将含有5%丙酮、9%丙酮和25%异丙醇的250 mL 去离子水(水溶液中含萘1. 408 ng mL-1 ；苊4. 080 ng mL-1 ；芴0. 368 ng mL-1 ；菲0. 230 ng mL-1 ；蒽0. 108 ng mL-1 ；芘0. 460 ng mL-1 ；苯并[a]芘1. 216 ng mL-1 ；苯并[ghi]茈 0.640 ng mL—1)分别以5 mL/min的流速通过a、b、c三种固相萃取柱。上样完毕，分别使用 4 mL去离子水对固相萃取柱3和c进行淋洗，而采用4 mL 20%的乙腈水溶液对b进行淋洗。待淋洗完毕，分别使用5 mL 二氯甲烷对3和c进行洗脱，而采用5 mL 二氯甲烷和正己烷的混合溶液(体积比1 :1)对b进行洗脱；所得洗脱液分别浓缩至50 mL后，用体积比为 60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。从图6中可以看出，相对于氧化镁微球和商品化的kp-Pak C18而言，该富集方法中所采用的十八烷基修饰的氧化镁微球对水溶液中的多环芳烃表现出更好的富集效果。
实施例7 将200 mg十八烷基修饰的氧化镁微球通过干法填充到固相萃取空管(6 mL)内，上下分别垫置配套的过滤筛板。上样前，分别使用二氯甲烷、丙酮和体积比为9%的丙酮水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有9% (体积比)丙酮的250 mL混配自来水(含萘600 ng L-1 ；危:1200 ng L-1 ；芴、荧蒽、苯并[b]荧蒽、二苯并[a, h]蒽、苯并[ghi]茈:120 ng L-1 ； 菲、蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3]茈60 ng L-1)以5 mL/ min的流速上样。上样完毕，使用4 mL 20 %的乙腈水溶液进行淋洗。待淋洗完毕，使用5 mL 二氯甲烷和正己烷的混合溶液(体积比1 :1)进行洗脱，所得洗脱液浓缩至50 mL后，用体积比为60%的乙腈水溶液进行定容，最后进行高效液相色谱分析。从图7中可以看出，通过该方法富集后，可以实现对自来水中多环芳烃的定量测定，表明该方法可以对环境水样中的多环芳烃实现有效富集。
相对于氧化镁和商品化的kp-Pak C18来说，在实现富集因子相同的条件下，该发明以十八烷基修饰的氧化镁微球作为固相萃取吸附剂，建立了一种对环境水样中多环芳烃的富集方法，并获得了较高的萃取效率。
权利要求
1.一种环境水样中多环芳烃的富集方法，其特征在于利用十八烷基修饰的氧化镁微球作为固相萃取吸附剂，用于富集环境水样中的多环芳烃，其操作步骤如下a)十八烷基修饰氧化镁微球的制备；b)以十八烷基修饰的氧化镁微球为填料制备固相萃取柱；c)依次使用二氯甲烷、有机修饰剂和有机修饰剂水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有有机修饰剂的水样进行上样；d)使用乙腈水溶液对固相萃取柱进行淋洗，然后再用有机溶剂对固相萃取柱进行洗脱，得洗脱液；e)洗脱液挥发溶剂后即得到富集后的多环芳烃，然后用乙腈水溶液定容，并进行高效液相色谱分析。
2.按照权利要求1所述的富集方法，其特征在于步骤b中十八烷基修饰氧化镁微球的质量与固相萃取管的体积比为200mg:6mL。
3.按照权利要求1所述的富集方法，其特征在于步骤c中对固相萃取柱进行活化时， 有机修饰剂种类应与水样中添加的有机修饰剂种类相同，为甲醇、丙酮或异丙醇中的一种或一种以上；有机修饰剂水溶液的体积浓度应与水样中有机修饰剂的浓度相同；上样时， 水样中含有体积比为0%-20%的有机修饰剂，目的是增加多环芳烃在水溶液中的溶解度，减少固相萃取过程中多环芳烃在管壁上的损失；并且当固相萃取柱的柱管体积为6mL时，上样流速控制在1-5 mL/min,样品溶液体积控制在20-250 mL之间。
4.按照权利要求1所述的富集方法，其特征在于步骤d中，在淋洗阶段，当固相萃取柱的柱管体积为6mL时，使用1-4 mL体积比为0%-20% (包括用水作淋洗剂)的乙腈或甲醇的水溶液作为淋洗剂，不仅不会干扰目标分析物的富集，而且可以除去部分极性化合物；洗脱阶段可以采用极性强度《二氯甲烷极性强度的有机溶剂或其混合溶液对固相萃取柱进行洗脱。
5.按照权利要求1所述的富集方法，其特征在于步骤e中洗脱液蒸发溶剂至50-100 mL,目的是尽量减少分子量较小的多环芳烃的损失。
全文摘要
本发明涉及一种环境水样中多环芳烃的富集方法，a)十八烷基修饰氧化镁微球的制备；b)以十八烷基修饰的氧化镁微球为填料制备固相萃取柱；c)依次使用二氯甲烷、有机修饰剂和有机修饰剂水溶液对固相萃取柱进行活化；然后将含有有机修饰剂的水样进行上样；d)使用乙腈水溶液对固相萃取柱进行淋洗，然后再用有机溶剂对固相萃取柱进行洗脱，得洗脱液；e)洗脱液挥发溶剂后即得到富集后的多环芳烃，然后用乙腈水溶液定容,并进行高效液相色谱分析。相对于氧化镁和商品化的Sep-PakC18来说，在实现富集因子相同的条件下，本发明方法获得了较高的萃取效率。
文档编号G01N30/08GK102478556SQ20101056299
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者倪余文, 苏凡, 金静, 陈吉平 申请人:中国科学院大连化学物理研究所