（环境科学专业论文）固相萃取高效液相色谱技术测定环境水中痕量有机污染物的研究.pdf

青岛理+ i ：大学工学硕。 ：学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h eg r o w t ho ft h ep o p u l a t i o na n dt h es c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a l l e v e lo ft h ef a s td e v e l o p m e n t ，t h ei n c r e a s i n gd i s c h a r g eo fi n d u s t r i a l ，a g r i c u l t u r a la n d s a n i t a r yw a s t el e a dt od e t e r i o r a t i o no fw a t e r t h em o n i t o r i n ga n dc o n t r o lo ft h e p o i s o n o u s a n dh a r m f u l o r g a n i cp o l l u t a n t s a r et h e e m p h a s i s o fe n v i r o n m e n t a l m o n i t o r i n g a m o n g6 8p r i o r i t yc o n t r o lp o l l u t a n t so fc h i n a , 5 8p o l l u t a n t sa l eo r g a n i c p o l l u t a n t s ，i n c l u d i n gp h t h a l i c a c i d e s t e r s ( p a e s ) a n dp o l y c y c l i c a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ( p a h s ) b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo fm a t r i xi nw a t e r , a n dt h el o wc o n t e n to fa n a l y t e s ， c l e a n u pa n de n r i c h m e n tp r o c e d u r e sw e r er e q u i r e dp r i o rt oa n a l y s i s s o l i d - p h a s e e x t r a c t i o ni sa s a m p l ep r e t r e a t m e n tm e t h o dw h i c h i sd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) ，b e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e so fh i g hr e c o v e r y ，s h o r te x t r a c t i o n t i m e ，h i g he n r i c h m e n tf a c t o r ，l o wc o n s u m p t i o no fo r g a n i cs o l v e n t s ，a n de a s eo f a u t o m a t i o na n do p e r a t i o n ，w a s u n i v e r s a l l y u s e df o rc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i c c o m p o u n d si n w a t e rs a m p l e s i nt h i sp a p e r ，s p ep r o c e d u r e sc o u p l e dw i t hh i 曲 p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) w e r er e s p e c t i v e l yd e v e l o p e df o r d e t e r m i n a t i o no f3p a e sa n dl6p a h si ne n v i r o n m e n t a lw a t e r ( 1 ) t h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o do ft h r e ek i n d so fp a e si nw a t e r , d i ( 2 - e t h y l h e x y l ) o - p h t h a l a t e ( d e h p ) ，d i m e t h y lo p h t h a l a t e ( d m p ) ，d i n - o c t y lo - p h t h a l a t e ( d o p ) ，i s p r o p o s e db ys p e h p l c t h ef i v em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so nr e c o v e r y , t h a ti s ， s p ec o l u m n ，e l u t i o ns o l v e n t ，e l u t i o nv o l u m e ，s a m p l i n gs p e e da n de l u t i i o ns p e e d w e r es t u d i e d u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s ，l i n e a rr a n g e s ，l i m i t so fd e t e c t i o n ( l o d ) a n dr e l a t i v e s t a n d a r d d e v i a t i o n s ( r s d ) o ft h e m e t h o dh a v eb e e n d e t e r m i n e d t h i sm e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ea n a l y s i so ft a pw a t e r ( 2 ) b a m b o oc h a r c o a l ，an e wk i n do fm a t e r i a lw i t hs p e c i a lm i c r o p o r o u s ，w a su s e da s s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) a d s o r b e n t ，c o u p l e dw i t hm o n o l i t h i cc o l u m nh i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) ，f o rh i g he f f i c i e n c ye n r i c h m e n t ，f a s t d e t e r m i n a t i o no f16p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ( p a h s ) i nw a t e r t h ek e y i n f l u e n c ef a c t o r si n c l u d i n ge l u t i o ns o l v e n t sa n dv o l u m e s ，f l o wr a t eo fs a m p l e u l 。a d i n ga n ds 锄p l e1 。a d i n gv o l u m ew e r e 。p t i m i z e d t oo b t a i nh i g l lr e c o v 舐e s 锄d e x t r a c t i 。ne f f i c i e l l c y t h ep r e c i s i 。n sa n d l i m i t s 。fd e t e c t i 。n 。ft h em e t h o dw e r c d e t 锄i n e d t h e 。p t i m i z e dm e t h 。dw a s s u c c e s s f u l l ya p p l i e dt 。t h ed e t e m i n a t i 。n o f16p a h si nf i v e r lw a t e rs a m p l e s k e y w 。r d s p h t h a l i ca c i de s 锄；p 。l y c y c l i c a r 。m a t i ch y d r o c 拍。n s ；s 。1 i dp h 8 5 e e x t r a c t i 。n ；b a m b o oc h a r c o a l ；h i g hp e r f o r m a n c el i q u i de h r o m 砒。伊a p h y ； m o n o l i t h i cc o l u m n ；e n v i r o n m e n t a lw a t e r s a m p l e s 1 1 1 青岛理：j ：大学+ i ：学硕l ：学位论文 第一章绪论 1 7 1 - 选题背景 水是人类社会的宝贵资源，是自然资源的重要组成部分，是所有- 牛物的结构 组成和生命活动的主要物质基础，是人类牛存和发展的不可或缺的重要物质。分 布于海洋、江、河、湖、和地下水、大气水及冰川共同构成的地球水圈中。估计 地球上存在的总水量约为1 3 7 x 1 0 1 8 m 3 ，其中，海水约占9 7 3 ，淡水仪占2 7 ， 并且大部分存在于地球南极、北极的冰川、冰盖及深层地下水中，可利用的淡水 资源只有江、河、淡水湖和地f 水的一部分，总计不到淡水总量的1 。我国年 降水量居世界第六位，但我同人口众多，人均年径流量只相当于世界人均占有量 的1 4 ，从这个角度说，我国的水资源并不丰富。不仪如此，我国的水资源还存 在着严重的时空分布不均衡性，有时还连续出现枯水年和丰水年的现象，这些都 给水资源的合理利用增加了刚难。 现代社会，由于经济发展水平飞速提高和人口的快速增长，加速了环境水体 的污染，使我们能利用的水资源少之又少。人类的牛活和牛产活动将大量的未经 处理的工业废水、农业回流水、牛活污水及其他废弃物直接排入环境水体，造成 水资源污染，水质恶化，使淡水资源短缺。水污染可根据杂质的不同而丰要分为 化学性污染、物理性污染和牛物性污染三大类，其中化学性污染物占大多数，而 这类污染物大多是有毒有害的。有一些有毒有害污染物往往难于降解，并具有生 物积累性和三致( 致癌、致畸以及致突变性) 作用或慢性毒性，有的通过迁移、 转化、富集，浓度水平可提高数倍甚至上百倍，对环境和人体健康是一种潜在威 胁，因而日益受到人们的关注。但是由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污 染物都制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研 究和控制对象，称之为优先污染物( p r o r i t yp o l l u t a n t ) 或称之为优先控制污染物。 美圆是最早开展优先检测的围家，早在2 0 世纪7 0 年代中期，就在“清洁税法” 中明确规定了1 2 9 种优先污染物，其中有1 1 4 种是有毒有机污染物。日本1 9 8 6 年底，环境厅公布了1 9 7 4 1 9 8 5 年间对6 6 0 中优先有毒化学品环境安全性综合调 查，其中检出率高的有毒污染物为1 8 9 种。前苏联1 9 7 5 年公布了4 9 6 种有机污 染物在综合用水中的极限容许浓度，1 0 年后公布修改了的5 6 1 种有机污染物在 青岛理i ：大学一【学硕l 学位论文 水中的极限容许浓度。联邦德国与1 9 8 0 年公布了1 2 0 种水中有毒污染物名单， 并按毒性大小酚类。欧洲经济共同体在“关于水质项目的排放标准”的技术报告 中，也列出了“黑名单 和“灰名单 。总之，有毒有害化学物质的污染问题越 来越受到世界各国的重视和关注。 我国的环境保护是一项基木围策，有毒有害化学物质污染防治工作已经列入 国家环境保护科技计划，开展厂大量的研究工作。为了更好地控制有毒有害污染 物排放，近年来我国也开展了水中优先控制污染物筛选工作，提出初筛名单2 4 9 种，通过多次专家研讨会，初步提出我国的水中优先控制污染物黑名单6 8 种， 其中包括挥发性卤代烃类、苯系物、氯代苯类、多氯联苯、酚类、硝基苯类、苯 胺类、多环芳烃类、酞酸酯类、农药、丙烯腈、亚硝胺类、氰化物，重金属及其 化合物等。 邻苯二甲酸酯( p h t h a l i ca c i de s t e r s ，p a e s ) ，又称酞酸酯，是邻苯二甲酸形 成的酯的统称。邻苯二甲酸酯足增塑剂的主体，其产量约占增塑剂总量的8 0 左右，大部分用于聚氯乙烯和氯乙烯共聚物，其余用于纤维素衍生物、聚 醋酸乙烯酯、聚乙烯醇等。邻苯二甲酸酯被普遍应用于玩具、食品包装材料、 医用血袋和胶管、乙烯地板和壁纸、清洁剂、润滑油、个人护理用品，如 指甲油、头发喷雾剂、香皂和洗发液等数百种产品中。随着塑料工业的发展 和塑料制品的大量使用，邻苯二甲酸酯己成为环境中无所不在的污染物，极为普 遍的存在于土壤、底泥、大气、水体和牛物体等环境样品中。邻苯二甲酸酯类环 境激素含有较弱的雌激素成分，具有影响牛物体内分泌和导致细胞增殖的作用， 并且由于苯环存在，对人及动物都有一定毒性，不易被微牛物分解，残留时间较 长。在已发现的邻苯二甲酸酯中，有六种6 种邻苯二甲酸酯：邻苯二甲酸二甲酯 ( d m p ) 、邻苯二甲酸二乙酯( d e p ) 、邻苯二甲酸二丁酯( d b p ) 、邻苯二甲酸- - ( 2 乙基己) 酯( d e h p ) 、邻苯二甲酸二辛酯( d o p ) 、邻苯二甲酸丁基苄基酯( b b p ) 被美 国e p a 列为“优先监测污染物名单”，我国将酞酸酯类中的d m p 、d b p 和d o p 列入优先控制污染物黑名单。欧盟委员会于2 0 0 3 年1 月2 9 日，向成员围发布了 有关限制在进入欧盟市场的商品中使用某些危险物质和原料的指令，其中新增加 了对酞酸酯类物质邻苯二甲酸二( 2 乙基己) 酯( d e h p ) 和邻苯二甲酸二丁酯( d b p ) 的禁用。我国水质标准中尚无p a e s 标准，美国水质标准( 1 9 8 6 9 3 0 ) 列出淡水 2 青岛理r ，大学j j 学硕+ l ：学位论文 中p a e s 的急性毒性标准为9 4 0 p g l ，慢性毒性标准为3 1 a g l 。而我国某些地区 中的自来水中已经超过了这个标准，需要引起我们的高度重视。 多环芳烃( p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ，p a h s ) 是指分子中包含两个或 两个以上苯环结构的碳氢化合物【2 】，是煤、石油、木材、烟草、有机商分子化合 物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，是重要的环境和食品污染 物。迄今已知数百种多环艿烃，其中很多具有致癌、致畸以及致突变性1 3 】。多环 劳烃化合物因疏水性、难降解性和长距离迁移性，在自然水体中以痕量浓度广泛 分布，并且属于国内外优先控制有机污染【4 】。多环芳烃中1 6 种组分已被美国环 保局( ep a ) 列入优先控制污染物名单【5 1 。多环芳烃的一种，苯并【a 】芘具有高度 致癌性，我国生活饮用水卫牛标准要求苯并( a ) 芘的限值为0 0 0 0 0 1 m g l 1 6 7 】，集 中式牛活饮用水地表水源地要求苯并( a ) 芘的限值为2 8x l o 6m g l t 8 1 。人类的外 环境如大气、土壤和水中都不同程度地含有苯并【a 芘等多环芳烃。多环芳烃在 大气的污染为其直接进入食品落在蔬菜、水果、谷物和露天存放的粮食表面 创造了条件。食用植物也可以从受多环芳烃污染的土壤及灌溉水中聚集这类物 质，多环芳烃污染水体，可以使之通过海藻、甲壳类动物、软体动物和鱼组成的 食物链向人体转移，最终都有可能聚集在人体中。因此对于有关p a h s 的研究已 成为当今环境保护领域的重要研究课题0 1 。 1 2 样品预处理技术研究现状 实际测定中，由于试样的复杂性，各种化学物质之间容易产牛_ f 扰，这往往 会影响定量测定的准确度，当r 扰组分量大时，甚至可使测定无法进行，因此在 分析测定时，必须考虑共存组分对测定的影响及减免方法。此时，除采用掩蔽方 法外，在许多情况下，需要选用适当的分离方法使待测组分与- t 扰组分分离；对 于试样中微量或痕量组分的测定，由于含量常低于测定方法的检测限，为此需要 富集后才能测定。而大部分的前处理过程中，在对试样进行分离的同时，也达到 了浓缩富集的效果。 由于环境中邻苯二甲酸脂与多环芳烃都是痕量存在的，且环境水体复杂，存 在对其测定存在影响的污染物，因此在样品进入分析测定仪器之前，首先需要对 水样中的邻苯二甲酸酯和多环艿烃进行前处理，而样品的前处理是样品分析中工 作量最大、对样品分析结果有重大影响的步骤。所以选择合适的前处理方式对最 3 青岛理：l 大学工学硕卜学位论文 终测定结果至关重要。对环境水样中痕量污染物的分析，常用的前处理方式包括 液液萃取、固相萃取、吹扫捕集、固相微萃取等。 液液萃取法( l i q u i d l i q u i de x t r a c t i o n l l e ) 是分析化学中应用的溶剂萃取的 主要方式，是经典的富集方法，这种方法是基于各种不同物质在不同溶剂中分配 系数大小不等这一客观规律。它具有简单、快速、应用范围广等特点。但该方法 尚存在一些问题，如富集组分含量较低时，需要采集大量样品，不仪劳动强度大， 工作繁杂，操作时间长、选择性差，而且有机溶剂用量大，造成了对操作人员的 危害、对环境的污染。 固相萃取( s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 是近年发展起来的一种样品预处理技 术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化 和浓缩。它是一种填充固定相的短色谱柱，用以浓缩被测组分或去除干扰杂质。 固相萃取的原理基本上与液相色谱分离过程相仿，是一种吸附剂萃取，主要适用 于液体样品的处理。当试样通过装有合适的固定相时，被测组分由于与固定相作 用力较强被吸附留在柱上，并因吸附作用力的不同而彼此分离，样品基质及其它 成分与固定相作用力较弱而随水流出萃取柱。被萃取的组分，用少量的选择性溶 剂洗脱，因此，它不仪用于“清洗样品，除去干扰成分，而且可以使组分分级， 达到浓缩的作用【l l 】。固相萃取已被许多官方机构所采用，据统计，s p e 商品柱在 2 0 世纪9 0 年代以来，一直以每年1 0 的速度增长，发展迅速【l2 1 。 固相微萃取( s o l i d p h a s em i c r o e x t r a c i o n ，s p m e ) 技术是2 0 实际9 0 年代发展 起来无溶剂样品预处理技术。它是在一根纤细的熔融纤维上涂上一层高分子聚合 物作为萃取相进行萃取，集采样、富集和进样于一体，为样品预处理开辟了一个 全新的局面。由于固相微萃取技术操作简单且无需有机溶剂，是一项极具吸引力 的样品前处理技术，但也存在一定的局限性。由于商品化纤维种类较少，且易破 碎，在很大程度上限制了该技术的应用范围【1 3 。4 】。重要的是其萃取过程为动态平 衡过程，受环境影响很大。 吹扫捕集( p u r g e t r 印) 技术适用于从液体或固体样品中萃取沸点低于2 0 0 。c ， 溶解度小于2 的挥发性或半挥发性有机物。随着商品化吹扫捕集仪器的广泛使 用，其在挥发性半挥发性有机物分析，有机金属化合物的形态分析中起到了重要 的作用。 4 青岛理i ：大学工学硕上学位沦文 1 2 1 固相萃取简介 固相萃取法通常采取柱分离，所用柱称为s p e 柱，也有采用圆盘【”】。与l l e 相比，s p e 有许多优点：1 s p e 是一种比l l e 效率更高的分离方法，更容易获 得高回收率的被测物，需数次连续萃取才能回收9 9 以上被测物的l l e 步骤， 往往能被一步s p e 方法取代之；2 s p e 也可以更彻底地除去被测物种的杂质干 扰；3 降低有机溶剂的消耗；4 易于收集全部被测物；5 手工操作更办便；6 s p e 萃取管能挡住大颗粒穿过，使其与被测物样品分离；7 s p e 中无须进行相分离， 容易收集到全部被测物，从而消除了提取体积变化及提取体积不准造成的误差； 8 易于自动化；9 样品可以现场取样，便于携带和保存。 与l l e 相比，s p e 也有一些缺点：1 s p e 萃取管的易变性；2 有监被测物会 不可逆地吸于s p e 萃取管上；3 用于s p e 的固相萃取管各批次之问会有所不同， 所以s p e 方法的重现性有时很差；4 与s p e 萃取管相比，l l e 装置的表面积( 如 分液漏斗) 相当小，鉴于此，存被测物不可逆地吸附( 降低回收率) 方面，l l e 比 s p e 地可能性要小。 固相萃取器整个系统由s p e 小柱、真空泵、缓冲瓶、萃取装置、大体积进 样导管等组成。使用一般包括三个步骤： 第一步：在加入样品之前，先使几倍柱床体积的甲醇通过填料，进行活化。 活化步骤的双重作用：( 1 ) 除去因萃取管暴露于实验室环境时可能聚集的杂质， 净化固定相( 2 ) 用溶剂润湿吸附剂，建立一个合适的固定相环境。溶剂润湿很 重要，因为放置于干燥了的反相填料( 尤其是c 1 8 ，c 8 或苯基) 上会降低样品的保留 值。另外，如s p e 固定相的t 燥程度不一致，也会使被测物的回收率重现性不 好。 s p e 填料活化好以后，应除去多余的甲醇，可向萃取管中加压通空气，直至 萃取管出口不再下滴溶剂为止。迅速停止通气，否则气流会影响分析的重现性。 如果s p e 填料在加载样品之前已干涸，重新进行润湿活化步骤后，再往下进行。 反相s p e 分离时，也可以用水冲洗萃取管去除多余的甲醇。 第二步：加载样品，即将溶于弱溶剂( 水或缓冲液) 中的样品加到萃取管中。 弱溶剂使被测物保留值增强。反相s p e 操作的弱溶剂为水或缓冲液，有机相最 多占1 0 ，为克服加样过程中分析物的流失，可以采用弱溶剂稀释试样，减少试 青岛理：【：大学工学硕士学位沦文 样体积，增加柱中的填料量和选择对分析物有较强保留的吸附剂等手段。 第三步：被测物试样的洗脱和收集。该步骤的目的是以尽可能小的体积收集 到所有的被测物，并排除强保留下扰物与可能的损柱杂质。深一层的目的是收集 到的被测物试样能够直接注入h p l c 色谱柱分析。中性被测物在反相或正相s p e 填料上均能被分离。正相填料最好用于极性强的被测物。反相填料最好用于极性 较弱、疏水性强的被测物。 在过去的儿年中，固相萃取作为一种新型的样品处理技术已广泛用于水中痕 量有机污染物的富集，对水样和其他液体样品，在选择合适的吸附剂和洗脱液及 其他优化条件后，可使萃取、富集、净化一步完成。然后直接进行气相色谱或液 相色谱分析f 1 6 之。 1 2 2 固相萃取吸附剂 。 固相萃取吸附剂足固相萃叔技术的核心，选择对目标物具有适中吸附性的 s p e 柱填料足确保检测准确的前提。作为固相萃取吸附剂首先要满足几个条件： ( 1 ) 吸附剂最好为多孔的具有大的表面积的固体颗粒( 2 ) 吸附刹应降低固相萃 取的空白值( 3 ) 萃取吸附过程必须可逆且有高的回收率( 4 ) 吸附剂要有高的化 学稳定性( 5 ) 固定相必须与样品液有好的界面接触。吸附剂的选择取决于目标 化合物的性质、样品基质和样品溶剂【2 2 j 。 目标化合物的极性与固定相极性非常相近时，可以得到目标化合物的最佳保 留，例如萃取非极性化合物时要采用反相柱。当目标化合物极性适中时，正、反 向固定相都可以使用。 若样品的基质是水溶液：( 1 ) 当目的化合物更易溶于有机相时，如果此目的 化合物带电荷则选择离子交换柱或反相柱；如果为中性则选择反相柱。( 2 ) 目的 化合物更易溶于水相时如果此目的化合物带电荷则选择离子交换柱；如果其为中 性则选择反相或强阴( 阳) 离子柱。 若样品的基质是有机相：( 1 ) 样品基质是极性有机相，用水稀释，按水溶液 样品方案进行。( 2 ) 样品基质是非极性到中等极性有机相，选择正向柱或将溶剂 挥发至干后，在溶于水或极性溶剂，按水溶液方案进行。 吸附剂选择还受样品溶剂强度制约，溶剂强度弱于吸附剂，增强分析物在吸 附剂上的保留；溶剂强度过强，不利于分析物的保留。 6 青岛理i ：大学工学硕l 学位论文 固相萃取吸附剂的种类包括： ( 1 ) 键和硅胶：键和硅胶是s p e 中最常用的吸附剂，所谓键和硅胶就是在硅胶 表面的硅醇基团上建和不同的官能团，其p h 适用范围为2 8 ，键和硅胶基 质的填料种类较多，具有选择性多的优点。主要的代表产品有c i s 、c 8 ( 非 极性反相) 、c 2 、c h 、p h ( 弱极性反相) 、c n 、d i o l 、s i ( 极性正相) 等、 n h 2 、c b a ( 极性弱离：f 交换剂) 、s c x 、s a x ( 极性强离子交换剂) 。 ( 2 ) 高分子聚合物：上世纪9 0 年代末，为扩大反相固相萃取材料的适用范围， 改善吸附平衡性，提高重现性，以极性官能化高分子树脂为主体的新型反 相固相萃取材料问世，此填料是以乙烯吡咯烷酮和二乙烯苯共聚得到的高 分子聚合物。由于吡咯烷酮极性官能团的引入，这类萃取柱对各类极性、 非极性化合物具有均衡的吸附作用。此类材料的产品包括天津艾杰尔公司 的p e p 、p a x 、p c x 、p s 、h x n 等。 ( 3 ) 吸附型填料：此类产品均为无机吸附型材料，其主要是通过表面吸附作用 达到提纯的目的。此类材料的代表产品有f l o r i s i l ( 硅酸镁) 、p e s t i c a r b ( 石 墨化碳黑) 、氧化铝( a l u m i n a - n 中性a l u m i n a - a 酸性a l u m i n a - b 碱性) 、 p e s t i c a r b n h 2 。 ( 4 ) 混合型及专用柱系列：如p e s t i c a r b n h2 复合柱( 用于农药多残留的检测) 、 d n p h s i l i c a ( 用作空气中醛酮类化合物检测专用柱) 、s u l 5 ( 磺胺专用 柱) 、h x n ( 磺酰脲类除草剂专用柱) 等【2 3 1 。 除上述几种较常用的固相萃取吸附剂外，近年来人们还研究丌发出了更新型 的并各具独特优点的固相萃取吸附剂，如限进介质固相萃取吸附剂、免疫亲和型 固相萃取吸附剂和分子印迹聚合物固相萃取吸附剂等。限进介质吸附剂同时兼具 针对大分子( 如蛋白质、多肽、核酸及脱氧核糖核酸) 的体积排阻功能和萃取小 分子分析物的功能；免疫亲和s p e 已经应用于环境水样中重金属、药物和p a h s 等污染物的分离富集；分子印记s p e 与h p l c m s 联用技术在低含量的阿特拉津、 磺酰脲类除草剂以及壬基酚内分泌干扰物的测定中得到应用。 1 2 3 竹炭作为固相萃取吸附剂的研究 竹炭是竹材热解得到的丰要产品之一，因具有较大的比表面秋，可作为一 种新型的吸附材料【2 4 1 ，利用竹炭的吸附能力，将竹炭作为固相萃取吸附剂是本 青岛理i ：大学j 学硕i ：学位论文 文研究的。个重点。 竹炭因为其特殊的多孔结构和生物性质，近些年引起了人们的广泛关注。竹 炭具有很大的密度和多孔结构，与木炭相比，竹炭的孔腔是木炭的4 倍，矿物质 含量是木炭的3 倍，吸附率是木炭的4 倍。竹炭的比表面积比木炭大1 0 倍，也 比多壁碳纳米管大。相比较来说，竹炭也是一种非常便宜的吸附剂。低廉的价格， 较大的比表面积和独特的多孔结构( 图1 ) ，使其具有作为固相萃取材料富集环 境中痕量物质的优势2 5 2 6 1 。 图卜1 电子显徽锐。f 的竹炭图 f i g 1 - 1 t h ep i c t u r eo fb a m b o oc h a r c o a lu n d e re l e c t r o np r o b ex - r a ym l c r o a n a l y z e r 赵如松刚等人用竹炭作为固相萃取吸附剂，运用高效液相色谱质谱联用测 定了水中全氟辛酸铵，方法最低检出限为0 2 n g l ，在l 一1 0 0 0 n g l 范围内线性良 好( r 2 = o 9 9 9 5 ) ，标准添加回收在7 9 5 一118 3 之间。 1 3 高效液相色谱技术研究现状 近年来，随着环境科学、生命科学等学科领域的迅猛发展，分离科学同时面 临着新的机遇和严峻挑战。提供快速、高效、高灵敏度和高通量的分离和分析方 法称为当前各个研究领域发展的迫切需要【2 蚋。而传统的商品h p l c 色谱柱2 0 年 来其柱效徘徊住1 0 0 0 0 3 0 0 0 0 p l c o l u m n 之间，为了解决这一问题，发展了毛细管 电泳、电色潜和超高压液相色谱( u h p l c ) 。但这些方法都存在一些问题。因此 整体色谱柱i f 起了人们很大的兴趣【2 9 1 。 色谱柱是整个色谱系统的核心，自液相色谱技术创立以来，色谱填充材料经 历了4 个发展阶段，包括从形状不规则的填充颗粒到球形颗粒填料、从大的颗粒 到小的填充颗粒、从不纯的填充材料到高纯的球形硅胶颗粒以及目前整体柱的产 青岛理i ：大学t 学硕上学位论文 生o o 】。对于传统的填充型色谱柱而言，根据g i d d i n g s 方程，减小球形填充介质 的颗粒直径将减小多路径效应和加快传质，从而提高柱效。但颗粒直径的减小将 造成操作压力的急剧升高，为了保证在合适的操作压力下获得较高的柱效，在很 多情况下人们不得不采用较低的流速，这样就会增加分析时间2 8 1 。由于整体柱 具有大的通孔结构，可以大大降低柱压，因此适合采用高流速而不降低柱效，非 常适合快速分析。目前按照制备方法整体柱分为两种：无机硅胶整体柱和有机聚 合物整体柱。 无机硅胶整体柱【3 1 】是将硅氧化物直接烧结在柱内或者用溶胶一凝胶法在柱中 反应得到，具有理想的机械强度，比表面积大，适于分离小分子的混合物，很适 合高通量分析和快速分离【3 2 1 ，且其在孔结构控制方面表现出明显优势，同时具 有大孔和中孔结构。无机硅胶整体柱包括溶胶凝胶整体柱和以填充为基础的硅 胶整体柱两种。 有机聚合物整体柱【3 3 1 是由单体、交联剂、致孔剂以及引发剂的混合溶液在 色谱柱内通过原位热引发或引发聚合而制成的连续床固定相，具有渗透性好、传 质速度快、分离效率高和易于改性的优点【3 4 】。与无机硅胶整体柱相比，具有取 材范围广、制备过程简单、适用的ph 范围宽等特点。有机聚合物整体柱包括聚 丙烯酰胺类整体柱、聚苯乙烯类整体柱、聚甲基丙烯酸酯类整体柱、烙印整体柱 四种。 目前整体柱在反相色谱的应用越来越广泛，郭建宁等制备了二乙烯苯苯 乙烯交联聚合物包覆毛细管硅胶整体柱，这是一类新型的无机有机复合型毛细 管整体柱，突破了有机聚合物和无机硅胶整体柱的界限，应用这种交联聚合物包 覆的硅胶毛细管整体柱成功分离了稠环芳香烃类系列小分子化合物。黄晓冬【3 6 1 等采用原位分子印记技术，单步制备了一种辛可宁印记的手性整体柱，选择甲苯 十二醇符合致孔体系，在等度及梯度洗脱条件下，非对应异构体辛可宁与辛可 尼丁被分离。高文惠【37 】等以四甲氧基硅烷和聚乙二醇为原料，采用改进的溶胶 凝胶技术，建立了消除柱体开裂和变形弯曲的方法及中孔的构建方法，并在正相 色谱模式下应用制备的硅胶整体柱对苯取代化合物进行了分离。左国强【3 8 1 等人 以甲基丙烯酸为功能单体，同时又作电渗流改性剂，乙二醇二甲基丙烯酸艏为交 联剂，甲苯和异辛烷为致孔剂，i r g a c u r e l 8 0 0 为光引发剂，采用紫外光引发原位 9 青岛理1 ：大学1 = 学硕上学位论文 聚合反应制备 l j 毛细管电色谱整体柱，使用制备的整体柱对7 中中性物质的混合 物实现基线分离，同时还可实现酸性物质和碱性物质的快速分离。 1 4 酞酸酯及多环芳烃分析研究现状 酞酸酯类化合物的测定是目前围际上比较热门的研究方向。到现在为止，有 文献报道采用气相色谱法( g c ) 3 9 - 4 2 1 ，气相色谱质谱联用法( g c m s ) 4 3 - 4 5 】 和高效液相色谱法( h p l c ) 4 6 - 4 7 】对水、化妆品、涂料中的酞酸酯类化合物进行 测定。液相色谱质谱联用技术( l c m s ) 近几年也得到了快速发展，已被用于 测定环境样品中的p a e s 4 8 】。 采用同相萃取对水体中的p a h s 富集和浓缩处理时，固相萃取吸附剂的选择 对于提高p a h s 的萃取效率非常重要，最常用的是c 1 8 吸附剂。e l e n am a r t i n e z 【4 9 j 等用7 种固棚萃取吸附剂( 包括c 1 8 、聚合物及石墨化炭黑等) 考察了地下水中 1 6 种多环芳烃的萃取回收率，发现聚合材料吸附剂的回收率比c 1 8 回收率低，石 墨化炭黑只对1 6 种中的3 种p a h s 有萃取能力，而所有的c i s 材料对1 6 种p a h s 都有较好的吸附能力：p a t r y ko l e s z c z u k i s o l 等采用了c 8 、c 1 8 、硅胶、苯基和氰基 等商品化尉相萃取柱萃取下水道污泥中的p a h s ，结果表明c 1 8 圃相萃取柱的回 收率要好于其它的吸附剂；陈慧 5 l 】等采用e n v i 1 8 固相萃取柱萃取了焦化厂废 水中的p a h s ，1 6 种p a h s 的回收率在8 0 4 1 1 5 之间。近年来发展了新型的固 相萃取吸附剂应用于对水体中p a h s 的富集浓缩，w w _ e i - d o n g 5 2 1 等采用多壁碳 纳米管作为阎相萃取吸附剂对水中的1 0 种p a h s 进行了萃取吸附考察，萃取回 收率在7 8 7 1 1 8 1 之间，但是对于e p a 规定的1 6 种p a h s 中的笨环数大于4 个 的多环数p a h s 没有进行考察，而对于此类p a h s 文献报道采用的c 1 8 吸附剂其 回收率都不另人满意【5 3 】；有机聚合物苯乙烯二乙烯基苯共聚物也被用于水中 p a h s 的富集浓缩f 5 4 】；彭华及y o u y az h o u l 5 6 1 等采用配位聚合物固相萃取、 l u b o vo i i f e r o v a 【7 】等采用碳氟聚合物固相萃取技术与h p l c 在线联用对水体中 的p a h s 进行了萃取富集。与s p e 相比，s p m e 技术对水体中p a h s 的前处理优 势是操作简单、快速、无溶剂、集采样萃取浓缩和进样于一体，f 日是对于特定的 化合物萃取纤维选择性差并且价格昂贵。a j k i n g t 5 8 1 等采用1 0 0p mp d m s 萃取 头对孔隙水中1 6 种p a h s 进行了分析，其r s d 2 0 。r u e y a n d o o n g 5 9 1 等考察 了1 0 0 “mp d m s 萃取头对河水中1 6 种p a h s 的萃取能力，加标回收率在6 9 1 0 5 l o 青岛理i ：大学工学硕：l ：学位论文 之间，r s d 为3 1 4 。目前测定p a h s 的丰要方法有气相色谱法【6 0 刮】，气相色谱 质谱联用【5 1 1 ，高效液相色谱法【5 5 6 2 西5 1 ，纸色谱荧光光度法【6 6 1 、薄层色谱法( 6 7 1 等。 将竹炭作为固相萃取柱对于多环芳烃的富集研究，并结合高效液相色谱分 析，目前尚未见报道。 1 5 本课题主要研究内容 本论文选定我国优先控制污染物黑名单中的酞酸酯和多环芳烃作为研究对 象。分别建立了固相萃取一高效液相色谱法测定环境水样中酞酸酯及多环芳烃的 分析方法，丰要研究内容如下： ( 1 ) 采用固相萃取方法，对三种酞酸酯( 邻苯二甲酸二( 2 乙基己基) 酯、邻苯二 甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二正辛酯) 进行富集浓缩，通过高效液相色谱对 其进行分析测定，建立了斟相萃取高效液相色谱法测定水中邻苯二甲酸酯 的方法，并应用此方法测定青岛市自来水中邻苯二甲酸酯含量。 ( 2 ) 采用竹炭作为固相萃取吸附剂，自制竹炭小柱富集水中的多环芳烃，整体 柱作为高效液相色潜分析柱，快速分离测定了水样中1 6 种多环芳烃，并应 用此方法测定青岛市白沙河水中的多环芳烃含量。 青岛理：1 ：大学工学硕l 学位论文 第二章固相萃取反相高效液相色谱测定水中的邻 苯二甲酸酯 邻苯二甲酸酯( p h t h a l i ca c i de s t e r s ，p a e s ) 也称酞酸酯类化合物，它们丰要用 作塑料增塑剂。邻苯二甲酸酯类环境激素含有较弱的雌激素成分，具有影响牛物 体内分泌和导致细胞增殖的作用。6 种邻苯二甲酸酯被美国e p a 列为“优先监测 污染物名单”。我国新的生活饮用水卫生标准g b 5 7 4 9 2 0 0 6 中增加了邻苯二甲酸 - - ( 2 - 乙基己) 酯( d e h p ) 的指标，规定限量为0 0 0 8m g l 。我围国家环保局行 业标准h j t 7 2 2 0 0 1 采用高效液相色谱法测定水中的邻苯二甲酸二甲酯 ( d m p ) 、邻苯二甲酸- - - j 酯、邻苯二甲酸二辛f l 旨( d o p ) ，样品预处理采用正己烷 液液萃取技术，色谱柱为腈基柱，单波长紫外检测。前处理方法主要有液液萃取 法、固相萃取法和固相微萃取法。固相微萃取具有样品用量少和省时的优点，但 是所用萃取头价格比较昂贵且使用寿命低，不能同时进行多个样品的萃取【1 4 j ； 固相萃取法萃取效率高、无乳化现象，可同时进行多个样品的萃取富集。目前报 道的高效液相色谱法测定酞酸酯类化合物，高效液相谱柱大多采刚正相色谱柱， 即腈基柱、胺基柱或醇基柱。c 1 8 硅胶反相柱是最为普遍使用的高效液相色谱柱， 方便易得，马晓雁1 4 6 】及林兴桃【6 8 1 等将其用于内分泌丁扰物的分离。 本文采用反相高效液相色潜柱对d m p 、d e h p 、d o p 进行分离，采用固相 萃取技术对上述3 种邻苯二甲酸酯进行富集，考察采用s u p e l c l e a nl c 1 8 、 s u p e l c l e a ne n v i c a r b 及c l e a n e r to d s s p e3 种萃取小柱对目标化合物的萃取 效率，并对洗脱剂种类、洗脱速率、洗脱剂体积、上样速率等萃取条件进行考察， 以c 1 8 高效液相色谱柱进行分离，建立了固相萃取反相高效液相色谱法测定自 来水中上述3 种邻苯二甲酸酯类物质含量的方法。8 m i n 内完成d m p 、d e h p 、 d o p3 种邻苯二甲酸酯的分离。萃取后，方法检出限达到0 0 6 - 0 1 6 p g l ， 可以用于检测自来水中是否含有以上3 种酞酸酯。 2 1 实验部分 2 1 1 所用仪器和药品试剂 1 2 青岛理：l ：大学 ：学硕上学位论文 所用仪器： a g i l e n tl1 0 0s e r i e s 高效液相色谱仪，配自动进样器和二极管阵列紫外检测器 ( d a d ) ，美国a g i l e n t 公司；1 2 管固相萃取装置，购于美国s u p e l c o 公司：固 相萃取小柱：c l e a n e r to d s s p e ( c 18 封端) ( 5 0 0 m g 3 m l ) 和c l e a n e r t p e p s p e ( 3 0 m g l m l ) ，a g e l at e c h n o l o g i e s 公司，中圈天津；s u p e l c l e a n e n v i c a r b s p et u b e s ( 0 2 5 9 3 m l ) ，s u p e l c l e a n l c 一1 8s p et u b e s ( 0 2 5 9 3 m l ) ，购于美国 s u p e l c o 公司；k q 3 2 0 0 b 型超声波清洗器，昆山超声仪器有限公司；0 4 5 p t m 微孔滤膜，天津市腾达过滤器件厂；s y n e r g y1 8 5 超纯水器，美国m i l l i p o r e ；循 环水真空泵，上海亚荣生化仪器厂。 主要试剂： 1 0 0 0 m g l 甲醇中邻苯二甲酸二( 2 乙基己基) 酯 d i ( 2 e t h y l h e x y l ) o p h t h a l a t e ， d e h p i ，邻苯二甲酸二甲酯( d i m e t h y lo - p h t h a l a t e ，d m p ) ，邻苯二甲酸二正辛酯 ( d i 1 1 o c t y lo p h t h a l a t e ，d o p ) 单个标准溶液，购f 困家环境保护总局标准样品 研究所，冰箱中冷藏保存；甲醇，色谱纯；丙酮，高效液相色谱纯，天津市永大 化学试剂开发中心；