（分析化学专业论文）卷烟主流烟气粒相物中多环芳烃的分析研究.pdf

摘要 多环芳烃是最早发现具有“三致作用”的环境污染物之一。存在于卷烟烟 气中的多环芳烃种类繁多，已经分离出的多环芳烃达到9 0 0 多种。由于卷烟烟 气成分极其复杂，苯并( a ) 芘等多环芳烃含量较低，因此准确测定卷烟主流烟气 中的苯并( a ) 芘及其它多环芳烃的含量是研究卷烟烟气中多环芳烃产生原因和形 成机理、开展降低卷烟烟气中多环芳烃技术研究的基础。 本论文建立了高效液相色谱以及二阶导数同步荧光光谱测定卷烟主流烟气 粒相物中b ( a ) p 两种分析方法，并且在上述两种方法的基础上进行延伸，利用 高效液相色谱法测定了卷烟主流烟气粒相物中常见的五种多环芳烃，导数同步 荧光法分离测定了人工合成以及实际水样中的b ( a ) p 和b ( k ) f 。上述方法可行 性强，重现性好，准确度高，测定结果与前人一致。具体归纳如下： l ，在j d u m o n t 方法的基础上，将其正相n h ：s e p p a k 柱替换成商品化的 讵相固相萃取小柱，实验优化了超声提取时间，系统讨论了卷烟总粒相物提取液 的酸碱洗涤、固相萃取洗脱流速、以及乙腈反萃等操作对卷烟主流烟气中苯并 ( a ) 芘的分离纯化效果的影响。并利用改进的实验条件，测定了卷烟主流烟气中 苯并( a ) 芘的含量。 2 ，通过超声提取、固相萃取( s p e ) 纯化、反相高效液相色谱分离及荧光检 测，建立了测定卷烟主流烟气中荧葸、苯并( k ) 荧葸、苯并( a ) 芘、茚并( 1 ，2 ，3 一 c d ) 芘和苯并( g h i ) 花等五种多环芳烃的方法。 3 。研究了卷烟主流烟气中苯并( a ) 芘的同步荧光及其一阶和二阶导数光谱， 利用二阶导数同步荧光光谱可明显减少背景及b ( a ) p 同系物对b ( a ) p 测定的干 扰的特点，建立了固相萃取一二阶导数同步荧光光谱法测定卷烟主流烟气中 b ( a ) p 的新方法。 4 ，研究了苯并( a ) 芘和苯并( k ) 荧蒽的同步荧光及其一阶导数同步荧光，利 用零交点法能够避免b ( a ) p 和b ( k ) f 之间的相互干扰，该方法被用来测定了人 工合成样品以及实际水样中的b ( a ) p 以及b ( k ) f 。 a b s t r a c t 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 l - i s ) a r eak i n do fm a t e r i a l s w h oh a v et w oo rm o r ef u s e db e n z e n o i d r i n g sa n d n oe l e m e n t so t h e rt h a n c a r b o na n d h y d r o g e n p a h sa r eo n e o ft h em o s t c o n t a m i n a t i n gg r o u p so f p o l l u t a n t si nt h ee n v i r o n m e n tb e c a u s eo ft h e i rm u t a g e n i cs o h i c e s p a h s c a nb ef o u n di nt h ea t m o s p h e r e ，a q u e o u sm e d i a ，s o i le t c ，a n dt h e ya r e u b i q u i t o u sp o l l u t a n t s i no u r e n v i r o n m e n t p 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 ) ，i sf o r m e db yp y r o l y s i sa n dp y r o s y n t h e t i cr e a c t i o n s o ft e r p e n e s ，p h y t o s t e r o l ss u c ha s s t i g m a s t e r o l ，p a r a f f i n s ，s u g a r s ，a m i n o a c i d s ，c e l l u l o s e sa n dm a n yo fo t h e rt o b a c c o c o m p o n e n t s ，a n do t h e r r e a c t i o n si n v o l v i n gp r i m a r yh y d r o c a r b o nr a d i c a l sd u r i n gt h ds m o k i n go f c i g a r e t t e t h ep a r t i c u l a t ep h a s eo fc i g a r e t t es m o k ec o n t a i n st h o u s a n d so f i n d i v i d u a lc o m p o n e n t s ，o fw h i c ha b o u t9 0 0a r ep a h s o rt h e i rd e r i v a t e s b u tt h ea b s o l u t ed e l i v e r i e so f b ( a ) pa r en o tl a r g e h o wt oe l i m i n a t et h e i n t e r f e r e n c eo fo t h e r c o m p o u n d sa n dq u a n t i f yb ( a ) pa n do t h e rp a h s a c c u r a t e l y i st h e b a s i so fr e s e a r c ho fp a h sf o r m a t i v e m e c h a n i s mi n c i g a r e t t em a i n s t r e a ms m o k e i nt h i st h e s i s ，t h ep r e t r e a t m e n t ，t h eo p t i m i z a t i o no f p r o c e s sa n dt w o m e t h o d st od e t e r m i n eb ( a ) pa n do t h e rp a h si n c i g a r e t t em a i n s t r e a m s m o k ew e r e s t u d i e d ，i nw h i c hf o u rp a r t sa r ei n c l u d e d 1 o nt h eb a s i so ft h em e t h o dd e s c r i b e d b yj d u m o n t ，f a c t o r s a f f e c t i n g t h e s e p a r a t i o n o fb e n z o ( a ) p y r e n e ( b ( a ) p ) i nt h e c i g a r e t t e s m a i n s t r e a ms m o k es u c ha sf l o w - r a t eo ft h es a m p l el o a d e do nt h es p e c a r t r i d g e ，t h ee f f e c t so fs t e pw a s hw i t ha c i d ，a l k a l ia n ds t d p e x t r a c t i o n w i t ha c e t o n i t r i l ew e r ed i s c u s s e di nt h i s p a r t t h eu l t r a s o n i ce x t r a c t i o n t i m ew a sa l s o o p t i m i z e d a c c o r d i n g t ot h em o d i f i e d e x p e r i m e n t c o n d i t i o n s ，w ed e t e r m i n e dt h ec o n t e n to f b ( a ) p i nt h e c i g a r e t t e s u m a i n s t r e a m s m o k e ，t h es e p a r a t i o n e f f e c to f b ( a ) p w a s i m p r o v e d o b v i o u s l ya n d t h er e s u l t sw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h a to t h e ra r t i c l e sr e p o r t e d 2 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 l l s ) i nc i g a r e t t em a i n s t r e a m s m o k ew e r ee x t r a c t e da n dp u r i f i e du s i n gs o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) ， a n dt h e nd e t e r m i n e db yh 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 ) f i v e p a h s ，i n c l u d i n gf l u o r a n t h e n e ，b e n z o ( k ) f l u o r a n t h e n e ， b e n z o ( a ) p y r e n e ，b e n z o ( g h i ) p e r y l e n e ， i n d e n o ( 1 ，2 ，3 - c d ) p y r e n e i n i n c i g a r e t t em a i n s t r e a m s m o k ew e r e a n a l y z e d 3 t h e s y n c h r o n o u s f l u o r e s c e n c e ，f i r s to r d e r ，s e c o n d o r d e r d e r i v a t i v e s y n c h r o n o u s f l u o r e s c e n c e s p e c t r u m s o fb ( a ) pi n c i g a r e t t e m a i n s t r e a ms m o k ew e r es t u d i e d i ti n d i c a t e dt h a tt h es e c o n do r d e r d e r i v a t i v e s y n c h r o n o u s f l u o r e s c e n c e s p e c t r u m c o u l dd e c r e a s et h e d i s t u r b a n c e so f b ( a ) ph o m o l o g o u sc o m p o u n d s a n d b a c k g r o u n d o f s a m p l e h e r e b y t h i sp a r ti n t r o d u c e dan e wm e t h o dt od e t e r m i n eb ( a ) pi nc i g a r e t t e m a i n s t r e a ms m o k eb ys o l i d p h a s e e x t r a c t i o n - s e c o n do r d e rd e r i v a t i v e s y n c h r o n o u s f l u o r e s c e n c e 4 f i r s to r d e rd e r i v a t i v e s y n c h r o n o u s f l u o r e s c e n c e - z e r o c r o s s i n g m e t h o dw a su s e df o rt h es i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no fb e n z o ( a ) p y r e n e a n d b e n z o ( k ) f l u o r a n t h e n e t h i s m e t h o dh a sb e e n a p p l i e d t ot h e s i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no fb e n z o ( a ) p y r e n ea n db e n z o ( k ) f l u o r a n t h e n e i nw a t e rs a m p l e sw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s i i i 中国科学技术大学硕士学位论文 第一章卷烟主流烟气中多环芳烃分析研究进展 1 1 前言 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 ，p a h s ) 是一类具有多个 苯环的芳香族有机化合物，是最早发现具有“致癌，致畸，致突变”作用的环 境污染物之一。多环芳烃是一类惰性较强的、比较稳定的碳氢化合物，能广 泛的存在于环境、水体、土壤、大气飘尘中。多环芳烃在环境中虽然是微量 的，但分前i 很广，人们能够通过大气、水、食品、吸烟等摄取，是人类致癌的 重要起因。多环芳烃的来源可分为人为源与天然源两种，前者是多环芳烃污染 的主要源。 多环芳烃的形成机理很复杂，一般认为主要是由煤油、煤炭、木材、气体 燃料、纸张等含碳化合物不完全燃烧以及还原气氛中分解而产生。有机物在高 温缺氧条件下，热裂解产生碳氢自由基或碎片，这是p a h s 形成的基本微粒，这 些小的极为活泼的微粒，在高温下又立即热合成为稳定的非取代的多环芳烃。 澳大利亚学者b a d g e r 和他的同事提出的b ( a ) p 形成步骤如图1 1 所示：有机物 在高温缺氧下裂解产生碳氢自由基结合成乙炔，由乙炔形成乙烯基乙炔或1 ， 3 一丁二烯，然后生成乙基苯，再进一步结合成丁基苯或四氢化萘，最后通过中 间体形成苯并( a ) 芘。表1 1 列出了由国际癌症研究机构( i a r c ) 对部分多环芳 烃类物质进行动物和人类致癌试验的评价结果。 c m c ( 1 ) 0 厂) 一0 0 ( 4 ) l - 、，( 5 ) ( 6 ) 图1 1b a d g e r 提出的b ( a ) p 形成步骤 一 0 一 中国科学技术大学硕士学位论文 表1 1 多环芳烃致癌试验评价 化合物实验室动物人体 b e n z ( a ) a n t h r a c e n e苯并( a ) 蒽 完全致癌未作评价 b e n z o ( b ) f l u o r a n t h e n e苯并( b ) 荧蒽 完全致癌未作评价 b e n z o ( j ) f l u o r a n t h e n e苯并( j ) 荧葸 完全致癌未作评价 b e n z o ( k ) f l u o r a n t h e n e苯并( k ) 荧葸 完全致癌未作评价 b e n z o ( a ) p y r e n e苯并( a ) 芘 完全致癌可能致癌 c h r y s e n e苊 完全致癌未作评价 d i b e n z ( a ，h ) a n t h r a c e n e二苯并( a ，h ) 葸 完全致癌未作评价 d i b e n z o ( a i ) p y r e n e二苯并( a ，i ) 芘 完全致癌朱作评价 d i b e n z o ( a ，1 ) p y r e n e二苯并( a ，1 ) 芘 完全致癌未作评价 i n d e n o ( 1 ，2 ，3 - c ，d ) p y r e n e茚并( 1 ，2 ，3 - c ，d ) 芘 完全致癌未作评价 5 - m e t h yi c h r y s e n e 5 一甲基苊 完全致癌未作评价 h o f f m a nd 和h e c h ts s “烟草致癌物研究进展”，1 9 8 9 年 其中以3 ，4 一苯并芘( b ( a ) p ) 的致癌活性最强“，其分子结构见图1 2 所 示。它的致癌剂量在4 “g g 以下，成为人们关注的热点。 图1 2b ( a ) p 的分子结构图 存在于卷烟烟气中的多环芳烃是由烟草中的萜烯、植物甾醇、蜡质、糖、 氨基酸和纤维素等组分通过卷烟燃吸时的热裂解和高温热合成反应形成以及通 过各种初级烃基自由基反应形成的。对于卷烟烟气中多环芳烃的分析，5 0 年代 起就有文献报道。但由于卷烟烟气成分复杂，含量较低( 通常1 0 4 0 n g c i g ) ， 给多环芳烃的分离检测带来了很大的困难，而且已有的分析方法前处理步骤相 当繁琐，必将造成样品回收率降低，测定结果准确度较差。鉴于此，有待于建 立一种准确可靠、简便的卷烟烟气中的多环芳烃分析方法，为评估吸烟对人们 中国科学技术大学硕士学位论文 健康的危害提供最直接的依据。本章综述了目前国内外对于卷烟主流烟气中 p a h s 及b ( a ) p 的提取、纯化及检测技术。 1 2 多环芳烃的提取 利用吸烟机捕集的主流烟气冷凝物成分大致可包括脂肪烃、芳香烃、酚类 化合物、羰基化合物、有机酸、萜类化合物、含氮化合物“1 等。其中b ( a ) p 等 多环芳烃是弱极性物质，可以用多种有机溶剂提取，如丙酮、苯、环己烷、氯 仿、甲醇( 或其它醇类) 、石油醚、二氯甲烷和四氢呋喃等。前三种有机溶剂 即丙酮、苯、环己烷用来提取玻璃纤维滤膜，b ( a ) p 的提取效率相对较高“1 。 目前，对于p a h s 的提取，经典的方法是使用索氏提取器( s o x h l e t ) 提取“一 “”；超声波提取法的应用也越来越广泛“1 ”1 ；液固萃取法是所有提取方法中操作 最为简单的，对设备的要求也最低“：超临界流体萃取法和快速溶剂萃取系统 是新出现的p a h s 提取方法，速度快，加标回收率高“。 1 2 1 索氏提取法 索氏提取，又称脂肪提取，是最常用的液一固萃取方法。当加热烧瓶时， 瓶内溶剂被蒸出，蒸气遇冷凝结成纯净液滴连续不断地滴入索氏提取管中提取 固体样品，是一种从沉积物、生物组织等固体样品中提取物质的有效方法。装 置结构如图1 3 。 提取 j 车接 图1 3 索氏提取器装置图 中国科学技术大学硕士学位论文 经典的索氏提取法提取样品量大，回收率高，适用的样品种类多，但是提 取的共存物较多，需要进一步纯化“3 ，而且，索氏提取法提取时间长，操作也 比较麻烦，一般需要连续提取，溶剂的使用量也大。杨坪”1 曾介绍w o z n i o k j a n 以苯在氮气环境中避光的条件下，提取9 小时，对苯并( a ) 芘得到的回收率较 高。赵振华“”将在吸烟机上抽烟后得到的玻璃纤维滤片置于索氏提取器中，用 环己烷在9 0 下连续提取1 0 h ，经进一步处理后得到的待测液用h p l c f l 法检 测b ( a ) p ，结果令人满意，且完全避免了b ( e ) p 对b ( a ) p 测定的干扰。 1 2 2 超临界流体萃取法 超临界流体萃取法( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ，s f e ) “7 是利用超临 界流体( s f ) 作为萃取剂从液体或者固体中萃取出待分离组分。与普通萃取和 浸取操作相比较，他们都是加入溶剂，在不同的相之间完成传质分离。不同的 是s f e 所用的溶剂是超临界状态下的液体，s f 的物理性质介于液体和气体之 间。溶质在溶剂中的溶解度与溶剂的密度呈正相关，使其能溶解许多不同类型 的化学成分，达到选择地提取各种类型化合物的目的。由于s f 具有密度大，折 光系数大，粘度小，介电常数大等特性，较液体溶剂易于穿透到样品介质中， 故它对分离物的提取明显快于溶剂提取法提取。由于c 0 2 具有超临界温度低，临 界压力低，化学惰性，低膨胀性，无毒性，价廉且能分离多种物质等特点，是 s f e 中最常用的s f 。它是目前技术比较先进的方法，在所有文献报道过的方法 中最简便，快速，回收率相对较高。它不仅能够满足理想萃取方法的需要，同 时还能够与各种近代分析仪联机使用，如g c ，g c m s ，h p l c ，超临界流体色谱 s f c 。用s f 动态萃取，只需要4 0 分钟即可完成“”。 1 2 3 超声波提取法 超声波提取法是e p a ( 美国环境保护局) 推荐的p a h s 提取方法之一( e p a s w 一8 4 6 3 5 5 0 ) 。其基本原理主要是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的 浸出提取，另外超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效 应等也能加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，利于提取。与常规提 取法相比，具有提取时间短、产率高、无需加热等优点。但是由于超声波可能 会破坏不稳定化合物的原有结构，对于提取结构不稳定的化合物是不适宜的。 p a h s 结构比较稳定，采用超声波提取方法简单，速度较快，同时具有较高的回 收率“”。 4 中国科学技术大学硕士学位论文 1 2 4 真空充氮升华法 真空充氮升华法是利用p a h s 的升华性质进行提取的，最大优点是提取速度 快、节省溶剂，而且对提取物有一定的选择性，回收率可以达到9 0 以上。但 是该方法需要专用设备高温升华炉，并需要有较严格的操作技术。 综上所述，索氏提取法相对于其他方法，尽管提取效率相对较高，但是由 于提取速度慢，提取时间较长，因此，目前利用索氏方法提取卷烟烟气中的 p a h s 的文献报道不多，为了减少实验前处理过程，主要是采用超声波提取法。 所得到的p a h s 回收率均在8 5 以上，相对标准偏差为1 0 1 5 “”1 。 1 3 富集和纯化 卷烟烟气粒相物经用有机溶剂提取所获得的提取液不可避免的含有一定量 的非芳烃杂质，且可能干扰b ( a ) p 或p a h s 的定量分析，因此在提取操作后，均 需要纯化过程，从提取液中纯化b ( a ) p 的方法是根据b ( a ) p 或p a h s 具有的两个 特征，即它们的脂溶性( 疏水特征) 和芳香性。 1 3 1 亲水与亲脂化合物的分离 亲水与亲脂化合物的分离是利用两种物质在一种溶剂中的分配系数( k ) 不同 实现的。k 值越大，需要的分配次数越少，当分配系数在1 5 2 之间，必须经 过4 5 次分配方可达到9 9 的萃取；当分配系数大于4 时。提取2 次就可以达 到9 6 以上。对于亲水与亲脂化合物的分离，所用的溶剂主要有环己烷“7 ”3 ， 二氯甲烷1 3 ，丙酮“”，石油醚“”等。其中以环己烷和二氯甲烷的使用较普 遍。如张国安“”等直接用二氯甲烷超声波提取共6 0 m i n ，j d u m o n t 等”1 在测定 总粒相物中的b ( a ) p ，用环己烷超声波提取2 3 m i n ，达到的回收效果均较理 想。 1 3 2 脂肪族与芳香族的分离 实现对脂肪族与芳香族的分离，目前采用的有两种方法：即液一液分配法和 吸附柱色谱。h a e n a i 曾经提出用二甲基亚砜( d m s o ) 取代硝基甲烷( n m ) 从溶解样 品的环己烷中提取b ( a ) p ，由于d m s o 的分配系数k ( 5 1 2 2 5 ) 洲比n m 分配系 数k ( 1 5 3 ) 大得多，从环己烷或链烃中提取b ( a ) p 或p a h s ，d m s o 中s 原子与 b ( a ) p 或p a h s 分子中的一电子体系之间的作用程度就强。d m s o 提取液借助加 中国科学技术大学硕士学位论文 水稀释，使d m s o b ( a ) p 离析，再用环己烷反提取，游离的b ( a ) p 进入环己烷层 得到的分离效果更好。 吸附分离的机理是根据溶质( 如p a h s 或b ( a ) p ) 随着吸附剂的亲和力和沈 脱剂( 或流动相) 对溶质的解吸作用，反复吸附，反复解吸，则可将不同特性 的化合物分离丌来。通常用的柱内填充物有氧化铝、硅胶、s e p h a d e xl h 2 0 或 6 0 、硅镁型吸附剂，固相萃取( s p e ) 等等。 1 3 3 氧化铝柱色谱。“2 ” 氧化铝吸附剂的制备是三元水合氧化铝( a l 。0 。3 h ：0 ) 在低于7 0 0 脱水而 成的。一般在1 7 0 4 0 0 之间活化，具有很强的吸附性。所有的有机溶质，除 了脂肪烃外，都可能被极性铝表面基团有一定程度的吸附。p a h s 或b ( a ) p 是弱 极性的稠环芳烃，它们被氧化铝的吸附是借助氧化铝表面晶体破损，铝原子带 的n 一电子键的共价键结合。氧化铝填充柱不利之处是冲洗时间长，对某些化合 物在吸附剂上有一定的分解作用，重现性较差。因此，一般不单独使用氧化铝 作层析，而是用硅胶和氧化铝以一定的比例制成混合硅胶柱。 1 3 4 硅胶柱色谱o ”2 ” 该方法在p a h s 的纯化分离中的应用最为广泛“1 。硅胶需要先活化，可以采 用4 0 0 * 0 下活化2 h “，也可采用在1 3 0 c 活化1 6 h “，它具有多孔性，吸附表面积 约为4 0 0d g ，具有良好的吸附性。进行层析的溶液需以环己烷或正己烷等低 极性有机物为溶剂提取，然后提取物转移至层析柱中，先用正戊烷、石油醚等 洗脱饱和烃类化合物，用环己烷或苯等洗脱p a h s ，剩下的以中极性和极性有机 物占多数，用二氯甲烷和甲醇洗脱”1 。谢重阁等根据p a h s 各个组分在硅 胶柱上的洗脱顺序及洗脱体积，浓缩后进行液相色谱测定。h o w a r dj d a v i s 等 ”“利用乙烷处理过的硅胶柱层析组分，用3 0 m l 乙烷洗脱，收集洗脱液，第7 组 分流出时，b ( a ) p 几乎全部流出，第6 和8 组分中含有极少量的b ( a ) p ，然后用 荧光检测，从而证明了谢重阁思路的可行性。 1 3 5 s e p h a d e xl h 2 0 或6 0 ( 丙基羟基化的葡萄糖) “” s e p h a d e xl h 2 0 对b ( a ) p 或p a h s 的分离机制可划分为空间排阻效应( 洗脱 剂为d m f 、四氢呋喃和二甲基乙酰胺) 和吸附效应( 洗脱剂一般选用甲醇、异丙 醇、丙酮和乙腈) 。近几年来，s e p h a d e xl h 2 0 作为柱层填充物，应用较为广 泛。非芳香烃或非极性化合物等可直接用冲洗剂的前一部分洗掉，而芳烃化合 中国科学技术大学硕士学位论文 物则根据环数的多少，明显的依次被阻滞，推迟洗脱的时间。李筱霞“”将超声 提取的提取液过l h 2 0 葡聚糖凝胶柱，用异丙醇洗脱，取得了较好的分离效果， 回收率为8 8 6 。 i 3 6 弗罗里矽土硅镁型吸附剂 萃取后的提取液经过脱水( 常用无水硫酸钠) 处理后，直接通过弗罗里矽 土，提取液中的p a h s 及其他干扰组分都吸附在弗罗里矽土里，然后用洗脱剂如 二氯甲烷丙酮( 1 ：1 ) 浸泡、洗脱，洗脱液浓缩至小体积后进样分析。弗罗旱矽 土硅镁型吸附剂层析法操作简单，重现性较好，分析多环芳烃较适合，但是小 环的p a h s 有可能丢失”。 1 3 7 固相萃取( s p e ) 。”1 固相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 是一种试样预处理技术，由液固 萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来。从1 9 7 8 年一次性s p e 商品柱问世以 来，一直以1 0 的年增长率扩大其应用。s p e 的基本原理是样品在两相之间的 分配，即在固相( 吸附剂) 和液相( 溶剂) 之间的分配。其保留或洗脱的机制取决 于被分析物与吸附剂表面的活性基团，以及被分析物与液相之间的分子间作用 力。它有两种洗脱模式，一种是被分析物比所存在的介质与固相之间的亲和力 更强，因而被保留，然后用一种对被分析物亲和力更强的溶剂洗脱；另种是 存在的生物介质较被分析物与固相之间亲和力更强，则待分析物被直接洗脱。 在很多情况下，s p e 作为制备液体试样优先考虑的方法取代了传统的液液萃取 法( 1 i g u i d l i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 。与l l e 相比较，s p e 具有如下优点： a ，简单，快速，配套的s p e 单元大大缩短了预处理时间；b ，处理过的样品易 于贮藏和运输，便于在不同实验室问进行质控，比较分析结果；c ，可选择吸附 剂和溶剂的类型很多，因此能提供多种实验途径；d ，不出现乳化现象，易获得 纯净样品，提高了分离的效率；e ，减少溶剂的大量使用和暴露，保证实验安 全，低毒；f ，减少了劳动的强度，溶剂的使用和运输的费用，降低了实验成 本；g ，易于与其它仪器联用，实现自动化在线分析。影响s p e 效率的因素很 多，有吸附剂类型、用量、洗脱剂性质、样品的体积、流速和不同的样品基体 等，其中最关键的是吸附剂和洗脱溶剂的选择。表1 2 列出了环境样品中有机 化合物的主要吸附剂类型及其相关的分离机理、洗脱剂的性质、待测组分的性 中国科学技术大学硕士学位论文 质及一些应用。根据不同的填料和吸附机理，固相萃取可以分为反相固相萃 取，正相固相萃取，离子交换固相萃取。 表1 2s p e 使用的不同吸附剂及其应用 吸附剂”分离机理洗脱溶剂分析物的性质环境分析中的应用 键合了硅胶反相有机溶剂非极性和芳烃类，多环芳烃类，多 的c 。和c 。弱极性氯联苯类，有机磷和有机 氯农药类烷基苯类，多 氯苯酚类。邻苯二甲酸酯 类，多氯苯胺类，非极性 除草剂，脂肪酸类，氨基 偶氮苯，氨基葸醌 多孔苯乙反相有机溶剂非极性到苯酚，氯代苯酚，苯胺， 烯，乙烯中等极性氯代苯胺，中等极性除草 基苯共聚物剂( 三嗪类苯磺酰脲类， 苯氧酸类 石墨碳反相有机溶剂非极性到苯酚，硝基苯酚类，相当 相当极性大极性的除草剂 离子交换离子交换定p h 的阴阳离子型醇英，次氮基= 厶酸，苯 树脂水溶液有机物胺和极性衍生物，邻苯二 甲酸类 金属配合物配体交换配位的金属配合物苯胺衍生物，氨基酸类，2 吸附剂水溶液特性 一巯基苯并咪唑，羧酸类 1 4 分离、定性与定量 目前应用最为广泛采用的分离方法是h p l c 。”“，g c “，薄层色谱“”3 和 纸色谱“。在h p l c 和g c m s 技术出现之前，纸层析和薄层层析等技术是分离 p a h s 的常用方法，特别是将它们与紫外或荧光检测技术相配合，更是分析多环 芳烃的有效手段。即使在目前使用现代化的仪器法分析b ( a ) p 和p a h s 时，这些 技术仍是极重要的净化分离手段。尤其是样品成分比较复杂时，需要先用这些 手段对样品进行分离后方能进入仪器分析。气相色谱特别是毛细管色谱法的出 现，使填充柱色谱法难于分离的“难分物质对”问题得到了解决。把毛细管柱 色谱与质谱的迅速扫描技术结合而产生的g c m s 联用技术，既发挥了前者的高 分离能力，又发挥了后者作为检测器可一次检测多种组分的特长，是对p a h s 混 合物中各组分逐一进行定性和定量的有效方法。 中国科学技术大学硕士学位论文 1 4 1 纸层析法 用有机溶剂( 如正己烷，二氯甲烷，环己烷，丙酮，苯等) 浸提烟气总粒相 物，浸提液浓缩后，过层析硅胶柱或者中性氧化铝柱，用正己烷或者正己烷甲 苯洗脱，分离出多环芳烃，收集含有多环芳烃的集份，减压浓缩后，用乙酰化 纸层析板或醋酸纤维层析板分离，甲醇：醚：水( 4 ：4 ：1 ) 作展开剂，在紫外灯下将 含有苯并( a ) 芘的蓝紫色荧光光斑取出，用甲苯溶解，在荧光分光光度计下进行 定量分析。h o w a r d j d a v i s 。8 1 等采用超声波提取，纸色谱分离，荧光检测分析卷 烟烟气冷凝物中的b ( a ) p ，回收率达到9 0 ，r s d 为9 o ；刘少民“”等采用石 油醚一二氯甲烷混合液提取，咖啡因分离出稠环芳烃，纸层析分离，荧光检测 b ( a ) p ，得到回收率为9 2 5 ，r s d 为7 2 。 1 4 2 气相色色谱法 用有机溶剂( 正己烷，二氯甲烷，环己烷等) 浸提烟气总粒相物，浸提液 经过浓缩后，进行柱层析分离，吸附剂采用1 0 0 2 0 0 目的层析硅胶，进行梯度 洗脱，洗脱液为正己烷，正己烷一无水乙醚，收集含有多环芳烃的集份，经浓 缩后进行气相色谱分析，内标法定量，回收率可达到9 3 ，该方法的优点是前 处理过程比较简单，但在f i d 检测器上杂质峰干扰太大，定量结果偏高。 1 4 3 高效液相色谱法 高效液相色谱分离测定卷烟主流烟气中的b ( a ) p ，常常采用c 。柱，用乙 腈、甲醇、或者二者的混和溶剂为流动相。但是由于卷烟烟气成分的复杂性和 苯并( a ) 芘的低含量，在进入高效液相分析之前，必须经过严格的预分离过程， 否则，含量远远超过苯并( a ) 芘峰的杂质峰会遮盖苯并( a ) 芘峰，而且某些强极 陛的成分遇到极性较弱的h p l c 流动相，会在反相色谱柱上沉积，从而大大缩短 色谱柱的使用寿命。因此h p l c 分析，样品的前处理就显得格外重要。 紫外吸收检测器和荧光检测器通常作为h p l c 常用检测器，从测定的灵敏度 考虑，荧光检测是多环芳烃类物质分析的最理想方法，具有很高的选择性而且 灵敏度比紫外吸收检测高出1 0 倍以上。j d u m o n t ”1 等用固相萃取法提取，h p l c f l d 检测b ( a ) p ，回收率为9 4 2 ，r s d 为1 2 。 中国科学技术大学硕士学位论文 1 4 4 气相色谱一质谱联用法 用有机溶剂( 正己烷，环己烷等) 浸提烟气粒相物，浸提液在氮气保护下 浓缩至l m l ，然后用硅胶固相萃取柱吸附，用正己烷或者环己烷洗脱出含有多 环芳烃的集份，洗脱液在氮气保护下浓缩，加入内标后进行色一质分析，选用 离子监测( s i m ) 模式定量，既解决了气相色谱法分析中杂质干扰的问题，又解 决了液相分析法中前处理比较烦琐的麻烦，同时大幅度提高了检测的灵敏度和 回收率。张国安等“”利用g c m s 对多环芳烃进行定性定量分析，采用常规毛细 管柱，用0 0 5 摩尔分数的苯基甲基聚硅氧烷为固定相，h e 为载气，恒流 1 5 m l m i n ，程序升温，进样温度3 0 0 。c ，进样量1ul ，采用不分流进样，加标 样回收率为8 6 3 ，r s d 为3 2 8 。表1 3 为各分析方法检测结果相互对比： 表1 3 各种分析方法检测结果比较 1 5 影响分析结果的因素及解决方案 为了对卷烟烟气中的多环芳烃或苯并( a ) 芘进行准确的测定，在实验过程中 必须全面考虑影响分析结果的因素： ( 1 ) 采用超声波提取多环芳烃，其提取效率比索氏提取器略低。 ( 2 ) 部分多环芳烃化合物在硅胶柱上发生不可逆的吸附因素。 ( 3 ) 基体效应，由于组分成分复杂，含有脂肪烃类及部分含氧化合物，这些 物质的存在影响了个别多环芳烃化合物在吸附柱上的迁移。 ( 4 ) 在提取和浓缩的步骤中，沸点相对较低的化合物部分挥发损失。这就要 求在浓缩过程中，一般尽量不要将溶剂全部蒸发，以免在蒸干过程中，造成 p a h s 的损失，同时也要尽量简化实验操作流程，避免不必要的损失。 中国科学技术大学硕士学位论文 ( 5 ) 样品前处理过程中非线性效应的影响。非线性效应是指由于样品分子 和基体成分在色谱分离中发生竞争作用，使吸附等温线转为非线性，这将导致 峰高或峰面积与浓度不成线性关系。“。p a h s 提取中常采用层析色谱法来分离不 同极性的组分，在洗脱剂的使用量上就存在这种问题，溶剂量过少，可能洗脱 不完全，洗脱剂过多，则会导致非线性效应的产生。因此，在实验中应该寻找 完全洗脱被测组分的最小洗脱剂量。 1 6 小结 从卷烟烟气中的多环芳烃的提取效率以及可操作性来看，以c o 。等为提取 剂的超临界流体萃取系统是目前最先进的方法，但是从我国的实际情况出发， 目前，采用超声波提取法来提取卷烟主流烟气中的p a h s ，可采用二氯甲烷、环 己烷、甲醇等常规有机溶剂，过s p e 柱，用g c m s 或者h p l c 荧光检测，操作相 对简单，回收率相对较高，且易于实施。 参考文献： 1 s e a r l ec e c h e m i c a lc a r c i n o g e n s ，s e c o n de d i t i o n ，w a s h i n g t o 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赵振华，多环芳烃的环境健康化学北京：中国科学技术出版社，1 9 9 3 陈楚良，上海环境科学，1 9 9 4 ，1 3 ( 4 ) ：1 9 金闻博，戴亚，扬俊等烟草化学和烟气分析南昌：江西科学出版社， 1 9 9 3 刘少民，陶宁，方力等，中国烟草科学，2 0 0 2 ，( 2 ) ：1 5 p 6 r e z ，s a n d r a a ：g u i l l a m 6 n ，m i r i a m a ：b a r c e l 6 ，d a m i 6 a ，j o u r n a l o f c h r o m a t o g r a p h ya ，2 0 0 1 ，9 3 8 ( 1 2 ) ：5 7 v i y e s ，i n g r i d a ：g r i m a l t ，j o a n 0 ， j o u r n a l o f c h r o m a t o g r a p h y b ，2 0 0 2 ，7 6 8 ( 2 ) ，2 4 7 2 2 孙成均杉田和俊後藤纯雄小谷野道子，华西医大学报， 2 0 0 1 ：3 2 ( 3 ) ：4 6 7 2 3 r o j oc a m a r g o ，m 6 n i c ac a ：t o l e d o ，m a r i ac e c i l i af f o o dc o n t r o l ， 2 0 0 3 ，1 4 ( 1 ) ：4 9 2 4 t o r i b a ，a k i r a a ：n a k a m u r a ，h i r o a k i a ；c h e t i y a n u