一种环境空气颗粒物中24种多环芳烃的检测方法与流程

本发明属于环境检测，具体地，涉及一种环境空气颗粒物中24种多环芳烃的检测方法。

背景技术：

1、多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，pahs）是指一类由两个或多个芳环烃以线状、角状或簇状排列的稠环碳氢化合物。它们是由有机化合物的热解或不完全的工业燃烧产生，常吸附于pm2.5细颗粒物表面，可通过呼吸进入人体，引发肺癌、循环系统损伤、肝脏损害等健康危害。pahs 对人类的健康威胁一直被持续关注。美国环保署（epa）列出了16种优控多环芳烃，欧盟食品安全局（efsa）对食品中pahs进行评估，列出了15+1种优控多环芳烃，中国也在逐步扩展监测种类。

2、目前多环芳烃的检测技术存在以下几个问题：（1）在提取技术方面：索氏提取法作为经典的热回流萃取技术，虽提取彻底，但耗时长、溶剂用量大，且高温下可能引起pahs的降解或挥发损失；超声提取法虽效率高、操作简单，但粗提物中基质干扰严重，影响后续色谱分离和检测灵敏度。（2）在浓缩净化技术方面：旋转蒸发法单次仅能处理单个样品，耗时长，不适合大批量操作；氮吹浓缩法虽可同时处理多个样品，但低沸点、易挥发的低环pahs（如萘、苊烯、苊等）易随气流挥发损失，导致检测结果偏低。固相萃取净化步骤繁琐，需活化、上样、淋洗、洗脱等多步操作，耗时长（单批次需1~2 h），溶剂消耗量大，且其核心部件萃取小柱为一次性耗材，单样品成本显著上升。（3）监测种类有限：目前pm2.5中多数方法仅覆盖usepa 16种pahs，但随着环境监测要求的提高，需要扩展到更多种类的pahs以实现更全面的污染评估。

3、现有技术中文献[袁小雪，江阳，杨长晓，谢碧俊，雍莉，胡彬，刘滔. 快速溶剂提取-高效液相色谱法测定pm2.5中16种多环芳烃[j]. 分析化学，2017，45(11)：1641-1647]pm2.5中16种多环芳烃测定的具体操作步骤：将玻纤滤膜样品切为 4 等份，取 1 /4 剪碎，与硅藻土混匀后放入 ase 350 快速溶剂提取仪的5 ml萃取池内，再加入 2 ml 乙腈萃取，萃取温度 100 ℃，压力 1500 psi，静态萃取时间 5 min，循环 1 次，n2吹扫 30 s，提取液直接进样分析。该方法加标回收率为 78.3% ～ 113.2%，准确度不够高，且对于一级致癌物苯并[a]芘（bap）的检出限较高。

4、因此，亟需建立一种能够同时实现pahs快速分离、高灵敏与高准确度，并能一次性覆盖更多种类pahs的定量分析方法。

技术实现思路

1、1、要解决的问题

2、针对现有技术的环境监测标准中多环芳烃（pahs）监测种类有限，难以全面评估大气细颗粒物（pm2.5）中复杂pahs暴露风险，且存在前处理过程复杂、检出限高（灵敏度低）、准确度不足的技术问题，本技术提供了一种环境空气颗粒物中24种多环芳烃的检测方法。

3、2、技术方案

4、为达到上述目的，提供的技术方案为：

5、一种环境空气颗粒物中24种多环芳烃的检测方法，包括以下步骤：

6、s1. 将采集有环境空气颗粒物样品的玻璃纤维滤膜剪碎，以乙腈为萃取剂进行超声提取，得到乙腈提取液；

7、s2. 将所述乙腈提取液与纯水混合，使所述乙腈提取液占所得混合液总体积的35%～39%，将所述混合液在-80 ℃～-20 ℃下密闭冷冻至发生相分离，获取上层富乙腈相，对所述上层富乙腈相进行离心并取上清液；

8、s3. 将所述上清液经一次进样，采用配有串联设置的紫外检测器和荧光检测器的超高效液相色谱仪进行分离检测；

9、所述多环芳烃包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[c]芴、环戊[c,d]芘、苯并[a]蒽、屈、5-甲基-1,2-苯并菲、苯并[j]荧蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,l]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,e]芘、二苯并[a,i]芘和二苯并[a,h]芘；

10、其中，苊烯、环戊[c,d]芘和苯并[j]荧蒽采用所述紫外检测器检测，其余21种多环芳烃采用所述荧光检测器检测。

11、优选的，还包括配制标准系列溶液，取所述标准系列溶液与纯水混合，按照步骤s2和s3操作；以pahs 标准系列溶液的浓度为横坐标，实测出的上层富乙腈相的峰面积为纵坐标，绘制工作曲线；

12、所述标准系列溶液中苊烯、环戊[c,d]芘和苯并[j]荧蒽的浓度范围均为2 ng/ml~200 ng/ml；其余21种多环芳烃的浓度范围均为0.2 ng/ml ~20 ng/ml。

13、所述工作曲线和样品有同样的前处理过程，主要为校正前处理步骤带来的差异和损耗。

14、进一步地，所述环境空气颗粒物为pm2.5。

15、进一步地，步骤s1中，将所述玻璃纤维滤膜剪碎后加入乙腈，振荡混匀5 min，并在避光水浴中超声30 min，超声温度不高于30 ℃。

16、水浴超声可实现均匀温和的能量传递，避免局部过热导致pahs的降解或挥发；某些pahs（如苯并[a]芘、苯并[g,h,i]苝）在光照下易发生光氧化反应，生成极性副产物，导致目标物浓度下降，避光操作是保证痕量分析准确度的关键措施。

17、超声时间30min足以使乙腈充分渗透颗粒物、破坏颗粒物-目标物间的吸附作用，达到较高的提取回收率。

18、超声温度≤30 ℃可以减少pahs挥发损失、保护热不稳定组分，增加检测结果的准确性。

19、进一步地，步骤s2中，取3.6 ml所述乙腈提取液并以纯水定容至10 ml，使所述乙腈提取液占所得混合液总体积的36%；将所述混合液在-40 ℃下密闭冷冻40 min。

20、在乙腈提取液占混合液总体积的36%时，富集倍数为3~5倍，富集倍数=ci/co，所述ci为相分离后上层待测物浓度，所述co为提取液中待测物浓度；此时富集效果更好，24种pahs的检出限较低，灵敏度高，pahs的回收率接近100%。

21、进一步地，步骤s2的冷冻条件选自-20 ℃冷冻80 min、-40 ℃冷冻40 min和-80℃冷冻10 min中的一种。

22、进一步地，步骤s2中的离心温度为0 ℃～10 ℃，离心转速为8000 r/min～12000r/min，离心时间为5 min～10 min。

23、进一步地，步骤s3中采用规格为3.0 mm×50 mm、粒径为1.8 μm的反相c18色谱柱；柱温为30 ℃，流动相流速为0.6 ml/min，进样体积为5 μl。

24、进一步地，所述流动相由乙腈和水组成，并按如下程序进行梯度洗脱：0.00 min，乙腈40%、水60%；3.00 min，乙腈40%、水60%；7.00 min，乙腈60%、水40%；10.00 min，乙腈60%、水40%；18.00 min，乙腈100%、水0%；27.00 min，乙腈100%、水0%；28.00 min，乙腈40%、水60%。

25、进一步地，所述紫外检测器的检测波长为220 nm；所述荧光检测器在相应目标物的保留时间窗口内采用下列激发波长/发射波长：萘为224 nm/340 nm；苊和芴为280 nm/330 nm；菲和蒽为248 nm/375 nm；荧蒽为235 nm/471 nm；芘和苯并[c]芴为238 nm/385nm；苯并[a]蒽、屈和5-甲基-1,2-苯并菲为270 nm/385 nm；苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,l]芘、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]苝为280 nm/440 nm；茚并[1,2,3-cd]芘为252 nm/508 nm；二苯并[a,e]芘为292 nm/412 nm；二苯并[a,i]芘为295 nm/445nm；二苯并[a,h]芘为312 nm/460 nm。

26、进一步地，所述荧光检测器的波长程序切换时间点依次为0.00 min、5.90 min、7.35 min、8.50 min、9.50 min、11.00 min、14.20 min、17.50 min、18.00 min、21.00 min和23.50 min。

27、苊烯、环戊[c,d]芘和苯并[j]荧蒽因荧光响应太弱，采用紫外检测器检测，固定dad紫外吸收波长220 nm 条件下检测，其他pahs采用荧光检测器（fld）各自的最佳激发/发射波长进行检测，这种分检测器、分波长的检测方法，能确保pahs都获得最高的信噪比和最低的检出限，满足低浓度环境样品的准确定量需求。

28、荧光检测器可在毫秒级时间内完成波长切换，因此通过一次进样、串联dad与fld，即可根据不同pahs的出峰时间程序化调节激发波长/发射波长，在不增加分析时间和样品消耗的前提下，实现各组分的最优响应。

29、3、有益效果

30、采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

31、本发明的环境空气颗粒物中24种多环芳烃的检测方法，包括以下步骤：

32、s1. 将采集有环境空气颗粒物样品的玻璃纤维滤膜剪碎，以乙腈为萃取剂进行超声提取，得到乙腈提取液；萃取剂为乙腈，乙腈对多环芳烃具有良好的溶解性和渗透性，能从pm2.5颗粒物的复杂碳质基质中有效解吸目标物，且与流动相体系兼容，同时，乙腈在紫外检测器常用的210 nm ~220 nm波段吸收较弱，不易产生干扰峰，有利于需二极管阵列检测器（dad）检测的pahs的准确识别，dad属于紫外检测器；

33、s2. 将所述乙腈提取液与纯水混合，使所述乙腈提取液占所得混合液总体积的35%～39%，将所述混合液在-80 ℃～-20 ℃下密闭冷冻至发生相分离，获取上层富乙腈相，对所述上层富乙腈相进行离心并取上清液；利用低温条件下pahs与共提取干扰物在特定溶剂体系中的溶解度差异，从而实现杂质与目标分析物的选择性分离及目标分析物的富集；

34、s3. 将所述上清液经一次进样，采用配有串联设置的紫外检测器和荧光检测器的超高效液相色谱仪进行分离检测；

35、所述多环芳烃包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[c]芴、环戊[c,d]芘、苯并[a]蒽、屈、5-甲基-1,2-苯并菲、苯并[j]荧蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,l]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,e]芘、二苯并[a,i]芘和二苯并[a,h]芘；

36、其中，苊烯、环戊[c,d]芘和苯并[j]荧蒽采用所述紫外检测器检测，其余21种多环芳烃采用所述荧光检测器检测。该方法的有益效果具体表现在以下几方面：

37、一、本发明的检测方法同时分离了24种多环芳烃，实现了对24种多环芳烃的快速、高效的定量分析，覆盖种类全面、比常规16种扩展了8种，满足更全面的环境监测和健康风险评估需求。

38、二、本发明基于冷冻诱导相分离的原理，开发了一种新型的提取液净化富集一体化技术。该技术利用低温条件下pahs与共提取干扰物在特定溶剂体系中的溶解度差异，从而实现目标分析物的选择性分离和富集；操作简单、耗费有机溶剂少、成本低，有效弥补超声提取法的缺点和现有的浓缩净化技术的不足。与以往常用的样本前处理方法相比，在超声提取条件下，采用冷冻诱导富集机制，并且乙腈提取液占所得混合液总体积的35%～39%，有效提高了样品净化效果和目标物的富集倍数。其优势表现在1.低环pahs保留好：冷冻处理在密闭体系中进行，无氮气吹扫等操作，有效避免了萘、苊烯等低沸点低环pahs的挥发损失；2.绿色环保：耗费有机溶剂少、成本低。3.操作简便快速：冷冻诱导操作简便、相分离过程时间短，相比固相萃取的操作繁琐和传统液液萃取的长时间实验过程，具有显著优势，且可批量处理，适合大批量样品分析。

39、三、本发明提供的一种基于超高效液相色谱-紫外-荧光检测器串联技术（uhplc-uv-fld）的高通量、高灵敏度定性定量检测方法。首次利用uhplc-uv-fld技术将常规分析通量扩展至24种目标pahs，实现了pm2.5中复杂基质中痕量组分的快速完全分离。同时，本发明采用了紫外检测器与荧光检测器串联并配合波长时间，从而解决了pm2.5滤膜萃取液中有机碳及无机金属离子造成的基质干扰与荧光猝灭效应，实现了 24 种 pahs 的快速分离及高灵敏度的定量分析。

40、四、本发明的检测方法提升了低浓度pahs的响应灵敏度，使检出限和定量限均显著降低，检出限为0.005~0.2 ng/m3，定量限为0.016~0.667 ng/m3；有效改善低浓度区间内的信噪比，减少背景干扰，进而提高对实际样品中痕量pahs定量结果的准确度，24种pahs的平均加标回收率为 94.9%~112.5%，精密度为0.2%~8.4%。

41、五、将24种多环芳烃的检测方法应用于环境空气颗粒物监测中，可在较短时间内一次性完成24种pahs的高通量分析，且具备检出限低、灵敏度高、准确度好及精密度优良的性能优势。将其应用于环境空气颗粒物监测中，不仅能够更全面地覆盖大气颗粒物中复杂pahs的组成信息，为精准识别污染来源提供可靠数据支撑，同时也可更客观地评估人群暴露风险，为空气质量改善措施的效果评价和监测标准的执行提供有力的技术保障。