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高效液相色譜技術在水質分析中的應用

                    高效液相色譜技術在水質分析中的應用
                 劉益片(東莞市水務監測中心,廣東,523006)
    摘要:高效液相色譜技術在水質檢測中有著重要的應用,本文從高效液相色譜法的概念和特點入手,分析了高效液相色譜技術在水質分析中的應用現狀。
    關鍵詞:高效液相色譜 水質分析 多環芳烴 農藥 酚類化合物 應用
    一、前言
    水是生命之源, 隨著社會的進步和人民生活水平的不斷提高,人們對飲用水安全問題日益關注。飲用水安全問題涉及的主要方面有:重金屬污染、微生物污染、農藥殘留等。飲用水中的各種農藥殘留對機體有一定的毒性, 多數都會產生致癌、致畸作用,若不加以控制,將對人體健康產生重大危害。為了更好地保障人體的健康,生活飲用水指標GB/5749-2006 由GB5749-1985的35 項增加至106 項,增加了71 項,其中毒理指標中有機化合物由原來的5 項增加到53 項。本文就液相色譜技術在水質分析中的應用作一個回顧, 目的是使人們進一步認識到高效液相色譜在水質分析中的重要意義。
    二、高效液相色譜
    高效液相色譜法(HPLC)是20 世紀70 年代發展起來的一種分離分析技術。自1980 年代以來,HPLC 成為國際分析化學界發展最快的一種分離分析技術,在工農業、醫藥衛生、環境監測等眾多領域都有廣泛的應用。
    高效液相色譜儀一般由高壓輸液系統、進樣系統、色譜分離系統、檢測器、記錄器或數據處理機等組成。流程為流動相由高壓輸液泵輸送,樣品由進樣裝置送入,流動相將樣品帶入色譜柱進行分離,分離后的各組分依次進入檢測器,檢測器輸出的信號經記錄器記錄或經數據處理機記錄處理。高壓輸液泵、色譜柱、檢測器是HPLC 的三大關鍵部件,而固定相、流動相和色譜柱又是高效液相色譜分離系統的核心所在。[1]
    高效液相色譜法與經典柱色譜法的原理相同。溶質在固定相和流動相之間進行連續多次的交換過程, 由于每種物質在兩相間的分配系數、親合力、吸附能力、離子交換或分子大小不同引起的排阻作用等的差別而得到分離。根據分離機理,可分為液一液分配色譜法、液一固吸附色譜法、離子交換色譜法和空間排阻色譜法四類。水質分析中一般采用液液分配色譜法和離子交換色譜法。
    相比氣相色譜,HPLC 具有以下幾個特點:
    1)、氣相色譜不適用于不揮發性物質和對熱不穩定物質,而液相色譜卻不受樣品的揮發性和熱穩定性的限制。有些樣品因為難以汽化而不能通過柱子,熱不穩定的物質受熱會發生分解,也不適用于氣相色譜法。這使氣相色譜法的使用范圍受到了限制,據估計,世界上數百萬種有機化合物中除20%宜用氣相色譜分離分析外,包括大分子化合物、離子型化合物、熱不穩定化合物以及有生物活性的化合物在內的其余80%的有機化合物均可用HPLC 分離分析。
    2)、對于很難分離的樣品,用液相色譜常比用氣相色譜容易完成分離,因為流動相也影響分離過程,這就對分離的控制和改善提供了額外的因素。而氣相色譜中的載氣一般不影響分配。也就是說, 在液相色譜中有兩個相與樣品分子發生選擇性的相互作用。液相色譜中具有獨特效能的柱填料(固定相)的種類較多,這樣就使固定相的選擇余地更大,從而增加了分離的可能性。
    3)、液相色譜使用較低的分離溫度,分子間的相互作用在低溫時更為有效,因此降低溫度一般會提高色譜分離效率。
    三、高效液相色譜在水質中的應用
    1、水中多環芳烴的檢測
    多環芳烴是煤、石油、木材、煙草、有機高分子化合物等有機物不完全燃燒時產生的揮發性碳氫化合物,是數量最多、分布最廣的一類環境致癌物,在已發現的1000 多種致癌物中,多環芳烴及其衍生物占三分之一以上,所以,環境樣品中多環芳烴的含量常被作為環境污染評價的重要指標之一。GB5749-2006 中要求嚴格控制多環芳烴含量為0.01μg/L。[2]由于多環芳烴類化合物不易被氣化, 而在紫外或熒光檢測器上又有靈敏的特征性響應, 消除或減少了那些無紫外吸收或無熒光信號化合物的干擾,可在反相色譜柱中的到很好的分離,因此,高效液相色譜法被列為苯并[a]芘首選的分析方法。
    周芳等人[3]通過紫外-熒光串聯使用,紫外檢測器變波掃描,熒光檢測器波長切換,合理設定流動相梯度洗脫程序等手段優化分析條件,使得包括苯并[a]芘在內的16 個多環芳烴組分在40 分鐘內獲得良好的分離效果, 并分別選取在紫外和熒光檢測條件下各組分的最大響應進行定量, 使各組分均有更低的檢出限0.0001~0.0013μg/L, 方法精密度達到0.98%~10.4%, 加標回收率達72.4%~112%。曹攽等人[4]應用熒光-紫外檢測器聯用的HPLC 分析地下水中16 種多環芳烴, 對HPLC 梯度洗脫條件進行優化, 在較佳的條件下檢出達到0.001~0.010μg/L, 回收率為86.3%~105%,分析16 種多環芳烴僅用20min,比EPA8310 方法中采用的液相色譜法縮短了17 分鐘,方法分析時間短,適用于大批水樣的痕量多環芳烴的分析。
    2、水中農藥的分離分析
    農藥的發明和使用無疑大大地提高了農作物的產量。但水和食物中的農藥殘留對人類健康造成的負面影響也日益顯露出來。人類飲入受農藥污染的水源后,殘留在其中的農藥就會儲存在體內,而且排泄緩慢,最后造成人類急性或慢性中毒,導致嚴重的危害。因此農藥殘留分析隨著人們對健康的關注變得日益重要。液相色譜就是其中一種新型的、先進的農藥殘留分析技術,尤其是其對不揮發、受熱易分解、強極性物質的分離檢測中顯示出了明顯的優越性。國內外已經有很多關于食物和水中農藥殘留檢測的報道。[5]
    Berrada 等[6]綜述了5 年來分離富集蔬菜、土壤、水中殘留的尿素類殺蟲劑的萃取方法以及對這些農藥的檢測方法。他們重點總結了用LC 檢測該類殺蟲劑的各種方法。指出自動固相萃取-液相色譜在線聯用技術己經具有一定的商用價值,很適合水樣中多種農藥殘留分析。
    楊曉松等人[7]建立固相膜萃取- 高效液相色譜法測定飲用水中滅多威、涕滅威、速滅威、殘滅威、呋喃丹、甲萘威、抗殺蟲威、異丙威、硫雙威、仲丁威、猛殺威、殺蟲威等12 種氨基甲酸酯類農藥殘留量的方法。水樣經C18 固相萃取膜真空抽濾,濾膜用乙酸乙酯洗脫,洗脫液經氮吹、甲醇溶解,高效液相色譜法測定結果結果顯示12 種氨基甲酸酯類農藥的線性范圍為0.05 mg/L~25.0mg/L, 線性相關系數大于0.999, 檢出限為0.31 mg/L ~1.25mg/L, 水樣中氨基甲酸酯類農殘最低檢測濃度范圍為0.005mg/L~0.019mg/L,加標回收率為59.3%~ 97.3%,RSD<7.5%。本方法樣品前處理方便、快捷,有機試劑用量少。
    3、水中酚類化合物的分析
    酚類化合物作為煉焦、造紙、化工等工業污水的主要污染物,在生活污水、天然水和飲用水中普遍存在。酚類化合物中的氯酚類化合物廣泛用作殺蟲劑和消毒劑,從而污染水源。水中天然有機物在氯氣消毒時也會產生鹵代酚等產物, 使水帶有氯酚味,常規水處理工藝不能有效地去除,長期飲用含酚類的水,可引起頭昏、出疹和瘙癢等神經系統癥狀。
    酚類化合物的分析方法有分光光度法、氣相色譜法和液相色譜法等。分光光度法只能測定水中鄰間位取代的揮發性酚類,所以檢測的結果比實際水中的含量低。氣相色譜法需要衍生化反應,其操作繁瑣,應用受到限制。液相色譜法以其準確度高、重現性好、檢出限低,操作簡單等特點廣泛應用于水中酚類化合物的分析。
    陸蓓蓓等人[8]建立水中7 種有機酚類污染物的超高效液相色譜-二極管距陣檢測器測定方法。水樣經小柱富集,利用色譜柱分離,以甲醇和0.1%乙酸溶液為流動相進行梯度淋洗,流速0.25ml/min,采用PDA 檢測器,在波長275 nm 和303 nm 進行測定,外標法定量。結果:7 種酚類化合物在0.05 mg/L~5.0 mg/L 濃度范圍呈線性關系, 其相關系數均大于0.999, 檢出限為15.0μg/L~25.0μg/L,方法回收率在86.9%~104.1%,相對標準差均小于5%。此種方法靈敏、高效、準確,適用于水中七種酚類污染物的同時測定。
    張輝輝等人[9]采用固相萃取工作站上建立的酚類預處理方法,梯度洗脫,紫外檢測器波長編程方法對自來水樣進行檢測,檢出限達到0.18~0.64μg/L,回收率達到88.07%~95.00%,相對標準偏差0.84%~5.26%.該種方法檢出限更低,適合飲用水中低濃度的水樣檢測。
    4、結語
    綜上所述,高效液相色譜法在水質分析中的應用是廣泛的。實驗表明,在水質分析中高效液相色譜法是一種高效能、高靈敏度、高準確度及操作簡便的分析方法。各個部件的不斷改進,更高性能檢測器的出現、液相色譜與質譜聯用技術的應用,液相色譜在水質分析中將發揮越來越大的作用。
參考文獻:
[1]于世林.高效液相色譜方法及應用(第二版).北京:化學工業出版社,2006.
[2]GB/T5749-2006,生活飲用水衛生標準,2006
[3]周芳、范少強,曹恩偉等,高效液相色譜法測定礦區塌陷區水體中多環芳烴,環境保護科學,2012 年6 月,第3 期,第38卷
[4]曹攽,馬軍等,熒光-紫外檢測器高效液相色譜法檢測地下水中16 種多環芳烴,巖礦測試,2010 年10 月
[5]黃瓊輝. 國內外農藥殘留檢測技術研究進展和發展方向.福建農業學報,2008(2),218-221.
[6]HoudaBerrada,GuillerminaFont,etc,Determination of Urea Pesticide
Residues in Vegetable, Soil, and Water Samples,CriticalReviews in
Analytical Chemistry,Volume 33, Issue1,2003,Pages 19-41.
[7]楊曉松,余輝菊等,固相膜萃取-高效液相色譜法測定飲用水中12 種氨基甲酸酯類農藥殘留, 中國衛生檢驗雜志,2012年7 月,第22 卷第7 期
[8]陸蓓蓓,單曉梅,超高效液相色譜-二極管陣列檢測器法同時測定水中7 種有機酚,中國衛生檢驗雜志,2012 年06 期
[9]張輝輝, 石銳等, 高效液相色譜法測定水中的酚類化合物,世界農藥,2011 年6 月


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