空气废气中苯并芘采样与检测方法

大气中苯并(a)芘的测定方法苯并〔a〕芘是多环芳香烃类化合物，又名3，4－苯并芘，简称Bap，分子式C20H12；分子量253.23；沸点475℃；熔点179℃；相对密度1.351。3，4－苯并芘纯品为无色或微黄色针状结晶，在水中溶解度较小，易溶于苯、氯仿、乙醚、丙酮、环己烷、二甲苯等有机溶剂。在苯中溶解呈蓝色或紫色荧光，在浓硫酸中呈桔红色并伴有绿色荧光。3，4－苯并芘是环境中普遍存在的对动物致癌性很强的一种物质，主要是含碳燃料及有机物热解过程中的产物。煤炭、石油等在无氧加热裂解过程中产生的烷烃、烯烃，经过脱氢、聚合，常可产生一定数量的3，4－苯并芘。工厂烟气中的悬浮颗粒物上吸附有3，4－苯并芘，散布在大气，一部分降落到水面和陆地上，从而污染水源和土壤。炼焦、化工、染料等工厂排出的工业废水中以及熏制食品、香烟烟雾中均含有3，4－苯并芘。3，4－苯并芘对动物具有局部和全身的致癌作用，对猴子反复皮下注射可在局部形成肿瘤，从气管反复滴注可形成肺癌，在小鼠身上涂抹可使小鼠诱发皮肤癌。流行病学调查认为人的肺癌与环境中3，4－苯并芘的含量之间有着极为密切关系。虽然目前各国尚无公认3，4－苯并芘的最高容许浓度，但通过动物试验和现场调查提出了一些建议，例如：车间空气中3，4－苯并芘最高容许浓度为0.14μg/m3；居民区大气最高容许浓度为10－3μg/m3。飘尘上有机物的组分异常复杂，仅其中多环芳烃(简称PAH)就有几百种之多。测定3，4－苯并芘的方法很多，主要是将3，4－苯并芘与其他多环芳烃分开，常用的有柱层、纸层、薄层、气相色谱、高压液相色谱、气质联机等一系列分离体系。其中以气相色谱法分离PAH尤为重要。利用气相色谱法分离迅速、效能高，再与薄层层析结合起来，可以迅速判断提取物中某些PAH的存在。特别是用毛细管色谱与质谱及核磁共振谱联用，从城市悬浮颗粒物、烟草焦油及汽车废气中，可分离出100多种PAH，极大地发挥了气相色谱的分离效能。用高压液相色谱法分离PAH比气相色谱法具有以下优点：工作温度低(＜80℃)对被分离的各组分可以完整地收集起来，再进一步的用紫外或荧光光谱分析。色谱柱是十八烷基硅烷(ODS)化学键为固定相。被检样品在注入分离柱前，最好先经过薄层作初步分离，除去其中混杂的烷烃、烯烃、杂环等化合物，以减轻分离柱的负担，此种方法可以和薄层层析联用，是一种快速鉴定PAH较好的方法。柱层、纸层和薄层层析法，所需设备简单、操作容易，易于掌握和推广。但是，柱层析法和纸层析法所需时间长，分离效果较差，无法排除PAH异构体之间的干扰，使之不能精确定量。为了改进分离效果，可以先经过柱层析，再在乙酰化纸上进行分离。乙酰化纤维素薄层分离同分异构体效果较其他薄层为好。采用两种吸附剂(如氧化铝和40%乙酸的乙酰化纤维素)混合制板，进行双向展开，第一向用正烷＋苯(9＋1)，第二向用甲醇＋乙醚＋水(4＋4＋1)。这时可以将干扰3，4－苯并芘的几种干扰物分离，进行几种主要PAH的定量测定。因苯并〔a〕芘是多环芳香烃类化合物，气相色谱-质谱法被广泛采用。执行标准：1、环境空气苯并[a]芘的测定高效液相色谱法GB/T15439-1995样品采集：崂应2031型智能大流量TSP（PM10）采样器2、固定污染源排气中苯并（a）芘的测定高效液相色谱法HJ/T40-1999样品采集：崂应3012H型自动烟尘（气）测试仪3、环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定气相色谱-质谱法HJ646-2013空气样品采集：崂应2033B型环境空气挥发性有机物采样仪废气样品采集：崂应3075型智能烟气有机物采样仪4、气相和颗粒物中多环芳烃的测定高效液相色谱法HJ647-2013备注：“环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定气相色谱-质谱法HJ646-2013”此方法被广泛采用。附录A：高效液相色谱法测定环境空气中苯并芘。一、高效液相色谱法〔1〕(一)原理空气中颗粒物中的多环芳烃被采集在玻璃纤维滤纸上，经索氏提取或真空升华后，用高效液相色谱分离测定，以保留时间定性，峰高或峰面积定量。(二)仪器(1)大流量采样器见第十二章第一节总悬浮颗粒物大流量采样称量法。(2)索氏提取器容量60ml。(3)升华管见图6－9。(4)真空升华装置见图6－10。(5)浓缩器及浓缩瓶见图6-11(6)微量注射器10μl、20μl，刻度应校正。(7)离心机4000rpm。(8)离心管5ml，刻度应校正。(9)高效液相色谱仪附荧光检测器或紫外检测器。(三)试剂(1)玻璃纤维滤纸规格见第十二章第一节总悬浮颗粒物。滤纸需作预处理，方法是将滤纸不重叠地放在高温炉中，经500℃灼烧30min，保存备用。(2)色谱柱内径4mm，长20cm不锈钢柱，内装YWG－CH型微粒硅胶粒子(10μm)，塔板数为30000/m，柱压不超过5MPa。(3)苯重蒸馏。(4)甲醇重蒸馏。(5)环己烷重蒸馏。(6)碱性氧化铝200～300目。(7)标准溶液取一个10ml棕色容量瓶，准确称量，然后小心加入约10mg苯并〔a〕芘①，再准确称量，两次称量之差即为苯并〔a〕芘质量。加苯溶解并稀释至刻度，计算每毫升溶液中苯并〔a〕芘的含量。然后再用甲醇稀释成1.00ml含100μg苯并〔a〕芘的贮备液。临用时，用甲醇稀释成1.00ml含2μg苯并〔a〕芘的标准溶液。贮于棕色容量瓶中，置冰箱中保存。(四)采样采样方法同第十二章第一节中“总悬浮颗粒物大流量采样－重量法”(五)分析步骤1.液相色谱仪测试条件分析时，应根据液相色谱仪的型号和性能制定能测定苯并〔a〕芘的最佳测试条件。柱温：室温。流动相：(3＋1)甲醇＋水。流动相温度：40℃。流量：1ml/min。柱压：4MPa。检测器：紫外检测器波长254nm。荧光检测器激发波长365nm。荧光检测器发射波长405nm。2.绘制标准曲线和测定校正因子在作样品测定的同时，绘制标准曲线或测定校正因子。(1)绘制标准曲线将液相色谱仪调至最佳测试条件，如用紫外检测器，可用微量注射器分别吸量1.00ml含100μg苯并〔a〕芘标准溶液5、10、15、20μl注入色谱仪；如用荧光检测器，可用微量注射器分别吸量1.00m1含2μg苯并〔a〕芘标准溶液2、4、6、8、10μl注入色谱仪，得苯并〔a〕芘的色谱峰和保留时间。另取试剂空白溶液作零浓度点的测定，每个浓度重复三次测定，得峰面积或峰高的平均值。以苯并〔a〕芘的含量(ng)为横坐标，峰面积(mm2)或峰高(mm)为纵坐标，绘制标准曲线，并计算回归线的斜率。以斜率倒数作为样品测定的计算因子Bs(ng/mm2或ng/mm)。(2)测定校正因子在测定的线性范围内，可用单点校正法求校正因子。在样品测定同时，取试剂空白溶液和与样品提取溶液苯并〔a〕芘浓度相接近的标准溶液，按液相色谱的最佳测试条件进行测定，得苯并〔a〕芘的色谱峰和保留时间。重复做三次，得峰面积或峰高的平均值。用下列公式计算校正因子：式中f——校正因子，ng/mm2或ng/mm；cs——标准溶液中苯并〔a〕芘含量，ng；As——标准溶液平均峰面积或峰高，mm2或mm；A0——试剂空白溶液平均峰面积或峰高mm2或mm。3.样品测定(1)样品提取用索氏提取法或真空升华法。①索氏连续提取法：采样后，取80～100cm2的玻璃纤维滤纸，折叠后放进索氏提取器，加40ml环己烷，于沸水浴中连续提取8h(每小时回流次数不少于10次)。将提取液移至浓缩器中，在70～80℃水浴上减压浓缩至0.5～1.0ml(不可蒸干)。将浓缩液转移至5ml离心管内，用少量环已烷洗涤浓缩瓶，合并于离心管内，使总体积控制在1.0ml。加入0.5g碱性氧化铝，摇匀，离心5min，取上清液待测。②真空升华提取法：采样后，取80～100cm2的玻璃纤维滤纸，卷成筒状，放入升华管内。勿使滤纸折叠或堵塞管口，旋紧磨口。接口处用少量石膏浆密封，石膏固化后，将升华管放在管状电炉内，连接气路和真空泵，将管内抽成真空，3～5min后，转动三通活塞4，向管内充氮气，再抽真空、再充氮气，如此重复三次，以除去管内残留的空气。同时，将管状炉升温至300℃，升华40min。此时，可看到黄色的油状物凝集在升华管的毛细管内壁上，为防止升华物被抽走，可在毛细管一端外壁放一小块纱布，裹以冰块冷却。待管状电炉温度下降至室温后，转动三通活塞，使内外气压平衡，关闭真空泵(避免真空泵的油进入管道和真空规中)。取下升华管，旋开磨口，将毛细管的大口朝上，垂直地固定在铁架上。用100μl注射器吸取甲醇，注入毛细管内壁，必要时可用金属丝摩擦管壁，帮助溶解，如此重复多次冲洗内壁，冲洗液收集于浓缩管中，将洗脱液浓缩至0.1～0.5ml，即为待测样品。(2)样品分析在液相色谱仪的最佳测试条件下，取1～20μl样品提取液(根据浓度大小决定进样量)注入色谱仪，得色谱峰，以保留时间确认苯并〔a〕芘峰，测定峰面积(mm2)或峰高(mm)，重复做三次，得峰面积或峰高的平均值。在样品测定的同时，取同样规格及大小的未采样滤纸，按相同的操作步骤作试剂空白测定。(六)计算1.用绘制标准曲线法式中c——空气中苯并〔a〕芘浓度，μg/100m3；A样品溶液峰面积或峰高，mm2或mm；A0——试剂空白溶液峰面积或峰高，mm2或mm；Bs——用标准溶液绘制标准曲线得到的计算因子，ng/mm2或ng/mm；V1样品提取溶液的总体积，ml；V2——注入色谱仪中样品溶液的体积，ml；S1——滤纸总过滤面积，cm2；S2——分析时所取滤纸的过滤面积，cm2；Es——由实验室确定的苯并〔a〕芘平均提取效率；V0——换算成标准状况下的采样体积，m3。2.用单点校正法式中f——用单点校正法得到的校正因子，ng/mm2或ng/mm；其他符号与上式相同。(七)说明(1)检出限和测定范围本法检出限0.1ng(荧光检测器)、10ng(紫外检测器)。用荧光检测器测定范围为0.2～20ng苯并〔a〕芘。如采样体积为1440m3，取1/5滤纸样品，制成溶液总体积为1ml，进样量为10μl，则可测浓度范围为0.007～0.7μg/100m3。(2)精密度对浓度为0.17～17mg/L的溶液重复测定的相对标准差为9.5%～3.1%。(3)干扰与排除样品经过预处理以及色谱柱分离，消除了大部分有机物的干扰。(4)真空升华法和连续提取法各具优缺点。前法操作简单、快速、节省溶剂，可同时提取一组样品，但需要有一定的设备和条件，后法不需要特殊仪器设备，方法简单，提取效率高，易推广；缺点是使用溶剂多，需要增加浓缩这一步骤，提取时间太长。试验证明，这两种方法提取颗粒物中苯并〔a〕芘的回收率都很高，加入5μg苯并〔a〕芘，真空升华法回收率为95%～100%，索氏提取法为96%～108%。(5)3，4－苯并芘是致癌性物质，操作人员要特别注意防护，防止污染。接触3，4－苯并芘溶液时，要带医用橡胶手套，并在专用实验台上操作，标准溶液要注意保管。测定后的3，4－苯并芘废液应集中起来，统一处理。所用过的玻璃仪器，必须用铬酸钾－硫酸洗液浸泡4h以上，最好浸泡过夜后用水洗净。(6)色谱条件的选择①流动相：用甲醇和水调节其不同比例，在每种比例下，变化流量，固定柱温，用萘、联苯、菲、蒽混合样品测量在各种条件下的保留值、柱效和蒽菲的分离度，结果见表6－10。表6－10流动相极性、流量变化对多环芳烃保留值、柱效和分离度(菲、蒽)的影响续表流动相甲醇和水的比例影响分离组分的保留值、柱效和分离度。如增加甲醇，保留时间减少，柱效和分离度发生变化，这主要是由流动相极性变化所引起的。另外，流量对保留时间、柱效和分离度也有影响，如流量变大，则保留时间减小，柱效降低，分离度下降。因此，对于甲醇和水的比例以及流量均须严格控制恒定。②柱温：提高柱温能缩短保留时间、增加塔板数(见表6－11)，这是由于温度增高，溶剂粘度减少，增加了溶剂在固定相中的渗透性，所以加快了分离；但温度过高，对低沸点溶剂(如甲醇)易形成气泡析出，影响结果。表6－11柱温对保留值、柱效和分离度影响(7)标准和空气样品的色谱图标准和空气样品的色