高效液相色谱在环境分析中的应用

河北科技师范学院本科毕业论文（设计）高效液相色谱法在环境分析中的应用院（系、部）名称：理化学院专业名称：应用化学学生姓名：赵亚飞学生学号：1011090229指导教师：解莹2011年11月17日河北科技师范学院教务处制摘要高效液相色谱（HPLC)是现代分析化学中最重要的分离方法之一。近几年由于化学工业的发展和天然化合物的开发,使得环境污染越来越严重。高效液相色谱由于其高灵敏度、高效、分析速度快等优点而广泛应用于环境中各物质的监测。本文介绍了高效液相色谱的组成、基本原理，列举了目前利用高效液相色谱法测定环境样品中多环芳烃、酚类化合物、多氯联苯、邻苯二甲酸脂、有机农药等有机污染物的测定条件及分离结果。展示了这项技术在该领域的应用并展望了液相色谱分析技术的发展前景。关键词:高效液相色谱；有机污染物；环境分析；发展前景AbstractHighperformanceliquidchromatography(HPLC)isoneofthemostimportantseparationmethodsisinthemodernanalyticalchemistry.Inrecentyearsbecauseofthedevelopmentofchemicalindustryandnaturalcompounds,theenvironmentpollutionismoreandmoreserious.Highperformanceliquidchromatographywithitshighsensitivity,highefficiency,andfastanalysisspeedhaswidelyappliedinthemonitoringenvironmentsubstance.Thecompositionofhighperformanceliquidchromatographyandbasicprincipleareintroducedinthepaper.Andatthemoment,highperformanceliquidchromatographymethodisusedintheorganicpollutantsdeterminationconditionsandseparationresultsofenvironmentalsamples,suchasphenoliccompounds,PCBs,phthalicacidester,organicpesticidesandsoon.Itshowstheapplicationofthistechniqueinthefieldandthedevelopmentprospectsofliquidchromatographyanalysistechnology.Keywords:HPLC;OrganicPollutants;Environmentalanalysis;Developmentprospect1.前言目前，由于化学工业的发展和天然化合物的开发,使得环境污染越来越严重。据报道,被确认为环境污染物的已超过350种[1],人们能在水中、空气中、污泥里、鱼、禽体内发现这些污染物。通过食物链,它们将进一步污染肉类、蛋类、粮食、蔬菜等。环境污染的检测早已成为分析化学中重要的研究课题之一。高效液相色谱(HPLC)[2]是在经典液相色谱法和气相色谱法的基础上,发展起来的一种新型分离分析技术。它采用新型高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相及各种智能化软件,比经典液相色谱柱效高、分离能力高且速度快。近年来,HPLC技术发展较快,尤其在环境分析中得到广泛应用。在发达国家更是将HPLC方法作为常用的环境监测方法[3],如美国EPA531方法,用HPLC/荧光法测定饮用水中的N—甲基氨基甲酸酯杀虫剂:EPA547方法用HPLC/荧光法测定饮用水中的草甘膦；EPA550方法用HPLC/UV和荧光法测定饮用水的多环芳烃；EPA605方法用HPLC/电化学法测废水中的联苯胺类化合物；EPA610方法用HPLC/UV和荧光法测定废水中的多环芳烃,EPA6610方法用HPLC测定废水中的氨基甲酸药；EPA6651方法用HPLC方法测定废水中的草甘膦除草剂；EPA8310方法用LC/荧光分析固体废弃物中的多环芳烃,就连气体中的有害有机物不少也是用HPLC测定。HPLC已在环境分析中得到广泛应用,特别适用于分子量大、挥发性低、热稳定性差的有机污染物的分离和分析[4]。如多环芳烃、酚类、多环联苯、邻苯二甲酸酯类、联苯胺类、阴离子表面活性剂、有机农药、除草剂等,其中多数属于美国环保局(EPA)清洁水法案中颁布的114项[5]优先有机污染物范围。2.高效液相色谱的组成、特点及其工作原理高效液相色谱（HPLC)也叫高压液相色谱、高速液相色谱、高分离度液相色谱等。是在经典液相色谱法的基础上，于60年代后期引入了气相色谱理论而迅速发展起来的。它与经典液相色谱法的区别是填料颗粒小而均匀，小颗粒具有高柱效，但会引起高阻力，需用高压输送流动相，故又称高压液相色谱。又因分析速度快而称为高速液相色谱。高效液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相)内,由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数,在两相中作相对运动时,经过反复多次的吸附-解吸的分配过程,各组分在移动速度上产生较大的差别,被分离成单个组分依次从柱内流出,通过检测器(能检测色谱柱流出组分及其量的变化的器件。指机械的、电子的或化学器件，用于区分、记录或指示环境中某一变量的变化，如温度、压力、电荷、电磁辐射、核辐射、粒子或分子等。)时,样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来[6]。高效液相色谱是目前应用最多的色谱分析方法，高效液相色谱系统由流动相储液体瓶、输液泵、进样器、色谱柱、检测器和记录器组成，其整体组成类似于气相色谱，但是针对其流动相为液体的特点作出很多调整。HPLC的输液泵要求输液量恒定平稳；进样系统要求进样便利切换严密；由于液体流动相粘度远远高于气体，为了减低柱压高效液相色谱的色谱柱一般比较粗，长度也远小于气相色谱柱。HPLC应用非常广泛，几乎遍及定量定性分析的各个领域。使用高效液相色谱时，液体待检测物被注入色谱柱，通过压力在固定相中移动，由于被测物种不同物质与固定相的相互作用不同，不同的物质顺序离开色谱柱，通过检测器得到不同的峰信号，最后通过分析比对这些信号来判断待侧物所含有的物质。高效液相色谱作为一种重要的分析方法，广泛的应用于化学和生化分析中。高效液相色谱从原理上与经典的液相色谱没有本质的差别，它的特点是采用了高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相，适于分析高沸点不易挥发、分子量大、不同极性的有机化合物。高效液相色谱具有高灵敏度，高选择性，高效，高速，适用范围广等特点，在环境分析中多用于监测水中有毒物质的痕量分析[7]，测定空气中污染物的含量[8]，以及土壤中有机农药[9]的分析，对人们生活环境的安全性起到了不可忽视的作用。3.高效液相色谱在环境分析中的具体应用3.1多环芳烃类化合物的测定EPA列出的16项[10]多环芳烃为:萘、苊、二氢苊、笓、蒽、菲、苯并笓等。目前世界上公认的多环芳烃类物质,特别是苯并笓[11]是强致癌物质,其广泛存在于大气飘尘、水、土壤、生物等环境中,严重影响身体健康。因此这方面所作的工作也比较多。Mzureenjoseph的工作表明UV及荧光检测器都能用于PAHs(多环芳烃)的检测[12],UV检测只用254nm而不用波长程序,对于EPA610方法规定来说,灵敏度已足够。但使用波长程序比荧光检测灵敏度及选择性更高,荧光检测器与UV检测器串联会获得最好的灵敏度及选择性。3.2酚类化合物的测定EPA列出11项[13]酚类化合物,均是焦化、染料、造纸、化工等工业废水的主要衍生物,酚类化合物应用较广,生产量大,不易降解,对环境污染较严重。其中苯酚是化工原料,五氯酚是杀虫剂、灭菌剂等。HPLC测定酚类化合物,可以保持酚类化合物组成不变,对各种不同取代基及不同结构的酚类化合物可以同时进行分离和分析,且具有重现性好、灵敏度高、择性好的优点。对于不同取代基的酚类化合物高效液相色谱图参见《水和废水监测分析方法》[14]中540页图4-4-5。间硝基酚的高效液相色谱图中,其浓度采用Waters1525[15]高效液相色谱仪配以2487高灵敏度双通道紫外检测器进行分析,色谱柱为Symmetry(r)5μm反相C18柱[16],4.6×250mm,流速为1mL·min-1,进样量为20μL,波长为239nm,流动相比例为乙腈/水=60/40。3.3苯胺类化合物的测定苯胺类化合物除广泛用于化工、印染和制药等工业生产外,还是合成药物、染料、杀虫剂、高分子材料、炸药等的重要原料。苯胺及其衍生物可以通过吸入、食入或透过皮肤吸收导致中毒,能通过形成高铁血红蛋白,损害人体血液系统,其中一些苯胺衍生物还具有致癌致突变的作用,这类化合物对环境的污染一直受到关注,美国、日本等国把苯胺等列为主要监测项目或优先监测的污染物黑名单,在我国苯胺类化合物也被列为环境中的重点污染物并制定了最高允许排放浓度[17]。苯胺类化合物一般在环境中有残留,因此分析环境样品中的苯胺类化合物是十分重要的。苯胺化合物的测定在国家环保局所编的《水和废水监测分析方法》一书中所采用的就是利用HPLC方法进行测定,最低检出限可以达到0.3μg/L。3.4邻苯二甲酸酯类化合物的测定邻苯二甲酸酯是一类重要的有机化合物质,在全球主要工业国的生态环境中已达到了普遍检出的程度[18]。邻苯二甲酸酯在环境中残留期较长,生物对邻苯二甲酸酯有较强的富集作用。一旦进入自然生态系统中,对公众健康带来的危害是无法估计的。EPA将邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DOP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)、邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)6种PAEs列为优先控制的有毒污染物,我国也将DEP、DMP和DOP3种PAES确定为环境优先控制污染物[19]。用HPLC分离和分析邻苯二甲酸酯类化合物具有灵敏度高,选择性好,快速简便的优点。邻苯二甲酸二甲酯的高效液相色谱图[20]中,其浓度采用Waters1525高效液相色谱仪配以2487高灵敏度双通道紫外检测器[21]进行分析,色谱柱为Symmetry(r)5μm反相C18柱[22],4.6×250mm,流速为1mL·min-1,进样量为20μL,波长为229nm,流动相比例为乙腈/水=60/40。3.5多氯联苯和卤代化合物的测定多氯联苯是一组化学性质及其稳定的氯代烃类化合物,化学性质非常稳定,难以降解,可通过食物链富集而直接危害人类的健康,是全球性的重要污染物之一。多氯联苯在环境中很难降解,在水和土壤中存在,且容易在生物体内蓄积产生慢性中毒,人体摄入(0.5～2)g/kg[23]时即出现食欲不振、恶心、头晕和肝肿大等中毒现象。EPA列出的重点污染物中的多氯联苯有7种[24],都是各种多氯联苯异构体的混合物,也是重要的内分泌干扰物。利用HPLC测定多氯联苯已有报道,孙维相[25]采用氯化锂铝为还原剂,将多氯联苯还原去氯生成联苯,再用HPLC测定总量。3.6苯基脲类化合物的测定苯基脲类化合物首先被用作除草剂，进而又被作为杀虫剂和农作物的生长调节剂而获得广泛应用，因此这一类化合物在食品中残留量的测定十分重要。由于苯基脲类化合物的不稳定性，HPLC测定成为首选的方法。Waiters等[26]发展了反相色谱紫外(uv)和光导检测(PCD)分离测定这一类化合物的方法。液相色谱一质谱联用技术对复杂环境样品分析是非常有效的，它不仅可以提供被分离化合物的结构信息，而且又可能提供比常规检测器。如UV更高的检测灵敏度。在液相色谱一质谱联用技术中[27]，通常采用细管径液相色谱柱进行