高效液相色谱法在环境分析中的应用

高效液相色谱法在环境分析中的应用 摘要:高效液相色谱法可进行定性和定量分析,具有测定结果准确可靠,灵敏度分辨率高,重现性好,特异性强,可同时分离物质等特点,在环境分析中应用广泛。阐述了高效液相色谱法在水环境中阴离子和有机物污染物分析中的应用以及在土壤和大气环境分析中的应用。 关键词:高效液相色谱法;环境分析;水环境;土壤;大气 0 引言 近些年由于化学工业的发展和天然化合物的开发,环境问题也日益严重,水体污染、大气污染、土壤污染等在某种程度上已经威胁到人类的生存。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。在环境分析中,高效液相色谱(HPLC)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。 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,它是在经典液相色谱法的基础上发展起来的一种新型分离分析技术[1]。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。HPLC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,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[2]。而在全部已知的有机化合物中近80%的有机化合物属于挥发性低、易受热分解或者大分子化合物,这些化合物大部分皆适于高效液相色谱分析[3]。高效液相色谱具有分析速度快、分离效率高、检测灵敏度高、检测自动化、适用范围广、组分易回收、样品处理较简单等优点,在环境分析中多用于监测水中有毒物质的痕量分析,测定空气中污染物的含量,以及土壤中有机农药的分析,对人们生活环境的安全性起到了不可忽视的作用。 1 HPLC在水环境分析中的应用 水环境与人类活动息息相关,一系列水污染事故的发生,使水环境监测越来越受重视,并且对分析的灵敏度、准确度、分辨率和分析精度都提出了很高要求。高效液相色谱技术作为一种十分有效的分离分析手段,在水环境监测领域发挥了重要的作用。 1.1 HPLC分析水中阴离子中的应用 目前,检测水中阴离子大都沿用经典的容量法、重量法或分光光度法[4],这些方法所需 的试剂多、步骤冗长、灵敏度低。HPLC的使用,使得阴离子的分离操作简便、快速、灵敏度高。王福军等[5]采用Asahipak ODP-50卡套柱以邻苯二甲酸-乙腈-水( 5∶14∶81) 为流动相, 15min内测定F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-等7种阴离子,方法快速准确,适合于大批量水样的分析。杨琼等[6]采用Hypersil ODS色谱柱,以17.5 mmol/L KH2PO4 +2 mmol/L H3PO4缓冲溶液( pH 3.5) +乙腈(体积比82.5∶7.5) 为流动相,5min内测定NO2-和NO3-,建立了操作简便、准确可靠、灵敏度高且适用于环境水中NO2- NO3-和总氮检测的高效液相色谱法。 1.2 HPLC分析水中有机物的应用 利用HPLC测定水体和废水中的有机污染物是常用而有效的方法,通常采用二氯甲烷萃取或采用环己烷萃取,再经活性硅胶柱吸附,用二氯甲烷或戊烷洗脱后浓缩进样。范志先等[7]研究了同时测定化纤废水中二甲基亚砜和丙烯腈含量的高效液相色谱分析方法,采用HPLC-PDA,Hypersil BDSC18色谱柱,以甲醇+水(体积比20∶80)为流动相,对试样中的二甲基亚砜和丙烯腈进行了测定。该方法适用于化纤废水中两组分的痕量分析,也可用于高浓度废水试样的测定。王鑫龙[8]等研究并提出一种利用液液萃取-高效液相色谱法测定城市污水处理厂尾水中的邻苯二甲酸酯类化合物的方法,水样中的微量邻苯二甲酸酯类化合物经萃取法富集,并用甲醇进行溶剂置换,利用高效液相色谱法以甲醇/超纯水做流动相,对邻苯二甲酸酯类化合物含量进行定量分析,其最低检出浓度为0.09~0.178 μg/L,回收率为83.5%~104.2%,相对标准偏差为2.67%~7.98%。王琳[9]等采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定废水中可滤态的甲基汞和无机汞,优化了仪器工作条件,讨论了方法干扰及校正办法。甲基汞和无机汞在0.5 μg/L~25.0 μg/L范围内线性良好,检出限分别为0.03 μg/L 和0.07 μg/L。该方法线性良好,灵敏度高,回收率和精密度均能满足日常分析需要。 2 HPLC在土壤环境分析中的应用 随着农业的发展,农药被越来越多的开发出来,随着大量农药的使用,一些环境问题和农产品质量问题也摆在了人们面前,如农产品中农药残留超标等,对人类及生态环境造成很大的危害。同时喷洒后的农药会有一部分落到土壤面,农作物上面的农药也会随雨水进入土壤,给土壤中的微生物造成一定的伤害,同时也能够改变土壤的结构,降低土壤肥力。 目前应用于农药残留检测的方法分为化学法和生物法两大类,生物法简单快速,易操作,但特异性较差,检测的物质和农药品种有限。色谱法多采用高效液相色谱法、液质联用技术,气相色谱和气质联用技术测定。气相色谱法和气质联用技术由于部分农药的热稳定性 较差,采用这两种方法测定会造成分解,造成测定不准确,而采用液质联用技术无需对其进行衍生化,定性也更加准确,尤其适用于复杂基质的痕量分析。液相色谱柱后衍生荧光法应用最广泛,该法灵敏度最高。钱薇[10]等采用索氏提取法对土壤样品中15种多环芳烃(PAHs)污染物,用高效液相色谱-荧光检测法进行测定,检出限为0.12-1.57 μg/kg,回收率为73%~ 126%。熊佳梁[11]等采用固相萃取-高效液相色谱法(SPE-HPLC)以C18色谱柱为固定相,不同比例混合的乙腈和水的混合溶液为流动相进行梯度淋洗。按洗脱程序,在不同时段和不同的波长条件下测定19种农药的含量。方法的检出限为0.001~0.15 mg/kg,回收率在70.1%~ 117.9%之间,该方法准确、灵敏,适用面相对较宽。 3 HPLC在大气环境分析中的应用 据不完全统计,目前被人们注意到或已经对环境和人类产生危害的大气污染物大约有100种左右,大气中的污染物主要包括颗粒状污染物含硫化合物(SO2、SO3等)、碳氧化合物(CO)、氮氧化合物(NO、N2O、NO2等)、碳氢化合物(烷烃、烯烃和芳烃等)、含卤素化合物(卤代烃)和光化学烟雾等。 付晓燕[12]等建立了高效液相色谱法对环境空气二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)和丙烯酰胺的快速分析方法,丙烯酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺的检出限分别为0.04 μg/m3、0.0002 mg/m3、0.0002 mg/m3。高、中、低三种浓度三种酰胺类化合物的回收率区间为70.8%~90.2%,相对标准偏差范围小于9.6%。该方法操作简单,结果准确可靠,适用于环境空气中酰胺类化合物的快速准确监测。张肇元[13]等采用高效液相色谱-二极管阵列-荧光检测器串联测定大气颗粒物中16种多环芳烃。通过梯度洗脱、荧光激发波长和发射波长等条件的优化,实现16种多环芳烃组分基线完全分离和15种多环芳烃荧光高灵敏度检测,并实现了二极管阵列-荧光检测器串联确定定性。结果表明,16种多环芳烃在14min 之内得到完全分离,在10 μg/L-1000 μg/L范围内有良好的线性,相关系数R均大于0.998。董雪玲[14]等建立了大气颗粒物中6种杂环胺的高效液相色谱串联紫外和荧光检测器的检测方法。该方法中荧光和紫外检测器的检出限分别为0.0018~0.0084 mg/L、0.093~0.609 mg/L,平均回收率为75.3%~111.6%%,回收率相对标准偏差为1.7%~2.3%,具有较高精确度和准确度,适用于大气中痕量杂环胺的分析。 4 总结 高效液相色谱技术作为一种十分有效的分离分析手段,已经广泛应用于环境中污染物的 监测分析。HPLC可进行定性和定量分析,其检测结果准确可靠,灵敏度分辨率高,重现性好,特异性强,可同时分离物质,并可配套使用不同的萃取、提纯及柱前后衍生和灵敏的检测系统,主要有紫外检测器、荧光检测器以及质谱检测器。随着计算机软件的开发,检测技术的不断改进与发展,各种联用技术的出现以及其他一些相关问题的解决,高效液相色谱必将在环境分析领域发挥更重要的作用。 参考文献 [1] 于世林. 高效液相色谱方法及应用(第2版) [M]. 北京: 化学工业出版社, 2005. [2] 黄艳艳, 孙雪莉, 朱海涛. HPLC在水环境监测中的应用及现状分析[J]. 环境科学导刊, 2012, 31 (2): 95-99. [3] 章勇, 张蓓蓓, 赵永刚. 液相色谱及液质联用技术在环境分析中的应用[J]. 广州化工, 2013,41(24): 121 -123. [4] GB5750-2006, 生活饮用水标准检验法[S]. [5] 王福军, 宋学峰, 雷军等. 高效液相色谱法测定环境水中7中阴离子[J]. 理化检验-化学分册,2008, 44 (2): 144-145. [6] 杨琼,张明时,秦樊鑫等. 环境水体中亚硝态氮硝态氮和总氮的液相色谱测定[J]. 分析测试学报, 2008, 27 (5):563-566 [7] 范志先,贾淑敏,王树娟. 化纤废水中二甲基亚砜和丙烯腈的高效液相色谱分析[J].中国环境监测, 2010, 26 (4): 45-48. [8] 王鑫龙, 程洁红, 范洪波. 液液萃取-液相色谱法测定尾水中邻苯二甲酸酯的研究[J].东莞理工学院学报, 2014, 21 (5): 74-77. [9] 王琳, 耿勇超, 董铮等. HPLC-ICP/MS联用测定废水中甲基汞和无机汞[J].环境监测管理与技术, 2010, 22 (4): 44-46. [10] 钱薇, 倪进治, 骆永明等. 高效液相色谱-荧光检测法测定土壤中的多环芳烃[J].色谱, 2007, 25(2): 221 -225. [11] 熊佳梁, 谭伟, 吴晓波等. 固相萃取-高效液相色谱法测定土壤中19种农药残留[J]. 理化检验-化学分册, 2011, 47(12): 1404-1407. [12] 付晓燕, 刘宏文, 徐辉. 高效液相色谱法测定环境空气酰胺类化合物[J].中国环境管理干部学院学报, 2014, 24(5): 56-58. [13] 张肇元, 张玉惠, 王艳丽等. 高效液相色谱法测定大气颗粒物中多环芳烃[A]. 中国环境科学学会学术年会(第四章), 2014. [14] 董雪玲, 刘大锰, 高少鹏. 高效液相色谱法测定大气颗粒物中的杂环胺[J].分析化学, 2009, 37(10): 1415—1420.