CN102809558B - 流动注射化学发光方式测量海水中多环芳烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流动注射化学发光法测量海水中多环芳烃的方法，方法利用富集洗脱方式快速富集洗脱水体中多环芳烃，通过过氧化草酸酯和过氧化氢与多环芳烃所形成的发光体系，检测化学发光信号，从而建立流动注射化学发光方式测定海水中多环芳烃的方法。本发明测定海水中多环芳烃具有现场、快速，简便，灵敏的特点。

Description

流动注射化学发光方式测量海水中多环芳烃的方法

技术领域

本发明涉及环境化学监测技术领域，具体地说是涉及测量海水中多环芳烃的方法。

背景技术

海水中痕量有机污染物-多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)由于其持久性，生物富集性和长距离传输的特性，已被列入优先监测污染物名单，是海洋水质常规监测重要参数。传统方法主要采用气象色谱(GC)、液相色谱质谱联用仪(HPLC-MS)和气象色谱质谱联用仪(GC-MS)等大型仪器设备，样品需要经过复杂的前处理后在实验室中进行分离检测。海水样品基质复杂、盐分多，样品的前处理过程耗时占整个分析过程的60％以上，过程需要复杂的设备并且效率也不高，同时存在使用大量有毒有机溶剂、操作步骤繁琐、容易使易挥发组分丢失等缺点，直接影响到分析结果的准确性和可靠性。另外所用的仪器复杂、价格昂贵，不能实现自动、在线，实时测定，难以实时、全面、真实地反映有机污染物-多环芳烃在海洋中的动态变化，不能明确其对海洋污染程度。

近年来，随着电子技术、新材料、新工艺、新的光学器件的发展，尤其是计算机技术的日新月异，通过自动分析仪来分析有机污染物-多环芳烃的方法相应出现，虽然这些技术摆脱了实验室分析的一些缺点，如持续时间长，分析过程繁杂，条件苛刻等，但其还存在着稳定性差、灵敏度和分辨率低、基体干扰等难以克服的缺陷，使之应用范围受到限制，没能得到广泛的应用。

发明内容

本发明提供了一种流动注射化学发光方式测量海水中多环芳烃的方法，它可以解决现有技术存在的不能现场工作，分析持续时间长，分析过程繁杂，条件苛刻、能耗大，尤其是产生二次污染等问题。

为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是，一种流动注射化学发光方式测量海水多环芳烃的方法，所述方法采用检测装置，所述检测装置包括洗脱液供给器、三通进样阀、富集洗脱柱、检测室、光电探测装置、控制装置、微型计算机数据处理系统，输送水样的高压输液泵A、输送洗脱液的高压输液泵B、输送过氧化草酸酯溶液泵和过氧化氢溶液泵，所述检测室通过管路与富集洗脱柱、过氧化草酸酯溶液管路、过氧化氢溶液管路连接，所述方法通过所述检测装置按下述步骤进行：

(1)三通进样阀开启水样输送管路，高压输液泵A输送水样流通三通进样阀后的富集洗脱柱，富集洗脱柱内部填充有聚硅氧烷冠醚复合涂层的活性炭，并具有控温装置，在富集和洗脱过程进行控温，富集洗脱柱对水体中多环芳烃进行高效选择性富集，水样流通三通进样阀后的富集洗脱柱进行富集150-200s；

(2)富集完成后，三通进样阀关闭水样输送管路，开启洗脱液管路，洗脱液在高压输液泵B输送下流通富集洗脱柱，洗脱液洗脱富集的多环芳烃，进入洗脱液中，所述洗脱液为正己烷；

(3)流出富集洗脱柱的洗脱液继续在管路流动，再分别与过氧化草酸酯溶液管路和过氧化氢溶液管路中过氧化草酸酯溶液和过氧化氢溶液混合，一同流入检测室，光电探测装置中的光电倍增管检测溶液中过氧化草酸酯和过氧化氢与多环芳烃所形成的反应体系产生的化学发光信号；

(4)光电倍增管对流通过的溶液所发出的光信号进行采集放大，并转换成电信号送入微型计算机数据处理系统，微型计算机数据处理系统对得到的空白信号与样品信号进行计算，再根据信号差值数据和标准样品的信号差值数据对应关系，计算出海水中多环芳烃的浓度，并进行显示、打印输出。

在本发明中，还具有以下技术特征，富集过程中水样溶液流量为30-50ml/min。

在本发明中，还具有以下技术特征，所述洗脱液为正己烷，流量为1.0-5.0ml/min。

在本发明中，还具有以下技术特征，在富集过程中，富集洗脱柱的控温温度在60-70℃，洗脱过程中富集洗脱柱控温在20-30℃。

在本发明中，还具有以下技术特征，所述的过氧化草酸酯溶液流量为0.5-1.0ml/min，浓度为(2-3)×10^-2mol/L。

在本发明中，还具有以下技术特征，所述的过氧化氢溶液流量为0.25-0.5ml/min，浓度为(20-30)×10^-3mol/L。

在本发明中，还具有以下技术特征，所述富集洗脱柱内径范围为9-11mm，长度为95-105mm。

在本发明中，还具有以下技术特征，所述的高压输液泵A、B为机械往复泵，其余均为蠕动泵，所述管路均采用聚四氟乙烯材料制成。

在本发明中，还具有以下技术特征，利用微型计算机数据处理系统，通过软件编程实现对所述微型计算机数据处理系统控制、信号处理和多环芳烃浓度的计算。

在本发明中，还具有以下技术特征，光电倍增管采用日本滨松Photosensor Modules H5784Series。

利用化学发光反应的高灵敏性已经成为目前分析测量的理想手段。过氧化草酸酯-过氧化氢-荧光物质发光体系是目前发光效率最高的非酶催化化学发光反应，其光量子产率达25％，多环芳烃是一种典型的荧光物质，利用过氧化草酸酯和过氧化氢与多环芳烃所形成的发光体系测量多环芳烃浓度是一种非常有效的手段，具有良好的应用前景

另外采用富集洗脱柱，富集洗脱柱内部填充聚硅氧烷冠醚复合涂层的活性炭，聚硅氧烷冠醚复合涂层对多环芳烃具有非常高效的吸附性能，而且对其选择性也非常好，通过控制富集洗脱柱温度在60-70℃范围内，吸附效率更高；采用洗脱液为正己烷进行洗脱吸附的多环芳烃，并且控温在20-30℃范围内，洗脱效率非常高。

利用富集洗脱流动注射技术快速富集洗脱水体中多环芳烃，通过过氧化草酸酯和过氧化氢与多环芳烃所形成的发光体系检测化学发光信号建立的离流动注射化学发光方式测定海水中多环芳烃的方法。本发明测定海水中多环芳烃具有现场、快速，简便，灵敏的特点。

流动注射化学发光方式测定海水中多环芳烃的方法是由光、机、电、计算机组成的一体化流动注射化学发光光电探测系统。按工作模块可分成五部分：

第一部分是流动注射部分，主要是过氧化草酸酯和过氧化氢体系作为一个运动着的、无空气间隔的连续载流，载流中过氧化草酸酯与过氧化氢发生化学反应，最后与多环芳烃混合，被载带到检测室中。

第二部分：富集洗脱系统，包括：高压输液泵、洗脱液(正己烷)、三通进样阀、富集洗脱柱，从富集洗脱柱中洗脱下来已经包含多环芳烃的试样被注入到载流中。

第三部分：光电转换和放大部分，主要采用微光光电倍增管作为探测元件，载液流通检测室，产生的光信号被立即转变成电信号，并被连续记录。

第四部分是数据采集、记录部分，该部分完成电信号的采集、A／D转换、传输和存储。

第五部分是微型计算机数据处理系统，主要负责对得到的空白信号与样品信号进行计算，再根据信号差值数据和标准样品的信号差值数据对应关系，计算出海水中多环芳烃的浓度，并进行显示、打印输出。

由于通常化学发光反应速度很快，所以必须保证样品与发光试剂能够快速、有效、高度重现的混合，流动注射技术满足了这一要求，因此通过富集洗脱柱流动注射技术与化学发光分析相结合产生的流动注射化学发光方式测量海水中多环芳烃的方法不仅灵敏度高，线性范围宽，而且快速、重现性好、自动化程度高，可以在环境分析等领域得到迅速的发展。

本发明是通过集成富集洗脱柱技术、流动注射技术、化学发光技术、光电转换器件、数据采集、软件处理对海水中多环芳烃的进行测量的方法。通过富集洗脱柱的一体化设计，能实现海水中痕量多环芳烃高效富集和快速洗脱结合流动注射技术具有自动注入，受控分散和精确快速的特点，再采用灵敏的化学发光检测方法，因此利用一体化富集洗脱柱技术，再通过检测化学发光程度建立起来的流动注射化学发光方式测定海水中多环芳烃的方法具有现场、快速，简便，灵敏的特点，它可以解决现有技术存在的不能现场工作，分析持续时间长，分析过程繁杂，条件苛刻、能耗大，尤其是产生二次污染等问题，是目前非常有效的快速分析手段，是理想的环境分析检测方法，属于绿色环保方法。本方法所具有的优势可以使本方法在环境分析等领域得到发展和推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的方法进行详细描述。

图1是本发明方法工作原理流程图；

图2是本发明方法所采用的检测装置结构示意图。

1.过氧化草酸酯溶液；2.过氧化草酸酯溶液蠕动泵；3.过氧化氢溶液；4.过氧化氢溶液蠕动泵；5.水样溶液；6.高压输液泵A；7.洗脱液供给器；8.高压输液泵B；9.三通进样阀；10.富集-洗脱柱；11.废液收集器；12.检测室；13.光电探测装置；14.控制装置；15.微型计算机数据处理系统。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明方法包括以下几个步骤：

(1)三通进样阀10开启水样输送通道，高压输液泵A6输送水样流通三通进样阀9后的富集洗脱柱10，富集洗脱柱10内部填充聚硅氧烷冠醚复合涂层的活性炭，并且具有控温装置，可以在适宜的温度条件下对水体中多环芳烃进行高效选择性富集，水样流通三通进样阀的富集洗脱柱10进行富集3min；

(2)富集完成后，三通进样阀9关闭水样输送通道，开启洗脱液通道，洗脱液供给器7中的正己烷在高压输液泵B8输送下，流通富集洗脱柱10，洗脱液洗脱富集的多环芳烃，进入洗脱液中；

(3)流出富集洗脱柱10的洗脱液继续在管路流动，再分别与过氧化草酸酯溶液蠕动泵2和过氧化氢溶液蠕动泵4输送的过氧化草酸酯溶液管路和过氧化氢溶液管路中过氧化草酸酯溶液1和过氧化氢溶液3混合，一同流入检测室12，光电探测装置13中的光电倍增管检测溶液中过氧化草酸酯和过氧化氢与多环芳烃所形成的反应体系产生的化学发光信号；

(4)光电倍增管对流通过的溶液所发出的光信号进行采集放大，并转换成电信号送入微型计算机数据处理系统15，微型计算机数据处理系统15对得到的空白信号与样品信号进行计算，再根据信号差值数据和标准样品的信号差值数据对应关系，计算出海水中多环芳烃的浓度，并进行显示、打印输出。

在上述实施例中：

所述富集过程中水样溶液流量为30ml/min。

所述洗脱过程中，洗脱液为正己烷，流量为1.0ml/min。

所述的富集洗脱柱10具有控温装置，富集过程中，富集洗脱柱10控温在60℃，洗脱过程中，富集洗脱柱10控温在20℃。

所述的过氧化草酸酯溶液流量为0.5ml/min，浓度为2×10^-2mol/L。

所述的过氧化氢溶液流量为0.25ml/min，浓度为20×10^-3mol/L。

所述的三通进样阀9后的富集洗脱柱10内径为10mm，长度为100mm。

所述的高压输液泵A6和高压输液泵B8为机械往复泵，其余均为蠕动泵，所述管路均采用聚四氟乙烯材料制成。

利用微型计算机数据处理系统15，通过软件编程实现对微型计算机数据处理系统15的控制、信号处理、多环芳烃浓度的计算。

光电倍增管采用日本滨松Photosensor Modules H5784 Series。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种流动注射化学发光方式测量海水多环芳烃的方法，其特征在于，所述方法采用检测装置，所述检测装置包括洗脱液供给器、三通进样阀、富集洗脱柱、检测室、光电探测装置、控制装置、微型计算机数据处理系统，输送水样的高压输液泵A、输送洗脱液的高压输液泵B、输送过氧化草酸酯溶液泵和过氧化氢溶液泵，所述检测室通过管路与富集洗脱柱、过氧化草酸酯溶液管路、过氧化氢溶液管路连接，所述方法通过所述检测装置按下述步骤进行：

（1）三通进样阀开启水样输送管路，高压输液泵A输送水样流通三通进样阀后的富集洗脱柱，富集洗脱柱内部填充有聚硅氧烷冠醚复合涂层的活性炭，并具有控温装置，在富集和洗脱过程进行控温，富集洗脱柱对水体中多环芳烃进行高效选择性富集，水样流通三通进样阀后的富集洗脱柱进行富集150－200s；

（2）富集完成后，三通进样阀关闭水样输送管路，开启洗脱液管路，洗脱液在高压输液泵B输送下流通富集洗脱柱，洗脱液洗脱富集的多环芳烃，进入洗脱液中，所述洗脱液为正己烷；

（3）流出富集洗脱柱的洗脱液继续在管路流动，再分别与过氧化草酸酯溶液管路和过氧化氢溶液管路中过氧化草酸酯溶液和过氧化氢溶液混合，一同流入检测室，光电探测装置中的光电倍增管检测溶液中过氧化草酸酯和过氧化氢与多环芳烃所形成的反应体系产生的化学发光信号；

（4）光电倍增管对流通过的溶液所发出的光信号进行采集放大，并转换成电信号送入微型计算机数据处理系统，微型计算机数据处理系统对得到的空白信号与样品信号进行计算，再根据信号差值数据和标准样品的信号差值数据对应关系，计算出海水中多环芳烃的浓度，并进行显示、打印输出；

所述的过氧化草酸酯溶液流量为0.5 －1.0ml/min，浓度为（2－3）×10^－2 mol/L；所述的过氧化氢溶液流量为0.25 －0.5ml/min，浓度为（20－30）×10^－3 mol/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在富集过程中，水样溶液流量为30－50ml/min 。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述洗脱液为正己烷，流量为1.0－5.0ml/min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在富集过程中，富集洗脱柱的控温温度在60－70℃，洗脱过程中富集洗脱柱控温在20－30℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富集洗脱柱内径范围为9-11mm，长度为95-105mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高压输液泵A、B为机械往复泵，其余均为蠕动泵，所述管路均采用聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光电倍增管采用日本滨松Photosensor Modules H5784 Series。

8.根据权利要求1-7中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，利用微型计算机数据处理系统，通过软件编程实现对所述微型计算机数据处理系统控制、信号处理和多环芳烃浓度的计算。