水质环境PAHs检测的前处理技术要点

多环芳烃（PAHs）是一类由两个或多个苯环稠合而成的持久性有机污染物，广泛来源于化石燃料燃烧、工业生产及交通运输排放，在地表水环境中以痕量水平（ng/L至μg/L级）存在，但具有强致癌、致畸性，是《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的优先控制污染物。由于水质基体复杂（含悬浮物、腐殖酸、无机盐等），PAHs检测的核心挑战在于“痕量目标物富集”与“基体干扰去除”，前处理技术的合理性直接决定后续气相色谱（GC）或高效液相色谱（HPLC）分析的准确性。本文结合《水质 多环芳烃的测定 液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》（HJ 478-2009）等标准方法与实际检测经验，系统梳理水质PAHs检测前处理的关键技术要点。

样品采集与保存的标准化操作

样品采集的容器选择需规避吸附风险。PAHs具有强脂溶性，易吸附于塑料表面，因此必须选用棕色玻璃容器（避光防止PAHs光解）或经重铬酸钾-硫酸洗液浸泡24小时的普通玻璃容器。采集工具需用玻璃或不锈钢材质（如表层水用玻璃采样勺，深层水用不锈钢采水器），避免塑料或铝合金工具引入污染。

采集过程需分离溶解态与颗粒态PAHs。表层水采集时，需将采样勺深入水面以下10-20cm，避开表面漂浮物与悬浮物；深层水采集后，立即用0.45μm玻璃纤维滤膜（预先在450℃灼烧4小时去除有机杂质）过滤，分离溶解态PAHs（滤液）与颗粒态PAHs（滤膜）——若检测总PAHs（溶解态+颗粒态），则无需过滤，但需将悬浮物与水样一起萃取。

样品保存需抑制降解与吸附。过滤后的滤液需立即加浓盐酸（1+1）调pH至<2（抑制微生物对PAHs的降解），装入棕色玻璃瓶密封；若无法在24小时内萃取，需补加0.5%（V/V）甲醇（抑制PAHs在容器壁上的吸附），并置于4℃冰箱避光保存，总保存时间不得超过7天（超过则PAHs损失率会超过10%）。

颗粒态PAHs的保存需单独处理。过滤后的滤膜需放入铝箔袋（避免吸附），密封后置于-20℃冰箱冷冻保存，7天内用索氏提取法（二氯甲烷提取8小时）处理，避免颗粒态PAHs因微生物降解或光解损失。

液液萃取（LLE）的效率优化要点

萃取剂的极性匹配是核心。PAHs按极性可分为低极性（萘、苊）、中等极性（荧蒽、芘）与高极性（苯并[a]芘），二氯甲烷（极性参数3.4）对中等极性PAHs的溶解度最高，正己烷（极性参数0.1）对低极性PAHs更友好，因此实际检测中常用“二氯甲烷-正己烷（1:1）”混合溶剂，兼顾不同极性PAHs的萃取效率。萃取剂需用色谱纯（或重蒸馏后的分析纯），避免试剂中的PAHs污染样品。

萃取次数与体积需计算验证。对于1L水样，传统方案是“100mL萃取剂×3次”——根据分配系数公式（Kd=有机相中PAHs浓度/水相中PAHs浓度），单次萃取的回收率约为（Kd×Vorg/(Kd×Vorg+Vaq)）×100%，若Kd=100，则单次回收率约91%，三次萃取总回收率约99%。若水样中PAHs浓度极低（如ng/L级），可将萃取剂体积增加至150mL/次，但需避免溶剂用量过大导致后续浓缩时间过长。

振荡与分层需避免乳化。振荡时将分液漏斗倒置，轻摇10-15分钟（避免剧烈振荡产生乳化层），期间定期放气（释放溶剂挥发压力）。振荡完成后静置30分钟，待两相完全分层：若出现乳化层（白色浑浊），可采用“离心法”（3000rpm×10分钟）或“无水硫酸钠法”（加入5g无水硫酸钠搅拌后过滤）破乳。分液时将下层有机相（二氯甲烷密度大于水）缓慢放入锥形瓶，上层水相保留用于第二次萃取。

无水硫酸钠干燥去除残留水分。合并三次萃取液后，通过装有无水硫酸钠（500℃活化2小时）的漏斗，去除有机相中的水分——无水硫酸钠用量以“萃取液通过后仍呈松散状”为宜（约5-10g/100mL萃取液）。干燥后的萃取液需过滤至旋转蒸发瓶，准备浓缩。

固相萃取（SPE）的关键控制环节

柱选型需结合水样基体。反相C18柱（键合十八烷基硅烷）是清洁水样（如饮用水）的首选，通过疏水作用吸附非极性PAHs；若水样含大量油脂（如餐饮废水），需选用弗罗里硅土柱（极性吸附剂，吸附油脂与中等极性PAHs）；若需同时去除极性与非极性杂质，可采用“C18-弗罗里硅土”串联柱（先经C18柱吸附非极性PAHs，再经弗罗里硅土柱去除油脂）。

柱活化与平衡确保吸附效率。C18柱的活化流程：先用5mL甲醇（洗脱柱内有机杂质），再用5mL超纯水（平衡柱床亲水性，避免上样时水样与柱床不兼容）；弗罗里硅土柱的活化流程：先用10mL正己烷（洗脱残留有机物），无需平衡（弗罗里硅土是极性吸附剂，正己烷可保持其活性）。活化后的柱床需避免干涸（否则会产生气泡，影响吸附）。

上样流速与柱容量需匹配。上样流速需控制在1-5mL/min——流速过快会导致PAHs未完全扩散至柱床内部即流出，流速过慢会延长处理时间。可通过蠕动泵（精准控制流速）或重力流（适用于小体积水样）实现。柱容量需根据水样体积调整：500mg/6mL的C18柱最大可处理1L水样，若水样体积为2L，需选用1g/6mL的C18柱（柱容量与填料质量成正比），否则会因“柱超载”导致PAHs穿透。

洗脱溶剂需梯度优化。C18柱的洗脱流程：先用5mL正己烷（洗去非极性杂质如油脂），再用10mL二氯甲烷-正己烷（1:1）（洗脱PAHs）；弗罗里硅土柱的洗脱流程：先用10mL正己烷（洗去油脂），再用20mL正己烷-二氯甲烷（3:1）（洗脱PAHs）。洗脱液需收集至棕色玻璃瓶，避免PAHs光解。

固相微萃取（SPME）的现场应用要点

纤维涂层的选择需匹配PAHs极性。PDMS（聚二甲基硅氧烷）涂层（非极性）适用于非极性PAHs（如苯并[a]芘），PDMS/DVB（二乙烯基苯）涂层（弱极性）适用于中等极性PAHs（如荧蒽），PA（聚丙烯酸酯）涂层（极性）适用于高极性PAHs（如萘）。实际检测中，PDMS/DVB涂层是水质PAHs的常用选择，可覆盖大部分目标物。

萃取平衡条件需预实验确定。萃取温度：30-60℃（温度升高可加快PAHs向涂层扩散，但过高会降低涂层吸附容量，如PDMS涂层的最高耐受温度为280℃，但萃取温度需控制在60℃以下）；搅拌速度：500-1000rpm（通过磁力搅拌促进水相中PAHs的传质，避免“扩散边界层”阻碍吸附）；萃取时间：15-60分钟（需通过“萃取时间-回收率”曲线确定平衡时间，如萘的平衡时间约20分钟，苯并[a]芘约40分钟）。

解吸与进样需避免损失。萃取完成后，将纤维头插入气相色谱进样口（温度250-280℃），解吸2-5分钟（确保目标物完全脱附）；若用高效液相色谱检测，需采用“液相解吸”（用甲醇解吸纤维头30分钟），避免热解吸导致低分子量PAHs（如萘）损失。

纤维头的维护需定期进行。使用后，纤维头需在进样口（280℃）烘烤10分钟（去除残留PAHs），或用甲醇超声清洗10分钟（液相解吸后的纤维头）；若纤维头出现裂纹或涂层脱落，需及时更换（涂层损坏会导致吸附效率下降）。

样品净化的吸附剂与洗脱策略

净化的目标是去除腐殖酸、油脂与色素。常用吸附剂包括弗罗里硅土（酸性或中性）、硅胶（极性）与氧化铝（碱性）：弗罗里硅土适用于去除油脂与中等极性杂质，硅胶适用于去除极性腐殖酸，氧化铝适用于去除碱性杂质（如胺类）。

吸附剂的活化与失活需精准。弗罗里硅土需在130℃活化4小时（去除水分与残留有机物），冷却后加5%（w/w）的水“失活”（避免吸附过强导致PAHs无法洗脱）；硅胶需在105℃活化2小时，加3%（w/w）的水失活；氧化铝需在200℃活化2小时，加5%（w/w）的水失活。活化后的吸附剂需密封保存，避免吸潮。

装柱与洗脱需规范操作。采用“湿法装柱”：将活化后的吸附剂用正己烷浸泡，缓慢倒入柱中（柱床高度5-10cm），避免产生气泡；柱顶加1cm厚的无水硫酸钠（去除洗脱液中的水分）。洗脱策略：弗罗里硅土柱用“正己烷→正己烷-二氯甲烷（3:1）”梯度洗脱，硅胶柱用“正己烷→二氯甲烷”梯度洗脱，氧化铝柱用“正己烷→苯”梯度洗脱——需通过薄层层析（TLC）验证洗脱液组成，确保杂质与PAHs完全分离。

净化后的洗脱液需立即浓缩。洗脱液体积通常为20-30mL，需用旋转蒸发浓缩至5mL（40℃以下），再用氮吹浓缩至1mL（避免低分子量PAHs损失），最后用正己烷定容至1mL，待检测。

浓缩过程的损失控制技巧

旋转蒸发适用于大体积溶剂。将萃取液倒入旋转蒸发瓶（体积不超过瓶容积的1/3），水浴温度设置为40℃（二氯甲烷沸点40℃，避免高温导致PAHs挥发），真空度调整至“溶剂缓慢沸腾”（避免暴沸导致样品溅出）；浓缩至5mL左右时停止（剩余溶剂用于氮吹，避免旋转蒸发过度浓缩导致损失）。

氮吹适用于小体积溶液。将旋转蒸发后的溶液转移至氮吹管（体积10mL），置于氮吹仪中，氮气流速调至“液面轻微波动”（避免强气流吹走低分子量PAHs如萘），温度设置为30-40℃；浓缩至1mL时停止（不可完全吹干，否则PAHs会吸附在管壁上导致损失）。

低分子量PAHs的浓缩需特别注意。萘（沸点218℃）、苊（沸点278℃）等低分子量PAHs易在浓缩过程中挥发，因此氮吹时需降低温度（30℃以下），并缩短浓缩时间（如从5mL浓缩至1mL需10分钟以内）；若采用旋转蒸发，需在浓缩至5mL时立即转移至氮吹管，避免长时间高温导致损失。

浓缩后的定容需准确。浓缩至1mL的溶液，需用正己烷（色谱纯）定容至1mL（用移液枪添加至刻度线），摇匀后倒入进样瓶（棕色玻璃），密封后置于4℃冰箱保存，24小时内完成检测。

干扰消除的针对性策略

腐殖酸干扰的消除。腐殖酸是水质中最常见的极性干扰物，萃取前需过滤去除悬浮物（腐殖酸主要存在于悬浮物中），萃取时用二氯甲烷（比正己烷更易去除极性腐殖酸），净化时增加硅胶柱（硅胶吸附极性腐殖酸）——若仍有残留，可在浓缩后用“固相萃取小柱”（C18小柱）进一步净化（用甲醇洗脱腐殖酸，正己烷洗脱PAHs）。

油脂干扰的消除。工业废水或生活污水中含大量油脂，液液萃取时可增加“冷冻除油”步骤（将萃取液置于-20℃冰箱，油脂凝固析出后过滤）；固相萃取时选用弗罗里硅土柱（吸附油脂）；若油脂含量极高，可在萃取前用“正己烷液液萃取”（去除油脂，再用二氯甲烷萃取PAHs）。

无机盐干扰的消除。水质中的无机盐（如氯化钠、硫酸镁）不溶于有机萃取剂，萃取前无需特别处理，但需避免萃取液中含大量水分（可通过无水硫酸钠干燥去除）；若水样中含盐量极高（如海水），需增加萃取次数（如4次），避免无机盐影响分配系数导致回收率下降。

空白实验是污染控制的关键。需同时做“溶剂空白”（仅用萃取剂进行前处理）、“试剂空白”（用超纯水代替水样）与“加标空白”（超纯水中加标PAHs），确保试剂、容器与操作过程无PAHs污染——若空白实验中检出PAHs（如萘浓度>1ng/mL），需更换试剂或容器，重新进行前处理。