CN100504377C - 土壤中多环芳烃的萃取净化测定方法 - Google Patents

Abstract

土壤中多环芳烃的萃取净化测定方法，涉及土壤中18种痕量多环芳烃的分析测定方法。通过自动索氏提取仪萃取土壤样品中的多环芳烃有机物，再利用硅胶层析柱净化萃取液，去除萃取时带来的极性和非极性干扰物，最后用高效液相色谱(含二极管阵列检测器)进行定性定量分析18种多环芳烃。本发明萃取溶剂消耗量小，可用于大体积样品的萃取，样品分析速度快，样品预处理成本低廉，对18种多环芳烃中的5组13种同分异构体，不仅可以准确定性又可精确定量，检测限低，灵敏度高，除芴和苝外，其它16种多环芳烃的检出限均低于10ng/g-dw。适用于农田、荒地及城市绿化带等多种土壤中痕量多环芳烃快速、灵敏、准确的分析方法。

Description

土壤中多环芳烃的萃取净化测定方法

技术领域

土壤中多环芳烃的萃取净化测定方法，涉及一种土壤中18种痕量多环芳烃的分析测定方法。具体是采用自动索氏萃取、硅胶层析柱净化及高效液相色谱测定等技术，实现土壤环境中多环芳烃的萃取、净化和分析测定。属于土壤中多环芳烃痕量有机污染物诊断的综合技术。

背景技术

多环芳烃(PAHs)具有致癌、致畸和致突变性，其中16种组分已被美国环保局列入优先控制污染物名单。多环芳烃主要是有机物在高温下不完全燃烧而产生，通过大气沉降广泛存在于土壤中。为了掌握人类所处环境受PAHs污染的程度，准确测定环境样品中痕量PAHs显得尤为重要。多环芳烃等持久性有机污染物在环境中残留量低，并且由于环境介质中存在腐殖质、富里酸等多种有机干扰物，给这些痕量有机污染物的检测分析带来了困难。

土壤中多环芳烃的分析主要有样品萃取、净化和测定三个基本过程。目前固体样品萃取技术主要有：索氏萃取，超声萃取，微波辅助萃取，加速溶剂萃取。其中索氏萃取最为经典，成为其它萃取方法的参照萃取方法。固体样品中有机物提取最经典的方法是使用索氏萃取器进行溶剂连续抽提法，但是萃取时间较长，溶剂的使用量较大。其它方法在萃取时间和溶剂使用量上有所改进，但是存在着各自的缺点：如超声萃取易使稳定性较差的有机物分解(如多环芳烃中的菲)；微波辅助萃取时弱极性或非极性有机物(如多环芳烃)在萃取时所用的非极性萃取剂对微波能利用率不高；加速溶剂萃取所用设备价格昂贵等等。在萃取后的样品净化方面，多采用国外的净化方法，方法中所使用的硅胶等耗材价格昂贵。该类耗材国内也生产，但至今国内未出台针对多种多环芳烃的净化方法所用的硅胶。在检测方法方面，目前主要采用色谱法进行测定。但采用高效液相色谱分析时，常用色谱峰保留时间定性，选择254nm为定量波长，该方法定性时对目标物保留时间的重现性要求高，此外，干扰物大量存在也将导致定量误差大。气质联用(GC-MS)是近年来常于多环芳烃测定的方法，但是质谱无法区别同分异构体，仅能通过保留时间来定性，所以PAHs中异构体化合物的准确测定(如苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽)一直是环境样品中痕量多环芳烃测定的难点。

为此，建立一种适合我国各种土壤(如农田、荒地及城市绿化带)中痕量多环芳烃的快速、灵敏、准确的监测方法已成为环境工作者迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合我国各种土壤(如农田、荒地及城市绿化带)中痕量多环芳烃的快速、灵敏、准确的监测方法，以实现土壤样品中多环芳烃的萃取、净化和测定。

为实现上述目的，本发明通过自动索氏萃取、硅胶层析柱净化及高效液相色谱测定等多种技术的联用，从而实现土壤样品中多环芳烃的萃取、净化和测定。具体工艺如下：

第一步，土壤样品处理

将土壤样品置于暗处自然风干。称取风干后的土壤样品200～400g，将之磨碎并过200目筛，收集过筛筛分(筛下物)待第二步使用。

第二步，自动索氏萃取土壤样品

用电子天平准确称量第一步中的过筛筛分5.0～20.0g，与5.0～20.0g无水硫酸钠混合均匀，将丙酮和正已烷各25～50mL混合均匀，配成为土壤萃取剂。用自动索氏仪萃取，加热板温度200℃，热浸提过程40-70min；淋洗过程40-70min；溶剂回收过程3-5min。即获得土壤萃取料液，将土壤萃取料液用的组成土壤萃取剂的溶剂由丙酮和正已烷置换成环已烷，并浓缩到1～2mL，得到土壤萃取液。

第三步，硅胶层析柱净化土壤萃取液

A、硅胶层析柱的制备：将5.0～10.0g活化硅胶和20～30mL二氯甲烷制成硅胶浆体，将硅胶浆体转移至层析柱(400mm×10mm i.d.，PTFE旋塞，玻璃砂芯)中，将2.0～3.0g无水硫酸钠置于层析柱中的硅胶浆体层之上，再加入1.0～2.0g活性铜粉于无水硫酸钠层之上，再在层析柱顶层加入1～2cm玻璃纤维层。最后，用20～40mL正戊烷淋洗层析柱。

B、净化过程：将第二步得到的土壤萃取液B加到制备好的硅胶层析柱中。用20～40mL正戊烷淋洗硅胶层析柱，废弃淋洗液，再用正戊烷-二氯甲烷3∶2(v/v)混合液20～30mL洗脱硅胶层析柱，收集洗脱液。

C.浓缩定容：将组成洗脱液的溶剂正戊烷和二氯甲烷置换成甲醇，并浓缩定容，得到待测样品。

第四步，高效液相色谱法测定待测样品中的多环芳烃

高效液相色谱包括多元泵系统，二极管阵列检测器和C18ODS色谱分析柱(250mm×4.6mm i.d.，5μm)。流动相为乙腈和水，采用线性梯度洗脱程序：0～5min，70％乙腈和30％水；5～30min，70％乙腈和30％水线性变化成100％乙腈；流速为1.3mL/min。第三步得到的待测样品进样量为20μL。二极管阵列检测器收集200～500nm的紫外光谱数据。分别在218nm，226nm，249nm，254nm，266nm，286nm，300nm，330nm，334nm和433nm波长下对各多环芳烃按色谱峰面积计算土壤样品中各多环芳烃的浓度。

本发明的优点如下：

1、本发明采用自动索氏萃取，萃取时间短(处理6个样品需要2小时)，萃取溶剂可回收，减少了有机废液的产生，是一种绿色技术。萃取溶剂消耗量小(小于50mL)，同时可用于大体积样品(最大可达33mm x 50mm)的萃取，适用于痕量有机污染物的萃取。

2、本发明中，硅胶层析柱在制备过程中所用的材料都为本国材料，成本低廉，净化效果与进口材料一样，能有效去除共萃取带来的极性和非极性干扰物。

3、本发明所采用的高效液相色谱分析法，既可对样品中的多环芳烃进行定性研究，又能进行定量分析。尤其对18种多环芳烃中的5组13种同分异构体，不仅可以准确定性又可精确定量。

4、本发明适于土壤样品中痕量多环芳烃的分析测定，检测限低，灵敏度高，除芴和苝外，其它16种多环芳烃的检出限均低于10ng/g-dw。

5、本发明分析速度快，平均单个土壤样品萃取、净化和测定及数据处理累计时间为3～4小时。

附图说明

图1为本发明的流程示意图

图2为上海市某土壤中18种多环芳烃色谱图(NaP：萘；AcNy：二氢苊；AcNe：苊；Fl：芴；PhA：菲；An：蒽；FlA：荧蒽；BaA：苯并[a]蒽；Chy：屈；Py：芘；BbF：苯并[b]荧蒽；BkF：苯并[k]荧蒽；BaP：苯并[a]芘；DBahA：二苯并[a，h]蒽；BghiP：苯并[g，h，i]芘；BeP：苯并[e]芘；Pery：苝；IP：茚并[1，2，3-cd]芘)

具体实施方式

实施例1

运用本发明对上海市某火电厂附近荒地表层土壤中多环芳烃进行采样分析。

将取得的土壤样品置于暗处自然风干。称取风干后的土壤样品200g，将之磨碎，过200目筛。用电子天平准确称取5.0g过筛样品，与5.0g无水硫酸钠混合均匀，用量筒量取色谱纯丙酮和正已烷各25mL，混合均匀配成萃取剂。采用自动索氏仪萃取，加热板温度为200℃，热浸提40分钟，淋洗40分钟，溶剂回收3分钟。将萃取液溶剂置换成环已烷，并浓缩至1～2mL。

将5.0g活化硅胶和20mL二氯甲烷制成硅胶浆体，置于层析柱(400mm×10mm i.d.，PTFE旋塞，玻璃砂芯)中，2.0g无水硫酸钠置于硅胶层上，再加1.0g活性铜粉，1cm玻璃纤维置于顶层，20ml正戊烷淋洗层析柱。加样上柱。20mL正戊烷淋洗层析柱，废弃洗脱液，再用正戊烷-二氯甲烷(3:2)(v/v)混合液20mL洗脱层析柱，收集洗脱液。将洗脱液溶剂置换成甲醇，并浓缩定容到1mL。

用美国Varian公司高效液相色谱仪测定该样品，STAR 6.3色谱工作站、ProStar 230三元泵系统，色谱柱使用Shimadzu VP-ODS C18柱(250mm×4.6mmi.d.，5μm)。采用线性梯度淋洗，梯度条件为：70(A)/30(B)， $5\min \stackrel{25\min }{\→}100/0$ (A：乙腈，B：去离子水)。流速为1.3mL/min。用ProStar 335二极管阵列检测器收集200～500nm的紫外光谱数据。在各多环芳烃的色谱保留时间的基础上，根据获取的紫外光谱数据与各多环芳烃的标准紫外光谱数据进行比对，判断是否含有该种多环芳烃。各多环芳烃色谱图详见图2，分别在218nm，226nm，249nm，254nm，266nm，286nm，300nm，330nm，334nm和433nm波长下对各多环芳烃按色谱峰面积计算土壤样品中各多环芳烃的浓度。结果表明：萘为111ng/g；二氢苊为11ng/g；苊为14ng/g；芴为23ng/g；菲为246ng/g；蒽为55ng/g；荧蒽674ng/g；苯并[a]蒽为429ng/g；屈为349ng/g；芘为586ng/g；苯并[b]荧蒽为406ng/g；苯并[k]荧蒽为216ng/g；苯并[a]芘为509ng/g；二苯并[a，h]蒽为137ng/g；苯并[g，h，i]芘为363ng/g；苯并[e]芘为336ng/g；苝为322ng/g；茚并[1，2，3-cd]芘为399ng/g.

实施例2

运用本发明对上海市城区绿化带表层土壤中多环芳烃进行采样分析。

将取得的土壤样品置于暗处自然风干。称取风干后的土壤样品400g，将之磨碎，过200目筛。用电子天平准确称取20.0g过筛样品，与20.0g无水硫酸钠混合均匀，用量筒量取色谱纯丙酮和正已烷各50mL，混合均匀配成萃取剂。采用自动索氏仪萃取，加热板温度为200℃，热浸提70分钟，淋洗70分钟，溶剂回收5分钟。将萃取液溶剂置换成环已烷，并浓缩至1～2mL。

将10.0g活化硅胶和30mL二氯甲烷制成浆体，置于层析柱(400mm×10mm i.d.，PTFE旋塞，玻璃砂芯)中，3.0g无水硫酸钠置于硅胶层上，再加2.0g活性铜粉，2cm玻璃纤维置于顶层，40ml正戊烷淋洗层析柱。加样上柱，40mL正戊烷淋洗层析柱，废弃洗脱液，再用正戊烷-二氯甲烷(3:2)(v/v)混合液30mL洗脱层析柱，收集洗脱液。将洗脱液溶剂置换成甲醇，并浓缩定容到1mL。

用美国Varian公司高效液相色谱仪测定该样品，STAR 6.3色谱工作站、ProStar 230三元泵系统，色谱柱使用Shimadzu VP-ODS C18柱(250mm×4.6mmi.d.，5μm)。采用线性梯度淋洗，梯度条件为：70(A)/30(B)， $5\min \stackrel{25\min }{\→}100/0$ (A，乙腈，B：去离子水)。流速为1.3mL/min。用ProStar 335二极管阵列检测器收集200～500nm的紫外光谱数据，分别在218nm，226nm，249nm，254nm，266nm，286nm，300nm，330nm，334nm和433nm波长下对各组分进行定量计算，获得土壤样品中各多环芳烃的浓度。

Claims (4)

1.土壤中多环芳烃的萃取净化测定方法，其特征在于：

第一步，土壤样品处理

将土壤样品置于暗处自然风干，称取风干后的土壤样品200～400g，将之磨碎并过200目筛，收集过筛筛分供第二步使用；

第二步，自动索氏萃取土壤样品

准确称量经第一步处理的土壤样品5.0～20.0g，与5.0～20.0g无水硫酸钠混合均匀；量取丙酮和正已烷各25～50mL混合均匀，为土壤萃取剂；索氏萃取仪的加热板温度为200℃，热浸提过程40-70min；淋洗过程40-70min；溶剂回收过程3-5min，即获得土壤萃取料液，将土壤萃取料液的溶剂由丙酮和正已烷置换成环已烷，并浓缩到1～2mL，得到土壤萃取液；

第三步，硅胶层析柱净化土壤萃取液

A、硅胶层析柱的制备：将5.0～10.0g活化硅胶和20～30mL二氯甲烷制成硅胶浆体，将硅胶浆体转移至层析柱中，将2.0～3.0g无水硫酸钠置于层析柱中的硅胶浆体层之上，再加入1.0～2.0g活性铜粉于无水硫酸钠层之上，再在层析柱顶层加入1～2cm玻璃纤维层，最后，用20～40mL正戊烷淋洗层析柱；

B、净化过程：将第二步得到的土壤萃取液加到制备好的硅胶层析柱中，用20～40mL正戊烷淋洗硅胶层析柱，废弃淋洗液，再用正戊烷-二氯甲烷3:2(v/v)混合液20～30mL洗脱硅胶层析柱，收集洗脱液；

C.浓缩定容：将洗脱液的溶剂由正戊烷和二氯甲烷置换成甲醇，并浓缩定容，得到待测样品；

第四步，液相色谱法测定待测样品中的多环芳烃

高效液相色谱包括多元泵系统，二极管阵列检测器和C18ODS色谱分析柱，流动相为乙腈和水，采用线性梯度洗脱程序：0～5min，70％乙腈和30％水；5～30min，70％乙腈和30％水线性变化成100％乙腈；流速为1.3mL/min，第三步得到的待测样品进样量为20μL，二极管阵列检测器收集200～500nm的紫外光谱数据，分别在218nm，226nm，249nm，254nm，266nm，286nm，300nm，330nm，334nm和433nm波长下对各多环芳烃按色谱峰面积计算土壤样品中各多环芳烃的浓度。

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