CN105866276A - 一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其步骤为：土壤样品前处理，将预冻过的土壤样品置于冷冻干燥仪中冻干去除水分，冻干后的土壤样品磨碎并过200目筛，制得备用土壤；加速溶剂萃取，在高温高压下用水溶液将目标物萃取出来，得到萃取液；将萃取液稀释5倍后，采用Oasis HLB固相萃取柱进行浓缩净化；将浓缩精华后的萃取液通过旋转蒸发、氮吹浓缩，溶剂替换后定容，然后转移至进样小瓶中待测；利用气相色谱‑质谱联用仪对小瓶中的样品检测；通过亚临界水溶液‑加速溶剂萃取、固相萃取浓缩净化以及气相色谱‑质谱联用仪检测等多种技术的联用，从而实现土壤中8种氯代多环芳烃的同步萃取、净化和测定。

Description

一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法

技术领域

本发明涉及土壤中氯代多环芳烃同步提取净化方法的推广和应用，具体涉及一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法。

背景技术

氯代多环芳烃（Chlorinated polycyclic aromatic hydrocarbons，Cl-PAHs）是多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs，≥3环）的一个或多个氢原子被氯原子取代的芳香烃类化合物，从结构上可以看成二噁英与PAHs的杂交体。汽车尾气排放、固体废弃物焚烧、化石燃料燃烧、电子垃圾粗放式拆解以及其它含氯化学工业过程均可产生Cl-PAHs。Cl-PAHs在环境中非常稳定，并具有持久性。毒理研究表明，Cl-PAHs具有类似二噁英的致癌、致畸、致突变毒性，其毒性与母体相当甚至高于母体，成为一类新型的高风险有机污染物。

氯代多环芳烃具有较多异构体，这给其分离检测带来很大困难。此外，氯代多环芳往往和母体多环芳烃与其它有机氯POPs共存，因此高选择性的前处理技术或仪器分析技术是非常重要的。Cl-PAHs是憎水性物质，极易吸附在悬浮颗粒物上，并随着颗粒物沉降到土壤中，从而在土壤富集。土壤基质复杂，含有大量有机质和色素等杂质，其分析过程包括萃取、净化及仪器分析等步骤。土壤样品中Cl-PAHs的提取通常采用索氏提取技术。如莫李桂等对土壤样品采用正己烷-二氯甲烷混合溶液索氏提取48 h后，再用中性硅胶柱和双层碳可逆管柱进行净化。索氏提取法虽然比较成熟，但是耗时、有机溶剂消耗量大。新型提取技术—加速溶剂萃取（Accelerated solvent extraction，ASE）也用于土壤中Cl-PAHs的萃取。如Fernando等以二氯甲烷为萃取溶剂，采用ASE萃取土壤中的Cl-PAHs，萃取液用氧化铝吸附剂净化后，采用二维气相色谱-高分辨时间飞行质谱（Comprehensive two-dimensional gas chromatography and ultra-high resolution mass spectrometry, GC×GC-HRTOF-MS）进行分析。该方法对部分Cl-PAHs回收率偏低，且由于GC×GC-HRTOF-MS价格昂贵，限制了其广泛应用。加速溶剂萃取法（Accelerated Solvent Extraction, ASE）是在高温高压下进行萃取，萃取时间短，效率高。但ASE的溶剂主要是有机化合物，挥发性大且有毒有害。水是一种对环境无害的萃取剂。在适度的压力下，只要水保持为液体，液体水的极性会随温度变化而改变，这种水称为亚临界水，可应用于土壤和底泥中多种有机物的萃取。此外，气相色谱-质谱（Gas Chromatography- Mass, GC-MS）在环境领域应用广泛，适合做多组份混合物的定性和定量分析。

发明内容

针对现有的土壤中多种氯代多环芳烃检测存在的困难，本发明提供一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，优化各萃取、净化前处理条件，从而克服复杂环境中氯代多环芳烃前处理复杂、有机溶剂消耗大、检测效果差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其步骤为：

（a）土壤样品前处理，将预冻过的土壤样品置于冷冻干燥仪中冻干去除水分，冻干后的土壤样品磨碎并过200目筛，制得备用土壤；

（b）加速溶剂萃取，在高温高压下用水溶液（含25%丙酮）将目标物萃取出来，得到萃取液；

（c）将萃取液稀释5倍后，采用Oasis HLB固相萃取柱进行浓缩净化；

（d）将浓缩精华后的萃取液通过旋转蒸发、氮吹浓缩，溶剂替换后定容，然后转移至进样小瓶中待测；

（e）利用气相色谱-质谱联用仪对（d）中小瓶中的样品检测。

所述的步骤（b）中先称取底泥样品5.0g，再称取酸化二氧化硅5.0 g，与步骤（a）中备用土壤混匀后再萃取。

所述的步骤（b）中加速溶剂萃取条件为：在1500psi压力下，萃取溶剂水：丙酮（3:1，v/v），150℃萃取温度的条件下，静态萃取5 min，循环次数3次，用萃取池体积的90%的溶剂冲洗萃取池，最后用氮气吹扫110s。

所述的步骤（c）中固相萃取柱 柱首先用 6 ml正己烷淋洗，以消除填料上的杂质及其它对分析产生干扰的物质，然后分别用 6 ml甲醇和 6 ml 超纯水活化萃取小柱，上样结束后用 5 ml 超纯水淋洗萃取柱，低真空抽干固相萃取柱小柱后，分别用正己烷/二氯甲烷（ 4:1，v/v）6ml 进行洗脱。

所述的步骤（e）中气相色谱-质谱联用仪的升温程序为初始温度80℃，保持1min，以25℃/min速率升温至200℃，保持0min，再以1℃/min速率升温至213℃，保持1min。

所述的步骤（e）中气相色谱-质谱联用仪采用的是EI源，离子源温度250℃，扫描方式为选择离子扫描模式。

本发明具有如下的积极效果：本发明通过亚临界水溶液-加速溶剂萃取、固相萃取浓缩净化以及气相色谱-质谱联用仪检测等多种技术的联用，从而实现土壤中8种氯代多环芳烃的同步萃取、净化和测定。

具体实施方式

一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其步骤为：

（a）土壤样品前处理，将预冻过的土壤样品置于冷冻干燥仪中冻干去除水分，冻干后的土壤样品磨碎并过200目筛，制得备用土壤；

（b）加速溶剂萃取，在高温高压下用水溶液（含25%丙酮）将目标物萃取出来，得到萃取液；

（c）将萃取液稀释5倍后，采用Oasis HLB固相萃取柱进行浓缩净化；

（d）将浓缩精华后的萃取液通过旋转蒸发、氮吹浓缩，溶剂替换后定容，然后转移至进样小瓶中待测；

（e）利用气相色谱-质谱联用仪对（d）中小瓶中的样品检测。

所述的步骤（b）中先称取底泥样品5.0g，再称取酸化二氧化硅5.0 g，与步骤（a）中备用土壤混匀后再萃取。所述的步骤（b）中加速溶剂萃取条件为：在1500psi压力下，萃取溶剂水：丙酮（3:1，v/v），150℃萃取温度的条件下，静态萃取5 min，循环次数3次，用萃取池体积的90%的溶剂冲洗萃取池，最后用氮气吹扫110s。所述的步骤（c）中固相萃取柱 柱首先用 6 ml正己烷淋洗，以消除填料上的杂质及其它对分析产生干扰的物质，然后分别用 6 ml甲醇和 6 ml 超纯水活化萃取小柱，上样结束后用 5 ml 超纯水淋洗萃取柱，低真空抽干固相萃取柱小柱后，分别用正己烷/二氯甲烷（ 4:1，v/v）6ml 进行洗脱。所述的步骤（e）中气相色谱-质谱联用仪的升温程序为初始温度80℃，保持1min，以25℃/min速率升温至200℃，保持0min，再以1℃/min速率升温至213℃，保持1min。所述的步骤（e）中气相色谱-质谱联用仪采用的是EI源，离子源温度250℃，扫描方式为选择离子扫描模式。

用GC-MS对土壤样品中多种氯代多环芳烃进行定性定量检测，根据保留时间和选择的特征离子，与标准化合物的谱图对比，可以判断土壤样品中是否含有该种化合物；根据目标物峰面积，利用外标法计算得到土壤样品中多环芳烃的浓度。

仪器和试剂：气相色谱仪：美国ThermoFisher公司；色谱柱：AglientDB-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气：氦气（纯度99.999%）。质谱仪：美国Thermo Fisher公司。氯代多环芳烃标准储备液：6种氯代多环芳烃用正己烷配制标准混合储备液，浓度均为1000 mg/L。

实施例1：标准样品的检测：

步骤一：标准样品的配制：取100μl，1000μg/ml的混合储备液用正己烷稀释到10ml，制的10μg/ml的标准液备用。分别取1ml，800μl，500μl，200μl，100μl，50μl，20μl，10μl，5μl， 1μl的10μg/ml的标准液用正己烷稀释到10ml，制的浓度分别为1000ng/ml，800ng/ml，500ng/ml，200ng/ml，100ng/ml，50ng/ml，10ng/ml，5ng/ml，1ng/ml混合液。

步骤二：上述各浓度混合标准使用液进行GC-MS检测，设定色谱条件为：流量1 mL/min；进样口温度250℃，进样量1 μL，脉冲不分流进样；色谱柱初始温度80℃，保持1 min后，以25℃/min升温到200℃，保持0 min；再以1℃/min速率升温至213℃，保持1min。传输线温度280℃。质谱条件为：电子轰击离子源（EI）；电子加速电压70 eV；离子源温度250℃；扫描方式为全扫描（Full Scan）和分段选择离子扫描（SIM）；全扫范围：m/z 50-500。

以目标物与内标的峰面积比为纵坐标，以样品浓度为横坐标，绘制得到标准曲线。结果表明：标准曲线相关系数（R）为0.9952-0.9998，检出限为0.013-0.592 ng/L，定量限为0.051-1.202 ng/L。

实施例2 标准土壤样品中氯代多环芳烃空白加标回收实验：

步骤一：取13份5g已冻干过筛的土壤样品，其中6份中加入100μl，1μg/ml的氯代多环芳烃混合溶液，另外6份中加入1mL，1μg/ml的氯代多环芳烃混合溶液，最后1份不加溶液，作为空白对照。

步骤二：将13份样品装入ASE萃取池中，在1500 psi压力，萃取溶剂超纯水：丙酮（3:1，v/v），150℃萃取温度的条件下，静态萃取5 min，循环次数3次，用萃取池体积的90%的溶剂冲洗萃取池，最后用氮气吹扫110s。萃取完后收集萃取液，稀释5倍后，待下一步SPE净化富集。

步骤三：SPE富集净化：由步骤二制得的溶液体系通过Oasis HLB SPE柱，洗脱液是6 mL正己烷/二氯甲烷（ 4:1，v/v），将洗脱液浓缩至约0.5 mL，再用正己烷定容至1 mL，移入进样小瓶。

步骤四：氮吹进样小瓶溶液近干，加入50μL，1mg/L的内标氘代菲，再用正己烷定容至1 mL。

步骤五：GC-MS检测：按照实施例1步骤二对土壤样品中氯代多环芳烃进行定量分析。

根据保留时间和定量离子可以确定氯代多环芳烃和内标的色谱峰。实验结果为，空白样品中，6种目标物均没有检出，表明所选取的土壤样品可以作为空白试验样品。添加浓度为20 ng/g时各种目标物的空白加标回收率为84.5%-110.5%，相对标准偏差为4.3%-9.7%。添加浓度为200 ng/g空白加标回收率为59.1%-108.2%，相对标准偏差为4.10%-9.81%。满足定量分析的要求。

实施例3某化工园区中土壤中氯代多环芳烃采样分析检测：

步骤一，样品采集及处理：采样时拂去地表层枝叶，砂砾。采集大约3-20 cm表层土，锡箔纸包裹，运回实验室后，于-20℃冰箱预冷冻，采用冷冻干燥仪进行冷冻干燥，用研钵进行研磨，过200目金属筛，于-20℃保存待分析。

步骤二：每个点位的土壤样品取5g，按照实施例2中的步骤二至步骤四样品前处理方法对样品进行前处理。

步骤三：将处理完的样品溶液按照实施例2中的步骤五进行GC-MS定性定量检测。

Claims (6)

1.一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特征在于，其步骤为：

（a）土壤样品前处理，将预冻过的土壤样品置于冷冻干燥仪中冻干去除水分，冻干后的土壤样品磨碎并过200目筛，制得备用土壤；

（b）加速溶剂萃取，在高温高压下用水溶液（含25%丙酮）将目标物萃取出来，得到萃取液；

（c）将萃取液稀释5倍后，采用Oasis HLB固相萃取柱进行浓缩净化；

（d）将浓缩精华后的萃取液通过旋转蒸发、氮吹浓缩，溶剂替换后定容，然后转移至进样小瓶中待测；

（e）利用气相色谱-质谱联用仪对（d）中小瓶中的样品检测。

2.根据权利要求1所述的同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特征在于：所述的步骤（b）中先称取底泥样品5.0g，再称取酸化二氧化硅5.0 g，与步骤（a）中备用土壤混匀后再萃取。

3.根据权利要求1所述的同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特征在于：所述的步骤（b）中加速溶剂萃取条件为：在1500psi压力下，萃取溶剂水：丙酮（3:1，v/v），150℃萃取温度的条件下，静态萃取5 min，循环次数3次，用萃取池体积的90%的溶剂冲洗萃取池，最后用氮气吹扫110s。

4.根据权利要求1所述的同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特征在于：所述的步骤（c）中固相萃取柱 柱首先用 6 ml正己烷淋洗，以消除填料上的杂质及其它对分析产生干扰的物质，然后分别用 6 ml甲醇和 6 ml 超纯水活化萃取小柱，上样结束后用 5 ml 超纯水淋洗萃取柱，低真空抽干固相萃取柱小柱后，分别用正己烷/二氯甲烷（ 4:1，v/v）6ml 进行洗脱。

5.根据权利要求1所述的同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特征在于：所述的步骤（e）中气相色谱-质谱联用仪的升温程序为初始温度80℃，保持1min，以25℃/min速率升温至200℃，保持0min，再以1℃/min速率升温至213℃，保持1min。

6.根据权利要求1所述的同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特征在于：所述的步骤（e）中气相色谱-质谱联用仪采用的是EI源，离子源温度250℃，扫描方式为选择离子扫描模式。