CN105974001A - 土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法 - Google Patents

土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种的土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法。本发明所提供的一种土壤或沉积物样品的预处理方法，包括如下步骤：样品提取、样品净化、氮吹浓缩。本发明所提供的一种土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法，创新性地结合了超声波微波组合反应系统对所述土壤或沉积物样品进行预处理的方法，以及净化处理一段法，简单易行，且大大缩短了样品预处理时间，可减少溶剂消耗，降低了成本，具有极高的推广应用价值。

Description

土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法
技术领域
本发明涉及污染物监测技术领域，具体涉及一种土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法。
背景技术
二噁英类物质的环境毒性已受到全世界人民的广泛关注。自1998年10月在京召开的“二噁英(Dioxin)及环境荷尔蒙国际研讨会”以来，我国科学家已开展了一系列的工作向此“世纪之毒”发出挑战。由于二恶英类化合物种类较多，在环境中含量很低且其存在的基体复杂，同时要求分析仪器具有较低的检测限，因此对于二恶英类化学物质的检测是近代分析化学的一个难点。
在使用仪器检测样品中的二噁英之前，必须对样品进行预处理，除去样品中的干扰成分，通常预处理占整个分析工作时间的比例80以上，且预处理的质量直接影响最后的检测结果，而含有二噁英样品的预处理主要包括提取和净化两大步骤。
对于提取方法而言，最常用的提取方法为索氏提取方法，索氏提取又名沙式提取，是利用利用溶剂回流及虹吸原理，使固体物质连续不断地被纯溶剂萃取，所有具有装置简单、操作简便等优点，但是也存在提取时间长、溶剂消耗多和不能自动化等缺点。另外，对于进化方法而言，当前用于二噁英净化的主要是采用几根填充有不同吸附剂的层析柱对环境样品进行净化，国内普遍使用的是国家标准中采用的技术，由3根层析柱所组成，即多层酸化硅胶柱、氧化铝和佛罗里土柱，用不同配比的正己烷和二氯甲烷溶剂进行洗脱，收集洗脱液，浓缩分析，操作复杂，耗时长，大约需要三至四天时间。
因此，研究和开发出一种高效、安全的样品预处理方法及二噁英的测定方法仍然是环境科学领域的一大热点。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法。
第一方面，本发明提供了一种土壤或沉积物样品的预处理方法，包括如下步骤：
(1)样品提取：将0.5～2.0ng提取内标加入土壤或沉积物样品中，再采用微波-超声波协同萃取法对土壤或沉积物样品进行提取，得到的提取液，其中，所述提取内标为13C标记或37Cl标记化合物；
(2)样品净化：将步骤(1)所得的提取液浓缩后，进行多层硅胶柱净化，得到净化溶液，其中，所述多层硅胶柱从上至下的构成组分为：40～45g 40％的硫酸硅胶、0.3～0.8g中性硅胶、2～6g 8％氢氧化钾硅胶、0.3～1g中性硅胶、6～10g氧化铝、含有0.3～1g活性炭的玻璃棉、1～2g无水硫酸钠；
(3)氮吹浓缩：将步骤(2)所得的净化溶液经氮吹浓缩，得到仪器分析用净化试样。
可以理解的是，所述土壤或沉积物样品为采用本领域常规技术手段采集的土壤或沉积物样品，所述土壤或沉积物样品的制备方法，包括但不限于如下步骤：将采集的土壤或沉积物干燥、去除杂质后，粉碎至粒径为1～5mm的粗样品，经四分法取样后，再继续粉碎过20～100目筛，制得土壤或沉积物样品。
优选地，所述步骤(1)中，所述微波-超声波协同萃取法的步骤，具体包括：
使用超声波微波组合反应系统对所述的土壤或沉积物样品进行提取，获得提取液，其中，所述超声波微波组合反应系统的运行参数为：超声功率为200～500W，超声工作周期为1～5s，微波功率为200～500W，温度为80～120℃，时间为10～20min，试剂为丙酮、二甲基亚砜、甲苯、正己烷、二氯甲烷中的一种或多种。
进一步优选地，所述步骤(1)中，所述超声波微波组合反应系统的运行参数为：超声功率为300W，超声工作周期为2s，微波功率为300W，温度为100℃，时间为15min。
可以理解的是，本发明所述“超声工作周期”是指超声工作一段时间，停止超声一段时间，例如超声的工作周期为2s，则表示超声2s后，停止超声2s，再超声2s，如此循环。
进一步优选地，所述步骤(1)中，所述试剂为体积比例为1:1的二氯甲烷和正己烷混合溶液。
进一步优选地，所述步骤(1)中，所述土壤或沉积物样品与试剂的质量体积比为0.1～1:1(g/ml)。
优选地，所述步骤(2)中，所述多层硅胶柱从上至下的构成组分为：40g 40％的硫酸硅胶、0.5g中性硅胶、4.0g 8％氢氧化钾硅胶、0.5g中性硅胶、8g氧化铝、含有0.5g活性炭的玻璃棉、1.5g无水硫酸钠。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述无水硫酸钠在所述多层硅胶柱中的高度为1～2cm。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述氧化铝为氧化铝原料在450℃条件下活化12小时制得。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述0.5g活性炭的玻璃棉为将0.5g活性炭分散在玻璃棉中制得。
优选地，所述步骤(2)中，所述多层硅胶柱净化的步骤包括：
所述步骤(1)所得的提取液经浓缩制得浓缩液，采用已用预淋洗剂预淋洗后的多层硅胶柱对所得的浓缩液进行净化，经淋洗剂淋洗后，浓缩得到净化溶液，其中，所述预淋洗剂和淋洗剂为相同或不同的有机溶剂，所述有机溶剂包括但不限于甲苯、正己烷和二氯甲烷中的一种或多种。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述预淋洗剂为正己烷。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述预淋洗剂的用量为10～100ml。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述淋洗剂为正己烷和二氯甲烷的混合溶液，其中所述正己烷与二氯甲烷的体积比为1:1。
进一步优选地，所述步骤(2)中，所述淋洗剂与所述浓缩后的提取液的体积比为10～40:1。
第二方面，本发明提供了一种土壤中二噁英的测定方法，包括如下步骤：
取如第一方面所述的用于二噁英检测的土壤或沉积物样品的预处理方法获得的净化试样，采用同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪对所述净化试样进行仪器分析测定。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所提供的一种土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法，采用了超声波微波组合反应系统对所述土壤或沉积物样品进行预处理，整个提取过程仅需10多分钟，而且具有超声波和微波功率独立可调，定时定温全程视窗控制等特点，处理过程具有快速、高效、化学选择性高、提取效率高等特点；
(2)本发明所提供的一种土壤或沉积物样品的预处理方法及土壤中二噁英的测定方法，创新性地采用一段法进行样品净化处理，相对于现有的三四段式处理方法，本发明的一段法将净化处理时间从3～4天缩短至1天，大大缩短了样品预处理时间，且操作方便；
(3)本发明所提供的一种土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法，简单易行，可减少溶剂消耗，降低了成本，具有极高的推广应用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1标准土壤样品的预处理和土壤中二噁英的测定
本发明实施例提供了一种土壤样品的预处理方法及二噁英的测定方法，包括以下步骤：
(1)样品提取：称取10g土壤样品(石英砂基质+标准液)，使用超声波微波组合反应系统提取采待测的土壤样品，得到含有二噁英的提取液，其中，所述超声波微波组合反应系统的运行参数为：超声功率为300W，超声工作周期为2s，微波功率为300W，温度为100℃，时间为15min，试剂为40ml正己烷和二氯甲烷混合溶液(所述混合溶液中，正己烷与二氯甲烷的体积比为1:1)；提取前在样品中加入1.0ng提取内标，所述提取内标如表2所示；
(2)样品净化：步骤(1)所得的提取液经旋蒸浓缩后得到的2ml浓缩液采用经40ml正己烷预淋洗过的多层硅胶柱对所述浓缩液进行净化，待所述多层硅胶柱上液面近干时，用10ml正己烷和二氯甲烷混合溶液(所述混合溶液中，正己烷与二氯甲烷的体积比为1:1)预淋，将所述淋洗后的样品接入旋转蒸发仪中进行浓缩，得到净化溶液，其中，所述多层硅胶柱从上至下的构成组分为：40g 40％硫酸硅胶、0.5g中性硅胶、4g 8％KOH硅胶、0.5g中性硅胶、8g氧化铝(450℃活化12小时)、含有0.5g活性炭的玻璃棉、1.5g无水硫酸钠；
(3)氮吹浓缩：将步骤(2)所得的净化溶液经氮吹浓缩，得到仪器分析用净化试样；
(4)测定步骤：取步骤(3)所得的净化试样，采用同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪对所述净化试样进行仪器分析测定，得出环境样品中氯代二噁英含量的测定结果；其中，所述同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪的测定参数如下：
气相色谱条件为：进样方式为不分流进样1μl，进样口温度为260℃，载气流量为1.0ml/min，色质接口温度为270℃，色谱柱为SP-2331(60m×0.32mm×0.2μm)；初始温度100℃，保持1.5min后以20℃/min的速度升温至180℃，停留1min后以3℃/min升温至 260℃，停留25min；
质谱条件为：色质接口温度为300℃，离子源温度为260℃，EI源碰撞能量为70eV，采用选择离子(SIM)方式对[M]+、[M+2]+和[M+4]+特征离子进行监测。
检测结果分析：
检测结果如表1和表2所示，表1和表2中测定值为两次分析测定值的平均数，可以看出，实际分析得到的测定值与标准土壤样品的参照值相差不大，且本发明所提供的土壤中二噁英的测定方法所得的测定值的标准偏差小；而且，完全在HJ 77.4-2008标准规定的回收率范围之内。
表1土壤样品(石英砂基质+标准液)的测定值与参照值
表2土壤样品中同位素标记二噁英内标的回收率
实施例2
为了进一步说明本发明的有益效果，分别采集某垃圾焚烧厂周围5公里以内的农田土壤(约2公斤)和沉积物(约2公斤)，首先在阴暗通风处自然风干，风干后除去土壤中的石块和植物根茎等杂物，用玻璃研钵将其研磨后过2mm筛，得到的土壤样品反复按照四分法缩分，直到留下足够的分析所需的数量(约100克)，并经再次研磨后通过60目筛(0.25mm)，最后转移到棕色玻璃瓶中密封避光保存，分别获得土壤样品和沉积物样品；然后，分别取10g所述土壤样品和沉积物样品，按照实施例1步骤检测所述土壤样品和沉积物样品中的二噁英，检测结果如表3和表4所示。
检测结果分析：
表3是土壤样品和沉积物样品的测定值，其中，测定值为两次分析测定值的平均数；表4是土壤样品和沉积物样品中同位素标记二噁英内标的回收率，其中，回收率的测定值为两次分析测定值的平均数。本发明所提供的土壤或沉积物样品的预处理方法及二噁英的测定方法可对二噁英浓度较低的土壤空气样品和二噁英浓度较高的沉积物样品中的二噁英含量进行测定，检测范围大；而且，在所述土壤样品中，同位素标记二噁英内标的平均回收率均在72～109％之间，在所述沉积物样品中，同位素标记二噁英内标的平均回收率均在71～117％之间，两者完全在HJ 77.4-2008标准规定的回收率范围之内。
表3土壤样品和沉积物样品的测定值
表4土壤样品和沉积物样品中同位素标记二噁英内标的回收率
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)样品提取：将0.5～2.0ng提取内标加入土壤或沉积物样品中，再采用微波-超声波协同萃取法对所述土壤或沉积物样品进行提取，得到含有二噁英的提取液，其中，所述提取内标为13C标记或37Cl标记化合物；
(2)样品净化：将步骤(1)所得的提取液浓缩后，进行多层硅胶柱净化，得到净化溶液，其中，所述多层硅胶柱从上至下的构成组分为：40～45g 40％的硫酸硅胶、0.3～0.8g中性硅胶、2～6g 8％氢氧化钾硅胶、0.3～1g中性硅胶、6～10g氧化铝、含有0.3～1g活性炭的玻璃棉、1～2g无水硫酸钠；
(3)氮吹浓缩：将步骤(2)所得的净化溶液经氮吹浓缩，得到仪器分析用净化试样。
2.如权利要求1所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述微波-超声波协同萃取法的步骤，具体包括：
使用超声波微波组合反应系统对所述的土壤或沉积物样品进行提取，获得提取液，其中，所述超声波微波组合反应系统的运行参数为：超声功率为200～500W，超声工作周期为1～5s，微波功率为200～500W，温度为80～120℃，时间为10～20min，试剂为丙酮、二甲基亚砜、甲苯、正己烷、二氯甲烷中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述试剂为体积比例为1:1的二氯甲烷和正己烷混合溶液，所述土壤或沉积物样品与试剂的质量体积比为0.1～1:1(g/ml)。
4.如权利要求1所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述土壤或沉积物样品的制备方法，包括如下步骤：
将采集的土壤或沉积物干燥、去除杂质后，粉碎至粒径为1～5mm的粗样品，经四分法取样后，再继续粉碎过20～100目筛，制得土壤或沉积物样品。
5.如权利要求1所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述多层硅胶柱从上至下的构成组分为：40g 40％的硫酸硅胶、0.5g中性硅胶、4.0g 8％氢氧化钾硅胶、0.5g中性硅胶、8g氧化铝、含有0.5g活性炭的玻璃棉、1.5g无水硫酸钠。
6.如权利要求5所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述0.5g活性炭的玻璃棉为将0.5g活性炭分散在玻璃棉中制得。
7.如权利要求1所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述多层硅胶柱净化的步骤包括：
所述步骤(1)所得的提取液经浓缩制得浓缩液，采用已用预淋洗剂预淋洗后的多层硅胶柱对所得的浓缩液进行净化，经淋洗剂淋洗后，浓缩得到净化溶液，其中，所述预淋洗剂和淋洗剂为相同或不同的有机溶剂，所述有机溶剂包括甲苯、正己烷和二氯甲烷中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述淋洗剂为正己烷和二氯甲烷的混合溶液，其中所述正己烷与二氯甲烷的体积比为1:1。
9.如权利要求7所述的用于二噁英检测的土壤或沉积物样品的预处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述淋洗剂与所述浓缩后的提取液的体积比为10～40:1。
10.一种二噁英的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
取如权利要求1所述的土壤或沉积物样品的预处理方法制得的净化试样，采用同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪对所述净化试样进行仪器分析测定。
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