CN108982707A

CN108982707A - 一种测定土壤中15种多环芳烃的方法

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Publication number: CN108982707A
Application number: CN201811074711.8A
Authority: CN
Inventors: 李拥军; 陈新文; 冯敏铃; 李盛安; 彭典华; 曾玲; 金钊; 韦秀胆; 周孙林; 陈堪利
Original assignee: Guangdong Licheng Detection Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Licheng Detection Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2018-12-11

Abstract

本发明公开了一种测定土壤中15种多环芳烃的方法，采用加速溶剂萃取和硅胶氧化铝填充柱对样品进行前处理。使用PAHs专用色谱柱进行组分分析，方法简单耗时短，20min内实现对土壤中15种多环芳烃的基本分离。采用超高效液相色谱节约了试剂，减少有机试剂对环境的污染。该方法的检出限为0.001‑0.005mg/kg，添加回收率在85.8‑95.5％，RSD为3.5‑5.7％，较高的灵敏度和精密度满足实际样品检测的需要，可以作为常规残留检测方法使用。

Description

一种测定土壤中15种多环芳烃的方法

技术领域

本发明涉及多环芳烃测定技术领域，尤其是涉及一种测定土壤中15种多环芳烃的方法。

背景技术

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbon，PAHs)是一类普遍存在于环境中的持久性有机污染物，大部分多环芳烃具有致癌、致畸、致突变的毒性。其化学结构稳定，难以降解，主要来源于含碳有机物的不完全燃烧，由于其能够随大气、水等的自然运动发生迁移，已成为主要的环境有机污染物之一，美国环保署(EPA)已将16种多环芳烃确定为环境优先控制污染物。环境中的多环芳烃可以通过降雨、降雪和降尘等多种方式进入土壤，由于土壤的结构和性质复杂，而且一般土壤中PAHs中的含量较低，给研究PAHs的分析方法带来了一定的困难，因此寻找适合PAHs的提纯、纯化及分析方法对在土壤中PAHs的来源调查、分布特征和迁移转化等研究工作至关重要。目前国内外对土壤中多环芳烃的研究已越来越多，检测方法主要有液相色谱法、气相色谱-质谱法等，其中液相色谱法存在样品分析时间长、多环芳烃个别组分与基质分离效果差的缺点。气相色谱-质谱法由于使用高灵敏选择性检测器，使它成为主要的检测方法。但气相质谱仪价格昂贵、日常维护成本高，难以普及推广，而液相色谱仪价格相对便宜，容易普及，而液相色谱紫外法响应值偏低，容易受土壤基质影响，影响正确的定性定量，故不采用。综上所述，如何快速、高效的检测土壤中多环芳烃是本领域一项重要研究课题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种对土壤中的多环芳烃进行快速、高效的检测方法。

本发明采用以下技术方案:

一种测定土壤中15种多环芳烃的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)样品处理：对采集的土壤进行干燥处理；

(2)提取：称取土壤，加入等量无水硫酸钠，混合均匀后萃取，将萃取液减压浓缩至近干，加入正已烷溶解残渣，备用；

(3)净化：在玻璃层析柱中依次加入氧化铝粉、硅胶、无水硫酸钠，质量比为 1:1:1，层析柱用正己烷预洗，再用二氯甲烷和正已烷混合液洗脱，收集淋洗液，将淋洗液旋转蒸发至近干后，用流动相溶解，过0.2μm滤膜，待测；

(4)标准溶液配置：取0.1mL PAHs混合标准品(1000mg/L)移至10mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，摇匀，再用流动相定容，配制得到浓度为5、10、20、50、 100、200μg/L的PAHs混合标准溶液；

(5)色谱条件：色谱柱：ZORBAX Ecllpse PAH 4.6×100mm 3.5Micron；流速：1.0mL/min；进样量：10μL，流动相：梯度洗脱程序见表1；检测波长：检测波长程序见表2；

表1流动相梯度洗脱程序

表2 15种PAHs检测波长程序

优选地，步骤(2)中，所述的萃取，是用丙酮和正己烷作溶剂，温度100℃，静态萃取时间5min，吹扫时间100s，静态萃取偱环次数1次。

优选地，所述丙酮和正己烷的用量为1:1。

优选地，所述的二氯甲烷和正已烷混合液中，二氯甲烷和正已烷的用量为1:1。

实际应用的具体方法为：

(1)样品处理：采集的样品均为深度在15cm以内的表层土壤。将采集的土壤除去石子、植物根茎等杂质，成团土块用木锤打碎，自然风干5d，定时翻转土样，过100目筛，用塑料样品瓶-18℃密封保存。

(2)提取：准确称取5.0g(精确至0.1g)土壤，加入5.0无水硫酸钠，混合均匀后装进34mL的萃取池，用丙酮：正己烷(1:1)作溶剂，温度100℃，静态萃取时间5min，吹扫时间100s，静态萃取偱环次数1次，用收集瓶收集提取液，将提取液转移到旋转蒸发瓶中，再用10mL丙酮：正己烷(1:1)洗涤收集瓶，倒入旋转蒸发瓶，减压浓缩至近干，加入3mL正已烷漩涡溶解残渣，备用。

(3)净化：选择玻璃层析柱(20×150mm)在净化底部填充少许脱脂棉，用玻璃棒轻压平铺。依次加入5g氧化铝粉、5g硅胶、5g无水硫酸钠，表面填充少许脱脂棉，用玻璃棒轻压。层析柱用10mL正己烷预洗，倒入残渣溶解液，再用3mL正己烷溶解残渣一次，过填充柱，不收集。再用10mL二氯甲烷：正已烷(1:1)洗脱，重复一次，挤干，用旋转蒸发瓶收集。35℃旋转蒸发至近干后，用2.0mL流动相溶解, 过0.2μm滤膜，待测。

(4)标准溶液配置：取0.1mL PAHs混合标准品(1000mg/L)移至10mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，摇匀。相当于PAHs标准储备液浓度为10.00μg/mL，-18℃保存，有效期为1个月。标准工作溶液，用流动相定容现配现用，相当于PAHs混标浓度分别为5、10、20、50、100、200μg/L。

(5)色谱条件：色谱柱:ZORBAX Ecllpse PAH 4.6×100mm 3.5Micron；流速1.0mL/min；进样量：10μL；流动相：调整流动相乙腈与水的比例，选择较佳的梯度洗脱程序(见表1)；检测波长：根据其荧光响应值的高低优化最佳的检测波长程序 (见表2)：

表1流动相梯度洗脱程序

表2 15种PAHs检测波长程序

本发明在色谱柱的选择方面，通过实验比较了C18硅胶柱、PAHs专用柱，实验通过调整流动相乙腈与水的比例，结果表明：C18硅胶柱对于PAHs中的多组分可选用较长的时间进行分离来得到更好的分离效果，但长的分离时间会导致个别组分的 PAHs灵敏度下降无法积分，影响定性定量。最终C18硅胶柱无法将15种PAHs组分有效的进行分离。而选择PAHs专用色谱柱，经过简单调整乙腈与水的比例就可以得到较佳的分离效果，且分析时间短，分离效果明显，重复性好。普通液相色谱仪压力上限多在4000-5000psi之间，而PAHs专用柱最大操作压力为9000psi，普通液相色谱仪无法提供较高的压力从而损失了PAHs专用柱的优势。而超高效液相色谱仪恰好充分发挥了PAHs专用柱的优势，仪器条件简单优化后，使得在分析上表现更为明显。图1为本发明方法测得的15种PAHs组分的色谱图。

本发明在净化柱的选择方面，试验中选取了某品牌6mL的硅胶小柱与填充柱净化效果进行对比，分2组，每组做3个平行试验样，同时做加标回收试验。样品处理严格按照步骤(3)操作。硅胶小柱净化方法如下：硅胶小柱用5mL正己烷预洗，倒入3mL残渣溶解液，再用3mL正己烷溶解残渣一次，过柱，不收集。再用5mL二氯甲烷：正己烷(1:1)洗脱，重复一次，挤干，收集。在35℃氮吹至近干后，用1.0mL 流动相溶解,过0.2μm滤膜，待测。结果表明，某品牌6mL的硅胶小柱干扰物质较多，样品分析基线分离不理想，15种PAHs个别色谱峰难以积分，影响定性、定量，回收率达不到30％。而填充柱可能是加入的硅胶量多，足够吸附了提取液中极性较大的杂质，再加入适量的氧化铝粉，吸附土壤中的色素，得到较好的净化效果。15种PAHs 组分都能分离，回收率都能达到50％。某品牌的硅胶小柱，可以节约时间提高工作效率，但价格昂贵，净化效果不理想。而填充柱填料耗时但净化效果明显且价格实惠，最后选择填充柱为PAHs净化柱。

本发明在样品前处理本方法的选择方面，本试验选择不含多环芳烃污染物的土壤，作加标回收实验与自动索氏提取法进行提取效率比较，选择操作简单、提取效果明显的方法作为本试验的前处理方法。同时每种方法做5次平行测试，以平均值计算回收率。自动索氏提取法提取土壤中的多环芳烃方法如下：精确称取5g土壤与5g无水硫酸钠均匀混合，这样在除水的同时可以加大萃取溶剂对土壤的提取效率。将样品放入玻璃纤维滤纸筒内，装入自动索氏提取仪，加入丙酮：二氯甲烷(1:1)120mL萃取。提取程序为浸泡：2h、温度80℃；淋洗：30min、温度110℃；吹气4次。蒸馏到最后剩下5mL左右溶剂，用旋转蒸发瓶收集。再加入5mL正己烷清洗溶剂杯，重复一次清洗，全部转移到旋转蒸发瓶中，35℃旋转蒸发至近干后。用2.0mL流动相溶解,过0.2μm滤膜，待测。结果表明：传统的索氏提取使用时间最长、消耗大量的溶剂及耗材且萃取效果差，15种PAHs回收率都在50％左右。加速溶剂萃取提取效果优于索氏提取，回收率都大于80％，而且提取时间少、减少有机溶剂使用，对环境减少污染。最终，选择加速溶剂萃取提取为本试验的前处理方法。

本发明采用液相色谱荧光法检测能减少基质影响，提高多环芳烃的检出限。通过对比索氏提取法、加速溶剂萃取法，选择加速溶剂萃取法作为土壤中多环芳烃的提取方法。通过添加一定浓度的多环芳烃标准液到土壤中，分别用商品硅胶小柱、填装硅胶柱作为提取液进行净化对比，选择填装硅胶柱为土壤中多环芳烃的净化柱。本发明使用超高效液相色谱仪UPLC进行检测，该仪器采用了小内径柱，柱效提高，有更好的分离效果，15种多环芳烃(苊烯的荧光响应较弱不在荧光检测范围内，如需检测可将紫外-荧光检测器串联，紫外220nm对苊烯分析检测)在20min完全分离。

本发明的有益效果：本方法采用加速溶剂萃取和硅胶氧化铝填充柱对样品进行前处理。使用PAHs专用色谱柱进行组分分析，方法简单耗时短，20min内实现对土壤中15种多环芳烃的基本分离。采用超高效液相色谱节约了试剂，减少有机试剂对环境的污染。该方法的检出限为0.001-0.005mg/kg，添加回收率在85.8-95.5％，RSD为 3.5-5.7％，较高的灵敏度和精密度满足实际样品检测的需要，可以作为常规残留检测方法使用。

附图说明

图1 15种PAHs组分的色谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明中使用的试剂为：PAHs混合标样(美国Agilent)；乙腈、丙酮、二氯甲烷、正己烷(德国merck色谱纯)；无水硫酸钠、氧化铝、硅胶(阿拉丁层析用)。

本发明中使用的仪器和设备为：玻璃层析柱(20×150mm)；电子天平(Precisa 公司)；旋涡混合器(上海精科XW-80A)；氮吹仪(天津恒奥HGC-24A)；旋转蒸发仪(瑞士BuchiR-250)；Waters超高效液相色谱仪(带荧光检测器)；加速溶剂萃取ASE (DIONEX ASE100)；超纯水制备仪(Millipore公司Mini-Q)；全自动索氏提取仪(德国Gerhardt Soxtherm)。

实施例1：

土壤中多环芳烃的测定：

(1)样品处理：样品在某市周边农田中采集，采集的样品均为深度在15cm以内的表层土壤。将采集的土壤除去石子、植物根茎等杂质，成团土块用木锤打碎，自然风干5d，定时翻转土样，过100目筛，用塑料样品瓶-18℃密封保存。

(5)色谱条件：色谱柱:ZORBAX Ecllpse PAH 4.6×100mm 3.5Micron；流速1.0mL/min；进样量：10μL；流动相：调整流动相乙腈与水的比例，选择较佳的梯度洗脱程序(见表1)；检测波长：根据其荧光响应值的高低优化最佳的检测波长程序 (见表2)。

表1流动相梯度洗脱程序

表2 15种PAHs检测波长程序

测试结果表明：萘85μg/kg、苊102μg/kg、芴206μg/kg、菲63μg/kg、蒽226μg/kg、荧蒽118μg/kg、芘99μg/kg、苯并(a)蒽201μg/kg、屈76μg/kg、苯并(b)荧蒽165μg/kg、苯并(k)荧蒽132μg/kg、苯并(a)芘102μg/kg、二苯并(a,h)蒽97μg/kg、苯并(g,h,i)苝84μg/kg、茚并(1,2,3-cd)芘51μg/kg。

实施例2：

土壤中多环芳烃的测定：

(1)样品处理：样品在某市化工厂周边采集，采集的样品均为深度在15cm以内的表层土壤。将采集的土壤除去石子、植物根茎等杂质，成团土块用木锤打碎，自然风干5d，定时翻转土样，过100目筛，用塑料样品瓶-18℃密封保存。

表1流动相梯度洗脱程序

表2 15种PAHs检测波长程序

测试结果表明：萘185μg/kg、苊115μg/kg、芴201μg/kg、菲241μg/kg、蒽287μg/kg、荧蒽84μg/kg、芘210μg/kg、苯并(a)蒽314μg/kg、屈81μg/kg、苯并(b)荧蒽365μg/kg、苯并(k)荧蒽332μg/kg、苯并(a)芘192μg/kg、二苯并(a,h)蒽397μg/kg、苯并(g,h,i)苝 181μg/kg、茚并(1,2,3-cd)芘139μg/kg。

实施例3：

本发明分析方法的方法学考察

配制浓度为5、10、20、50、100、200μg/L的PAHs混合标准溶液，按规定的条件进样检测，以峰面积为纵坐标，以标准溶液浓度为横坐标绘制标准曲线。线性关系良好，相关系数r2均大于0.998。按本方法测定的结果，以3倍信噪比确定多环芳烃化合物的检出限(S/N＝3)，10倍信噪比确定定量限(S/N＝10)。以不含多环芳烃化合物的土壤作空白基质添加0.010mg/kg混合标准品做添加回收试验，重复测定6次，同时做空白试验。结果表明，添加平均回收率在85.8-95.5％，相对标准偏差(RSD) 为3.5-5.7％，回收率及重现性良好(见表3)。说明本方法具有较好的回收率和精密度，可以满足相关检测要求。

表3多环芳烃化合物线性方程、方法检出限、定量限、平均回收率及精密度

由上表可知，本方法的检出限为0.001-0.005mg/kg，添加回收率在85.8-95.5％，RSD为3.5-5.7％，本方法具有较高的灵敏度和精密度，满足实际样品检测的需要，可以作为常规残留检测方法使用。

对比例1

净化柱替换对比实验

选取了6mL的硅胶小柱与填充柱净化效果进行对比，分2组，每组做3个平行试验样，同时做加标回收试验。样品处理严格按照步骤(3)操作。

硅胶小柱净化方法如下：硅胶小柱用5mL正己烷预洗，倒入3mL残渣溶解液，再用3mL正己烷溶解残渣一次，过柱，不收集。再用5mL二氯甲烷：正己烷(1:1) 洗脱，重复一次，挤干，收集。在35℃氮吹至近干后，用1.0mL流动相溶解，过0.2μm 滤膜，待测。

结果表明，某品牌6mL的硅胶小柱干扰物质较多，样品分析基线分离不理想， 15种PAHs个别色谱峰难以积分，影响定性、定量，回收率达不到30％。

对比例2

提取方法替换对比实验

本试验选择不含多环芳烃污染物的土壤，作加标回收实验与自动索氏提取法进行提取效率比较，每种方法做5次平行测试，以平均值计算回收率。

自动索氏提取法提取土壤中的多环芳烃方法如下：精确称取5g土壤与5g无水硫酸钠均匀混合，这样在除水的同时可以加大萃取溶剂对土壤的提取效率。将样品放入玻璃纤维滤纸筒内，装入自动索氏提取仪，加入丙酮：二氯甲烷(1:1)120mL萃取。提取程序为浸泡：2h、温度80℃；淋洗：30min、温度110℃；吹气4次。蒸馏到最后剩下5mL左右溶剂，用旋转蒸发瓶收集。再加入5mL正己烷清洗溶剂杯，重复一次清洗，全部转移到旋转蒸发瓶中，35℃旋转蒸发至近干后。用2.0mL流动相溶解,过0.2μm滤膜，待测。

结果表明：传统的索氏提取使用时间最长、消耗大量的溶剂及耗材且萃取效果差，15种PAHs回收率都在50％左右。加速溶剂萃取提取效果优于索氏提取，回收率都大于80％，而且提取时间少、减少有机溶剂使用，对环境减少污染。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种测定土壤中15种多环芳烃的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)样品处理：对采集的土壤进行干燥处理；

(2)提取：称取土壤，加入无水硫酸钠，混合均匀后采用加速溶剂萃取，萃取液减压浓缩至近干，加入正已烷漩涡溶解残渣，备用；

(3)净化：在玻璃层析柱中依次加入氧化铝粉、硅胶、无水硫酸钠，层析柱用正己烷预洗，再用二氯甲烷和正已烷混合液洗脱，收集淋洗液，将淋洗液旋转蒸发至近干后，用流动相溶解，过0.2μm滤膜，待测；

(4)标准溶液配置：取0.1mL PAHs混合标准品移至10mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，摇匀，再用流动相定容，配制得到浓度为5、10、20、50、100、200μg/L的PAHs混合标准溶液；

表1流动相梯度洗脱程序

表2 15种PAHs检测波长程序

2.根据权利要求1所述的一种测定土壤中15种多环芳烃的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的加速溶剂萃取，是用丙酮和正己烷作溶剂，温度100℃，静态萃取时间5min，吹扫时间100s，静态萃取偱环次数1次。

3.根据权利要求2所述的一种测定土壤中15种多环芳烃的方法，其特征在于，所述丙酮和正己烷的用量为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种测定土壤中15种多环芳烃的方法，其特征在于，所述的二氯甲烷和正已烷混合液中，二氯甲烷和正已烷的用量为1:1。