CN113820440A - 一种基于tg-5silms快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法 - Google Patents

一种基于tg-5silms快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法 Download PDF

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CN113820440A CN202110826610.7A CN202110826610A CN113820440A CN 113820440 A CN113820440 A CN 113820440A CN 202110826610 A CN202110826610 A CN 202110826610A CN 113820440 A CN113820440 A CN 113820440A
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Abstract

本发明公开了一种基于TG‑5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，本发明对土壤中的多环芳烃采用加压流体萃取提取，根据样品基质干扰情况选择合适的净化方法(铜箔脱硫、商品化硅酸镁小柱)对提取液净化、浓缩、定容，经气相色谱分离、质谱监测。通过与标准物质质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其丰度比较进行定性，内标法定量；本发明适用于土壤16种多环芳烃的测定，目标物包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、

Description

一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃 的分析方法
技术领域
本发明涉及土壤分析领域，具体涉及一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的 分析方法。
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。
目前，土壤环境中多环芳烃的分析过程主要包括提取、层析净化、高效液相色谱测定三个过程。由于 土壤样品复杂，多环芳烃属于微量污染物，从土壤样品中提取多环芳烃成为分析的难点和重点。常用的提 取方法主要有索氏提取、加速溶剂提取、超临界流体萃取、固相萃取等方法。其中索氏提取是经典的有机 物提取方法，具体操作是把土壤置于索氏提取器中，用有机溶剂提取18-24小时，提取的效率较高，但存 在着操作复杂、萃取溶剂用量大、耗时长等问题；加速溶剂提取提高了污染物的提取效率，但是设备昂贵， 一次性投资大，应用较少。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤 中多环芳烃的分析方法，包括以下步骤：
S1、准备实验试剂、材料以及实验仪器设备；
S2、采集、保存土壤样品；
S3、制备土壤样品；
S4、对土壤中的多环芳烃采用加压流体萃取提取，根据样品基质干扰情况选择合适的净化方法制备提 取液；
S5、对提取液浓缩、脱硫、净化、定容；
S6、使提取液经气相色谱分离、质谱监测；通过与标准物质质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其 丰度比较进行定性，内标法定量。
优选地，步骤S1中的实验试剂、材料包括：正己烷、二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷混合溶剂、铜箔、 多环芳烃标准贮备液、多环芳烃标准中间液、内标贮备液、内标中间液、替代物贮备液、替代物中间液、 十氟三苯基膦、干燥剂、硅酸镁净化小柱、石英砂、载气。
优选地，步骤S1中的实验仪器设备包括：气相色谱/质谱仪、色谱柱、提取装置、浓缩装置、真空冷 冻干燥仪、固相萃取装置。
优选地，步骤S2中土壤样品按照《土壤环境检测技术规范》的相关要求采集和保存：即样品置于洁 净的磨口棕色玻璃瓶中保存；运输过程中密封、避光、4℃以下冷藏；若不能及时分析，应于4℃以下冷藏、 避光、密封保存，保存时间为10天。
优选地，步骤S3样品的制备包括以下步骤：将所采土壤样品置于搪瓷或玻璃托盘中，除去枝棒、叶 片、石子等异物，充分混匀；在精确至0.01g的条件下称取20.00g新鲜样品，采用真空冷冻干燥仪进行脱 水，将冷冻后的样品与粒状硅藻土进行充分研磨成细粉状。
优选地，步骤S4加压流体萃取提取具体包括以下步骤：用正己烷-二氯甲烷混合溶剂作为萃取溶剂进 行加压流体萃取，其中：(1)载气压力0.8Mpa，(2)加热温度：100℃，(3)萃取池压力：1200psi～ 2000psi，(5)预加热平衡：5min，(6)溶剂淋洗体积，60％池体积，(7)氮气吹扫时间60s，(8)静 态萃取次数：2次；(9)通过在萃取溶液接受瓶里加无水硫酸钠除水，收集液待浓缩。
优选地，步骤S5浓缩包括：氮吹浓缩、旋转蒸发浓缩。
优选地，步骤S5脱硫包括：通过在萃取溶液接受瓶里加铜箔除硫。
优选地，步骤S5净化包括：
S5.1、经过商品化硅酸镁净化小柱净化，先用10ml二氯甲烷，再用15ml正己烷淋洗净化柱，上样， 用20ml1+1的正己烷和二氯甲烷洗脱，收集全部洗脱液，待再次浓缩；
S5.2、净化后的试液经再次浓缩后，加入适量内标中间液，并定容至1ml，混匀后转移至2ml样品瓶 中，待测。
优选地，步骤S6具体包括以下步骤：
S6.1、质谱性能检查：
每次分析前，进行质谱自动调谐，再将气相色谱和质谱仪设定至分析方法要求的仪器条件，并处于待 机状态，通过气相色谱进样口直接注入1μl十氟三苯基膦，得到十氟三苯基膦质谱图，其质量碎片的离子 丰度应全部符合要求，否则须清洗质谱仪离子源；
S6.2、校准曲线的绘制：
根据被测样品的浓度及仪器灵敏度确定合适的标准系列浓度范围配置，制成6个不同浓度的标准系列； 将其按其浓度由低到高的顺序依次进样分析，以目标化合物浓度和内标化合物浓度比值为横坐标，以目标 化合物定量离子响应值和内标化合物定量离子响应值的比值，与内标化合物质量浓度的乘积为纵坐标，绘 制标准曲线；
S6.3、试样的测定：
将待测的试样按照与绘制校准曲线相同的仪器分析条件进行测定；
S6.4、空白实验：
用石英砂代替实际样品，按照与试样的制备相同步骤制备空白试样；将空白实验按照与试样的测定相 同的仪器分析条件进行空白试样的测定；
S6.5、平均相对响应因子
Figure BDA0003173993680000031
的计算：
1)标准系列第i点中目标化合物的相对响应因子(RRFi)，按照公式(1)计算：
Figure BDA0003173993680000032
式中：RRFii为标准系列中第i点目标化合物的相对相应因子；
Ai为标准系列中第i点目标化合物定量离子的响应值；
AISi为标准系列中第i点与目标化合物相对应内标定量离子的响应值；
ρISi为标准系列中内标物的质量浓度，μg/ml；
ρi为标准系列中第i点目标化合物的质量浓度，μg/ml；
2)标准曲线中目标化合物的平均相对响应因子
Figure BDA0003173993680000033
按照公式(2)计算：
Figure BDA0003173993680000034
式中：
Figure BDA0003173993680000035
为校准曲线中目标化合物的平均相对相应因子；
RRFi为标准系列中第i点目标化合物的相对相应因子；
n为标准系列点数；
S6.6、土壤样品的结果计算
土壤样品中的目标化合物含量ω(mg/kg)，按照公式(3)计算：
Figure BDA0003173993680000036
式中：ω为-样品中的目标物含量，mg/kg；
Ax为试样中目标化合物定量离子的峰面积；
AIS为试样中内标化合物定量离子的峰面积；
ρIS为试样中内标的浓度，μg/ml。
Figure BDA0003173993680000041
为校准曲线中目标化合物的平均相对相应因子；
Vx为试样的定容体积，ml；
m为样品的称取量，g。
Wdm为样品干物质含量，％。
采用以上方案后，本发明具有如下优点：本说明提供了一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析 土壤多环芳烃的快速分析方法，对土壤中的多环芳烃采用加压流体萃取提取，根据样品基质干扰情况选择 合适的净化方法(铜箔脱硫、商品化硅酸镁小柱)对提取液净化、浓缩、定容，经气相色谱分离、质谱监 测。通过与标准物质质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其丰度比较进行定性，内标法定量；本发明适 用于土壤16种多环芳烃的测定，目标物包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、
Figure BDA0003173993680000042
苯并(b)荧蒽、苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并(g,h,i)苝和茚并(1,2,3-c,d)芘。
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，下面将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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，包括以下步骤：
S1、准备实验试剂、材料以及实验仪器设备；
其中：实验试剂、材料包括：
(1)正己烷：农残级
(2)二氯甲烷：农残级
(3)正己烷-二氯甲烷混合溶剂：用正己烷和二氯甲烷按1:1体积比混合所得铜箔
(4)铜箔：纯度为99.5％
(5)多环芳烃标准贮备液：ρ＝1000mg/L～5000mg/L
(6)多环芳烃标准中间液：ρ＝200mg/L～500mg/L，用正己烷-二氯甲烷混合溶剂稀释多环芳烃标准 贮备液所得；
(7)内标贮备液：ρ＝1000mg/L～5000mg/L，包括萘-d8、苊-d10、菲-d10、
Figure BDA0003173993680000043
-d12、和苝-d12
(8)内标中间液：ρ＝200mg/L～500mg/L，用正己烷-二氯甲烷混合溶剂稀释内标贮备液所得
(9)替代物贮备液：ρ＝1000mg/L～5000mg/L，包括2-氟联苯和对三联苯-d14或其他氘带多环芳烃 做替代物
(10)替代物中间液：ρ＝200mg/L～500mg/L，用正己烷-二氯甲烷混合溶剂稀释替代物贮备液
(11)十氟三苯基膦(DFTPP)：ρ＝50mg/L
(12)干燥剂：分析纯无水硫酸钠(Na2SO4)和粒状硅藻土；置于马弗炉中400℃烘4h，冷却后装 入磨口玻璃瓶中密封，于干燥器中保存
(13)硅酸镁净化小柱：商品化小柱，1000mg/6ml
(14)石英砂：150μm～830μm；置于马弗炉中400℃烘4h，冷却后装入磨口玻璃瓶中密封保存
(15)载气：高纯氦气，纯度为99.999％以上另外除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析 纯试剂。实验用水为新制备的超纯水或蒸馏水。
实验仪器设备包括：
(1)气相色谱/质谱仪：
(2)色谱柱：毛细管色谱柱TG-5SILMS
(3)浓缩装置：加压流体萃取仪
(4)铜箔：旋转蒸发仪、氮吹仪
(5)真空冷冻干燥仪：空载真空度达13Pa以下
(6)固相萃取装置：
S2、采集、保存土壤样品；
即样品置于洁净的磨口棕色玻璃瓶中保存；运输过程中密封、避光、4℃以下冷藏；若不能及时分析， 应于4℃以下冷藏、避光、密封保存，保存时间为10天。
S3、制备土壤样品；
将所采土壤样品置于搪瓷或玻璃托盘中，除去枝棒、叶片、石子等异物，充分混匀；在精确至0.01g 的条件下称取20.00g新鲜样品，采用真空冷冻干燥仪进行脱水，将冷冻后的样品与粒状硅藻土进行充分研 磨成细粉状。
S4、对土壤中的多环芳烃采用加压流体萃取提取，根据样品基质干扰情况选择合适的净化方法制备提 取液；
加压流体萃取提取中需要：(1)载气压力0.8Mpa，(2)加热温度：100℃，(3)萃取池压力：1200psi～ 2000psi，(5)预加热平衡：5min，(6)溶剂淋洗体积，60％池体积，(7)氮气吹扫时间60s，(8)静 态萃取次数：2次；(9)通过在萃取溶液接受瓶里加无水硫酸钠除水，收集液待浓缩。
S5、对提取液浓缩：氮吹浓缩、旋转蒸发浓缩；
脱硫：通过在萃取溶液接受瓶里加铜箔除硫；
净化：S5.1、经过商品化硅酸镁净化小柱净化，先用10ml二氯甲烷，再用15ml正己烷淋洗净化柱， 上样，用20ml1+1的正己烷和二氯甲烷洗脱，收集全部洗脱液，待再次浓缩；
S5.2、净化后的试液经再次浓缩后，加入适量内标中间液，并定容至1ml，混匀后转移至2ml样品瓶 中，待测；
S6、使提取液经气相色谱分离、质谱监测；通过与标准物质质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其 丰度比较进行定性，内标法定量。
具体包括以下步骤：
S6.1、质谱性能检查：
每次分析前，进行质谱自动调谐，再将气相色谱和质谱仪设定至分析方法要求的仪器条件，并处于待 机状态，通过气相色谱进样口直接注入1μl十氟三苯基膦，得到十氟三苯基膦质谱图，其质量碎片的离子 丰度应全部符合下表要求，否则须清洗质谱仪离子源；
表1 十氟三苯基膦(DETPP)关键离子及离子丰度评价
Figure BDA0003173993680000061
S6.2、校准曲线的绘制：
根据被测样品的浓度及仪器灵敏度确定合适的标准系列浓度范围配置，制成6个不同浓度的标准系列； 将其按其浓度由低到高的顺序依次进样分析，以目标化合物浓度和内标化合物浓度比值为横坐标，以目标 化合物定量离子响应值和内标化合物定量离子响应值的比值，与内标化合物质量浓度的乘积为纵坐标，绘 制标准曲线；
S6.3、试样的测定：
将待测的试样按照与绘制校准曲线相同的仪器分析条件进行测定；
S6.4、空白实验：
用石英砂代替实际样品，按照与试样的制备相同步骤制备空白试样；将空白实验按照与试样的测定相 同的仪器分析条件进行空白试样的测定；
S6.5、平均相对响应因子
Figure BDA0003173993680000062
的计算：
1)标准系列第i点中目标化合物的相对响应因子(RRFi)，按照公式(1)计算：
Figure BDA0003173993680000063
式中：RRFii为标准系列中第i点目标化合物的相对相应因子；
Ai为标准系列中第i点目标化合物定量离子的响应值；
AISi为标准系列中第i点与目标化合物相对应内标定量离子的响应值；
ρISi为标准系列中内标物的质量浓度，μg/ml；
ρi为标准系列中第i点目标化合物的质量浓度，μg/ml；
2)标准曲线中目标化合物的平均相对响应因子
Figure BDA0003173993680000071
按照公式(2)计算：
Figure BDA0003173993680000072
式中：
Figure BDA0003173993680000073
为校准曲线中目标化合物的平均相对相应因子；
RRFi为标准系列中第i点目标化合物的相对相应因子；
n为标准系列点数；
S6.6、土壤样品的结果计算
土壤样品中的目标化合物含量ω(mg/kg)，按照公式(3)计算：
Figure BDA0003173993680000074
式中：ω为-样品中的目标物含量，mg/kg；
Ax为试样中目标化合物定量离子的峰面积；
AIS为试样中内标化合物定量离子的峰面积；
ρIS为试样中内标的浓度，μg/ml。
Figure BDA0003173993680000075
为校准曲线中目标化合物的平均相对相应因子；
Vx为试样的定容体积，ml；
m为样品的称取量，g。
Wdm为样品干物质含量，％。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，如果本领域的普通技术人员受其启示， 在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属 于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备实验试剂、材料以及实验仪器设备；
S2、采集、保存土壤样品；
S3、制备土壤样品；
S4、对土壤中的多环芳烃采用加压流体萃取提取，根据样品基质干扰情况选择合适的净化方法制备提取液；
S5、对提取液浓缩、脱硫、净化、定容；
S6、使提取液经气相色谱分离、质谱监测；通过与标准物质质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其丰度比较进行定性，内标法定量。
2.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S1中的实验试剂、材料包括：正己烷、二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷混合溶剂、铜箔、多环芳烃标准贮备液、多环芳烃标准中间液、内标贮备液、内标中间液、替代物贮备液、替代物中间液、十氟三苯基膦、干燥剂、硅酸镁净化小柱、石英砂、载气。
3.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S1中的实验仪器设备包括：气相色谱/质谱仪、色谱柱、提取装置、浓缩装置、真空冷冻干燥仪、固相萃取装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S2中土壤样品按照《土壤环境检测技术规范》的相关要求采集和保存：即样品置于洁净的磨口棕色玻璃瓶中保存；运输过程中密封、避光、4℃以下冷藏；若不能及时分析，应于4℃以下冷藏、避光、密封保存，保存时间为10天。
5.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S3样品的制备包括以下步骤：将所采土壤样品置于搪瓷或玻璃托盘中，除去枝棒、叶片、石子等异物，充分混匀；在精确至0.01g的条件下称取20.00g新鲜样品，采用真空冷冻干燥仪进行脱水，将冷冻后的样品与粒状硅藻土进行充分研磨成细粉状。
6.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S4加压流体萃取提取具体包括以下步骤：用正己烷-二氯甲烷混合溶剂作为萃取溶剂进行加压流体萃取，其中,：(1)载气压力0.8Mpa，(2)加热温度：100℃，(3)萃取池压力：1200psi～2000psi，(5)预加热平衡：5min，(6)溶剂淋洗体积，60％池体积，(7)氮气吹扫时间60s，(8)静态萃取次数：2次；(9)通过在萃取溶液接受瓶里加无水硫酸钠除水，收集液待浓缩。
7.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S5浓缩包括：氮吹浓缩、旋转蒸发浓缩。
8.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S5脱硫包括：通过在萃取溶液接受瓶里加铜箔除硫。
9.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S5净化包括：
S5.1、经过商品化硅酸镁净化小柱净化，先用10ml二氯甲烷，再用15ml正己烷淋洗净化柱，上样，用20ml1+1的正己烷和二氯甲烷洗脱，收集全部洗脱液，待再次浓缩；
S5.2、净化后的试液经再次浓缩后，加入适量内标中间液，并定容至1ml，混匀后转移至2ml样品瓶中，待测。
10.根据权利要求1所述的一种基于TG-5SILMS快速分析色谱柱的分析土壤中多环芳烃的分析方法，其特征在于，步骤S6具体包括以下步骤：
S6.1、质谱性能检查：
每次分析前，进行质谱自动调谐，再将气相色谱和质谱仪设定至分析方法要求的仪器条件，并处于待机状态，通过气相色谱进样口直接注入1μl十氟三苯基膦，得到十氟三苯基膦质谱图，其质量碎片的离子丰度应全部符合要求，否则须清洗质谱仪离子源；
S6.2、校准曲线的绘制：
根据被测样品的浓度及仪器灵敏度确定合适的标准系列浓度范围配置，制成6个不同浓度的标准系列；将其按其浓度由低到高的顺序依次进样分析，以目标化合物浓度和内标化合物浓度比值为横坐标，以目标化合物定量离子响应值和内标化合物定量离子响应值的比值，与内标化合物质量浓度的乘积为纵坐标，绘制标准曲线；
S6.3、试样的测定：
将待测的试样按照与绘制校准曲线相同的仪器分析条件进行测定；
S6.4、空白实验：
用石英砂代替实际样品，按照与试样的制备相同步骤制备空白试样；将空白实验按照与试样的测定相同的仪器分析条件进行空白试样的测定；
S6.5、平均相对响应因子
Figure FDA0003173993670000021
的计算：
1)标准系列第i点中目标化合物的相对响应因子(RRFi)，按照公式(1)计算：
Figure FDA0003173993670000022
式中：RRFii为标准系列中第i点目标化合物的相对相应因子；
Ai为标准系列中第i点目标化合物定量离子的响应值；
AISi为标准系列中第i点与目标化合物相对应内标定量离子的响应值；
ρISi为标准系列中内标物的质量浓度，μg/ml；
ρi为标准系列中第i点目标化合物的质量浓度，μg/ml；
2)标准曲线中目标化合物的平均相对响应因子
Figure FDA0003173993670000031
按照公式(2)计算：
Figure FDA0003173993670000032
式中：
Figure FDA0003173993670000033
为校准曲线中目标化合物的平均相对相应因子；
RRFi为标准系列中第i点目标化合物的相对相应因子；
n为标准系列点数；
S6.6、土壤样品的结果计算
土壤样品中的目标化合物含量ω(mg/kg)，按照公式(3)计算：
Figure FDA0003173993670000034
式中：ω为-样品中的目标物含量，mg/kg；
Ax为试样中目标化合物定量离子的峰面积；
AIS为试样中内标化合物定量离子的峰面积；
ρIS为试样中内标的浓度，μg/ml。
Figure FDA0003173993670000035
为校准曲线中目标化合物的平均相对相应因子；
Vx为试样的定容体积，ml；
m为样品的称取量，g。
Wdm为样品干物质含量，％。
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