氣相色譜測定沉積物中多氯聯苯的樣品處理方法研究

宋喜紅, 宋吉德, 張學超, 李曉敏

(威海市海洋環境監測中心, 山東 威海 264209)

氣相色譜測定沉積物中多氯聯苯的樣品處理方法研究

宋喜紅, 宋吉德, 張學超, 李曉敏

(威海市海洋環境監測中心, 山東 威海 264209)

通過比較密閉微波萃取、超聲波萃取、索氏提取3種方法對沉積物中多氯聯苯(PCBs)提取效率,對比濃硫酸和 Florisil小柱兩種凈化方式的凈化效果, 在實驗基礎上建立了密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)測定沉積物中多氯聯苯的分析方法, 加標質量比為 0.2 ng/g時, 其相對標準偏差(RSD)為2.19%～8.71%, 回收率為77.3%～94.6%, 檢出限為0.027 ～0.064 ng/g。采用該方法對威海灣養殖區沉積物中PCBs進行了監測, 結果表明本方法適用于海洋沉積物樣品中PCBs的測定。

沉積物; 多氯聯苯; 密閉微波萃取; 超聲波萃取; 索氏提取; 濃硫酸凈化; Florisil小柱凈化;氣相色譜(ECD)

多氯聯苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs)是一種典型的持久性有機污染物, 廣泛應用于電力、電磁和液壓設備, 是絕緣油、阻燃劑、導熱劑、液壓油、增塑劑和無碳復寫紙的材料之一。多氯聯苯因理化性質穩定廣泛存在于空氣、水、土壤和食物中。國內外研究表明, 多氯聯苯可被植物和水生生物吸收并通過食物鏈傳遞和富集, 具有較強的親脂性、生物難降解性和高富集性。多氯聯苯進入人體后, 有致毒、致癌性能, 可引起肝損傷和白細胞增加癥, 并可通過母體傳遞給胎兒致使胎兒畸形, 對人類健康危害極大。目前, 多氯聯苯是聯合國環境署致力于消除的12種高毒性化學品之一, 各國已普遍減少使用并停止生產多氯聯苯[1]。

國內外測定環境中多氯聯苯的分析方法有氣相色譜法[2]、氣相色譜/質譜聯用法[3]、氣相色譜/串聯質譜法[4]等, 美國分析土壤中有機氯農藥的EPA8270C[5]、EPA8080A[6]、EPA8081B[7]和EPA 8082A[8]等方法已較為成熟。目前我國海洋沉積物中多氯聯苯的仲裁方法見 GB17378.5-2007[9], 以索氏提取器提取, 佛羅里土層析柱凈化, 微型活性炭層析柱分離, 采用填充色譜柱分離各組分。該方法前處理耗時較多, 層析柱和色譜柱的填充對初學者有很大難度。本文根據現有的實驗儀器, 通過比較密閉微波提取、超聲波提取和索氏提取的效率, Florisil小柱和濃硫酸的凈化效果, 建立了密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)測定的分析方法, 大大縮短了沉積物樣品的前處理時間, 且其準確度和精確度都較好地滿足分析要求。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

正己烷中多氯聯苯標準物質：國家海洋環境監測中心配制, 10組分混和標準樣, 各組分標稱值1.0 mg/L, 4℃冰箱中保存; 標準工作溶液：根據需要,取標準品放至室溫, 以正己烷稀釋至適當濃度, 4℃冰箱中保存; 正己烷：色譜純; 丙酮：色譜純; 濃硫酸：優級純; 無水硫酸鈉：優級純, 600℃灼燒6 h, 冷卻后貯存于干燥器中備用; 銅粉：200目, 純度99.8%。沉積物標準品：近海海洋沉積物成分分析標準物質(GBW07314), 國家海洋局第二海洋研究所制。

1.2 主要儀器和設備

島津 GC2104氣相色譜儀, 附電子捕獲檢測器(ECD)、自動進樣器; 索氏提取儀; 超聲波清洗儀;MARSX微波萃取消解儀(美國 CEM 公司); 臺式離心機(上海安亭科學儀器廠); 旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器廠); 氮吹濃縮儀; SPE固相萃取裝置;Florisil小柱：3 mL。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集與制備

用抓斗式采泥器采集養殖區沉積物表層的樣品,以500 mL磨口廣口瓶裝, 實驗室冰箱冷藏。樣品于白搪瓷盤內攤平, 自然風干, 剔除礫石和顆粒較大的動植物殘骸, 以陶瓷研缽手工研磨后過80目金屬篩, 充分混勻, 裝入棕色玻璃瓶備用。

1.3.2 提取

1.3.2.1 密閉微波萃取

準確稱取沉積物樣品和無水硫酸鈉各5.0 g混勻后置于萃取罐中, 加 25 mL丙酮-正己烷(1 1), 在115 ℃條件下萃取 20 min, 降至室溫, 過濾入裝有0.5 g銅粉的60 mL梨形分液漏斗中, 以5 mL正己烷沖洗萃取罐2次。振搖分液漏斗10 min后靜置, 加入5.0 g無水硫酸鈉, 收集正己烷相于150 mL具塞雞心瓶中, 以5 mL正己烷淋洗2次。

1.3.2.2 超聲波萃取

準確稱取沉積物樣品與無水硫酸鈉各5.0 g混勻,置于具塞三角瓶內, 加 40 mL正己烷-丙酮(1 1)浸泡 12 h, 超聲提取 40 min, 靜置, 將上清液過濾至150 mL梨型分液漏斗中, 以20 mL正己烷重復提取3次, 合并提取液。加入0.5 g銅粉振搖10 min后靜置, 加入5.0 g無水硫酸鈉, 收集正己烷相于150 mL具塞雞心瓶中, 以5 mL正己烷淋洗2次。

1.3.2.3 索氏提取

準確稱取沉積物樣品與無水硫酸鈉各5.0 g混勻,裝入預先用正己烷處理過的圓形濾紙筒內, 放入索氏提取器中, 加80 mL正己烷-丙酮(1 1) 于60 ℃水浴中回流提取 8 h, 冷至室溫。過濾入裝有 0.5 g銅粉的150 mL梨形分液漏斗中, 以5 mL正己烷淋洗2次。振搖分液漏斗10 min后靜置, 加入5.0 g無水硫酸鈉, 收集正己烷相于 150 mL具塞雞心瓶中,以5 mL正己烷淋洗2次。

1.3.3 凈化

1.3.3.1 濃硫酸凈化法

以旋轉蒸發儀將雞心瓶中的提取液濃縮至近干。將雞心瓶中提取液以正己烷轉移至10 mL離心管, 氮吹濃縮至1 mL。加3 mL濃硫酸,振搖1 min, 以3000 r/min轉速離心分層, 取上清液待測。

1.3.3.2 Florisil小柱凈化法

以旋轉蒸發儀將雞心瓶中的提取液濃縮近干。用20 mL正己烷潤濕Florisil小柱, 近干時控制流速每秒一滴, 用3 mL正己烷淋洗雞心瓶2次將提取液入柱, 然后用5 mL正己烷洗脫, 以15 mL離心管收集。收集液以氮吹濃縮至干, 用正己烷定容至 1mL待測。

1.3.4 氣相色譜條件

色譜柱：30QC5/AC5-1.0(SGE), 30 m×0.53 mm×1.0 μm 毛細管柱; 檢測器：電子捕獲檢測器(ECD);進樣口的溫度為280 ℃; ECD檢測器的溫度為300 ℃;色譜柱初始溫度為170 ℃, 保持5 min后以10 ℃/min的速度升至 260 ℃,然后保持 16min, 總運行時間為30 min; 載氣為N2, 純度99.9999%; 流速：恒線速率20.0 cm/s; 進樣方式：無分流進樣, 分流比1 5; 進樣量 1.0 μL。

1.3.5 測定

根據樣品液中多氯聯苯含量情況, 選定峰高相近的標準工作溶液, 分別將標準工作溶液和樣品液進樣, 在上述色譜條件下進行色譜分析, 記錄各組分的峰高, 以標準樣品的保留時間定性, 外標法以峰高定量, 單點校正, 多氯聯苯總量為各組分含量之和。

1.3.6 空白試驗

除不加樣品外, 均按上述測定步驟進行。

2 結果與討論

2.1 色譜圖

多氯聯苯色譜圖見圖1。

圖1 PCBs標準品色譜圖Fig. 1 Chromatogram of PCBs standard sample

2.2 濃硫酸凈化和Florisil小柱凈化回收率的比較

取多氯聯苯標準溶液0.1 mL分別采用濃硫酸和Florisil小柱凈化, 引入GC-ECD定量。相應結果如表1所示。

表1 濃硫酸凈化和Florisil小柱凈化回收率比較(n=5)Tab. 1 Recoveries and relative standard deviation of cleanup using concentrated sulfuric acid and Florisil column (n=5)

表1結果表明, Florisil小柱凈化過程的平均回收率和相對標準偏差皆優于濃硫酸凈化過程。

2.3 3種方法提取效果的比較

取沉積物標準品5.0 g, 加入多氯聯苯標準溶液10.0 μL, 多氯聯苯各組分加標皆為2.0 ng/g, 分別用密閉微波萃取、超聲波萃取和索氏提取 3種方法進行提取, 經 1.3.3.2凈化后以氣相色譜儀定量分析。同時做沉積物標準品加標空白。所得PCBs相應的平均回收率及相對標準偏差結果見表2。

表2結果表明：密閉微波萃取、超聲波萃取、索氏提取3種提取方式對10種組分的平均回收率分別為82.1%～96.2%、71.4%～86.4%、77.4%～98.5%; 相對標準偏差分別為1.09%～5.43%、2.46%～7.19%、1.29%～5.93%。密閉微波萃取效果較好。

相比而言, 密閉微波萃取操作簡單、節省時間、節約溶劑、提取效率高, 特別適宜批量樣品的處理, 因此在實驗中采用密閉微波萃取用于PCBs的提取。

2.4 方法精密度和準確度

通過2.2和 2.3的實驗結果比較, 建立密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)的分析方法。

取沉積物標準品 5.0 g, 加入多氯聯苯標準溶液1.0 μL, 多氯聯苯各組分加標皆為 0.2 ng/g, 按密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)方法分析,平行測定7次, 同時做沉積物標準品加標空白。結果見表3。

表2 不同提取方法回收率及相對標準偏差(n=5)Tab. 2 Recoveries and relative standard deviation of PCBs (n=5)

表3 回收率和相對標準偏差(n=7)Tab. 3 Recoveries and relative standard deviation of PCBs (n=7)

2.5 方法檢出限

按密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)方法, 重復分析 2.4中多氯聯苯各組分的添加質量比為0.2 ng/g的7個沉積物加標樣品, 計算各組分的回收率標準偏差S, 檢出限＝3.36×S。多氯聯苯各組分的檢出限見表4。

2.6 實際樣品分析

采用密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)的分析方法對威海灣海養殖區5個站位沉積物樣品進行分析, 結果見表5。

表5 威海灣海區沉積物中PCBs測定結果Tab. 5 Results of PCBs in sediments in Weihai Bay

3 結論

(1)分別采用密閉微波萃取、超聲波萃取、索氏提取3種方法提取沉積物中的PCBs, 結果表明三者提取效果相差不大, 相比較而言, 密閉微波萃取花費時間最短、溶劑用量最少, 自動化程度高, 在實驗中采用密閉微波萃取提取沉積物中的PCBs是3種方法中最好的。

(2)分別以濃硫酸和Florisil小柱對提取液進行凈化, 結果表明Florisil小柱凈化的回收率優于濃硫酸凈化。

(3)采用密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)法測定海洋沉積物中的 PCBs, 方法操作簡單, 萃取效率高, 大幅度縮短了每批樣品分析周期,消耗萃取溶劑少, 減少了對環境的二次污染, 可滿足海洋沉積物樣品中PCBs的測定。

[1]聯合國環境規劃署. 環境署倡導消除持久性有機污染物多氯聯苯[R]. 日內瓦：聯合國環境規劃署,2004.

[2]周傳光, 徐恒振, 馬永安, 等. 毛細管 GC-ECD測定環境樣品中的PCBs[J]. 海洋環境科學, 2000, 19(4)：57-61.

[3]Louter A J H, van Beekvelt C A.Montanes P C ,et al.Analysis of microcontaminants in aqueous samples by fully automated on-line solid-phase extraction-gas chromatography-mass selective detection [J]. Journal of Chromatography A, 1996, 725：67-83.

[4]張景明, 胡冠九, 周春宏, 等. 多氯聯苯的氣相色譜/質譜/質譜(GC/MS/MS)法測定[J]. 中國環境監測,2003, 19(3)：5-8.

[5]EPA8270C, Semivolatile Organic Compounds by Gas Chromatography / Mass Spectrometry (GC-MS)[S].

[6]EPA8080A, Organochlorine Pesticides and Polychlorinated Biphenyls by Gas Chromatography[S].

[7]EPA8081B, Organochlorine Pesticides by Gas Chromatography[S].

[8]EPA8082A, Polychlorinated Biphenyls (PCBs) by Gas Chromatography[S].

[9]GB17378.5－2007,海洋監測規范 第 5部分：沉積物分析 [S].

Research of the method treatment for determination of PCBs in sediment by GC

SONG Xi-hong, SONG Ji-de, ZHANG Xue-chao, LI Xiao-min
(Ocean Environment Monitoring Center of Weihai, Weihai 264209, China)

Jun. ,10, 2009

Sediment; PCBs; Microware extraction; Ultrasonic extraction; Soxhlet extraction; Concentrated sulfuric acid cleanup; Florisil column cleanup; GC(ECD)

The sediment of ocean was extracted respectively by microware extraction , ultrasonic extraction and Soxhlet extraction, and the extracted were purified through Florisil column or concentrated sulfuric acid cleanup.The recovery and precision experiment were both conducted to compare the three extractions and the two cleanup methods. A method for the determination of PCBs in sediment of ocean has been developed, which was extracted with microwave extraction and Florisil column cleanup, and the detection could be achieved by gas chromatography with electron-capture detection(ECD). The results showed that with this method satisfactory recoveries 77.3%～94.6%, relative standard deviation(RSD)2.19%～8.71% and detection limits 0.027～0.064 ng/g could be obtained. It was confirmed that the method could be used in sediment by the determination of PCBs in Weihai Bay.

X830.2

A

1000-3096(2010)02-0040-05

2009-06-10;

2009-12-01

宋喜紅(1974-), 女, 山東威海人, 碩士研究生, 工程師,主要從事環境監測,E-mail：sxh0631@126.com ,電話 ：13561815522,0631-5663228

張培新)