土壤中二苯醚類殘留物質的前處理方法研究

楊知 張占恩++張峰++仇棟梁++許佩

摘要：為了建立一種簡單便捷的處理土壤中二苯醚類物質殘留的的前處理方法，對比研究了超聲萃取、索氏提取、分散固相萃取以及加速溶劑萃取（ASE）4種前處理方法的試驗條件，最終建立了樣品加入0.1%乙酸的乙腈提取、50 mg C18凈化的分散固相萃取進行樣品預處理、GC-MS氣相色譜質譜法測定的方法。在添加濃度為50、200 μg/kg 下，空白土壤的加標回收率為76%～111%，相對標準偏差在4.6%～11.8%，方法檢出限為3.5～10.5 μg/kg，可以滿足對殘留分析的要求。

關鍵詞：前處理方法；GC-MS；二苯醚類；污染土壤；殘留分析；除草劑殘留

中圖分類號： X592；TQ450.2+63文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0457-04

收稿日期：2016-09-30

基金項目：江蘇省企業研究生工作站項目。

作者簡介：楊知（1990—），女，江蘇宿遷人，碩士研究生，研究方向為環境監測。E-mail：yangzhixiaoganlu@163.com。

通信作者：張占恩。E-mail：zhanenzhang@126.com。

二苯醚類除草劑可以防治雜草幼芽，其殘留會導致土壤和地下水的污染，一些殘留含量高的地區的土壤很難被重復利用[1]。目前，對塑料、食品包裝中二苯醚類物質測定方法有相關的研究報道[2-3]，對于土壤中二苯醚類物質的標準檢測方法還未建立，相關的檢測方法研究也較少[4]。因此，建立一種簡單便捷的檢測土壤中二苯醚類物質的方法具有非常實際的應用價值。

本試驗對比研究超聲萃取、索氏提取、分散固相萃取以及加速溶劑萃取（ASE）這4種前處理方法對土壤中5種二苯醚類物質進行處理，優化試驗條件，最終對比后確立的前處理方法擁有簡便快捷、易操作的優勢，有較高的回收率和重復性，適用于土壤中二苯醚類物質的測定。

1材料與方法

1.1儀器與試劑

試驗儀器主要有島津氣相色譜質譜聯用儀2010Ultra（Shimadzu公司）、N-EVAP-12氮吹儀（美國Organomation公司）、HY-5回旋振蕩器（江蘇蘇州威爾實驗用品有限公司）、HWS-28電熱恒溫水浴鍋（上海齊欣科學儀器有限公司）、ASE-200型加速溶劑萃取儀（美國DIONEX公司）、索氏抽提器、TGL-10B高速臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）、KQ-3200E超聲清洗器（江蘇昆山市超聲儀器公司）。

試驗試劑主要有二苯醚類標準品乙氧氟草醚（oxyfluorfen）、除草醚（nithophen）、甲羧除草醚（bifenox）、二苯醚（diphenyl）、十二烷基二苯醚（dodecylether）（上海ANPEL科學儀器有限公司）、正己烷（n-hexane）、丙酮（acetone）、二氯甲烷（dichloromethane）（色譜級，上海Welch Materials有限公司）、四氯乙烯（ethylene tetrachloride）、三氯甲烷（trichloromethane）、四氯化碳（carbon tetrachloride）、氯苯（chlorobenzol），均為分析純。氟羅里硅藻土（Florisil，60～100目，農殘級）、N-丙基乙二胺吸附劑（上海ANPEL科學儀器有限公司）、HC-C18（40～60 μm，上海ANPEL科學儀器有限公司）、中性氧化鋁（450 ℃灼燒5 h，用前加5%水脫活）、無水硫酸鈉（分析純）、乙腈（Acetonitrile）（國藥集團化學試劑有限公司）、冰乙酸（Acetic Acid）（江蘇昆山金城試劑有限公司）、0.45 μm 有機濾膜。

1.2色譜-質譜分析測定條件

色譜測定條件：進樣口溫度280 ℃，接口溫度280 ℃，離子源溫度200 ℃；進樣方式：不分流進樣。升溫程序為：初始溫度40 ℃保持2 min，以10 ℃/min升至120 ℃保持1 min；再以25 ℃/min升至250 ℃保持2 min；最終以10 ℃/min升至290 ℃保持5 min；載氣流量1.0 mL/min。

質譜測定條件：電子能量70 eV；離子化方式為電子轟擊電離（EI）；定性分析為SCAN掃描方式，掃描范圍為m/z 35～550；定量采用選擇離子（SIM）方式，為質譜檢測方式，表1為質譜參數表。

1.3土壤樣品的采集與制備

實際土壤樣品采自江蘇蘇州某廢棄化工廠污染土壤，用土壤采集器采集廢棄化工廠的受污染的土壤樣品，裝入采集管中密封，貼好標簽，進行低溫貯存備用。

空白土壤樣品采自蘇州某未檢測出二苯醚類目標物質的地區，土壤攤開于白紙上自然晾干，去除石塊等異物，在研缽中碾至細致粉末后，備用。

1.4標準儲備液配制

準確稱取各種二苯醚類標準品純品，根據物質溶解特性與實際操作的需要，選取正己烷進行溶解，配制成5種單標。分別移取一定量上述5種單標，根據各種二苯醚類標準品在混合標準溶液里的濃度，配制成10 mg/L的混合標準溶液，于-4 ℃冰箱中保存備用。

1.5試驗方法

1.5.1超聲萃取

準確稱取10 g土壤樣品、20 g無水硫酸鈉，研磨后放于250 mL玻璃萃取容器中，加入40 mL的體積比為V正己烷 ∶[KG-*3]V二氯甲烷=1 ∶[KG-*3]1的萃取劑（以下統稱為混合萃取劑），超聲萃取20 min，過濾溶液進行KD濃縮至 1 mL，GC-MS 上樣。

1.5.2索氏提取

準確稱取10 g土壤樣品用濾紙包好，放入提取器中，用140 mL混合萃取劑在80 ℃恒溫水浴鍋中提取3.5 h。最后溶劑進行KD濃縮至1 mL，GC-MS上樣。

1.5.3ASE

準確稱取5 g土壤樣品與40 g無水硫酸鈉在研缽中磨細，裝入33 mL不銹鋼的萃取池中，設定壓強為 10.3 MPa，溫度140 ℃，用混合萃取劑靜態提取5 min，萃取的循環次數為2次，將沖洗后萃取液濃縮至1 mL，GC-MS上樣。

1.5.4分散固相萃取

（1）樣品的提取：稱取土壤樣品5 g置于50 mL的離心管當中，加入10 mL乙腈和0.1 mL乙酸（1%的乙酸），加入2 g氯化鈉，回旋振蕩10 min，5 000 r/min 離心10 min。

（2）樣品的凈化：吸出離心管上層清液轉移到另外50 mL離心管當中，加入50 mg的C18和150 mg的無水硫酸鎂、1 g無水硫酸鈉，回旋振蕩10 min，5 000 r/min離心10 min。取離心后上清液過0.45 μm的有機濾膜后轉入KD管濃縮后用正己烷復溶為1 mL上樣分析。

2結果與分析

2.1超聲萃取、索氏提取、ASE的提取劑選擇

根據相似相溶原理，提取劑的性質要能夠和二苯醚類除草劑性質相近。二苯醚類除草劑為中等偏弱的極性物質，丙酮、二氯甲烷極性比正己烷大[5]，組合溶劑V正己烷 ∶[KG-*3]V二氯甲烷=1 ∶[KG-*3]1、V丙酮 ∶[KG-*3]V正己烷=1 ∶[KG-*3]1、V丙酮 ∶[KG-*3]V二氯甲烷=1 ∶[KG-*3]1的極性依次增強，按照“1.5.2”節的索氏提取法對3種混合溶劑進行回收率的比較，結果見圖1，體積比V正己烷 ∶[KG-*3]V二氯甲烷=1 ∶[KG-*3]1時的回收率最高。由于丙酮與正己烷的組合更適合同時具有極性和非極性物質的樣品提取，而5種二苯醚物質的極性相近，因此適合選取V正己烷 ∶[KG-*3]V二氯甲烷=1 ∶[KG-*3]1為提取劑。

2.2提取劑體積選擇

2.2.1超聲萃取的提取劑體積選擇

試驗考察了以混合萃取劑體積為40、50、60、70 mL時超聲萃取的效果，結果見圖2，隨著體積的增加，回收率的增加不明顯，為了降低溶劑的用量，選擇40 mL作為超聲萃取的體積。

2.2.2索氏提取的提取劑體積選擇

試驗考察了混合萃取劑體積為80、100、120、140、160 mL下索氏提取的效果，結果見圖3，隨著提取劑體積增加，回收率逐漸上升，在140 mL之后有下降的趨勢，原因是溶劑體積越大，目標物質的KD濃縮時間就越長，其中二苯醚類物質易揮發容易損失[6]，回收率下降，因此選取140 mL為索氏提取的提取劑體積。

2.2.1ASE提取劑體積選擇

由于ASE在提取過程中有溶劑清洗的過程，清洗的體積約為3.3 mL（設置占萃取池體積10%），整個過程的萃取溶劑體積為70 mL左右[7]。

2.3提取時間的選擇

2.3.1超聲萃取的提取時間選擇

試驗設置超聲提取的時間為20、30、40 min，結果顯示回收率之間差異較小，為了節省時間，選取20 min為超聲萃取的時間條件。

2.3.2索氏提取的提取時間選擇

試驗考察了提取時間為3.0、3.5、4.0、4.5 h的索氏提取效果，結果如圖4所示，隨著時間的延長回收率有一定的增長，3.5 h之后回收率的增長并不明顯，由于索氏提取本就耗時較長[8]，以省時的原則選擇了3.5 h作為索氏提取的時間條件。

2.3.3ASE的提取時間選擇

靜態萃取的時間越長，萃取物向溶劑擴散的效果越強。可以通過設置循環次數來增加靜態萃取的次數，馮潔等選擇靜態萃取時間為5 min[9]。本研究考

[FK（W12][TPYZ44.tif]

察了循環次數為2次，靜態萃取時間分別為5、10 min的情況，獲得萃取的回收率差別不大，考慮到試驗的時間，選擇 5 min 為ASE靜態萃取的時間。

2.4ASE的提取溫度選擇

由于ASE中溫度也是影響提取效果的一個重要因素，試驗考察了溫度條件為80、100、120、140、160 ℃下的ASE提取效率，結果見圖5。隨著溫度的不斷升高，回收率不斷增加，在140 ℃之后，溫度升高回收率反而下降，主要原因是ASE的高溫條件雖然可以提高萃取效率，但是過高溫度也會造成二苯醚類物質的分解或揮發[10]，回收率下降，因此選取ASE的萃取溫度為140 ℃。

[TPYZ55.tif]

2.5分散固相萃取條件

2.5.1提取劑的物質選擇和體積

溶劑的選擇是分散固相萃取中重要的一部分。選取體積為10 mL的乙腈、正己烷和加入1%乙酸的乙腈作為提取劑，回收率如圖6所示，加入1%乙酸的乙腈的回收率最高。乙腈作為一種強極性的物質，對土壤中含有的色素和油脂類的雜質提取量很小，有利于分離雜質并提取目標物質[11-12]，加入冰乙酸后創造了弱酸的環境，更容易使二苯醚類物質溶解在乙腈中，所以選用加入1%乙酸的乙腈作為分散固相萃取的提取溶劑。

選取3、5、10、15 mL的加入1%乙酸的乙腈的回收率如圖7所示，隨著提取劑使用量的增大，提取效率上升，10 mL 之后有所下降，由于乙腈體積越大，濃縮時間越長，二苯醚類物質會有所損失[13]，為了保障回收率降低提取劑的使用量，最終選擇10 mL作為分散固相萃取的試驗體積。

2.5.2吸附劑的種類和體積

吸附劑的選擇要盡量使基質當中的雜質被吸附，還要保證目標物質的吸附率低。試驗對比[CM（25]了中性氧化鋁、C18、N-丙基乙二胺吸附（PSA）、60～100目的氟羅里硅藻土這4種吸附劑的吸附效果，如圖8所示，C18對目標物質二苯醚類的吸附率最低。這是由于C18是吸附一些非極性的雜質的，所以對于目標物質的吸附率較低。然而PSA在去除一些糖類、脂肪酸和金屬離子的同時還會吸附極性的基質雜質，所以對二苯醚類的中等極性物質具有比較高的吸附性[14]，不適合作為吸附劑。綜上所述，選用C18作為分散固相萃取的吸附劑。

選取C18的量為30、50、120、200 mg進行對比，不同體積的回收率基本在62.0%～117.3%，沒有明顯差別，考慮到節約用量和試驗效果，選擇50 mg的C18的量作為分散固相萃取的吸附劑量。

[FK（W12][TPYZ88.tif]

2.6不同前處理方法的比較

本研究先對4種方法進行各自條件的優化，之后選出每種方法的最優條件進行前處理方法間的對比。在每組空白土壤中均添加50 μg/kg的配置好的混標溶液0.1 mL，比較4種前處理方法在最佳條件下進行空白試驗的回收率R和重復性RSD。

由表2可得，超聲提取的回收率最低，RSD較大，重復性相對較差。索氏提取的回收率與分散固相萃取的回收率相當，但是由于索氏提取耗時較久，溶劑使用量較大，不適用于實際操作，ASE雖然提取效率高，重復性也好，但與分散固相萃取的處理方法相比更復雜，溶劑使用量也大，因此選擇分散固相萃取法。

2.7方法的回收率、精密度、檢出限以及實際樣品分析

稱取空白土壤，分50、200 μg/kg 2個水平加標，按分散固相萃取步驟進行空白加標試驗，GC-MS測定。各個組分的加標回收率、相對標準偏差和方法檢出限（按照S/N=3計算）如表3所示。空白土壤的加標回收率為76%～111%，相對標準偏差在4.6%～11.8%，方法檢出限為3.5～10.5 μg/kg，可以滿足對殘留分析的要求。

將分散固相萃取法對蘇州某一廢棄農藥化工廠的5個區域的土壤中二苯醚類物質殘留檢測，結果標明，二苯醚有檢出，測定含量在0.57～8.62 μg/mL之間。部分土壤存在十二烷基二苯醚檢出，但含量較低，其他3種目標物質均未檢出。

3結論

本研究對比了4種不同的前處理方法，優化了提取時間、提取溶劑等條件，建立了樣品加入0.1%乙酸的乙腈提取、50 mg C18凈化的分散固相萃取進行樣品預處理、GC-MS氣相色譜質譜法測定的方法。超聲萃取法的回收率最低，索氏提取耗時久、溶劑用量大，ASE雖然耗時短，但是回收率相對而言較低，所以4種前處理方法對比后得出分散固相萃取法更適合于土壤中二苯醚類殘留物質的檢測。

參考文獻：

[1]沈偉健，徐錦忠，趙增運，等. 氣相色譜-負化學源質譜法測定蔬菜中11種醚類除草劑殘留[J]. 分析化學，2008，36（5）：663-667.

[2]熊中強，杜宇，張媛媛，等. 索氏提取-氣相色譜/質譜法測定食品包裝材料中羥基苯醚[J]. 食品安全質量檢測學報，2013（4）：1053-1056.

[3]邵敏，陳永亨，李曉宇，等. 人體血清中的多溴聯苯醚、鄰苯二甲酸酯和雙酚A的連續在線分離及氣相色譜-質譜測定[J]. 分析化學，2012，40（8）：1139-1146.

[4]史景程，張麗君，張占恩. 分散固相萃取-氣相色譜-質譜法直接測定水中20種有機氯農藥[J]. 江蘇農業科學，2013，41（7）：284-286.

[5]Chen L W，Cai T M，Wang Q L. Characterization of fluoroglycofen ethyl degradation by strain Mycobacterium phocaicum MBWY-1[J]. Current Microbiology，2011，62（6）：1710-1717.

[6]古麗娜爾·艾合坦木，周夢春. 基質固相分散-加速溶劑萃取ASE-氣相色譜法測定土壤中毒死蜱殘留量[J]. 干旱環境監測，2013，27（1）：20-23.[HJ1.75mm]

[7][JP3]許鵬軍，張烴，任玥，等. ASE-SPE/GC-MS測定土壤中16種PAHs質量控制研究[J]. 分析測試學報，2012，31（9）：1126-1131.

[8]李星，曹彥忠，張進杰，等. ASE-SPE/GC-MS/MS同時測定海洋沉積物中71種農藥殘留[J]. 分析測試學報，2013，32（10）：1180-1186.[HJ1.65mm]

[9]馮潔，湯樺，陳大舟，等. 茶葉中9種有機氯和擬除蟲菊酯農藥殘留的前處理方法研究[J]. 分析測試學報，2010，29（10）：1041-1047.

[10]鄭文慧，葉江雷，王秀彬，等. 分散固相萃取法在農藥殘留檢測中應用的進展[J]. 分析儀器，2011，4（4）：23-27.

[11]蔣寶南，劉騰飛，單建明，等. QuEChERS-GC/μECD法測定土壤中的毒死蜱殘留量[J]. 江蘇農業科學，2014，42（12）：332-335.

[12]張新忠，羅逢健，劉光明，等. 超高效液相色譜-串聯質譜法測定茶葉和土壤中丁醚脲及其代謝物的殘留[J]. 分析化學，2011，39（9）：1329-1335.

[13]李敏潔，金芬，楊莉莉，等. 凝膠滲透色譜-分散固相萃取法同時測定雞蛋中多溴聯苯醚及其衍生物、四溴雙酚A和六溴環十二烷[J]. 分析化學，2014（9）：1288-1294.

[14]李文華，王學東，陳莉，等. 分散固相萃取-氣相色譜質譜法快速測定二甲戊靈在馬鈴薯和土壤中的殘留[J]. 江蘇農業科學，2014，42（3）：252-254.