植煙土壤中16種多環芳烴的洗脫凈化技術及含量測定*

馬 軍 滕 應 陸引罡 任文杰 馬文亭

(1.銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300；2.貴州大學農學院，貴州 貴陽 550025；3.中國科學院土壤環境與污染修復重點實驗室，南京土壤研究所，江蘇 南京 210008)

植煙土壤中16種多環芳烴的洗脫凈化技術及含量測定*

馬 軍1,2,3滕 應3陸引罡2#任文杰3馬文亭3

(1.銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁554300；2.貴州大學農學院，貴州 貴陽550025；3.中國科學院土壤環境與污染修復重點實驗室，南京土壤研究所，江蘇 南京210008)

為測定植煙土壤中16種多環芳烴(PAHs)的含量，建立并優化了土壤樣品的洗脫凈化方法，比較了不同洗脫劑、凈化方法及凈化條件的提取效果。結果表明，3種洗脫劑中正己烷-二氯甲烷混合液(體積比1∶1)洗脫效果最好，四通道色譜分離儀法在提取效果、溶劑耗量、操作時間上均優于硅膠柱法。在最佳操作條件下(洗脫劑用量2mL/次、洗脫時間50s/次)洗脫5次后采用氣相色譜—質譜聯用儀對16種PAHs進行檢測，16種PAHs均在20～2000μg/L內呈線性關系(R>0.99)，儀器檢出限為0.72～2.09μg/L，植煙土壤中16種PAHs的加標回收率為80.3%～114.4%，相對標準偏差為4.2%～12.3%。該方法簡便、高效，能準確測定出植煙土壤中16種PAHs的含量。

植煙土壤 多環芳烴 四通道色譜分離儀 氣相色譜—質譜聯用儀

煙草是一種被廣泛種植的經濟作物，是我國農民重要的收入來源。煙草種植與生產過程中的燃煤烘烤、殘留材料燃燒等可能會導致多環芳烴(PAHs)等持久性有機污染物殘留于土壤中[1-3]，并被作物所吸收、積累、遷移及代謝，最終通過食物鏈進入人體，危及人類健康[4-5]。PAHs一般通過有機溶劑浸提、分離純化后，通過色譜行為對其進行定量分析。提取液的凈化方法有硅膠柱凈化法[6-7]、固相萃取(SPE)柱凈化法[8-9]和分散固相萃取法[10-11]等，上述凈化方法雖然能在特定條件下達到凈化效果，但存在溶劑用量大、溶劑暴露、操作步驟復雜、耗時長等問題，不但增加了實驗的偶然誤差，影響樣品分析測定結果，還容易給實驗人員帶來潛在健康風險。針對上述問題，本研究選用四通道色譜分離儀[12-13]對植煙土壤提取液進行洗脫凈化，四通道色譜分離儀可在全密閉式的工作環境中實現自動精確吸取溶劑，從而減少溶劑揮發與暴露，降低偶然誤差，實現待測物凈化過程的標準化控制，該方法可為進一步研究植煙土壤中PAHs污染物的特征源解析和健康風險評估提供技術支持。

1 材料與方法

1.1儀器與試劑

儀器：R-215旋轉蒸發儀(瑞士BUCHI公司)；CHRO-400型四通道色譜分離儀；FreeZone2.5L冷凍干燥機 (美國Labconco公司)；Agilent7890A/5975C氣相色譜—質譜聯用儀(GC—MS，美國Agilent公司)。

1.2土壤樣品的前處理

將土壤樣品置于-20℃的冰箱中冷凍12h后，于冷凍干燥機中冷凍干燥96h，取出后用陶瓷研缽研磨并過60目不銹鋼篩，最后保存于干燥器中待測。

1.3洗脫凈化方法

準確稱取2.0000g土壤樣品用濾紙包裹后置于索式提取管中，連接裝有70mL二氯甲烷的梨型瓶，于恒溫水浴鍋中(53℃)提取24h，冷卻后在370Pa、90r/min、36℃條件下旋轉蒸發濃縮至干，用環己烷定容至2mL。吸取1mL提取液轉移至色譜分離柱中自動凈化，收集洗出液后，在370Pa、90r/min、40℃下旋轉蒸發濃縮并定容至1mL，過0.22μm的有機濾膜后裝入棕色進樣瓶待測。

洗脫過程中分別采用3種洗脫劑(正己烷、二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷混合液(體積比1∶1))和2種洗脫方法(傳統硅膠柱法和四通道色譜分離儀法)進行洗脫凈化，比較不同洗脫劑和洗脫方法的提取效果，洗脫過程中通過控制洗脫劑用量及洗脫時間，獲取最佳洗脫凈化條件。

1.4儀器的工作原理及條件

四通道色譜分離儀工作原理：通過控制屏設置洗脫頻率、工作壓力、洗脫時間、洗脫劑類型和洗脫流速等參數后，導液管吸入定量洗脫劑進入色譜柱，將目標物進行分次分離并洗脫至收集瓶中，最終獲得所需目標物。四通道色譜分離儀示意圖見圖1[14]。色譜柱填裝：在色譜柱中填裝篩板后加入專用填料，最后加入1g無水硫酸鈉。儀器工作正壓和負壓分別設置為170、75kPa，用洗脫液活化、平衡色譜柱3次，洗脫時間為25s/次，向色譜柱中轉移提取液，洗脫凈化5次。

圖1 四通道色譜分離儀示意圖Fig.1 Schematic representation of four-channel purification chromatograph

GC—MS工作條件：采用DB-5MS彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)作為色譜柱，以高純氦氣(純度>99.999%)為載氣，載氣流速為1 mL/min。自動進樣器(CTC)自動吸入1.0 μL溶液，以非脈沖不分流的方式進樣，進樣口溫度保持250 ℃，選擇離子檢測(SIM)模式，運行溫度設定為290 ℃。升溫程序：柱室初始溫度設為50 ℃并保持1 min，以25 ℃/min升至200 ℃，再以8 ℃/min升至280 ℃，再以1 ℃/min的速率升至283 ℃，最后以2 ℃/min升至290 ℃并保持5 min。電子轟擊(EI)離子源：電子能量為70 eV，離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度260 ℃。

2 結果與討論

2.1洗脫劑的選擇

比較正己烷、二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷混合液3種洗脫劑的洗脫效果，研究發現，采用正己烷作洗脫劑時，16種PAHs的加標回收率為67.8%～83.2%，洗脫率低；采用二氯甲烷作洗脫劑時易將提取液中的色素等雜質帶入洗脫液，上機測定時會形成大量雜峰，干擾分離檢測，采用正己烷-二氯甲烷混合液作為洗脫液時，16種PAHs的加標回收率為83.6%～112.8%，洗脫效率高，雜質少，效果最佳，因此后續分析中均使用正己烷-二氯甲烷混合液作為洗脫劑。

表1 洗脫凈化條件對洗脫凈化效果的影響

1—萘；2—苊烯；3—苊；4—芴；5—菲；6—蒽；7—熒蒽；8—芘；9—；10—苯并[a]蒽；11—苯并[b]熒蒽；12—苯并[k]熒蒽；13—苯并[a]芘；14—茚并[1,2,3-cd]芘；15—二苯并[a,h]蒽；16—苯并[g,h,i]芘圖2 PAHs標液和實際植煙土壤樣品洗脫凈化液的GC—MS譜圖Fig.2 GC-MS chromatograms of PAHs standard solution and purification solution of actual tobacco-planting soil sample

2.2 凈化方法對洗脫凈化效果的影響

分別采用加標回收率、洗脫劑消耗量、洗脫劑收集量、洗脫耗時4個因素比較硅膠柱法和四通道色譜分離儀法的洗脫性能。結果顯示：采用四通道色譜分離儀法凈化時，16種PAHs的加標回收率為101.5%±6.5%，高于采用硅膠柱法(83.1%±7.9%)，凈化效果能滿足植煙土壤中PAHs的分析測定要求；從洗脫劑的消耗量和收集量看，四通道色譜分離儀法在洗脫過程中消耗洗脫劑16 mL、收集10 mL，明顯少于硅膠柱法(洗脫劑消耗量30 mL、收集量20 mL)，有助于降低分析檢測的溶劑成本；在洗脫耗時上看，四通道色譜分離儀法僅需5 min，與硅膠柱法洗脫耗時(30 min)相比，提高了工作效率。因此，本研究選擇四通道色譜分離儀法對植煙土壤進行提取液凈化。

2.3 凈化條件對洗脫凈化效果的影響

向土壤樣品中加入100 μL質量濃度為100 μg/L的PAHs標液，以正己烷-二氯甲烷混合液為洗脫劑，采用四通道色譜分離儀法進行洗脫凈化，設置洗脫劑用量分別為1、2、3 mL/次，洗脫時間分別為40、50、60 s/次，兩兩組合進行加標回收試驗，每組處理重復6次取平均值，結果見表1。由表1可見：當洗脫劑用量為1 mL/次，洗脫時間為40～60 s/次時，PAHs標液的加標回收率最低，為49.7%～69.1%；當洗脫劑用量增加到2 mL/次時，加標回收率明顯增加，為83.1%～97.0%，且標準偏差≤4.9%；當洗脫劑用量達到3 mL/次時，回收率小幅增加，但標準偏差相應提高；在相同洗脫劑用量下，當洗脫時間從40 s/次增加到50 s/次，加標回收率大幅提高，當洗脫時間繼續增加到60 s/次時，加標回收率增幅不明顯，甚至稍有降低。綜合比較，最佳洗脫劑用量為2 mL/次，洗脫時間為50 s/次，在該條件下PAHs的加標回收率高，洗脫耗時短。

2.4 16種PAHs的圖譜

采用GC—MS分別對400 μg/L的PAHs標液及最佳條件下脫洗5次獲取的實際植煙土壤洗脫凈化液進行分析，結果見圖2。

2.5 方法的線性關系和檢出限

以GC—MS圖譜中16種PAHs的峰面積為因變量(y)，以PAHs質量濃度為自變量(x,μg/L)，在x=20～2 000 μg/L的區間進行線性擬合，以信噪比為3計算各PAHs的儀器檢出限，結果見表2。由表2可見，16種PAHs在20～2 000 μg/L內均呈現出良好的線性關系，相關系數(R)>0.99，表明定量方法可靠。16種PAHs的儀器檢出限為0.72～2.09 μg/L，達到分析測定要求。

2.6 加標回收率

準確量取20、50、200 μg/L的PAHs標液100 μL分別加入3個土壤樣品中，在最佳條件下進行洗脫凈化，計算加標回收率，每個處理重復6次取平均值，結果見表3。由表3可見，16種PAHs在3個濃度水平上的加標回收率為80.3%～114.4%，RSD為4.2%～12.3%，說明本研究構建的分析方法相對可靠。

2.7 植煙土壤中PAHs的含量特征

為獲取植煙土壤中PAHs的含量特征，采集8個植煙土壤樣品，分別標記為S1～S8，分析8個土壤樣品中16種PAHs的含量，結果見表4。由表4可見，植煙土壤中16種PAHs的檢出率很高，其中以2～4環PAHs含量較高，菲、芘和苯并[b]熒蒽的最大質量濃度分別為211.72、116.15、119.51 μg/kg，5～6環PAHs含量偏低。樣品中16種PAHs 的總質量濃度為193.78～725.70 μg/kg，平均值為545.45 μg/kg，低于石化工業區周邊土壤(1 032.24 μg/kg)[15]，高于蘇州農田土壤(312.5 μg/kg)和嘉興農田土壤(152.4 μg/kg)[16]。參考歐洲對農業土壤PAHs污染程度的分級(PAHs總質量濃度< 200μg/kg為無污染，200～<600 μg/kg為輕度污染，600～<1 000 μg/kg為中等污染，≥1 000 μg/kg為嚴重污染[17])，本研究所測定的植煙土壤樣品中PAHs的污染情況總體介于輕度污染到中等污染之間。因此，應該對煙草種植過程中對土壤帶來的PAHs殘留負荷予以重視，同時應采取相應措施予以管控。

表2 16種PAHs的保留時間、線性關系和檢出限

表3 植煙土壤中16種PAHs的加標回收率及相對標準偏差(RSD)

表4 植煙土壤樣品中16種PAHs的質量濃度1)

注：1)ND為未檢出或低于檢出限。

3 結 論

以正己烷-二氯甲烷混合液為洗脫劑，采用四通道色譜分離儀法對植煙土壤進行洗脫凈化，在最佳操作條件(洗脫劑用量2mL/次，洗脫時間50s/次)下洗脫5次后由GC—MS對16種PAHs進行檢測。16種PAHs均在20～2000μg/L內呈線性關系(R>0.99)，儀器檢出限為0.72～2.09μg/L，植煙土壤中16種PAHs的加標回收率為80.3%～114.4%，相對標準偏差為4.2%～12.3%。本研究構建的方法回收率高，耗時短，消耗溶劑少，成本低，且操作簡便、準確度好、可重復性高，可用于植煙土壤及其他類型土壤中PAHs含量的測定，為植煙土壤中PAHs的污染特征、源解析和健康風險分析提供檢測基礎。

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Elutionandpurificationof16polycyclicaromatichydrocarbonsintobacco-plantingsoilandthecontentdetermination

MAJun1，2，3，TENGYing3，LUYingang2，RENWenjie3，MAWenting3.

(1.CollegeofMaterialsandChemistry，TongrenUniversity，TongrenGuizhou554300；2.CollegeofAgriculture，GuizhouUniversity，GuiyangGuizhou550025；3.KeyLaboratoryofSoilEnvironmentandPollutionRemediation，NanjingInstituteofSoilScience，ChineseAcademyofSciences，NanjingJiangsu210008)

In order to determine the content of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in tobacco-planting soil，a method for elution and purification of soil sample was established and developed. The effect of different eluent，purification method and purification conditions on purification efficiency was studied. Results showed that n-hexane-methylene chloride mixture (volume ratio 1∶1) achieved the best purification efficiency in 3 eluents. The method of using four-channel purification chromatography instrument presented the better performance in purifying effect，solvent consumption and operation time compared with silica gel column method. Eluting the soil samples under the optimum operating conditions (eluent flow rate of 2 mL/time and elution time of 50 s/time) for 5 times，and then gas chromatography (GC)-mass spectrum (MS) was applied to detect the 16 PAHs in soil. Results showed that all the 16 PAHs were well separated and purified，the calibration curves had a good linear relationships (R>0.99)between 20-2 000 μg/L. The detection limit was ranged 0.72-2.09 μg/L，the recovery rate of 16 PAHs in soil sample was 80.3%-114.4% and the relative standard deviation (RSD) was 4.2%-12.3%. The established method was convenient and efficient，which could determine the content of 16 PAHs in tobacco-planting soil accurately.

tobacco-planting soil； PAHs； four-channel purification chromatograph； GC-MS

馬 軍，男，1988年生，碩士，主要從事土壤環境的污染與修復研究。#

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*環保公益性行業科研專項(No.201109018)；江蘇省杰出青年基金資助項目(No.BK20150049)；貴州山地醇甜香型煙葉生產技術研究與示范項目(No.700377111206);貴州省教育廳創新人才團隊項目(黔教合人才團隊字[2015] 67號)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.03.007

2016-08-20)