土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物前處理方法比較研究

楊茜茹

河北升泰環(huán)境檢測(cè)有限公司 河北石家莊 050000

半揮發(fā)性有機(jī)物（Semi-Volatile organic Compounds，SVOCs）是一類沸點(diǎn)介于170℃～350℃之間的有機(jī)化合物，主要包括多環(huán)芳烴、有機(jī)農(nóng)藥類、氯代苯類、多氯聯(lián)苯類、吡啶類、喹啉類、硝基苯類、鄰苯二甲酸酯類、亞硝基胺類、苯胺類、酚類和多溴聯(lián)苯類等，其中沸點(diǎn)低于260℃的一些化合物與揮發(fā)性化合物有些交叉，易揮發(fā)損耗、保存難。土壤是一種常見的環(huán)境樣品，它有成分復(fù)雜、干擾物質(zhì)多、易蓄積污染物的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)今新型環(huán)保工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，傳統(tǒng)的石化煉焦、橡膠加工、化工廠生產(chǎn)、鋼鐵冶煉等高耗能、高污染企業(yè)都紛紛遷址轉(zhuǎn)型，遷址后留下的重污染地塊，其特征污染物中半揮發(fā)性有機(jī)物占很大比重，那么，要準(zhǔn)確分析在土壤中蓄積的痕量半揮發(fā)性有機(jī)污染物，除了使用高精密度的分析設(shè)備，例如氣相色譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等，還需要高效穩(wěn)定的前處理手段，主要是提取和濃縮[1]來保證目標(biāo)化合物最大程度的從樣本中回收和富集，準(zhǔn)確的反饋污染地塊的真實(shí)情況。本文分別選擇加壓流體萃取、索氏提取和超聲波提取，以及氮吹濃縮、真空濃縮和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，這幾種實(shí)驗(yàn)室常見的提取和濃縮方法，從加標(biāo)回收率、準(zhǔn)確度、精密度，以及價(jià)格和處理時(shí)間等方面比較其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為各類型實(shí)驗(yàn)室選擇合適的土壤半揮發(fā)性有機(jī)物前處理方法提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

加壓流體萃取儀（E-916，瑞士步琦）；平行濃縮儀（Multivap-10，萊伯泰科有限公司）；平行真空濃縮儀（ORVC-12，河北歐潤(rùn)科學(xué)儀器股份有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52AA，上海亞榮生化儀器廠）；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（8860-5977B GC/MSD，安捷倫科技公司）；超聲波清洗儀（KQ-700DV，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9146A，上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；恒溫水浴鍋（HH-S8A，北京科偉永興儀器有限公司）[2]。

2 試劑和材料

64種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000mg/L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）；6種替代物混合溶液（4000μg/mL，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司）；無水硫酸鈉（使用前400℃烘烤4h）；硅藻土；定量濾紙（使用前于丙酮中浸泡1h后晾干）；丙酮、正己烷均為色譜級(jí)。

3 前處理實(shí)驗(yàn)

3.1 空白樣品制備

空白土壤樣品選用自然風(fēng)干土壤樣品，研磨過100目篩后，置于燒杯于恒溫鼓風(fēng)干燥箱中300℃烘烤3h，去除有機(jī)物干擾，放入干燥器冷卻后，裝入密封袋內(nèi)常溫保存，備用。

分別準(zhǔn)確稱取20g（精確到0.001g）制備好的空白土壤樣品于40mL加壓流體萃取池內(nèi)，加入硅藻土，按照儀器要求裝機(jī)，將萃取好的萃取液合并于干凈的4L試劑瓶?jī)?nèi)混合均勻，制備空白土壤樣品萃取液，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

3.2 提取實(shí)驗(yàn)

3.2.1 索氏提取

準(zhǔn)確稱取20g（精確到0.001g）制備的樣品于疊好的濾紙桶內(nèi)，分別加入64種混標(biāo)和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg。將濾紙筒裝入索氏套筒內(nèi)，于500mL圓底燒瓶?jī)?nèi)加入200mL丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），幾粒玻璃珠，85℃水浴加熱16h后，關(guān)閉水浴鍋，冷卻后，關(guān)閉冷卻水，定容至200mL，氣相色譜質(zhì)譜儀檢測(cè)。重復(fù)6個(gè)平行，同時(shí)萃取1個(gè)空白樣品為對(duì)照。

3.2.2 超聲波提取

準(zhǔn)確稱取10g（精確到0.001g）制備的樣品于250mL加壓流體萃取瓶?jī)?nèi)（直徑5±3cm），準(zhǔn)確稱取5g（精確到0.001g）樣品于40ml吹掃瓶?jī)?nèi)（直徑2.5±0.5cm），分別加入64種混標(biāo)和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg。再加入1g無水硫酸鈉，15mL丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），擰緊瓶蓋。在超聲波清洗儀中放入冰袋和溫度計(jì)，控制水溫在25℃左右，將樣品瓶放入超聲波清洗儀中超聲30min，取出5000rpm離心1min，取上清液，重復(fù)2～3次，合并上清液，定容至50mL，氣相色譜質(zhì)譜儀檢測(cè)。同樣分別做1個(gè)空白對(duì)照和6個(gè)重復(fù)平行[3]。

3.2.3 加壓流體萃取

準(zhǔn)確稱取20g（精確到0.001g）制備的樣品于40mL萃取池中，加入64種混標(biāo)和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg，干燥劑使用硅藻土。按照儀器要求裝機(jī)后，100℃預(yù)熱15～30min，100℃、100bar保持5min，2次循環(huán)，溶劑沖刷2min，氮?dú)鉀_刷3min。萃取溶劑為丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），萃取完成后，將萃取液定容至100mL，氣相色譜質(zhì)譜儀檢測(cè)。1個(gè)空白對(duì)照和6個(gè)重復(fù)平行。

3.3 濃縮實(shí)驗(yàn)

3.3.1 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮

向500mL濃縮瓶?jī)?nèi)放入100mL制備樣品的空白萃取液，再加入64種混標(biāo)和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg（理論稱樣量按照20g計(jì)算）。35℃水浴旋蒸濃縮至近干，用丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v）定容至2mL，稀釋后氣相色譜質(zhì)譜儀檢測(cè)。1個(gè)空白對(duì)照和6個(gè)重復(fù)平行。

3.3.2 氮吹濃縮

向200mL濃縮杯內(nèi)放入100mL制備樣品的空白萃取液，再加入64種混標(biāo)和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg（理論稱樣量按照20g計(jì)算），將濃縮杯用錫紙包住杯口，放入平行濃縮儀內(nèi)，35℃水浴，調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫?～5psi，液面輕微波動(dòng)即可，濃縮至約1mL，定容至1mL，稀釋后氣相色譜質(zhì)譜儀檢測(cè)。1個(gè)空白對(duì)照和6個(gè)重復(fù)平行。

3.3.3 真空濃縮

向200mL濃縮杯內(nèi)放入100mL制備樣品的空白萃取液，再加入64種混標(biāo)和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg（理論稱樣量按照20g計(jì)算），將濃縮杯放入平行真空濃縮儀內(nèi)，壓緊上蓋，加熱溫度35℃，設(shè)置梯度濃縮條件見表1，濃縮至約1mL，定容至1mL，稀釋后氣相色譜質(zhì)譜儀檢測(cè)。1個(gè)空白對(duì)照和6個(gè)重復(fù)平行。

表1 平行真空濃縮儀濃縮條件

4 結(jié)果與討論

4.1 三種萃取方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

張理?yè)P(yáng)、周崢惠等對(duì)土壤前處理的多種萃取方法進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，溫度、時(shí)間和溶劑的不同對(duì)半揮發(fā)性有機(jī)物的提取效率有著很大的影響。本研究為了保證方法間的可比性，統(tǒng)一選擇儀器推薦最佳萃取條件和丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v）為萃取溶劑。具體萃取結(jié)果見表2。

表2 三種萃取方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較（n=6）

由表2可知，索氏提取做為最經(jīng)典的提取方法，有提取效率高、重復(fù)性好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但耗時(shí)耗溶劑、自動(dòng)化程度低、環(huán)境污染程度大，從高效環(huán)保的角度講，已經(jīng)逐漸被新型環(huán)保的方法所取代；超聲波萃取效率的高低與萃取瓶直徑的大小關(guān)系密切，分析可能與樣品和溶劑的接觸面積大小有關(guān)。較小直徑的萃取瓶，樣品堆積較厚，與溶劑的接觸面較小，目標(biāo)物不易被進(jìn)入到溶劑中，而較大直徑的萃取瓶，樣品平鋪于瓶底，與溶劑能充分接觸，萃取效率較高，但此方法精密度較差，平行樣間差異較大；加壓流體萃取有高效環(huán)保和自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備成本較高。

4.2 三種濃縮方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

徐鳳麗、劉煒等研究發(fā)現(xiàn)，不同原理的濃縮方法、不同的溶劑選擇、溫度條件對(duì)樣品在濃縮過程中的損耗程度不同。為了不同方法之間的可比性，本文選擇儀器推薦的濃縮條件和相同體積的統(tǒng)一基體溶劑進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)。具體結(jié)果見表3。

由表3可知，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀操作簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低，是各類實(shí)驗(yàn)室必備的常用濃縮儀器。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮法目標(biāo)物損耗小，但自動(dòng)化程度低、樣品處理量少，且平行樣間精密度略差；常規(guī)氮吹儀自動(dòng)化程度低、環(huán)境污染程度大，目前實(shí)驗(yàn)室使用較多的為平行濃縮儀氮吹法，可批量處理樣品、自動(dòng)化程度高，但目標(biāo)物損耗較大，尤其對(duì)沸點(diǎn)較低的化合物，此方法效果不佳；真空濃縮為現(xiàn)階段比較新型的一種濃縮方式，目標(biāo)物損耗低、可批量處理樣品，但設(shè)備成本較高。

表3 三種濃縮方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較（n=6）

5 結(jié)語(yǔ)

本研究通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室常用的三種萃取方法和三種濃縮方法進(jìn)行橫向?qū)嶒?yàn)比較，結(jié)果表明，加壓流體萃取法、真空濃縮法對(duì)土壤中64種半揮發(fā)性有機(jī)物的提取和濃縮效率高、精密度高、樣品批處理能力強(qiáng)，但設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高，對(duì)于具有穩(wěn)定業(yè)務(wù)來源、較大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室可選用此類方法；索氏提取法、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮的提取和濃縮效率較高、成本低，但自動(dòng)化程度低、耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于業(yè)務(wù)量較小、初建或小型實(shí)驗(yàn)室可選用此類方法，即節(jié)約成本又能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。不建議選用超聲波萃取法，萃取效率不穩(wěn)定，自動(dòng)化程度低，不利于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和批量處理樣品。