農(nóng)田土壤中多環(huán)芳烴的高效液相色譜法測定

張 慧，郭文建，朱 晨，李紅莉

（山東省環(huán)境監(jiān)測中心站，山東 濟(jì)南 250000）

環(huán)境監(jiān)測與污染防治

農(nóng)田土壤中多環(huán)芳烴的高效液相色譜法測定

張 慧，郭文建，朱 晨，李紅莉

（山東省環(huán)境監(jiān)測中心站，山東 濟(jì)南 250000）

采用快速溶劑提?。ˋSE）—凝膠滲透色譜（GPC）—高效液相色譜法測定農(nóng)田土壤中的多環(huán)芳烴（PAHs）。優(yōu)化了ASE的提取溶劑和GPC的凈化時間，方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度，擁有良好的線性范圍和檢出限。對濟(jì)南市某農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行了測定，共檢出5種PAHs，總濃度為26.8 μg/kg，參照Maliszewska-Kordybach土壤中PAHs污染分級方法，屬于無污染水平，同時參考荷蘭土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中10種PAHs標(biāo)準(zhǔn)限值，均未超標(biāo)。

土壤；多環(huán)芳烴；快速溶劑提取；凝膠滲透色譜；高效液相色譜

由于土壤中基體復(fù)雜且含量較低，測定土壤中PAHs時，前處理方法特別重要［5］。筆者重點研究了快速溶劑提取時的提取溶劑、氮吹濃縮時的氮氣壓力和GPC濃縮時的收集時間對PAHs回收率的影響，確定了最佳前處理條件。在此基礎(chǔ)上，利用液相色譜法進(jìn)行了方法驗證，并進(jìn)行了實際農(nóng)田土壤樣品測定，證明該方法能有效地測定土壤中的PAHs。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

加速溶劑提取儀：ASE-350型，美國Dionex公司，配34 ml萃取池。

凝膠滲透色譜：Lab Tech，含VWD紫外檢測器，色譜柱：LabTach Bio-Beads S-X3，ID 20× 300 mm，S/N：12010280，溶劑為乙酸乙酯：環(huán)己烷（1∶1）；

有機樣品濃縮儀（氮吹濃縮儀）：Biotage公司，配50 ml氮吹管。

高效液相色譜儀：安捷倫1260，配有1260 DAD和1260 FLD檢測器，色譜柱：PAH專用柱，SUPELCOSIL LC-PAH 15cm×4.6 mm，5 μm。

天平：METTLER TOLEDO，AG204。

二氯甲烷、丙酮、正己烷、環(huán)己烷、乙酸乙酯和乙腈均為色譜純，購自Thermo Fisher公司；實驗用水為超純水（制水機購自Millipore公司）；16種PAHs（NaP：萘，Ace：苊，Acy：二氫苊，F(xiàn)le：芴，Phe：菲，Ant：蒽，F(xiàn)la：熒蒽，Pyr：芘，BaA：苯并 ［a］蒽，Chr：屈艸，BbF：苯并 ［b］熒蒽，BkF：苯并 ［k］熒蒽，BaP：苯并 ［a］芘，DBahA：二苯并 ［a，h］蒽，BghiP：苯并 ［ghi］苝，IND：茚并 ［123-cd］芘）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液購自AccuStandard（USA）。

1.2 樣品采集

土壤樣品采集于濟(jì)南市某大片農(nóng)田，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 （HJ/T 166-2004）的有關(guān)要求布點，以不銹鋼鏟子采集0～20 cm表層土壤樣品。樣品集中混合，挑出樹枝、葉片、石子等雜物，取上述混合土壤約1 kg左右，裝入潔凈的棕色磨口玻璃瓶中，裝滿裝實，運輸過程中應(yīng)避光、密封、冷藏，及時送實驗室分析，若不能及時分析，應(yīng)低溫冷藏保存，7 d內(nèi)完成前處理。

1.3 樣品前處理

稱取10 g新鮮土壤樣品，加入適量硅藻土，混勻后倒入快速溶劑提取池，采用二氯甲烷：丙酮（V∶V，1∶1）作為提取溶劑，提取溫度為100℃，壓力1 500 psi，靜態(tài)提取5 min，循環(huán)2次。收集全部提取液。進(jìn)入GPC三聯(lián)機模式（濃縮—凈化—濃縮），GPC色譜柱上樣量為5 ml，流速為5 ml/min，收集時間為12～20 min，其余雜質(zhì)進(jìn)入廢液。將濃縮完（已經(jīng)用乙腈進(jìn)行溶劑置換）的1 ml樣品進(jìn)高效液相色譜儀進(jìn)行分析。

1.4 高效液相色譜儀分析條件

分析條件：進(jìn)樣量10 μl，柱溫30℃，流動相為水/乙腈；流速1.0 ml/min，梯度淋洗：55%乙腈保持15 min，15～30 min內(nèi)乙腈由55%升至95%，保持10 min，40～42 min內(nèi)乙腈由95%降至55%；紫外檢測器波長為220 nm和254 nm；熒光檢測器波長隨時間變化情況為：初始激發(fā)波長為275 nm，發(fā)射波長為350 nm，17 min時激發(fā)波長改為260 nm，發(fā)射波長改為420 nm，24 min時激發(fā)波長改為280 nm，發(fā)射波長改為420 nm，38.9 min時，激發(fā)波長改為305 nm，發(fā)射波長改為500 nm。

圖1 氮氣壓力對PAHs回收率的影響（35℃）

2 結(jié)果與討論

2.1 ASE提取溶劑的優(yōu)化

實驗室常用的提取溶劑為二氯甲烷∶丙酮（V∶V，1∶1），二氯甲烷∶正己烷（V∶V，1∶1），丙酮∶正己烷（V∶V，1∶1），通過在空白硅藻土中加入一定量的PAHs標(biāo)準(zhǔn)溶液來研究這三種組合形式的溶劑對PAHs回收率的影響。ASE提取后的溶液經(jīng)氮吹濃縮儀濃縮至近干時，用乙腈溶劑置換兩次，濃縮至1 ml時轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶中，進(jìn)高效液相色譜儀分析。濃縮時氮氣壓力對回收率影響較大，水溫為35℃時氮氣壓力對回收率的影響結(jié)果見圖1，本實驗加標(biāo)回收率見圖2。

圖2 不同提取溶劑時PAHs標(biāo)液加標(biāo)回收結(jié)果

上述實驗結(jié)果表明：溫度為35℃，氮氣壓力為14 psi時，PAHs的回收率均在40%左右，而氮氣壓力為8 psi時，回收率較好，而如果氮氣壓力再降低，濃縮時間會加長，所以為了快速又高效地完成濃縮，氮氣壓力選為8 psi。

不同提取溶劑時PAHs標(biāo)液加標(biāo)回收率相差不大，整體來說，二氯甲烷∶丙酮（V∶V，1∶1）相對較好，原因可能是二氯甲烷和丙酮的強親核性質(zhì)有利于溶劑與基質(zhì)顆粒競爭具有較大電子密度和強親核性的PAHs，同時，丙酮的強溶解能力有助于PAHs的溶解，更有利于其進(jìn)入到液相中［6-7］，所以，筆者選用二氯甲烷∶丙酮（V∶V，1∶1）作為提取溶劑。

2.2 GPC收集時間的優(yōu)化

本研究使用PAHs標(biāo)準(zhǔn)溶液測定其在GPC中的流出時間，由于該GPC配有紫外檢測器，可直接通過不同時間對應(yīng)的紫外吸收強度圖來確定留出時間，不必再做流出曲線，大大減少了工作量，可更快速有效地確定收集時間。其紫外吸收隨時間變化的情況如圖3所示：

圖3 GPC中隨時間變化的PAHs紫外吸收

由上圖可知，多環(huán)芳烴在13 min從GPC柱子中流出，18 min結(jié)束，為了防止實驗室環(huán)境的變化對流出時間的影響，確保能全部收集多環(huán)芳烴，同時又減小雜質(zhì)的影響，本研究選擇收集12～20 min的流出組分。

2.3 方法驗證

取含16種PAHs的儲備液配制濃度分別為0.005 μg/ml、0.01 μg/ml、0.05 μg/ml、0.1 μg/ml、0.5 μg/ml的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，用高效液相色譜儀測定，同時選用紫外和熒光兩種檢測器。以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（除苊因沒有熒光響應(yīng)，需用紫外響應(yīng)值外，其余15種PAHs均使用熒光響應(yīng)值）。

檢出限參照《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》 （HJ 168-2010）的相關(guān)規(guī)定，連續(xù)分析7個接近于檢出限濃度的實驗室空白加標(biāo)樣品（以硅藻土為實驗室空白），計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差S。用公式MDL=S*t（n-1，0.99）計算其檢出限，其中：t（n-1，0.99）為置信度為99%、自由度為n-1時的t值；n為重復(fù)分析的樣品數(shù)，若連續(xù)分析7個樣品，t（6，0.99）=3.143。本研究中測定下限為檢出限的四倍。

準(zhǔn)確度和精密度：往實際土壤樣品中加入0.05 μg多環(huán)芳烴儲備液，做6個平行樣，經(jīng)ASE提取、GPC凈化等前處理后，進(jìn)入高效液相色譜儀測定，計算出平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。

表1 多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)、檢出限、測定下限、加標(biāo)回收及RSD

標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)、檢出限、測定下限、加標(biāo)回收及RSD見表1。

2.4 農(nóng)田土壤樣品測定

土壤樣品按上述方法進(jìn)行前處理，做平行樣，然后進(jìn)液相色譜儀進(jìn)行分析。同時進(jìn)行含水率的測定，以計算出干土中PAHs的含量。測定結(jié)果見表2。

表2 濟(jì)南市某農(nóng)田土壤樣品測定結(jié)果

該土壤的最終檢測結(jié)果為：共檢出5種PAHs，分別是萘 （NaP）、菲 （Phe）、芘 （Pyr）、苯并 ［b］熒蒽 （BbF）和苯并 ［ghi］苝 （BghiP），含量分別為7.4，7.6，4.1，4.1，3.6 μg/kg，總多環(huán)芳烴含量為（ΣPAHs）為26.8 μg/kg。目前中國尚未頒布土壤中PAHs的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參照Maliszewska-Kordybach［8］建議的歐洲農(nóng)業(yè)土壤中PAHs污染程度分級方法：無污染（ΣPAHs＜200 μg/kg）、輕度污染（200≤ΣPAHs＜600 μg/kg）、中等污染（600≤ΣPAHs＜1 000 μg/kg）和嚴(yán)重污染（ΣPAHs≥1 000 μg/kg），發(fā)現(xiàn)該土壤雖然檢出了部分PAHs，但濃度極低，屬于無污染水平。

同時采用荷蘭土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中恢復(fù)土壤多種用途所允許的10種多環(huán)芳烴目標(biāo)值A(chǔ)（NaP：15 μg/kg，Phe：50 μg/kg，Ant：50 μg/kg，F(xiàn)la：15 μg/kg，BaA：20 μg/kg，Chr：20 μg/kg，BkF：25 μg/kg，BaP：25 μg/kg，BghiP：20 μg/kg，IND：25 μg/kg）進(jìn)行評價［9］，對比發(fā)現(xiàn)，該土壤中這10種PAHs均未超標(biāo)。

3 結(jié)論

筆者研究了前處理方法對土壤中PAHs回收率的影響，包括ASE提取溶劑的選擇，氮吹濃縮時氮氣壓力及GPC收集時間的選擇等，在最佳前處理條件下，進(jìn)行了方法驗證，方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度，擁有良好的線性范圍和檢出限，能滿足土壤中PAHs檢測分析的要求。用該方法對山東省濟(jì)南市某農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行了實際測定，共檢測出5種PAHs，ΣPAHs為26.8 μg/kg，按Maliszewska-Kordybach土壤中PAHs污染程度分級方法來評價，該土壤屬于無污染水平。按照荷蘭土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中恢復(fù)土壤多種用途所允許的10種多環(huán)芳烴目標(biāo)值A(chǔ)進(jìn)行評價，該土壤質(zhì)量達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］候艷偉，張又馳.福建某鋼鐵廠區(qū)域表層土壤PAHs污染特征與風(fēng)險分析［J］.環(huán)境化學(xué)，2012，31（10）：1542-1548.

［2］王學(xué)彤，賈英，孫陽昭，等.典型污染區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中PAHs的分布、來源及生態(tài)風(fēng)險［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，29（11）：2433-2439.

［3］王超，彭濤，呂怡兵，等.液相色譜法測定水中16種多環(huán)芳烴的方法優(yōu)化［J］.環(huán)境化學(xué)，2014，33（1）：62-68.

［4］張純淳，李思維，李鐘瑜，等.快速溶劑提取-高效液相色譜-二極管紫外陣列/熒光串聯(lián)法同時測定土壤中18種多環(huán)芳烴［J］.環(huán)境化學(xué)，2015，34（6）：1231-1233.

［5］張理揚.土壤中半揮發(fā)性有機物前處理方法的比較研究［J］.中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報，2013，23（3）：43-46.

［6］黃東勤，王盛才，陳一清，等.加速溶劑萃取-高效液相色譜法測定土壤中16種多環(huán)芳烴［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2008，24（3）：26-29.

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［8］MALISZEWSKA-KORDYBACH B.Polycyclic aromatic hydrocarbons in agricultural soils in Poland:Proposals for criteria to evaluate the level of soil contamination［J］.Applied Geochemistry，1996，11（1/2）：121-127.

［9］VROM.Environmental quality objective in the Netherlands：A Review of Environmental Quality Objectives and Their Policy Framework in the Netherlands［M］.The Hague：Ministry of Housing，Spatial Planning and Environment，1994.

（編輯：程 俊）

Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Farmland Soil by HPLC

Zhang Hui，Guo Wenjian，Zhu Chen，Li Hongli
（Shandong Environmental Monitoring Center，Jinan Shandong 250000，China）

A method of ASE-GPC-HPLC has been established for the determination of PAHs in farmland soil.This method has good linear range，detection limit，precision and accuracy after the optimizing of extracting solution and collection time.At last，PAHs in farmland soil of Jinan were determined by this method.5 PAHs were detected and ΣPAHs was 26.8 μg/kg.The level of pollution was non-pollution by referring the PAHs pollution levels proposed by Maliszewska-Kordybach，and the concentrations of 10 PAHs were under the level of discharge standard of Netherland.

soil，PAHs，ASE，GPC，HPLC

X833

A

1008-813X（2016）05-0066-04

2016-07-27

張慧（1988-），女，山東菏澤人，畢業(yè)于大連理工大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.05.18

多環(huán)芳烴（PAHs）是土壤環(huán)境中普遍存在的一類持久性有機污染物。迄今已發(fā)現(xiàn)200多種PAHs，其中相當(dāng)部分具有致癌性。國際癌癥研究中心 （IARC） （1976年）列出的94種對實驗動物致癌的化合物，15種屬于PAHs，其中苯并［a］芘是第一個被發(fā)現(xiàn)的環(huán)境化學(xué)致癌物，且致癌性特別強［1-2］。這些物質(zhì)進(jìn)入土壤后會通過直接接觸或食物鏈的方式進(jìn)入人體，危害人類健康。所以研究土壤中的PAHs含量具有非常重要的現(xiàn)實意義。

目前常研究的PAHs主要有16種（EPA優(yōu)先控制對象），這16種PAHs化學(xué)性質(zhì)相近且沸點較高，用氣相色譜分析有一定困難，且靈敏度不高，本研究采用配有熒光檢測器的液相色譜法［3-4］來測定，方法具有較高的靈敏度。