快速溶劑萃取-雙ECD氣相色譜法測定土壤中的23種有機氯

魏小華 石浚哲

摘要 [目的]修正《土壤和沉積物 有機氯農(nóng)藥的測定 氣相色譜法》（HJ 921—2017）中關(guān)于測定23種有機氯的錯誤。[方法]采用ASE快速溶劑萃取對土壤樣品進行前處理，通過雙柱氣相色譜（ECD）法對土壤中23種有機氯農(nóng)藥進行監(jiān)測，并用外標(biāo)法定量，建立土壤中23種有機氯農(nóng)藥的雙柱氣相色譜（ECD）分析方法。[結(jié)果]該方法土壤取樣量為5.0 g，23種有機氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)曲線有良好的線性，決定系數(shù)（R2）在0.998以上，兩柱檢出限分別為0.11～0.66 μg/kg（DB-5柱）和0.09～0.53 μg/kg（DB-1701柱），相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.87%～4.92%（DB-5柱）和0.52%～4.94%（DB-1701柱），實際樣品加標(biāo)回收率除狄氏劑和o，p′-DDD回收率偏低外，其他目標(biāo)物為70%～120%。[結(jié)論]該方法簡單高效，適合土壤中23種有機氯農(nóng)藥的殘留分析測定。

關(guān)鍵詞 土壤;雙柱雙ECD;有機氯農(nóng)藥

中圖分類號 X-833? 文獻標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）12-0204-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.054

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

A Study of 23 OCPs in Soil by Accelerated Solvent Extraction with Dual Chromatographic Columns and Dual ECD

WEI Xiao hua， SHI Jun zhe

（Wuxi Environmental Monitoring Central， Jiangsu Province， Wuxi， Jiangsu 214000）

Abstract [Objective] To correct the mistakes about determining 23 OCPs in Soil and Sediment—Determination of OCPs—Gas Chromatography（HJ 921—2017）. [Method] A double column gas chromatography （ECD） method was established for the determination of 23 OCPs in soil by accelerated solvent extraction and external standard method [Result] The soil sample quantity is 5.0 g and there were good linear relationship of 23 OCPs， the coefficient of determination （R2） was greater than 0.998. The experimental results showed that the detection limits were in the range of 0.11-0.66 μg/kg （DB 5 Columns） and 0.09-0.53 μg/kg （DB 1701 Columns）， and the relative standard deviations were 0.87%-4.92% （DB 5 Columns） and 0.52%-4.94%（DB 1701 Columns）. The recovery rate of the sample was 70%-120% except dieldrin and o，p′ DDD. [Conclusion] The method is simple， efficient and high sensitivity， and suitable for the determination and analysis of residues of 23 OCPs in soil.

Key words Soil;Dual chromatographic columns and dual ECD;OCPs

有機氯農(nóng)藥類化合物屬于持久性污染物，性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，具有生物累積性，對生態(tài)環(huán)境和人體健康有潛在威脅[1-2]。因此，加強對環(huán)境中有機氯農(nóng)藥類化合物的監(jiān)測十分重要。

快速溶劑萃取通過高溫、高壓對目標(biāo)化合物實現(xiàn)快速、高效的提取，可節(jié)省溶劑[3-6]。ASE操作簡便，重現(xiàn)性好，雙柱氣相色譜（ECD）分析方法既能定性亦能通過前后柱的對比分析有效去除假陽性的干擾，分離效果好、準(zhǔn)確度高[7-8]。因此，筆者采用ASE快速溶劑萃取對土壤中23種有機氯農(nóng)藥類化合物進行處理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1

儀器。Agilent 7890 A 雙ECD 氣相色譜儀（Agilent 7693 Auto sampler 自動進樣平臺）;DB-1701毛細管色譜柱（30.0 m×0.53 mm×1.0 μm）;DB-5毛細管色譜柱（30.0 m×0.53 mm×0.88 μm）;Dionex ASE350 快速溶劑萃取儀（Thermo Scientific），配34 mL萃取池;DC12H型氮吹濃縮儀。

1.1.2

標(biāo)準(zhǔn)溶液。23種有機氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（TMstandard，100 μg/mL），8種有機氯標(biāo)準(zhǔn)溶液（TMstandard，100 μg/mL），外環(huán)氧七氯標(biāo)準(zhǔn)溶液（TMstandard，100 μg/mL），環(huán)氧七氯標(biāo)準(zhǔn)溶液（TMstandard，100 μg/mL），異狄氏劑（O2si，100 μg/mL），異狄氏劑醛（O2si，100 μg/mL），異狄氏劑酮（O2si，100 μg/mL），滅蟻靈標(biāo)準(zhǔn)溶液（環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)品研究所，100 μg/mL），α-氯丹標(biāo)準(zhǔn)溶液（Anpel，100 μg/mL），γ-氯丹標(biāo)準(zhǔn)溶液（Dr.Ehrenstorfer，100 μg/mL），o，p′-DDE標(biāo)準(zhǔn)溶液（Dr.Ehrenstorfer，100 μg/mL）、o，p′-DDD標(biāo)準(zhǔn)溶液（Dr.Ehrenstorfer，100 μg/mL），硫丹Ⅰ和硫丹Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)溶液（北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司，1 000 μg/mL），狄氏劑標(biāo)準(zhǔn)溶液（北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司，1 000 μg/mL），艾氏劑標(biāo)準(zhǔn)溶液（北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司，1 000 μg/mL），p，p′-DDD標(biāo)準(zhǔn)溶液（北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司，1 000 μg/mL），順式九氯標(biāo)準(zhǔn)溶液（AccuStandard，100 μg/mL），反式九氯標(biāo)準(zhǔn)溶液（AccuStandard，100 μg/mL）。

1.1.3 試劑及用品。正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、甲醇均為CNW色譜純;無水硫酸鈉、硅藻土均為分析純（450 ℃馬弗爐中烘烤4 h）;實驗室用水為超純水。

1.2 色譜條件

進樣口溫度 220 ℃，不分流進樣，進樣體積 1.0 μL;色譜柱①：DB-5毛細管柱（30.0 m×0.53 mm×0.88 μm）;色譜柱②：DB-1701毛細管柱（30.0 m×0.53 mm×1.0 μm）。載氣，高純氮氣;柱流量為 1.8 mL/min;隔墊吹掃，3.0 mL/min;尾吹，60.0 mL/min。柱箱初始溫度 150 ℃保持 1 min，以 10 ℃/min的速率升溫至 200 ℃保持 18 min，以 3 ℃/min 升溫至 230 ℃保持 52 min。檢測器溫度 280 ℃。

1.3 樣品制備

土壤樣品冷凍干燥后除去異物（石頭、葉片等），取5.00 g（精確到0.01 g）土壤樣品，土壤樣品與適量硅藻土研磨均勻后裝入底部事先放一片纖維濾膜的34 mL萃取池中。ASE預(yù)熱5 min，靜態(tài)萃取時間5 min，沖洗體積60%，萃取溫度100 ℃，壓力 10.3 MPa，氮氣吹掃120 s，丙酮/正己烷（V/V=1∶1）萃取，循環(huán)2次。萃取液收集于小瓶中，待濃縮凈化。

1.4 土壤樣品濃縮凈化

在玻璃漏斗上墊一層玻璃棉，加入約5 g 無水硫酸鈉，將“1.2”中的土壤萃取液經(jīng)無水硫酸鈉脫水后收集到氮吹管中。為避免目標(biāo)化合物的吸附，用萃取溶劑充分洗滌萃取容器3次，每次約5 mL，洗滌液也經(jīng)過無水硫酸鈉過濾，最后用少許萃取溶劑沖洗過濾殘留物。合并上述濾液，氮吹濃縮至約1.0 mL。

用10 mL正己烷洗滌Florisil硅藻土小柱，保持柱內(nèi)吸附劑表面浸潤，將“1.3”中濃縮后的萃取液轉(zhuǎn)移到Florisil小柱上，停留1 min，讓溶液流出小柱，加入約2 mL正己烷-丙酮（9∶1，V/V）并停留1 min，用10 mL濃縮管接收洗脫液，繼續(xù)用正己烷-丙酮（9∶1，V/V）洗滌小柱，至接收到的洗脫液體積到10 mL為止，洗脫液經(jīng)氮吹儀氮吹濃縮并定容至1.0 mL后轉(zhuǎn)移至樣品瓶中待上機分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 柱條件及定性

有文獻報道，異狄氏劑在高溫下易分解[9]，因此進樣口和柱溫不宜過高。該試驗比較了不同柱條件對23種有機氯農(nóng)藥的分離效果，由于2根色譜柱的極性不同，相同化合物在2柱上的保留時間和出峰順序不一定相同，通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)單標(biāo)的出峰保留時間確定該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在23種有機氯農(nóng)藥中的出峰順序。該試驗發(fā)現(xiàn)，23種有機氯的出峰順序與《土壤和沉積物 有機氯農(nóng)藥的測定 氣相色譜法》（HJ 921—2017）[10]中的出峰順序不一致，通過單標(biāo)的保留時間定性，重新確定了23種化合物在前后柱中的出峰順序。23種目標(biāo)化合物中，前柱（DB-5）中o，p′-DDT和順式九氯出峰時間重疊無法分開;后柱（DB-1701）中α-氯丹和反式九氯出峰時間重疊，p，p′-DDD和順式九氯出峰時間重疊。另外試驗還發(fā)現(xiàn)，異狄氏劑的降解產(chǎn)物異狄氏劑醛和異狄氏劑酮亦有出峰，DB-1701柱中化合物的保留時間較DB-5柱中化合物的保留時間延后明顯。考慮到異狄氏劑的降解問題，有研究者將檢測器溫度設(shè)定在250 ℃，該試驗發(fā)現(xiàn)檢測器溫度在250 ℃的響應(yīng)值較280 ℃明顯偏低，300 ℃與280 ℃差異不大，故該試驗設(shè)定檢測器溫度為280 ℃。各化合物的出峰順序見圖1和圖2。

2.2 萃取溶劑的選擇

傳統(tǒng)的索氏提取法耗時過長，且干擾物質(zhì)多。該試驗采用加速溶劑萃取法，具有快速、簡單、回收率高等優(yōu)點。從土壤中提取有機氯農(nóng)藥殘留可選用不同萃取溶劑，其中包括正己烷、丙酮/石油醚和苯/丙酮等。有機氯農(nóng)藥低極性，理論上在非極性溶劑中的溶解度更高，但土壤是個復(fù)雜體系，其表面帶有電荷，呈極性，完全采用非極性的正己烷很難進入較小的土壤孔隙，加入一定量的丙酮可以增加提取劑的極性，可將土壤表面和孔隙中的農(nóng)藥提取出來，綜合效果較好。有研究試驗了正己烷/丙酮9∶1、8∶2、3∶7 和 1∶1（V/V）不同混合溶劑的提取效果，結(jié)果表明，正己烷/丙酮 1∶1 提取效果最佳。另外，不同體積比的正己烷/丙酮在ASE萃取過程中的萃取效果，亦得出正己烷/丙酮 1∶1（V/V）為最佳[11-13]。因此，該試驗用正己烷/丙酮 1∶1（V/V）進行萃取。

2.3 循環(huán)次數(shù)和萃取溫度及壓力的選擇

循環(huán)次數(shù)與ASE的萃取效率直接相關(guān)，該試驗考察了2次循環(huán)和3次循環(huán)對萃取效率的影響，結(jié)果見表1。從表1可以看出，2次循環(huán)的萃取效率比3次循環(huán)的高，且目標(biāo)化合物的總體回收率更好，分析原因可能是由于3次循環(huán)萃取時間過長，導(dǎo)致部分目標(biāo)化合物降解，從而使得回收率下降。綜合來看，選擇2次循環(huán)較為合適。

ASE是一種固-液萃取模式，提高溫度可以增加擴散力、提高溶解度、降低表面張力，從而加快萃取進程、提高萃取效率。有研究表明，隨著溫度升高，有機氯的回收率也隨之增大。通過試驗60、80、100、120 ℃不同溫度下六六六、滴滴涕的萃取效果，結(jié)果表明，萃取溫度為 100 ℃時，萃取效果最好，并趨于穩(wěn)定[14]，因此確定最佳萃取溫度為100 ℃。另外，試驗了6.9、10.3、13.8 MPa不同壓力下的萃取效果，結(jié)果表明，萃取壓力對萃取效率的影響不大，推薦使用10.3 MPa。因此，該試驗選擇在100 ℃、10.3 MPa條件下進行萃取。

2.4 土壤凈化方式和洗脫體積

由于酸、堿會破壞一些有機氯農(nóng)藥，濃H2SO4凈化適用于性質(zhì)穩(wěn)定的有機氯農(nóng)藥類化合物的凈化，但該凈化方法并不適合不穩(wěn)定化合物[15]，該研究采用Florisil硅藻土商品小柱進行凈化，利用正相柱極性填料吸附樣品溶液中的極性雜質(zhì)，用弱極性的淋洗液將目標(biāo)化合物洗脫[16]。理論上，在保證目標(biāo)化合物回收率的前提下，采用極性小的淋洗液可達到最好的凈化效果。

在Florisil小柱凈化過程中，淋洗液收集越多，回收率越高，但是干擾組分被洗脫的也越多，所以需要選擇合適的淋洗液回收體積。劉文長等[17]收集正己烷-丙酮（9∶1，V/V）淋洗液上機檢測，計算不同體積淋洗液回收率，淋洗液超過8 mL，回收率基本不變。陳蓓蓓等[18]也研究了正己烷-丙酮（9∶1，V/V）的洗脫體積，結(jié)果表明，洗脫至9 mL時有機氯目標(biāo)化合物已洗脫完全。為確保回收率，該試驗選擇洗脫體積為10 mL，試驗結(jié)果表明回收率在70%～120%，符合預(yù)期結(jié)果。

2.5 實驗室質(zhì)量控制

用石英砂代替土壤樣品來進行溶劑與樣品空白試驗。測定結(jié)果表明，試驗空白未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)化合物。實測樣品中隨機抽取1個樣品進行平行雙樣測定，平行雙樣測定結(jié)果的偏差應(yīng) ≤±20%，《土壤和沉積物 有機氯農(nóng)藥的測定 氣相色譜法》（HJ 921—2017）中由于23種有機氯目標(biāo)化合物中并沒有異狄氏劑降解產(chǎn)物異狄氏劑醛和異狄氏劑酮的濃度，故無法測定異狄氏劑降解率，這是該方法的一大缺陷。因此，該試驗采用中間濃度點進行質(zhì)控，即每隔10個樣品注入 1.0 μL 標(biāo)準(zhǔn)曲線中間濃度點的有機氯標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過目標(biāo)化合物的測定值與中間濃度的偏差（≤±20%）來評價樣品穩(wěn)定性和系統(tǒng)測定準(zhǔn)確性。經(jīng)測定，中間濃度點的偏差均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

2.6 假陽性的排除

根據(jù)有機氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品在雙色譜柱上的保留時間定性，采用外標(biāo)法以峰面積定量。由于雙柱ECD同時有2套校準(zhǔn)曲線參與計算，樣品數(shù)據(jù)也相應(yīng)生成2套，其中數(shù)據(jù)取舍遵循的原則如下：凡是目標(biāo)化合物相應(yīng)的定量值在2柱上的差異大于5倍的，則認(rèn)為此化合物為假陽性;凡是小于5倍的，則認(rèn)為所對應(yīng)的化合物存在且以較小的數(shù)值作為最終定量值[19]。采用雙柱同時進樣，由于2根色譜柱的極性不同，相同化合物在2柱上的保留時間亦不同，用雙柱同時判斷能提高準(zhǔn)確度，避免假陽性現(xiàn)象。

2.7 校準(zhǔn)曲線、精密度和檢出限

分別取適量的23種有機氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液，用正己烷稀釋，配制23種有機氯農(nóng)藥類化合物的標(biāo)準(zhǔn)系列，分別為20.0、60.0、100.0、300.0、500.0、800.0、1 000.0 μg/L，在“1.2”條件下測定。以目標(biāo)物濃度（X）為橫坐標(biāo)，目標(biāo)物峰面積（Y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表1，由表1可見，各目標(biāo)物質(zhì)相關(guān)系數(shù)均在0.998 0以上。

取 5.0 g（精確到0.01 g）石英砂，加入一定量的23種有機氯標(biāo)準(zhǔn)溶液，各目標(biāo)物濃度見表1中“添加濃度Ⅰ”，同時每個濃度再做6個平行樣，每個濃度7個樣品，按照“1.3”“1.4”所述處理，在“1.2”條件下測定，結(jié)果顯示：7次測得的目標(biāo)化合物的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.87%～4.92%（DB-5柱）和0.52%～4.94%（DB-1701柱），按照公式MDL = 3.143×S計算檢出限，結(jié)果得出目標(biāo)化合物的檢出限在0.11～0.37 μg/kg（DB-5柱）和0.09～0.40 μg/kg（DB-1701柱）。

用硅藻土制成另外2個濃度的樣品，各目標(biāo)物濃度見表1中“添加濃度Ⅱ、Ⅲ”進行加標(biāo)回收率和精密度試驗，每個濃度測定3次，結(jié)果見表1。由表1可見，添加濃度Ⅱ（2次循環(huán)）中除DB-5柱狄氏劑和o，p′-DDD回收率偏低外，其他目標(biāo)化合物的回收率為70.45%～114.65%（DB-5柱）和75.70%～108.05%（DB-1701柱）;添加濃度Ⅱ（3次循環(huán)）中DB-5柱狄氏劑和p，p′-DDD回收率也偏低，其他目標(biāo)化合物的回收率為65.75%～110.30%（DB-5柱）和74.10%～106.20%（DB-1701柱）;添加濃度Ⅲ平均加標(biāo)回收率為69.37%～113.96%（DB-5柱）和81.19%～117.34%（DB-1701柱）。結(jié)果表明，回收率在合理范圍內(nèi)，說明該方法準(zhǔn)確可靠，能應(yīng)用于實際土壤樣品的分析。

2.8 實際樣品分析

使用該方法對無錫地區(qū)采集的5個土壤樣品分別進行測定。結(jié)果表明，土壤平行樣品相對偏差 < 20%，中間濃度點的相對偏差< 20%，滿足質(zhì)控要求;土壤加標(biāo)樣品中除DB-5柱狄氏劑和o，p′-DDD回收率偏低外，其他目標(biāo)化合物的回收率為70%～120%（DB-5柱）。

3 結(jié)論

該研究通過優(yōu)化柱條件和試驗條件，采用雙柱雙ECD氣相色譜法測定土壤中的23種有機氯農(nóng)藥，結(jié)果修正了《土壤和沉積物 有機氯農(nóng)藥的測定 氣相色譜法》（HJ 921—2017）中的錯誤。ASE快捷高效、節(jié)省溶劑、自動化程度高，適合批量檢測。雙柱雙ECD氣相色譜儀測定土壤23種有機氯可同時收集2套數(shù)據(jù)供定性和定量分析，測定結(jié)果準(zhǔn)確度高，可有效避免誤判。該方法重現(xiàn)性好、靈敏度高，可應(yīng)用于土壤樣品的檢測分析。

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