渦旋-超聲萃取-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法測定土壤中11種半揮發(fā)性有機物（SVOCs）

＊洪毅鴻

（中國檢驗認證集團福建有限公司 福建 350007）

引言

苯胺類、苯酚類、硝基苯類、多環(huán)芳烴類物質(zhì)是廣泛分布在環(huán)境土壤中的半揮發(fā)性有機污染物。多環(huán)芳烴類物質(zhì)例如：苯并（a）芘、苯并（a）蒽等都是致癌物質(zhì)，苯胺類、硝基苯類、苯酚類物質(zhì)都是有毒物質(zhì)[1-2]。這些半揮發(fā)性有機污染物通過淋溶、揮發(fā)、沉降等過程在土壤、水體和大氣等環(huán)境介質(zhì)中不停地遷移，并最終在土壤形成積累[3]。

硝基苯、苯胺、2-氯酚、苯并（a）蒽等11種半揮發(fā)性有機污染物已經(jīng)被列入建設(shè)用地土壤污染風險的基本項目[4]。目前土壤中半揮發(fā)性有機物的提取方式有索氏提取、加壓溶劑萃取、超聲提取等方式[5-6]。本文利用渦旋-超聲萃取[7-9]-氣相色譜/質(zhì)譜法同時測定11種半揮發(fā)性有機物，對萃取方式進行比對并且對溶劑種類、溶劑用量、萃取次數(shù)等工藝條件進行研究。該方法具有操作簡便、效率快、成本低等特點，適用于環(huán)境實驗室土壤樣品中半揮發(fā)性有機物的大批量檢測。

1.實驗部分

(1)儀器、試劑及材料

儀器：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent 7890B-5977B），EI源，帶分流/不分流進樣器，Agilent質(zhì)譜工作站；HP-5MS+DG（40m×0.25mm×0.25μm）毛細管柱；數(shù)控超聲波清洗器（型號：KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司）[10]；多管渦旋混合儀（型號：HD-2500，杭州佑寧儀器有限公司）；離心機（型號：LXJ-11B，上海安亭科學(xué)儀器廠）；加速溶劑萃取儀（型號：E-916，瑞士步琦）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（型號：N-1300V-W，日本東京理化）；智能馬弗爐（型號：5E-MF6000，長沙開元儀器股份有限公司）。

試劑：半揮發(fā)性標準溶液（1000mg/L）、半揮發(fā)內(nèi)標混標（1000mg/L）、苯胺標準溶液（1000mg/L），上海安譜實驗科技股份有限公司；二氯甲烷、丙酮、正己烷（HPLC）；無水硫酸鈉、狀粒硅藻土（60～100目）、石英砂（100～20目），400℃烘烤4h。

(2)GC-MS分析條件

HP-5MS+DG毛細管柱，柱溫35℃保持2min，以15℃/min的速率升至150℃保持5min，再以3℃/min的速率升至180℃，最后以9℃/min的速率升至300℃保持7min；分流模式：不分流進樣；進樣口溫度：250℃；載氣：高純氦氣（99.999%），流速1mL/min；離子源溫度：280℃；傳輸線溫度：280℃；四極桿溫度：150℃；電離方式EI源，電離能量70eV；溶劑延遲：4.30min；數(shù)據(jù)采集方式：全掃描離子檢測（SCAN），掃描范圍：35～450amu，掃描速度：3.5scans/s。

(3)樣品前處理

稱取土壤新鮮樣品約5g于玻璃研缽中，加入適量無水硫酸鈉，混勻、脫水并研磨，充分拌勻直到散粒狀，全部轉(zhuǎn)移至50mL離心管中。加入20mL二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）,渦旋混勻，樣品放入超聲波清洗儀超聲提取10min；把樣品放置多管渦旋混合儀上以2500r/min渦旋5min，再將樣品置于離心機中以4000r/min，離心3min，將上層提取液轉(zhuǎn)移至收集瓶內(nèi)；再加入20mL二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）重復(fù)萃取1次，混合提取液。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至1mL，加入適量內(nèi)標溶液，混勻后過0.22μm有機濾膜至1.5mL樣品瓶中，待測。

2.結(jié)果和討論

(1)樣品萃取方式的對比

稱取2份空白土壤樣品各5g分別加入11種半揮發(fā)性有機物標準溶液，加標水平為1.00mg/kg進行加標回收率實驗（重復(fù)兩次）。加壓溶劑萃取法和渦旋-超聲萃取法比對實驗，結(jié)果見表1。

表1 兩種萃取方式對比

結(jié)果表明：渦旋-超聲萃取法對11種半揮發(fā)性有機物的回收率高于加壓溶劑萃取法。渦旋-超聲萃取法有機溶劑用量40mL相比加壓溶劑萃取法用量80mL少。渦旋-超聲萃取法提取效率為30個/小時，加壓溶劑萃取法提取效率為12個/小時。渦旋-超聲萃取法具有設(shè)備成本低、試劑用量少、提取效率高、對環(huán)境污染少的特點，適合大批量的土壤樣品處理。因此選擇渦旋-超聲萃取法。

(2)萃取溶劑的選擇

稱取4份空白土壤樣品5g加入11種半揮發(fā)性有機物標準溶液，加標水平為0.40mg/kg。分別用丙酮、二氯甲烷、正己烷、二氯甲烷-丙酮（1:1）溶劑按照方法做對比實驗，結(jié)果見圖1。

圖1 不同萃取溶劑對回收率的影響

結(jié)果表明，在所選用的幾種溶劑中二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）的回收率最高為67.9%～108.3%。因此確定二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）作為萃取溶劑。

(3)溶劑用量選擇

分別選取空白土壤樣品與萃取溶劑體積比例為1:1、1:2、1:3、1:4和1:5五個梯度進行加標回收率實驗。加標水平為0.40mg/kg，結(jié)果見圖2。

圖2 不同溶劑用量對回收率的影響

結(jié)果表明，隨著溶劑體積的增加，萃取效率也隨之提高。在達到樣品與萃取溶劑體積比例（1:4）時，回收率隨著溶劑體積的增加無明顯變化?？紤]到試劑成本、環(huán)境污染問題，選擇樣品與萃取溶劑比例為（1:4）進行萃取。

(4)萃取循環(huán)次數(shù)選擇

分別稱取4份空白土壤樣品5g，萃取次數(shù)為1、2、3、4次進行加標回收率實驗。加標水平為0.40mg/kg，結(jié)果見圖3。

圖3 萃取循環(huán)次數(shù)對回收率的影響

結(jié)果表明：隨著萃取次數(shù)的增加，萃取效率也隨之提高。在萃取次數(shù)為2次時，再增加萃取次數(shù)回收率無明顯變化。萃取次數(shù)的增加只會增加實驗消耗時間及有機溶劑的用量。所以選擇萃取循環(huán)次數(shù)為2次。

(5)標準曲線、線性范圍、檢出限

將適量的100mg/L的11種半揮發(fā)性有機物標準混合溶液和內(nèi)標混合溶液用二氯甲烷定容后混勻。11種半揮發(fā)性有機物的濃度為2.0mg/L、4.0mg/L、6.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L，內(nèi)標物濃度均為4.0mg/L。按照1.2中的儀器條件進行分析。各組分的總離子流圖，見圖4。以目標物濃度與內(nèi)標物濃度的比值為橫坐標；以目標物與內(nèi)標物定量離子響應(yīng)值的比值為縱坐標，繪制校準曲線。

圖4 11種半揮發(fā)性有機物總離子流圖

結(jié)果表明，11種半揮發(fā)性有機物在2.0～10.0mg/L時，呈良好的線性關(guān)系。連續(xù)分析7份實驗室空白加標樣品，根據(jù)公式MDL=S×t（n-1,0.99）計算方法的檢出限（MDL）。式中，S為n次測定的標準偏差；t為自由度n-1；可信度為99%的t分布；n為樣品平行測定次數(shù)（n=7），其中t（6,0.99）=3.143。11種半揮發(fā)性有機物線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限見表2。

表2 11種半揮發(fā)性有機物的線性關(guān)系及檢出限

(6)方法精密度和準確性

稱取空白土壤樣品5g，分別加入11種半揮發(fā)性有機物標準溶液，加標水平為0.40mg/kg、0.80mg/kg、1.20mg/kg。按照1.3中前處理步驟處理平行測定6次，計算平均回收率和相對標準偏差（RSD），結(jié)果見表3。結(jié)果表明，該方法測定的平均回收率為67.1%～99.1%，相對標準偏差為0.63%～5.70%。該方法的精密度和準確度能滿足土壤環(huán)境監(jiān)測要求。

(7)實際污染樣品分析

為驗證方法在實際土壤樣品測定中可行性。分別按照渦旋-超聲萃取方式和加壓溶劑萃取方式對福建省某企業(yè)周邊土壤進行測定。樣品平行測定3次，測定結(jié)果見表4。采用渦旋-超聲萃取方式測定污染土壤，其中苯并（a）芘的平均測定含量為4.06mg/kg，其余10個目標化合物未檢出。采用加壓溶劑萃取方式測定污染土壤，其中苯并（a）芘平均測定含量為3.95mg/kg,其余10個目標化合物未檢出。結(jié)果表明，渦旋-超聲萃取效率高于加壓溶劑萃取效率，能夠保證實際土壤樣品定量的準確性。

表4 實際樣品分析結(jié)果

3.結(jié)論

本文對前處理步驟中萃取環(huán)節(jié)進行深入研究，通過加壓流體萃取與渦旋-超聲萃取的比對發(fā)現(xiàn)，渦旋-超聲萃取法在有機溶劑使用量和提取效率兩個方面都大大優(yōu)于加壓流體萃取，溶劑使用量減少了50%。提取效率提高了150%。本文對渦旋-超聲萃取步驟中的溶劑選擇、溶劑使用量和萃取循環(huán)次數(shù)都進行了研究實驗。通過實驗得到，使用氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）作為萃取溶劑，樣品與萃取溶劑比例（1:4），萃取循環(huán)次數(shù)2次開展萃取工作，方法準確度、精密度和靈敏度均能符合土壤環(huán)境監(jiān)測要求。該方法具備提取效率高、設(shè)備成本低、溶劑用量少等特點，能為土壤中11種半揮發(fā)性有機物的測定提供了快速、穩(wěn)定和準確的分析手段。