土壤中半揮發性有機污染物的提取、分離及定性定量分析

1酸酯類物質污染研究銨、有機氯農藥（ocps）和酸酯（paes）是環境中廣泛存在的半發生有機污染物。其中，16個多環芳烴（pahs）、8個有機氯農藥（i-、ii-、iii-hch、p、p-dt、o、p-de、p、p-mm）和6個酸酯。由于其“毒性”、“畸形”或“突變”活性，美國環境管理局（epa）被列入優先有機污染物清單。其中，dts也被列入“斯諾國際公約”。這些污染物的半揮發性,使其經過淋溶、揮發和沉降等過程,在土壤、水體和大氣等環境介質中不停地遷移,并最終在土壤形成累積。所以,研究這些化合物在土壤的污染狀況對環境監控以及環境污染防治具有重要意義,也可為相關法律法規的制定提供科學依據。土壤中復雜的組成成分往往對其中的痕量有機污染物分析產生嚴重干擾,因此,對土壤樣品的前處理至關重要。本文參照美國EPA固體廢棄物分析等有關方法,選擇上述4類有機污染物作為研究對象,建立了超聲萃取、硅膠柱和弗羅里土柱凈化分離、氣相色譜以及氣-質譜聯用的分析方法來測定土壤中的痕量半揮發性有機污染物,并將本方法用于北京近郊土壤中污染物的分布與來源調查工作中。2實驗部分2.1標準溶液及標準樣品石油醚(沸程:60~90℃)、乙醚、丙酮、二氯甲烷和異辛烷均為分析純,經全玻璃系統精密蒸餾后使用;無水硫酸鈉(分析純,北京化學試劑廠制),600℃下活化8h;硅膠(柱層析用,粗孔,粒徑0.075~0.154mm,青島海洋化工廠),130℃下活化16h;弗羅里土(柱層析用,粒徑0.154~0.30mm,SUPELCO公司),在140℃下活化16h。多環芳烴標準樣(SIGMA公司)、2-氟聯苯(SUPELCO公司)、正構烷烴標準樣(SIGMA公司)、有機氯農藥標樣(農業部環境保護科研監測所)、2,4,5,6-四氯-間-二甲苯(SUPELCO公司)以及酞酸酯標樣:二甲基、二乙基、二正丁基、雙(2-乙基己基)、丁基芐基、二正辛基、二異丁酯、雙(4-甲氧基乙基)、雙(4-甲基-2-戊基)、雙(2-乙氧乙基)、二戊基、二己基、己基2-乙基己基、雙(2-正-丁氧基)、二環己基和二壬基鄰苯二甲酸酯(SUPELCO公司),其中前6種屬EPA優先監測酞酸酯,分別溶于異辛烷中并稀釋至一定濃度備用。為了避免酞酸酯污染,樣品處理過程中均不使用塑料器皿。實驗所用的玻璃儀器先用自來水清洗,再于鉻酸洗液中浸泡過夜,使用前再依次用自來水、去離子水洗凈烘干,用丙酮淋洗后備用。2.2gc/ms檢測6890N氣相色譜儀帶火焰離子檢測器(FID)(Agilent公司);6890氣相色譜儀帶Ni63電子捕獲檢測器(ECD)(Agilent公司);6890/5973色譜-質譜聯用儀(Hewlett-Packard,USA);3套系統均備有DB-5石英毛細管柱(30m×0.25mmi.d.,液膜厚度為0.25μm);超聲波發生器(中國科學院聲學研究所);色譜分離玻璃柱(40cm×10mmi.d.)。2.3土壤樣品采集采集地下深層土樣用于做本底實驗;在北京近郊以網格化方式布點共采集表層(0.05~0.30m)土壤樣品47個,深層(1.5~1.8m)土壤樣品46個,土樣采集后在通風櫥中自然風干,過0.45mm孔徑篩后儲存于密閉深棕色玻璃瓶中,于-4℃下保存。2.4超聲萃取-濃縮法稱取10g土壤樣品與等量的無水硫酸鈉充分研磨混合后放入100mL的玻璃離心管中,加入代用標準和萃取劑后進行萃取;在30mL丙酮/石油醚(1/1,V/V)混合液中超聲萃取5min,離心分離,萃取離心重復3次,合并萃取液過無水硫酸鈉干燥柱除水后一分為二,經K.D.濃縮分別用硅膠柱和弗羅里土柱凈化。硅膠柱是用10g硅膠在二氯甲烷中攪勻后濕法裝柱,再用40mL石油醚預淋洗備用;弗羅里土柱是用5g弗羅里土用石油醚濕法裝柱備用;色譜柱的頂端覆蓋1g無水硫酸鈉,最下端為處理過的玻璃纖維。凈化后的各級分經K.D.濃縮后,將溶劑替換為石油醚,并濃縮定容至0.2mL,備定性定量分析。2.5色譜質譜條件有機氯農藥用GC/ECD分析,其它三類化合物用GC/FID分析。分析烴類和酞酸酯時,進樣口溫度280℃,檢測器溫度280℃,載氣為高純氮,流速為30mL/min;采用不分流進樣方式,進樣量為1μL。正構烷烴和多環芳烴的升溫程序:初溫為50℃,保持2min,然后以4℃/min升至280℃后保持20min;酞酸酯的升溫程序:初溫為50℃,保持2min,然后以8℃/min升至280℃后保持10min。檢測有機氯農藥時,進樣口溫度300℃,檢測器溫度310℃,其升溫程序與烴類的分析條件一致。色譜-質譜(GC/MS)檢測條件:各升溫方式同色譜的條件,離子源溫度為230℃,電子能量為70eV,采用全掃描方式,掃描范圍為50~500amu。定性與定量:標樣保留時間結合GC/MS譜庫檢索定性;外標法定量。3結果與討論3.1優化凈化條件3.1.1洗脫溶劑用量試驗在硅膠柱上加入適量的正構烷烴和多環芳烴的混標,采用不同比例的石油醚/二氯甲烷混合液洗脫,控制一定的流速,每隔一定體積收集一次洗脫液。結果表明:先用25mL石油醚淋洗,級分中為正構烷烴類化合物;再用30mL石油醚/二氯甲烷(3/2,V/V)淋洗,級分中為多環芳烴類化合物。3.1.2洗脫曲線及酸酯類化合物的制備在弗羅里土柱上加入適量的有機氯農藥和酞酸酯混標,采用不同比例的石油醚/乙醚混合液洗脫,控制一定的流速,每隔一定體積收集一次洗脫液,繪制洗脫曲線(圖1)。結果表明:先用100mL石油醚/乙醚(91/9,V/V)淋洗,此級分中為有機氯農藥類化合物,其中除了γ-HCH在后50mL中洗脫外,其余均在前50mL中洗脫;再用60mL石油醚/乙醚(50/50,V/V)淋洗,此級分中為酞酸酯類化合物。由于流出曲線與所用的硅膠和弗羅里土的批次有關,所以在用新的批次材料時,應根據實驗結果對洗脫劑比例進行適當調節。3.2有機污染物的標準流圖和檢出率采用上述實驗方法,我們對北京近郊土壤中的半揮發有機污染物進行了分析。利用氣相色譜和氣-質譜聯用技術,共定性化合物83種。對其中的56種進行了定量分析,包括26種正構烷烴(從C13到C36以及姥鮫烷和植烷)、16種多環芳烴、8種有機氯農藥和6種酞酸酯。其中屬于美國EPA129種優先控制污染物的有30種,屬于我國68種優先控制污染物的有19種。圖2為表層土壤樣品中多環芳烴(a)和酞酸酯(b)的典型總離子流圖。檢出率在一定程度上可以定性地反映有機物對環境的污染狀況。對表層土壤,多環芳烴中檢出率最低的是苯并[a]蒽(47%),最高的是苯并[a]芘(85%);正構烷烴中檢出率最低的是正十三烷(47%),最高是正二十四烷到正二十七烷(94%);有機氯農藥的檢出率均較高,接近或達到90%以上;6種EPA酞酸酯中檢出率最低的是鄰苯二甲酸二甲酯(11%),最高的為鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯(98%)。對深層土壤,多環芳烴中檢出率最低的是苯并[a]蒽(5%),最高的是芴(65%);正構烷烴中檢出率最低的是正十三烷(5%),最高是正十八烷、正二十七烷和正二十九烷(74%);有機氯農藥的檢出率也較高,接近或達到80%;酞酸酯中檢出率最低的是鄰苯二甲酸二甲酯(4%),最高的為鄰苯二甲酸雙(2-乙基己基)酯(90%)。對于有機氯農藥,無論是表層土壤還是深層土壤,大部分p,p′-DDT的檢出量都較低,這從一個側面反映了DDTs的降解情況。此外,正十三烷檢出率低是由于它的揮發性大,導致含量偏低。由表1的檢出率數據(姥鮫烷和植烷未計算在內)看出,北京城周邊近郊的表層土壤比深層土壤受到的污染嚴重。3.3方法的回收率和檢出限方法的回收率測定采用基質加標方法確定。提取開始時加入2-氟聯苯和2,4,5,6-四氯-間-二甲苯作為多環芳烴和有機氯農藥的代用標準(surrogate),以校正樣品處理過程和分析時的誤差,進行回收率控制。為了控制提取及分離操作過程中可能帶來的污染,進行了全程空白實驗,并以信噪比的3倍作為方法的檢出限。表2列出了方法的基質加標平均回收率和檢出限,相對標準偏差均小于15%。酞酸酯由于在環境中幾乎無所不至,其檢出限也因而相對較高。為便于控制,93個土壤樣品分12批分析,其中9批每批有8個樣品,3批每批有7個樣品。每個樣品都要添加代用標準,進行回收率控制;每批樣品都做一次溶劑空白對照實驗;樣品分析前均用標準溶液對儀器進行校準,同時作出校準曲線;在每一批中隨機抽取一個樣品作為控制樣,用其中的代用標準相應的色譜峰面積作為控制指標,并依照它們的峰面積做出質量控制圖(圖3)。2-氟聯苯的相對標準偏差為4.47%,回收率范圍是94%~107%,落在x±s范圍內的點數為58%,落在x±2s范圍內的點數為100%。2,4,5,6-四氯-間-二甲苯的相對標準偏差為14.27%,回收率范圍是82%~126%,落在x±s范圍內的點數為67%,落在x±2s范圍內的點數為100%。以上表明所得到的分析結果是可靠的。4北京鄰近的樣品分析方法的回收率在82%~117%之間;檢出限