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嘉峪檢測網 2025-03-05 20:29
摘 要： 建立加速溶劑萃取-氣相色譜法同時測定土壤中12種氯苯類化合物。以正己烷-丙酮為萃取溶劑，采用加速溶劑萃取處理土壤樣品，萃取溫度為100 ℃，壓力為10.3 MPa，靜態萃取5 min，淋洗10%萃取池體積，氮氣吹掃60 s，萃取循環3次。采用弗羅里硅土柱凈化，濃縮后經過DB-WAX色譜柱分離。12種氯苯類化合物在各自質量濃度范圍內與色譜峰面積線性關系良好，相關系數均大于0.999，檢出限為0.000 1～0.112 9 mg/kg，定量限為0.000 4～0.451 6 mg/kg。樣品平均回收率為58.3%～111%，測定結果的相對標準偏差為5.0%～11.2%（n=6）。該方法準確、靈敏度高，能夠實現對土壤中12種氯苯類化合物的檢測。
關鍵詞： 加速溶劑萃取； 氣相色譜法； 土壤； 氯苯類化合物
氯苯類化合物具有強刺激性，通過皮膚和呼吸道接觸后，能夠在人體內積累，逐漸對肝臟、腎臟等器官造成損害，并可能引發致癌、致畸和致突變等效應[1-3]。該類化合物廣泛應用于農藥、醫藥、染料及日用化工等領域，相關研究已報道其在水體、空氣和土壤等介質中的存在[4-9]。氯苯類污染物通過土壤滲透、農作物生長和生物富集等途徑，威脅環境的可持續發展和人類健康[10-11]。
目前，我國關于土壤氯苯類分析方法標準主要包括HJ 605—2011《土壤和沉積物揮發性有機物的測定吹掃捕集/氣相色譜-質譜法》、HJ 834—2017《土壤和沉積物半揮發性有機物的測定氣相色譜-質譜法》、HJ 835—2017《土壤和沉積物有機氯農藥的測定氣相色譜-質譜法》。這些標準中僅包含氯苯、1，4-二氯苯、1，3-二氯苯、1，2-二氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯和六氯苯7種化合物，并未專門針對土壤中12種氯苯類有機化合物的測定方法。由于氯苯在氣相色譜電子捕獲檢測器上的響應值較低，相關研究往往將其排除在外[1,12]，然而，氯苯作為氯苯類化合物的重要組成部分，其分析不可或缺。氣相色譜具有高靈敏度、快速分析和高選擇性等優點，廣泛應用于化學分析領域[13-14]。
筆者建立了氣相色譜法同時測定土壤中12種氯苯類化合物，通過選用不同組分濃度梯度的混合標準溶液，優化了土壤樣品前處理方法，解決了氣相色譜法測定氯苯響應不足的問題，該方法的建立為開展土壤污染防治研究以及改善土壤環境質量提供重要參考。
1. 實驗部分
1.1 主要儀器與試劑
氣相色譜儀：8890型，配有電子捕獲(ECD)檢測器，美國安捷倫科技有限公司。
加速溶劑萃取儀：Flex-HPSE 1H型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。
平行蒸發濃縮儀：BUCHI V-300型，瑞士步琦有限公司。
電子天平：AL-204型，感量為0.000 1 g，瑞士梅特勒-托利多公司。
12種氯苯類化合物混合標準溶液：含有氯苯、1，4-二氯苯、1，3-二氯苯、1，2-二氯苯、1，3，5-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，5-四氯苯、1，2，3，4-四氯苯、五氯苯、六氯苯各組分的質量濃度分別為100 000、1 000、1 000、1 000、200、200、200、50、50、50、20、20 mg/L，北京百靈威科技有限公司。
正己烷、二氯甲烷、丙酮：均為色譜純，天津科密歐化學試劑有限公司。
C18小柱、弗羅里硅土小柱：1 000 mg（12 mL），杭州微米派科技有限公司。
石英砂：分析純，質量分數不小于95.0%，國藥化學試劑股份有限公司。
硅藻土：分析純，質量分數為80.0%，濟南名邦化工有限公司。
濃硫酸、無水硫酸鈉：均為優級純，質量分數分別為98.3%、99.0%，國藥化學試劑股份有限公司。
1.2 色譜條件
色譜柱：DB-WAX型毛細管柱(60 m×0.32 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司)；載氣：高純氮氣，純度(體積分數)大于99.999%；柱流量：1.5 mL/min；進樣口溫度：220 ℃；進樣體積：1 μL；進樣方式：不分流進樣；柱升溫程序：程序升溫，初始溫度40 ℃保持4 min，以10 ℃/min的速率升至240 ℃，保持12 min；尾氣流量：60 mL/min。
1.3 實驗步驟
1.3.1 樣品采集
采集某化工園區制藥廠生產車間附近土壤表層(0~20 cm)樣品以及背景土壤表層(0~20 cm)樣品，裝滿樣品不留空隙保存于棕色玻璃瓶，密封瓶口并4 ℃低溫冷藏保存。將樣品均勻擺放在搪瓷盤中，去除葉片、石子等異物。
1.3.2 加速溶劑萃取
稱取10 g新鮮土壤樣品，研磨成流沙狀，然后樣品裝入萃取池中間位置，頂部加上濾紙片，設置相應的儀器條件，分別用正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-丙酮(1∶1，體積比，下同)、正己烷-/丙酮(1∶1)4種萃取溶劑萃取。
1.3.3 萃取液凈化
將收集好萃取液用平行蒸發儀濃縮至1.5～2.0 mL，分別用濃硫酸、C18小柱和弗羅里硅土小柱進行處理。新鮮樣品分析時，將萃取液更換為正己烷，用適量無水硫酸鈉對萃取液脫水操作。使用150 mL分液漏斗，加入約十分之一萃取液體積的濃硫酸，振搖后等待靜置分層，重復數次直至兩相界面清晰。使用約10 mL正己烷洗滌固相柱，保持柱吸附劑表面浸潤，將萃取液轉移到固相柱上停留1 min后，保持柱吸附劑表面浸潤。加入約2 mL正己烷-丙酮(1∶1)混合溶劑并停留1 min，采用濃縮管接收淋洗液，繼續用正己烷-丙酮溶液(1∶1)洗滌小柱，直至接收的淋洗液體積達到10 mL，收集全部淋洗液，平行蒸發濃縮至1.0 mL，靜置待測。
1.3.4 樣品測定
準確移取12種氯苯類化合物混合標準溶液 1.0、10.0、20.0、30.0、50.0 μL，在1.2儀器工作條件下進樣測定，繪制標準工作曲線，以化合物出峰時間定性，以色譜峰面積外標法定量。
2. 結果與討論
2.1 色譜柱選擇
氯苯類化合物一般選擇硝基對苯二酸改性的聚乙二醇或其他等效固定相。對比了DB-1701 (弱極性)、DB-624 (中極性)、DB-WAX (強極性)3種不同類型的色譜柱的分離情況，結果表明，同分異構體1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，5-四氯苯在DB-WAX色譜柱上的分離效果最好，同時氯苯響應值良好，其余組分也得到了有效分離，色譜峰形對稱，基線平穩無拖尾現象，色譜圖如圖1所示。
圖1 12種氯苯類化合物的標準色譜圖
Fig. 1 Standard chromatogram of 12 chlorobenzene compounds
1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯
2.2 萃取方法選擇
土壤樣品處理常用的索氏提取、加速溶劑萃取(ASE)和超聲波萃取方法，在諸多研究文獻中報道過[15-16]。索氏提取是一種通過回流和虹吸條件對樣品反復萃取的方法，但其耗時長且溶劑用量大；超聲波萃取則通過增加物質分子運動頻率和速度，提高溶劑穿透力，加速目標組分進入溶劑，但控制條件不易掌握；相比之下，加速溶劑萃取利用高溫、高壓條件將有機組分從不銹鋼萃取池中萃取出，萃取效率及自動化程度高，是目前土壤前處理的首選方法。對空白土壤(不含氯苯類化合物)樣品進行加標處理，采用加速溶劑萃取，選擇合適的萃取池，按照以下3種條件進行萃取，ASE (1)：萃取溫度為100 ℃，壓力為10.3 MPa，靜態萃取時間為5 min，淋洗體積為60%萃取池體積，氮氣吹掃時間為60 s，萃取循環次數為2次；ASE (2)：萃取溫度為100 ℃，壓力為10.3 MPa，靜態萃取時間為5 min，淋洗體積為20%萃取池體積，氮氣吹掃時間為60 s，萃取循環次數為2次；ASE (3)：萃取溫度為100℃，壓力為10.3 MPa，靜態萃取時間為5 min，淋洗體積為10%萃取池體積，氮氣吹掃時間為60 s，萃取循環次數為3次。不同萃取條件樣品回收率結果如圖2所示。ASE (1)、ASE (2)、ASE (3)的回收率分別為72.2%～89.5%、69.6%～90.0%、74.9%～96.8%。表明減少淋洗體積，增加萃取次數可以提高樣品回收率，其中三氯苯回收率顯著提高；萃取液體積減少，可以進一步降低氯苯在濃縮步驟的損失。
圖2 不同加速溶劑萃取條件下的樣品回收率
Fig. 2 Sample recoveries under different accelerated solvent extraction conditions
1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯
2.3 萃取溶劑選擇
二硫化碳、石油醚、二氯甲烷、正己烷、丙酮、乙酸乙酯等是有機化合物萃取過程中常用的溶劑。對空白土壤樣品進行加標處理，分別考察4種不同溶劑對氯苯類化合物提取效率的影響，選用的萃取溶劑包括正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-丙酮(1∶1)以及正己烷-丙酮(1∶1)，并將實驗分為單一溶劑組和混合溶劑組，以比較不同溶劑的萃取效果。不同萃取溶劑對樣品回收率的影響如圖3所示。
圖3 使用不同萃取溶劑時的樣品回收率
Fig. 3 Effects of different extraction solvents on sample recoveries
1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯
從圖3中可以看出，正己烷、二氯甲烷的萃取率分別為48.1%～84.7%、53.2%～80.7%，二氯甲烷-丙酮(1∶1)、正己烷-丙酮(1∶1)萃取率分別為61.3%～92.6%、69.8%～103%。由于非極性的正己烷、二氯甲烷難以有效提取樣品中極性較強的目標化合物，因此單一溶劑的萃取效率明顯低于混合溶劑，而正己烷和丙酮的聯合使用，可以將樣品中目標化合物高效提取出。
2.4 凈化方法選擇
由于土壤基質的復雜性，提取過程中易產生脂肪、色素等雜質，直接進入色譜分析會出現較多的干擾色譜圖，影響方法的精密度和準確性[17]。稱取10.0 g土壤樣品，準確加入20 μL氯苯類化合物混合標準溶液，加速溶劑萃取后分別用濃硫酸凈化、C18小柱和弗羅里硅土柱進行處理，固相萃取洗脫劑為正己烷/丙酮(1∶1)。不同凈化方法對樣品回收率的影響結果如圖4所示，從圖4中可以看出，3種凈化方式的回收率分別為37.1%～70.4%、46.3%～81.6%、55.3%～88.6%。濃硫酸凈化回收率低于固相柱回收率，弗羅里硅土柱凈化效果優于C18小柱。
圖4 不同凈化方法對樣品回收率的影響
Fig. 4 Effect of different purification methods on sample recoveries
1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯
2.5 線性范圍、檢出限和定量限
在1.2儀器工作條件下，對12種氯苯類化合物混合標準工作溶液進行測定，以待測目標化合物峰面積(y)為縱坐標，以相應質量濃度(x)為橫坐標進行線性回歸，得到回歸方程及相關系數。按照HJ 168—2020《環境監測分析方法標準制訂技術導則》規定，以石英砂為基質，按照樣品分析的全部步驟，對含量為估計方法檢出限值3～5倍的樣品進行連續7次平行測定，計算出標準偏差，以3倍標準偏差作為檢出限，以4倍檢出限作為定量限。12種氯苯類化合物的線性范圍、線性方程、相關系數、檢出限及定量限見表1。
表1 12種氯苯類化合物的線性范圍、線性方程、相關系數、檢出限及定量限
Tab. 1 Linear range，linear equation，correlation coefficient，detection limit and quantitation limit of 12 chlorobenzenes
由表1可知，12種氯苯類化合物在各自質量濃度范圍內與色譜峰面積線性關系良好，相關系數均大于0.999，檢出限為0.000 1～0.112 9 mg/kg，定量限為0.000 4～0.451 6 mg/kg。
2.6 加標回收與精密度試驗
準確稱取10 g均勻空白土壤樣品，將樣品分為三組(每組6份)，準確加入一定量的12種氯苯類混合標準工作溶液，分別制得低、中、高三組濃度水平的土壤加標樣品，采用建立的測定方法，進行加標回收率和精密度試驗。加標回收和精密度試驗結果見表2，空白及加標土壤樣品色譜圖如圖5所示。由表2可知，樣品的平均回收率為58.3%～111%，測定結果的相對標準偏差(RSD)為5.0%～11.2%(n=6)。
表2 加標回收與精密度試驗結果
Tab. 2 Results of spiked recoveries and precision test
圖5 空白及加標土壤樣品色譜圖
Fig. 5 Chromatogram of blank and labeled soil samples
1—丙酮；2—正己烷；3—氯苯；4—1，4-二氯苯；5—1，3-二氯苯；6—1，2-二氯苯；7—1，3，5-三氯苯；8—1，2，4-三氯苯；9—1，2，3-三氯苯；10—1，2，3，5-四氯苯；11—1，2，4，5-四氯苯；12—1，2，3，4-四氯苯；13—五氯苯；14—六氯苯
3. 結語
建立了氣相色譜法同時測定土壤中12種氯苯類化合物，依據氯苯類化合物理化性質，選用不同濃度梯度的混合標準溶液，以平衡各組分的儀器響應值，對色譜柱、萃取溶劑、萃取凈化方式進行了選擇和優化。該方法選擇性強、精密度及準確度高，可以滿足土壤中12種氯苯類化合物檢測要求，為土壤污染防治提供技術支持。
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引用本文： 楊開放，李雙雙，周旭平，等 . 加速溶劑萃取-氣相色譜法測定土壤中12種氯苯類化合物［J］. 化學分析計量，2024，33（11）：40. (YANG Kaifang, LI Shuangshuang, ZHOU Xuping, et al. Determination of 12 chlorobenzene compounds in soil by gas chromatography with accelerated solvent extraction[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(11): 40.)
來源：化學分析計量
