quecchers-gc-ms法快速测定城市污泥中4种多环芳烃

quecchers-gc-ms法快速测定城市污泥中4种多环芳烃

多环芳烃是环境介质中的有机污染物，由两个或两个以上的苯环组成，形状、角状或簇状材料或网络。其化学结构稳定,具有“三致”效应,难降解,易在生物体内蓄积。PAHs主要来源于工业生产、燃煤、人类活动以及能源污染等,因其高疏水性、难生物降解,极易被吸附在污泥颗粒物上目前,国内外对环境样品中PAHs含量分析测定报道较多,污泥中多环芳烃的萃取方法包括传统的索氏提取、机械震荡提取,以及近年来比较常用的微波萃取、超声波萃取、加速溶剂萃取等方法1实验部分1.1实验仪器ShimadzuGC-MS-QP2010Ultra气相色谱-质谱联用仪(日本);XW-80A涡旋震荡仪(30W,2800r/mim,上海);TDL-60C型低速台式离心机(上海);KQ-250超声波提取仪(美国);N-EVAP氮吹仪(美国);索氏提取器(丹麦);旋转蒸发仪(上海);ND系列行星式球磨机(南京);700系列250μL微量进样器(瑞士)。多环芳烃标准品:菲(>99.9%)、荧蒽(>99.9%)、芘(>99.5%)、苯并[α]芘(>99%),美国Sigma-Alorich公司;乙腈、乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷、丙酮(色谱纯,国药集团);氯化钠,硫酸镁,硫酸钠(优级纯,北京百灵威化学科技有限公司);弗罗里硅土:5%水脱活中性氧化铝;英国尼龙660.22μm针筒式有机滤膜过滤器(北京)。实验用水经Integral3超纯水制备系统(美国)处理的超纯水。标准溶液的制备:准确称取PAHs标准品10mg(精确到0.1mg),用甲醇配成1.0mg/mL储备溶液,-20℃避光保存。1.2样品前处理1.2.1空白基质检测实际样品:污泥样品于2014年11月在西安某污水处理厂采集。空白基质样品:采于西北农林科技大学校园,该空白基质中菲、芘、荧蒽、苯并[α]芘均未检出。采集后样品经自然风干,除杂,磨碎后过0.3mm目筛,装入棕色试剂瓶中,于-18℃冷藏。1.2.2超声提取方法QuEChERS萃取方法:准确称取8.0g样品于50mL聚乙烯离心管中,依次加入12.0mL超纯水,20.0ml乙腈,置于涡旋振荡仪,以2500r/min涡旋振荡1min混匀后,于30℃条件下超声提取10min。然后加入8.0g硫酸镁(MgSO索氏萃取方法:准确称取8.0g样品于索氏提取器中,加入200ml二氯甲烷/丙酮(体积比1∶1),40℃连续提取8h。待冷却后,将提取液转移至梨形瓶中,旋转浓缩至干,加4mL环己烷,浓缩定容至2mL1.3样品检测1.3.1柱流量和温度进样口温度:290℃,分流进样;载气为高纯氦气,进样量为1μL;柱流量为1.0ml/min(恒流),柱温分别为80℃(2min)、20℃/min、180℃(5min)、10℃/min、290℃(5min);色谱柱为30m×0.25mm×0.25μm。1.3.2dft四极杆、4.2.2扫描模式:选择离子(Sim)模式,离子化能量:70eV,四极杆:150℃,离子源温度:230℃,接口温度:280℃,溶剂延迟时间:5min,调谐方式:DFTPP。4种多环芳烃的主离子和特征离子,详见表1。2结果与讨论2.1试验条件的优化所有优化条件试验采用菲、荧蒽、芘、苯并[α]芘各添加浓度均为1.0μg/g的空白基质进行实验。2.1.1萃取实验结果萃取剂的种类显著影响回收率、富集系数和对目标化合物的选择性。研究选取乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷∶甲醇(v:v=1∶1)作为萃取剂,按照表2的实验方案进行萃取实验。结果表明,相同条件下各萃取剂对多环芳烃总量的萃取效果不同,萃取效果为乙腈>乙酸乙酯>二氯甲烷∶甲醇。采用乙酸乙酯提取时,对样品中的杂质提取较多,在氮吹浓缩过程中会残留很多杂质吹不干,使目标物的回收率不稳定;二氯甲烷∶甲醇(v:v=1∶1)提取回收率较低,无法满足提取要求;乙腈提取后溶液澄清,同时通过盐析作用很容易将乙腈与水分离,且可以得到较好的色谱分离结果和峰形,回收率较高,所以选取乙腈作为萃取剂。2.1.2正交试验优化以萃取剂体积A、加入水的体积B、添加盐(NaCl)的量C为3个变量,每个变量取3个水平,如表3所示。按L2.1.3超声时间的选择在正交试验得到的结果基础上,继续考察超声时间对萃取效果的影响。研究在同等条件下,选取超声温度为30℃,时间分别为5、10、15、20min,比较了超声时间对回收率的影响。结果表明,超声10min时,萃取效率最好。随着时间的延长,萃取效率有所下降,可能是因为超声时间过长,溶剂温度升高,乙腈挥发导致萃取率降低。因此,研究选定超声时间10min。经超声处理后4种分析物的提取率均有提高,约10~20%。2.1.4标准曲线的绘制配置浓度为0.1、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0μg/mL的系列标准工作溶液,以待测物的浓度X(μg/mL)为横坐标,以待测物的峰面积值Y为纵坐标绘制标准曲线图,得到4种多环芳烃的线性方程和相关系数(表5)。4种多环芳烃呈良好线性关系,相关系数(R称取10.0g空白基质样品,添加5μg/kg的PAHs标准溶液,做7个平行处理,求得7个测定值的标准偏差,以信噪比(S/N)=10计算该方法检出限(MDL),结果见表5。2.1.5方法的回收率和标准偏差称取10.0g空白基质样品,分别添加0.1、0.5μg/g两个水平浓度的多环芳烃标准溶液,按照1.3实验方法进行测定,每个水平浓度重复7次,计算平均回收率和相对标准偏差。结果如表6所示。4种PAHs回收率为81.9%~116.3%,相对标准偏差为2.8%~8.6%。2.1.6萃取方法的选择比较了QuEChERS萃取法与索氏提取法的加标回收率,结果如图1所示。由图1可以看出,对于4种多环芳烃,2种萃取方法回收率相近,QuEChERS方法对苯并[α]芘萃取效率高于索氏提取法。索氏萃取耗时8~9h和200mL溶剂,而QuEChERS萃取法仅需几十分钟时间和20ml溶剂,由此可见,QuEChERS萃取加标样品中4种多环芳烃的模式优于索氏萃取法,故采用QuEChERS萃取的方法来处理实际样品更加简便、快捷快捷、准确。2.2城市污泥堆肥污染检测结果采用本方法对西安市某城市污水处理厂污泥样品进行测定,并对污泥堆肥前后样品中4种PAHs含量进行了分析比较,如表7所示。结果表明,污泥样品中菲、荧蒽、芘、苯并[α]芘均有检出,其中荧蒽含量最高,达到2.53mg/kg,苯并[α]芘含量为0.083mg/kg,其值显著低于国内规定的城市污泥农用标准3.0mg/kg;但菲、荧蒽、芘3者之和为6.45mg/kg,由于3种污染物总量已高于欧盟指令草案中所规定的城市污泥农用时10种PAHs含量限值6.0mg/kg,故此污泥不可直接农用,否则会导致土壤和农作物的污染。污泥堆肥后,4种检测物的含量都明显降低,降解率分别高达79.03%,85.52%,85.27%,67.15%。实际样品离子流色谱图,见图2。3方法的回收率及精密度研究建立了QuEChERS/GS-MS法测定城市污泥中4种主要多环芳烃污染物(菲、荧蒽、芘、苯并[α]芘)含量的检测方法,并优化了QuEChERS提取的萃取剂体积、水