土壤中半挥发性有机污染物的提取、分离及定性定量分析

土壤中半挥发性有机污染物的提取、分离及定性定量分析

1酸酯类物质污染研究铵、有机氯农药（ocps）和酸酯（paes）是环境中广泛存在的半发生有机污染物。其中，16个多环芳烃（pahs）、8个有机氯农药（i-、ii-、iii-hch、p、p-dt、o、p-de、p、p-mm）和6个酸酯。由于其“毒性”、“畸形”或“突变”活性，美国环境管理局（epa）被列入优先有机污染物清单。其中，dts也被列入“斯诺国际公约”。这些污染物的半挥发性,使其经过淋溶、挥发和沉降等过程,在土壤、水体和大气等环境介质中不停地迁移,并最终在土壤形成累积。所以,研究这些化合物在土壤的污染状况对环境监控以及环境污染防治具有重要意义,也可为相关法律法规的制定提供科学依据。土壤中复杂的组成成分往往对其中的痕量有机污染物分析产生严重干扰,因此,对土壤样品的前处理至关重要。本文参照美国EPA固体废弃物分析等有关方法,选择上述4类有机污染物作为研究对象,建立了超声萃取、硅胶柱和弗罗里土柱净化分离、气相色谱以及气-质谱联用的分析方法来测定土壤中的痕量半挥发性有机污染物,并将本方法用于北京近郊土壤中污染物的分布与来源调查工作中。2实验部分2.1标准溶液及标准样品石油醚(沸程:60~90℃)、乙醚、丙酮、二氯甲烷和异辛烷均为分析纯,经全玻璃系统精密蒸馏后使用;无水硫酸钠(分析纯,北京化学试剂厂制),600℃下活化8h;硅胶(柱层析用,粗孔,粒径0.075~0.154mm,青岛海洋化工厂),130℃下活化16h;弗罗里土(柱层析用,粒径0.154~0.30mm,SUPELCO公司),在140℃下活化16h。多环芳烃标准样(SIGMA公司)、2-氟联苯(SUPELCO公司)、正构烷烃标准样(SIGMA公司)、有机氯农药标样(农业部环境保护科研监测所)、2,4,5,6-四氯-间-二甲苯(SUPELCO公司)以及酞酸酯标样:二甲基、二乙基、二正丁基、双(2-乙基己基)、丁基苄基、二正辛基、二异丁酯、双(4-甲氧基乙基)、双(4-甲基-2-戊基)、双(2-乙氧乙基)、二戊基、二己基、己基2-乙基己基、双(2-正-丁氧基)、二环己基和二壬基邻苯二甲酸酯(SUPELCO公司),其中前6种属EPA优先监测酞酸酯,分别溶于异辛烷中并稀释至一定浓度备用。为了避免酞酸酯污染,样品处理过程中均不使用塑料器皿。实验所用的玻璃仪器先用自来水清洗,再于铬酸洗液中浸泡过夜,使用前再依次用自来水、去离子水洗净烘干,用丙酮淋洗后备用。2.2gc/ms检测6890N气相色谱仪带火焰离子检测器(FID)(Agilent公司);6890气相色谱仪带Ni63电子捕获检测器(ECD)(Agilent公司);6890/5973色谱-质谱联用仪(Hewlett-Packard,USA);3套系统均备有DB-5石英毛细管柱(30m×0.25mmi.d.,液膜厚度为0.25μm);超声波发生器(中国科学院声学研究所);色谱分离玻璃柱(40cm×10mmi.d.)。2.3土壤样品采集采集地下深层土样用于做本底实验;在北京近郊以网格化方式布点共采集表层(0.05~0.30m)土壤样品47个,深层(1.5~1.8m)土壤样品46个,土样采集后在通风橱中自然风干,过0.45mm孔径筛后储存于密闭深棕色玻璃瓶中,于-4℃下保存。2.4超声萃取-浓缩法称取10g土壤样品与等量的无水硫酸钠充分研磨混合后放入100mL的玻璃离心管中,加入代用标准和萃取剂后进行萃取;在30mL丙酮/石油醚(1/1,V/V)混合液中超声萃取5min,离心分离,萃取离心重复3次,合并萃取液过无水硫酸钠干燥柱除水后一分为二,经K.D.浓缩分别用硅胶柱和弗罗里土柱净化。硅胶柱是用10g硅胶在二氯甲烷中搅匀后湿法装柱,再用40mL石油醚预淋洗备用;弗罗里土柱是用5g弗罗里土用石油醚湿法装柱备用;色谱柱的顶端覆盖1g无水硫酸钠,最下端为处理过的玻璃纤维。净化后的各级分经K.D.浓缩后,将溶剂替换为石油醚,并浓缩定容至0.2mL,备定性定量分析。2.5色谱质谱条件有机氯农药用GC/ECD分析,其它三类化合物用GC/FID分析。分析烃类和酞酸酯时,进样口温度280℃,检测器温度280℃,载气为高纯氮,流速为30mL/min;采用不分流进样方式,进样量为1μL。正构烷烃和多环芳烃的升温程序:初温为50℃,保持2min,然后以4℃/min升至280℃后保持20min;酞酸酯的升温程序:初温为50℃,保持2min,然后以8℃/min升至280℃后保持10min。检测有机氯农药时,进样口温度300℃,检测器温度310℃,其升温程序与烃类的分析条件一致。色谱-质谱(GC/MS)检测条件:各升温方式同色谱的条件,离子源温度为230℃,电子能量为70eV,采用全扫描方式,扫描范围为50~500amu。定性与定量:标样保留时间结合GC/MS谱库检索定性;外标法定量。3结果与讨论3.1优化净化条件3.1.1洗脱溶剂用量试验在硅胶柱上加入适量的正构烷烃和多环芳烃的混标,采用不同比例的石油醚/二氯甲烷混合液洗脱,控制一定的流速,每隔一定体积收集一次洗脱液。结果表明:先用25mL石油醚淋洗,级分中为正构烷烃类化合物;再用30mL石油醚/二氯甲烷(3/2,V/V)淋洗,级分中为多环芳烃类化合物。3.1.2洗脱曲线及酸酯类化合物的制备在弗罗里土柱上加入适量的有机氯农药和酞酸酯混标,采用不同比例的石油醚/乙醚混合液洗脱,控制一定的流速,每隔一定体积收集一次洗脱液,绘制洗脱曲线(图1)。结果表明:先用100mL石油醚/乙醚(91/9,V/V)淋洗,此级分中为有机氯农药类化合物,其中除了γ-HCH在后50mL中洗脱外,其余均在前50mL中洗脱;再用60mL石油醚/乙醚(50/50,V/V)淋洗,此级分中为酞酸酯类化合物。由于流出曲线与所用的硅胶和弗罗里土的批次有关,所以在用新的批次材料时,应根据实验结果对洗脱剂比例进行适当调节。3.2有机污染物的标准流图和检出率采用上述实验方法,我们对北京近郊土壤中的半挥发有机污染物进行了分析。利用气相色谱和气-质谱联用技术,共定性化合物83种。对其中的56种进行了定量分析,包括26种正构烷烃(从C13到C36以及姥鲛烷和植烷)、16种多环芳烃、8种有机氯农药和6种酞酸酯。其中属于美国EPA129种优先控制污染物的有30种,属于我国68种优先控制污染物的有19种。图2为表层土壤样品中多环芳烃(a)和酞酸酯(b)的典型总离子流图。检出率在一定程度上可以定性地反映有机物对环境的污染状况。对表层土壤,多环芳烃中检出率最低的是苯并[a]蒽(47%),最高的是苯并[a]芘(85%);正构烷烃中检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%);有机氯农药的检出率均较高,接近或达到90%以上;6种EPA酞酸酯中检出率最低的是邻苯二甲酸二甲酯(11%),最高的为邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(98%)。对深层土壤,多环芳烃中检出率最低的是苯并[a]蒽(5%),最高的是芴(65%);正构烷烃中检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%);有机氯农药的检出率也较高,接近或达到80%;酞酸酯中检出率最低的是邻苯二甲酸二甲酯(4%),最高的为邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(90%)。对于有机氯农药,无论是表层土壤还是深层土壤,大部分p,p′-DDT的检出量都较低,这从一个侧面反映了DDTs的降解情况。此外,正十三烷检出率低是由于它的挥发性大,导致含量偏低。由表1的检出率数据(姥鲛烷和植烷未计算在内)看出,北京城周边近郊的表层土壤比深层土壤受到的污染严重。3.3方法的回收率和检出限方法的回收率测定采用基质加标方法确定。提取开始时加入2-氟联苯和2,4,5,6-四氯-间-二甲苯作为多环芳烃和有机氯农药的代用标准(surrogate),以校正样品处理过程和分析时的误差,进行回收率控制。为了控制提取及分离操作过程中可能带来的污染,进行了全程空白实验,并以信噪比的3倍作为方法的检出限。表2列出了方法的基质加标平均回收率和检出限,相对标准偏差均小于15%。酞酸酯由于在环境中几乎无所不至,其检出限也因而相对较高。为便于控制,93个土壤样品分12批分析,其中9批每批有8个样品,3批每批有7个样品。每个样品都要添加代用标准,进行回收率控制;每批样品都做一次溶剂空白对照实验;样品分析前均用标准溶液对仪器进行校准,同时作出校准曲线;在每一批中随机抽取一个样品作为控制样,用其中的代用标准相应的色谱峰面积作为控制指标,并依照它们的峰面积做出质量控制图(图3)。2-氟联苯的相对标准偏差为4.47%,回收率范围是94%~107%,落在x±s范围内的点数为58%,落在x±2s范围内的点数为100%。2,4,5,6-四氯-间-二甲苯的相对标准偏差为14.27%,回收率范围是82%~126%,落在x±s范围内的点数为67%,落在x±2s范围内的点数为100%。以上表明所得到的分析结果是可靠的。4北京邻近的样品分析方法的回收率在82%~117%之间;检出限