土壤中半揮發性有機物前處理方法比較研究

楊茜茹

河北升泰環境檢測有限公司 河北石家莊 050000

半揮發性有機物（Semi-Volatile organic Compounds，SVOCs）是一類沸點介于170℃～350℃之間的有機化合物，主要包括多環芳烴、有機農藥類、氯代苯類、多氯聯苯類、吡啶類、喹啉類、硝基苯類、鄰苯二甲酸酯類、亞硝基胺類、苯胺類、酚類和多溴聯苯類等，其中沸點低于260℃的一些化合物與揮發性化合物有些交叉，易揮發損耗、保存難。土壤是一種常見的環境樣品，它有成分復雜、干擾物質多、易蓄積污染物的特點。隨著現今新型環保工業進程的推進，傳統的石化煉焦、橡膠加工、化工廠生產、鋼鐵冶煉等高耗能、高污染企業都紛紛遷址轉型，遷址后留下的重污染地塊，其特征污染物中半揮發性有機物占很大比重，那么，要準確分析在土壤中蓄積的痕量半揮發性有機污染物，除了使用高精密度的分析設備，例如氣相色譜儀、氣相色譜質譜聯用儀等，還需要高效穩定的前處理手段，主要是提取和濃縮[1]來保證目標化合物最大程度的從樣本中回收和富集，準確的反饋污染地塊的真實情況。本文分別選擇加壓流體萃取、索氏提取和超聲波提取，以及氮吹濃縮、真空濃縮和旋轉蒸發濃縮，這幾種實驗室常見的提取和濃縮方法，從加標回收率、準確度、精密度，以及價格和處理時間等方面比較其各自的優缺點，為各類型實驗室選擇合適的土壤半揮發性有機物前處理方法提供參考依據。

1 實驗設備

加壓流體萃取儀（E-916，瑞士步琦）；平行濃縮儀（Multivap-10，萊伯泰科有限公司）；平行真空濃縮儀（ORVC-12，河北歐潤科學儀器股份有限公司）；旋轉蒸發儀（RE-52AA，上海亞榮生化儀器廠）；氣相色譜質譜聯用儀（8860-5977B GC/MSD，安捷倫科技公司）；超聲波清洗儀（KQ-700DV，北京市永光明醫療儀器有限公司）；恒溫鼓風干燥箱（DHG-9146A，上海精密實驗設備有限公司）；恒溫水浴鍋（HH-S8A，北京科偉永興儀器有限公司）[2]。

2 試劑和材料

64種半揮發性有機物混合標準溶液（1000mg/L，上海安譜實驗科技股份有限公司）；6種替代物混合溶液（4000μg/mL，壇墨質檢科技股份有限公司）；無水硫酸鈉（使用前400℃烘烤4h）；硅藻土；定量濾紙（使用前于丙酮中浸泡1h后晾干）；丙酮、正己烷均為色譜級。

3 前處理實驗

3.1 空白樣品制備

空白土壤樣品選用自然風干土壤樣品，研磨過100目篩后，置于燒杯于恒溫鼓風干燥箱中300℃烘烤3h，去除有機物干擾，放入干燥器冷卻后，裝入密封袋內常溫保存，備用。

分別準確稱取20g（精確到0.001g）制備好的空白土壤樣品于40mL加壓流體萃取池內，加入硅藻土，按照儀器要求裝機，將萃取好的萃取液合并于干凈的4L試劑瓶內混合均勻，制備空白土壤樣品萃取液，4℃保存備用。

3.2 提取實驗

3.2.1 索氏提取

準確稱取20g（精確到0.001g）制備的樣品于疊好的濾紙桶內，分別加入64種混標和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg。將濾紙筒裝入索氏套筒內，于500mL圓底燒瓶內加入200mL丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），幾粒玻璃珠，85℃水浴加熱16h后，關閉水浴鍋，冷卻后，關閉冷卻水，定容至200mL，氣相色譜質譜儀檢測。重復6個平行，同時萃取1個空白樣品為對照。

3.2.2 超聲波提取

準確稱取10g（精確到0.001g）制備的樣品于250mL加壓流體萃取瓶內（直徑5±3cm），準確稱取5g（精確到0.001g）樣品于40ml吹掃瓶內（直徑2.5±0.5cm），分別加入64種混標和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg。再加入1g無水硫酸鈉，15mL丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），擰緊瓶蓋。在超聲波清洗儀中放入冰袋和溫度計，控制水溫在25℃左右，將樣品瓶放入超聲波清洗儀中超聲30min，取出5000rpm離心1min，取上清液，重復2～3次，合并上清液，定容至50mL，氣相色譜質譜儀檢測。同樣分別做1個空白對照和6個重復平行[3]。

3.2.3 加壓流體萃取

準確稱取20g（精確到0.001g）制備的樣品于40mL萃取池中，加入64種混標和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg，干燥劑使用硅藻土。按照儀器要求裝機后，100℃預熱15～30min，100℃、100bar保持5min，2次循環，溶劑沖刷2min，氮氣沖刷3min。萃取溶劑為丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），萃取完成后，將萃取液定容至100mL，氣相色譜質譜儀檢測。1個空白對照和6個重復平行。

3.3 濃縮實驗

3.3.1 旋轉蒸發濃縮

向500mL濃縮瓶內放入100mL制備樣品的空白萃取液，再加入64種混標和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg（理論稱樣量按照20g計算）。35℃水浴旋蒸濃縮至近干，用丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v）定容至2mL，稀釋后氣相色譜質譜儀檢測。1個空白對照和6個重復平行。

3.3.2 氮吹濃縮

向200mL濃縮杯內放入100mL制備樣品的空白萃取液，再加入64種混標和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg（理論稱樣量按照20g計算），將濃縮杯用錫紙包住杯口，放入平行濃縮儀內，35℃水浴，調節氮氣壓力為3～5psi，液面輕微波動即可，濃縮至約1mL，定容至1mL，稀釋后氣相色譜質譜儀檢測。1個空白對照和6個重復平行。

3.3.3 真空濃縮

向200mL濃縮杯內放入100mL制備樣品的空白萃取液，再加入64種混標和6種替代物，使得最終濃度均為10mg/kg（理論稱樣量按照20g計算），將濃縮杯放入平行真空濃縮儀內，壓緊上蓋，加熱溫度35℃，設置梯度濃縮條件見表1，濃縮至約1mL，定容至1mL，稀釋后氣相色譜質譜儀檢測。1個空白對照和6個重復平行。

表1 平行真空濃縮儀濃縮條件

4 結果與討論

4.1 三種萃取方法的優缺點比較

張理揚、周崢惠等對土壤前處理的多種萃取方法進行研究發現，溫度、時間和溶劑的不同對半揮發性有機物的提取效率有著很大的影響。本研究為了保證方法間的可比性，統一選擇儀器推薦最佳萃取條件和丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v）為萃取溶劑。具體萃取結果見表2。

表2 三種萃取方法的優缺點比較（n=6）

由表2可知，索氏提取做為最經典的提取方法，有提取效率高、重復性好、成本低的優點，但耗時耗溶劑、自動化程度低、環境污染程度大，從高效環保的角度講，已經逐漸被新型環保的方法所取代；超聲波萃取效率的高低與萃取瓶直徑的大小關系密切，分析可能與樣品和溶劑的接觸面積大小有關。較小直徑的萃取瓶，樣品堆積較厚，與溶劑的接觸面較小，目標物不易被進入到溶劑中，而較大直徑的萃取瓶，樣品平鋪于瓶底，與溶劑能充分接觸，萃取效率較高，但此方法精密度較差，平行樣間差異較大；加壓流體萃取有高效環保和自動化程度高的優點，但設備成本較高。

4.2 三種濃縮方法的優缺點比較

徐鳳麗、劉煒等研究發現，不同原理的濃縮方法、不同的溶劑選擇、溫度條件對樣品在濃縮過程中的損耗程度不同。為了不同方法之間的可比性，本文選擇儀器推薦的濃縮條件和相同體積的統一基體溶劑進行加標實驗。具體結果見表3。

由表3可知，旋轉蒸發儀操作簡單、設備成本低，是各類實驗室必備的常用濃縮儀器。旋轉蒸發濃縮法目標物損耗小，但自動化程度低、樣品處理量少，且平行樣間精密度略差；常規氮吹儀自動化程度低、環境污染程度大，目前實驗室使用較多的為平行濃縮儀氮吹法，可批量處理樣品、自動化程度高，但目標物損耗較大，尤其對沸點較低的化合物，此方法效果不佳；真空濃縮為現階段比較新型的一種濃縮方式，目標物損耗低、可批量處理樣品，但設備成本較高。

表3 三種濃縮方法的優缺點比較（n=6）

5 結語

本研究通過對實驗室常用的三種萃取方法和三種濃縮方法進行橫向實驗比較，結果表明，加壓流體萃取法、真空濃縮法對土壤中64種半揮發性有機物的提取和濃縮效率高、精密度高、樣品批處理能力強，但設備價格相對較高，對于具有穩定業務來源、較大規模的實驗室可選用此類方法；索氏提取法、旋轉蒸發濃縮的提取和濃縮效率較高、成本低，但自動化程度低、耗時長，對于業務量較小、初建或小型實驗室可選用此類方法，即節約成本又能保證結果的準確性。不建議選用超聲波萃取法，萃取效率不穩定，自動化程度低，不利于數據的穩定性和批量處理樣品。