土壤样品的提取和净化在测定土壤中半挥发性有机物的过程中起到关键作用传统方法大多针对某一类化合物进行提取和净化, 各有其优缺点本方法通过比较实验, 最终选用国家标准 HJ 土壤和沉积物有机物的提取加压流体萃取法中规定的方法, 对土壤中 147 种不同性质的半挥发性有机物进行萃取

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林骆
5 years ago
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1 应用简报环境采用气质联用法一针进样同时分析土壤中 147 种半挥发性有机物作者杨进顾骏张大为实朴检测技术服务有限公司曹茂新安捷伦科技 ( 中国 ) 有限公司摘要由于土壤基质本身较复杂, 且常规分析所涉及的半挥发性有机物种类较多, 对土壤中半挥发性有机污染物的检测存在一定难度本方法参考美国 EPA8270D 方法和新国家标准 HJ HJ 的内容, 建立了仅需一针进样并能快速筛查分析土壤中 147 种半挥发性有机物的方法该方法涵盖了土壤中的苯系物苯酚类苯胺类硝基芳香烃类氯代芳烃类多环芳烃类和有机氯农药等半挥发性有机物的分析, 并且获得了出色的回收率和检测限, 整个实验过程中的样品前处理快速简便, 仪器分析方法快速稳定前言随着中国社会经济的迅猛发展, 工业企业规模不断扩大, 长期累积的环境问题开始凸显土壤作为人类生存和发展的重要环境因素, 其污染状况越来越受到人们关注在此背景下, 国家颁布的土十条及相关的分析测试方法技术规定使土壤污染状况详查成为热点半挥发性有机物广泛分布于环境土壤中由于其难以挥发或降解的特性, 甚至某些化合物还具有持久性和生物蓄积性, 因此会在环境中长期沉积和迁移半挥发性有机物种类繁多, 特性不一, 常见的有苯酚类苯胺类硝基芳香烃类氯代芳烃类多环芳烃类和有机氯有机磷农药等因此, 有关半挥发性有机物检测的标准方法大多侧重于其中某一类, 未见同时测定土壤中 147 种半挥发性有机物的方法本方法参考美国 EPA 8270D 方法 [1] 最新国家标准 HJ 土壤和沉积物半挥发性有机物的测定气相色谱 - 质谱法 [2] 以及 HJ 土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱 - 质谱法 [3], 建立了一针进样同时测定土壤中 147 种半挥发性有机物的气质联用分析方法

2 土壤样品的提取和净化在测定土壤中半挥发性有机物的过程中起到关键作用传统方法大多针对某一类化合物进行提取和净化, 各有其优缺点本方法通过比较实验, 最终选用国家标准 HJ 土壤和沉积物有机物的提取加压流体萃取法中规定的方法, 对土壤中 147 种不同性质的半挥发性有机物进行萃取, 不仅精减了样品的净化步骤, 还保证了样品的回收率, 提高了分析效率实验部分试剂与样品半挥发性有机物标准品 :AccuGrand 64 组分半挥发性有机物混合标准溶液,1000 mg/l 购于 Accustandard;AccuGrand 39 组分半挥发性有机物混合标准溶液,1000 mg/l 购于 Accustandard; 22 组分有机氯农药混合标准溶液,2000 mg/l 购于 Accustandard; 3 组分 o,p - 滴滴涕混合标准溶液,1000 mg/l 购于 o2si;tcl 联苯胺混合标准溶液,2000 mg/l 购于 Supelco; 硝基氯苯混合标准溶液,2000 mg/l 购于 o2si; 以及部分由 Dr. Ehrenstorfer 提供的纯物质标准品 8270D 替代物 :EPA8270 BNA 替代物标准溶液,4000 mg/l 购于 o2si 8270D 内标物 :EPA8270 内标标准溶液,4000 mg/l 购于 o2si 二氯甲烷丙酮正己烷, 农药残留级, 购自 ACS (Anaqua Chemicals Supply) 公司无水硫酸钠, 购自国药集团化学试剂有限公司, 在 450 C 下焙烧 4 h, 冷却后装瓶保存于干燥器中土壤样品 : 来至于用户实地采集土样, 包括污染土样与一般土样仪器和设备 Agilent Intuvo 9000 气相色谱 /5977B 单四极杆气质联用系统,EI 离子源, 配备 ALS7693 自动进样器其它设备 : 加压流体萃取仪 ; 经典式玻璃索氏提取装置 ; 超声萃取仪 ; 翻转式振荡萃取器 ;Kuderna-Danish (K-D) 浓缩装置 ;8 孔恒温水浴锅, 温度范围 C (± 0.5 C) 样品预处理取空白石英砂, 用正己烷反复清洗三次, 作为空白样品用于空白加标实验取实际污染土壤样品, 自然风干研磨后, 过 100 目孔径尼龙筛, 在 250 ml 玻璃瓶中密封保存, 作为实际样品进行加标分析样品萃取 [4] 索氏萃取法准确称取 2.0 g 样品, 放入滤纸筒中, 如制备加标样品, 此时加入标准品和替代物 ; 将滤纸筒置于索氏提取器中, 在 500 ml 圆底烧瓶中加入 150 ml 丙酮 : 二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合溶剂, 加热回流 18 h, 每小时 4 6 次回流 ; 萃取结束后进行过滤, 待浓缩 [5] 超声波萃取法准确称取 2.0 g 样品置于 100 ml 烧杯中, 如制备加标样品, 此时加入标准品和替代物 ; 加入约 50 ml 丙酮 : 二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合溶剂, 超声波萃取 10 min; 离心分离出萃取液, 重复 3 次, 将 3 次萃取液混合, 待浓缩翻转振荡萃取法准确称取 2.0 g 样品置于 250 ml 蓝盖瓶中, 如制备加标样品, 此时加入标准物质和替代物 ; 加入 100 ml 丙酮 : 二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合溶剂, 盖上瓶盖, 于翻转振荡器上振摇 2 h, 转速 30 r/min ± 2 r/min; 振摇结束后进行过滤, 待浓缩 [6] 加压流体萃取法准确称取 2.0 g 样品置于 10 ml 的萃取池内, 如制备加标样品, 此时加入标准物质和替代物 ; 加入丙酮 : 二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合溶剂进行萃取, 加速溶剂萃取仪的温度设定为 100 C, 压力设定为 100 bar, 预加热平衡 5 min, 静态萃取时间为 5 min, 溶剂淋洗 60% 萃取池体积, 氮气吹扫时间 1 min, 循环 2 次, 待浓缩样品浓缩所有萃取液转移至 K-D 浓缩装置进行浓缩, 最终样品浓缩定容至 1 ml, 待上机测试 KD 浓缩装置含 10 ml 接收管 500 ml 加液烧瓶三球施耐德柱 (Snyder Column) 和两球施耐德柱, 使用前需用二氯甲烷润洗一遍, 弃去废液后使用最终样品浓缩定容至 1 ml 体积, 准备上机分析 2

3 色谱条件色谱柱 : Agilent HP-5MS UI 毛细管柱,30 m 250 μm 0.25 μm 程序升温 : 初始温度 45 C, 保持 2 min, 以 20 C/min 升温到 265 C, 以 6 C/min 升温到 285 C, 再以 10 C/min 升温到 320 C, 保持 4 min 进样口温度 : 300 C 芯片式保护柱温度设置 : 跟踪柱温芯片式流路温度 : 320 C; 载气 : 氦气 :1 ml/min 进样量 : 1.0 μl, 不分流模式质谱条件离子源 : EI,70 ev 离子源温度 : 280 C 四极杆温度 : 150 C 采集模式 : Scan 全扫描扫描范围 : m/z 传输线温度 : 280 C 溶剂延迟 : 3.9 min 不同样品萃取方法的比较对于筛查实验来说, 萃取方法和萃取效率至关重要本文在土壤中半挥发性有机物的分析方法开发过程中, 对不同萃取方法所得到的回收率进行了比较为尽可能减小土壤背景对实验的影响, 取自然风干后的土壤样品, 过 100 目筛后, 经马弗炉 450 C 烘烤 3 h, 冷却至室温后装瓶密封, 作为萃取方法实验空白土壤样品将标准溶液用甲醇稀释至一定浓度后, 在萃取前加入空白土壤样品中, 充分混合, 经过上文所述 4 种萃取方法和浓缩方法处理后, 制备得到目标化合物浓度达到 2.5 μg/g 的待测样品采用 4 种萃取方法 ( 索氏萃取超声波萃取翻转振荡萃取和加压流体萃取 ) 所得到的空白土壤样品中目标化合物的加标回收率结果如表 1 所示从中可以看出, 四种萃取方法的目标化合物加标回收率结果差异不大, 加压流体萃取方法所得到的回收率略高综合考虑回收率萃取样品所需的时间仪器自动化程度及可操作性等因素, 本文选用加压流体萃取法作为最佳样品萃取方法表 1. 4 种萃取方法的空白土壤样品中目标化合物加标回收率结果的比较索氏萃取超声波萃取翻转振荡萃取加压流体萃取化合物回收率回收率回收率回收率 2- 氟苯酚苯酚 -d 硝基苯 -d 氟联苯结果与讨论 2,4,6- 三溴苯酚三联苯 -d 半挥发性有机物的分离由于半挥发性有机污染物的沸点在 C 的范围内, 因此分离这些物质需要使用具有高温耐受性的色谱柱美国 EPA 8270D 方法推荐使用 HP-5MS 或类似色谱柱, 本方法采用具有超低柱流失性的 Agilent HP-5MS UI 色谱柱进行目标化合物分离图 1 为 5 mg/l 混合溶液中 147 种半挥发性有机物标准品 6 种内标和 6 种替代物的总离子流色谱图从图中可以看出,HP-5MS UI 色谱柱能够很好地分离大部分目标化合物, 且绝大部分化合物均获得了较高的丰度值响应 vs. 采集时间 (min) 图 1. 5 mg/l 混合溶液中 147 种半挥发性有机物标准品及 6 种内标和 6 种替代物的总离子流色谱图 3

仪器稳定性测试由于本文涉及多种类型化合物的筛查分析, 考虑到目标化合物的多样性和复杂性, 在样品前处理过程中省去了样品净化步骤, 以避免净化过程造成某些化合物的损失或丢失, 从而引起筛查结果不准确但是, 由于省去了净化步骤, 萃取浓缩后的样品基质极其复杂, 对仪器造成污染的可能性大大提高, 因此需要对仪器的稳定性和耐用性进行考察根据 EPA 方法 3500C [7], 采用包含 11

1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 基质加标样品峰面积变化 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 氯酚二硝基甲苯芘分析样品数量图 2.

4 仪器稳定性测试由于本文涉及多种类型化合物的筛查分析, 考虑到目标化合物的多样性和复杂性, 在样品前处理过程中省去了样品净化步骤, 以避免净化过程造成某些化合物的损失或丢失, 从而引起筛查结果不准确但是, 由于省去了净化步骤, 萃取浓缩后的样品基质极其复杂, 对仪器造成污染的可能性大大提高, 因此需要对仪器的稳定性和耐用性进行考察根据 EPA 方法 3500C [7], 采用包含 11 种化合物的基质加标溶液作为考察仪器稳定性的质控样品这 11 种化合物涵盖碱性中性和酸性化合物, 在样品分析序列中, 每隔 20 个样品分析一次质控样品碱性 / 中性化合物为苊芘 2,4- 二硝基甲苯 N- 亚硝基二丙胺 1,2,4- 三氯苯 1,4- 二氯苯 ; 酸性化合物为苯酚 4- 氯 - 3- 甲基苯酚 2- 氯酚 4- 硝基苯酚五氯酚峰面积响应值基质加标样品峰面积变化氯酚二硝基甲苯芘分析样品数量图氯酚 2,4- 二硝基甲苯芘质控样品化合物峰面积响应值变化注 : 图中纵坐标是峰面积响应值, 横坐标是样品分析的个数图 1 为 11 种质控化合物中出峰位置在前中后的三个化合物的峰面积响应值变化趋势在总共 400 个样品连续分析的过程中, 每 80 个样品左右, 更换一次衬管, 共更换了 5 根衬管约 400 个样品左右, 更换一个芯片式保护柱从图 1 中峰面积变化趋势可以看出, 每次更换衬管后质控化合物的响应值均能够回到或接近初始状态, 表明仪器的灵敏度得到了恢复, 也证明了色谱柱芯片式保护柱能够保护色谱柱及质谱检测器, 大大减少了未经净化的土壤样品对色谱柱及质谱检测器的污染衬管和芯片式保护柱的更换, 需要根据实际样品的情况以及质控化合物的结果来判断校准曲线响应因子相对标准偏差及检测限校准曲线响应因子相对标准偏差分别配制浓度为 mg/l 的校准标准溶液, 同时分别加入适量内标标准溶液, 使其在混合标准溶液中的浓度达到 5.0 mg/l, 浓度从低到高进行分析, 并绘制校准曲线针对某些响应较低的化合物, 可以适当提高曲线最低点的浓度值范围通过计算曲线的响应因子和各响应因子的相对标准偏差, 得到化合物的相对响应因子的相对标准偏差 (RSD%) 均小于 30%, 具体结果见表 2 方法开发需要进行系统设计, 按照一定的流程逐步开展, 如预实验参数筛选方法调整和优化方法放缩与转移实验验证等过程根据方法开发与优化目的, 也可以选择其中某个或某几个阶段 A s ρ is 相对响应因子 (RRF i ) 计算 : RRF i = A is ρ s 注 :RRF i 相对响应因子 ρ s 目标物浓度 A s 目标物峰面积 ρ is 内标物浓度 A is 内标物峰面积方法检测限连续分析 7 个低浓度的实验室空白平行加标样品, 加标浓度为 0.1 mg/kg, 计算其检测浓度的标准偏差 (S), 再根据下列公式计算得出方法检测限, 所得结果如表 2 所示根据表 2 中数据所示, 该方法完全能够满足 EPA8270D 对土壤中多种半挥发性有机物同时筛查分析的方法检测限要求, 同时也能够满足标准 HJ 的要求 MDL = S t (n-1,0.99) 其中,t (n-1,0.99) 为置信度为 99% 自由度为 n-1 时的 t 值 ;n 为平行分析的样品数 4

5 加标回收率和精密度分别称取 7 份同样的空白样品各 20.0 g, 加入替代物溶液和混合标准溶液, 使其加标浓度为 0.1 mg/kg, 按照实验部分进行样品前处理和仪器分析, 计算得到各化合物的测定浓度相对标准偏差和加标平均回收率, 结果见表 2 从表中可以看出, 除了酚类硝基苯类苯胺类有个别化合物的测定浓度相对标准偏差和加标平均回收率偏大一些, 但仍能满足筛查定量的要求, 其余绝大多数化合物的测定浓度相对标准偏差 20%, 加标平均回收率在 60% 130% 之间根据实验所得的结果, 说明了从样品的前处理方式, 到仪器系统的应用分析, 整个过程可以较好地实现土壤中多种半挥发性有机物同时筛查的目的表 2. 校准曲线 RF 值相对标准偏差样品加标平均回收率方法检测限化合物 RT /min RSD(RF) 测定平均浓度 RSD 平均加标回收率 MDL N- 亚硝基二甲胺 N- 亚硝基甲基乙胺甲基吡啶甲磺酸甲酯氟苯酚 N- 亚硝基二乙胺甲磺酸乙酯苯酚 -d 苯酚五氯乙烷苯胺双 (2- 氯乙基 ) 醚氯酚 ,3- 二氯苯 ,4- 二氯苯 ,2- 二氯苯甲基苯酚苯甲醇二氯异丙基醚甲基苯酚和 4- 甲基苯酚 N- 亚硝基吡咯烷 ,3,5- 三甲苯苯乙酮 ,2,4- 三甲苯 N- 亚硝基吗啉 N- 亚硝基二正丙胺邻甲苯胺六氯乙烷硝基苯 -d 硝基苯

6 化合物 RT /min RSD(RF) 测定平均浓度 RSD 平均加标回收率 MDL N- 亚硝基哌啶异佛尔酮硝基苯酚 ,3,5- 三氯苯 ,4- 二甲基苯酚双 (2- 氯乙氧基 ) 甲烷 ,4- 二氯苯酚 ,2,4- 三氯苯萘氯苯胺 ,6- 二氯苯酚六氯丙烯敌敌畏六氯丁二烯 N- 亚硝基二丁胺氯 -3- 甲基苯酚氯 -3- 硝基苯氯 -4- 硝基苯顺式异黄樟素甲基萘氯 -2- 硝基苯 ,2,4,5- 四氯苯反式异黄樟素六氯代环戊二烯 ,4,6- 三氯苯酚 ,4,5- 三氯苯酚氟联苯黄樟素氯萘久效磷硝基苯胺邻苯二甲酸二甲酯 ,3- 二硝基苯 ,6- 二硝基甲苯苊烯硝基苯胺二氢苊 ,4- 二硝基苯酚硝基苯酚二苯并呋喃五氯苯 ,4- 二硝基甲苯萘胺

7 化合物 RT /min RSD(RF) 测定平均浓度 RSD 平均加标回收率 MDL 2- 萘胺 ,3,4,6- 四氯苯酚邻苯二甲酸二乙酯芴氯苯基苯基醚硝基邻甲苯胺硝基苯胺 ,6- 二硝基 -2- 甲基苯酚二苯胺和亚硝基二苯胺偶氮苯 ,4,6- 三溴酚 ,3,5- 三硝基甲苯非那西丁溴苯基苯基醚乐果戊炔草胺 α-bhc 六氯苯氨基联苯拿草特 β-bhc 五氯酚西玛津 γ-bhc 五氯硝基苯菲蒽 δ-bhc 咔唑七氯邻苯二甲酸二正丁酯硝基氮氧化喹啉艾氏剂盐酸美沙吡林环氧七氯荧蒽反式氯丹芘硫丹顺式氯丹顺式九氯 ,4'-DDE

8 化合物 RT /min RSD(RF) 测定平均浓度 RSD 平均加标回收率 MDL o,p'-dde 三联苯 -d 狄氏剂联苯胺二甲基氨基偶氮苯异狄氏剂硫丹 o,p'-ddd ,4'-DDD o,p'-ddt 反式九氯邻苯二甲酸丁苄酯 ,4'-DDT 硫酸硫丹 N-2- 乙酰氨基芴异狄氏醛 ,3- 二氯联苯胺异狄氏剂酮甲氧滴滴涕苯并 [a] 蒽䓛双 (2- 乙基己基 ) 邻苯二甲酸酯灭蚁灵邻苯二甲酸二正辛酯苯并 [b] 荧蒽苯并 [k] 荧蒽 ,12- 二甲基苯并 (a) 蒽苯并 [a] 芘甲基胆蒽茚并 [1,2,3-cd] 芘苯并 [g,h,i] 苝二苯并 [a,h] 蒽

9 结论本文成功开发了同时分析土壤样品中多种半挥发性有机物的方法通过对不同萃取方法所得回收率进行比较, 发现加压流体萃取法更适合批量样品的处理, 萃取速度快自动化程度高, 节省溶剂和时间此外, 为保证化合物的回收率和检出率, 在样品前处理过程中省去了净化步骤, 经萃取和浓缩后直接进样分析, 节省了样品预处理的时间本文采用最新的 Agilent Intuvo 9000 GC/5977B GC/MS, 配备了独特的芯片式保护柱和直接加热技术, 既提高了分析速度, 又能够有效地耐基质污染, 适用于经过简单前处理的批量样品筛查分析芯片式保护柱可以使色谱柱和质谱检测器承受的污染大大减少, 只需更换芯片式保护柱, 无需切割色谱柱, 保证系统的稳定性 ; 而普通气相色谱质谱系统, 无法避免频繁切割色谱柱和清洗质谱离子源的工作 ; 直接加热技术有效地提高了样品分析的速度, 本文中分析方法时间总共 22 min, 而根据 EPA8270D 或 HJ 标准中提供的分析方法时间为 40 min 左右, 节省了约 50% 的时间总体而言, 整个实验方法简单快速稳定, 并能够满足现行标准要求参考文献 1. EPA 8270D SEMIVOLATILE ORGANIC COMPOUNDS BY GAS CHROMATOGRAPHY/MASS SPECTROMETRY HJ 土壤和沉积物半挥发性有机物的测定气相色谱 - 质谱法 3. HJ 土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱 - 质谱法 4. EPA Method 3540C (SW-846), Soxhlet Extraction EPA Method 3550C (SW-846), Ultrasonic Extraction EPA Method 3545A (SW-846), Pressurized Liquid Extraction EPA 3500C ORGANIC EXTRACTION AND SAMPLE PREPARATION

10 安捷伦对本资料可能存在的错误或由于提供展示或使用本资料所造成的间接损失不承担任何责任本文中的信息说明和技术指标如有变更, 恕不另行通知安捷伦科技 ( 中国 ) 有限公司, 年 5 月 19 日, 中国出版 ZHCN

说明 1 委托单位 ( 人 ) 在委托测试前应说明测试的目的, 由我单位按有关规范进行采样测试由委托单位送检的样品, 本报告只对送检样品负责 2 本报告无检测单位检验检测专用章无效 3 本报告无编制审核批准签字无效 4 本报告涂改无效 5 本报告未经实验室书面批准不得复制 ( 全文复制除外

说明 1 委托单位 ( 人 ) 在委托测试前应说明测试的目的, 由我单位按有关规范进行采样测试由委托单位送检的样品, 本报告只对送检样品负责 2 本报告无检测单位检验检测专用章无效 3 本报告无编制审核批准签字无效 4 本报告涂改无效 5 本报告未经实验室书面批准不得复制 ( 全文复制除外检验检测报告报告编号 :SEP/NJ1808105 客户名称 : 南大环规院芜湖分院联系人 : 刘奇客户地址 :/ 样品接收日期 :2018/08/10 提交报告日期 :2018/08/23 检验检测单位 ( 签章 ): 江苏实朴检测服务有限公司说明 1 委托单位 ( 人 ) 在委托测试前应说明测试的目的, 由我单位按有关规范进行采样测试由委托单位送检的样品, 本报告只对送检样品负责