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摘 要： 建立加速溶劑萃取-氣相色譜法同時(shí)測(cè)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(tài)萃取5 min，淋洗10%萃取池體積，氮?dú)獯祾?0 s，萃取循環(huán)3次。采用弗羅里硅土柱凈化，濃縮后經(jīng)過(guò)DB-WAX色譜柱分離。12種氯苯類化合物在各自質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與色譜峰面積線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)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(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.0%～11.2%（n=6）。該方法準(zhǔn)確、靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土壤中12種氯苯類化合物的檢測(cè)。

關(guān)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(qiáng)刺激性，通過(guò)皮膚和呼吸道接觸后，能夠在人體內(nèi)積累，逐漸對(duì)肝臟、腎臟等器官造成損害，并可能引發(fā)致癌、致畸和致突變等效應(yīng)[1-3]。該類化合物廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料及日用化工等領(lǐng)域，相關(guān)研究已報(bào)道其在水體、空氣和土壤等介質(zhì)中的存在[4-9]。氯苯類污染物通過(guò)土壤滲透、農(nóng)作物生長(zhǎng)和生物富集等途徑，威脅環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和人類健康[10-11]。

目前，我國(guó)關(guān)于土壤氯苯類分析方法標(biāo)準(zhǔn)主要包括HJ 605—2011《土壤和沉積物揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定吹掃捕集/氣相色譜-質(zhì)譜法》、HJ 834—2017《土壤和沉積物半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜法》、HJ 835—2017《土壤和沉積物有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜法》。這些標(biāo)準(zhǔn)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(duì)土壤中12種氯苯類有機(jī)化合物的測(cè)定方法。由于氯苯在氣相色譜電子捕獲檢測(cè)器上的響應(yīng)值較低，相關(guān)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(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析領(lǐng)域[13-14]。

筆者建立了氣相色譜法同時(shí)測(cè)定土壤中12種氯苯類化合物，通過(guò)選用不同組分濃度梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，優(yōu)化了土壤樣品前處理方法，解決了氣相色譜法測(cè)定氯苯響應(yīng)不足的問(wèn)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(huán)境質(zhì)量提供重要參考。

 

1. 實(shí)驗(yàn)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(cè)器，美國(guó)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(fā)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(xué)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(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于95.0%，國(guó)藥化學(xué)試劑股份有限公司。

硅藻土：分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.0%，濟(jì)南名邦化工有限公司。

濃硫酸、無(wú)水硫酸鈉：均為優(yōu)級(jí)純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為98.3%、99.0%，國(guó)藥化學(xué)試劑股份有限公司。

1.2 色譜條件

色譜柱：DB-WAX型毛細(xì)管柱(60 m×0.32 mm，0.25 μm，美國(guó)安捷倫科技有限公司)；載氣：高純氮?dú)?，純?體積分?jǐn)?shù))大于99.999%；柱流量：1.5 mL/min；進(jìn)樣口溫度：220 ℃；進(jìn)樣體積：1 μL；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)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(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 樣品采集

采集某化工園區(qū)制藥廠生產(chǎn)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(shè)置相應(yīng)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(fā)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(jìn)行處理。新鮮樣品分析時(shí)，將萃取液更換為正己烷，用適量無(wú)水硫酸鈉對(duì)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(fù)數(shù)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(rùn)，將萃取液轉(zhuǎn)移到固相柱上停留1 min后，保持柱吸附劑表面浸潤(rùn)。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(xù)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(dá)到10 mL，收集全部淋洗液，平行蒸發(fā)濃縮至1.0 mL，靜置待測(cè)。

1.3.4 樣品測(cè)定

準(zhǔn)確移取12種氯苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液 1.0、10.0、20.0、30.0、50.0 μL，在1.2儀器工作條件下進(jìn)樣測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，以化合物出峰時(shí)間定性，以色譜峰面積外標(biāo)法定量。

 

2. 結(jié)果與討論

 

2.1 色譜柱選擇

氯苯類化合物一般選擇硝基對(duì)苯二酸改性的聚乙二醇或其他等效固定相。對(duì)比了DB-1701 (弱極性)、DB-624 (中極性)、DB-WAX (強(qiáng)極性)3種不同類型的色譜柱的分離情況，結(jié)果表明，同分異構(gòu)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(shí)氯苯響應(yīng)值良好，其余組分也得到了有效分離，色譜峰形對(duì)稱，基線平穩(wěn)無(wú)拖尾現(xiàn)象，色譜圖如圖1所示。

圖1   12種氯苯類化合物的標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)中報(bào)道過(guò)[15-16]。索氏提取是一種通過(guò)回流和虹吸條件對(duì)樣品反復(fù)萃取的方法，但其耗時(shí)長(zhǎng)且溶劑用量大；超聲波萃取則通過(guò)增加物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，提高溶劑穿透力，加速目標(biāo)組分進(jìn)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(jī)組分從不銹鋼萃取池中萃取出，萃取效率及自動(dòng)化程度高，是目前土壤前處理的首選方法。對(duì)空白土壤(不含氯苯類化合物)樣品進(jìn)行加標(biāo)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(jìn)行萃取，ASE (1)：萃取溫度為100 ℃，壓力為10.3 MPa，靜態(tài)萃取時(shí)間為5 min，淋洗體積為60%萃取池體積，氮?dú)獯祾邥r(shí)間為60 s，萃取循環(huán)次數(shù)為2次；ASE (2)：萃取溫度為100 ℃，壓力為10.3 MPa，靜態(tài)萃取時(shí)間為5 min，淋洗體積為20%萃取池體積，氮?dú)獯祾邥r(shí)間為60 s，萃取循環(huán)次數(shù)為2次；ASE (3)：萃取溫度為100℃，壓力為10.3 MPa，靜態(tài)萃取時(shí)間為5 min，淋洗體積為10%萃取池體積，氮?dú)獯祾邥r(shí)間為60 s，萃取循環(huán)次數(shù)為3次。不同萃取條件樣品回收率結(jié)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(shù)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(jìn)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(jī)化合物萃取過(guò)程中常用的溶劑。對(duì)空白土壤樣品進(jìn)行加標(biāo)處理，分別考察4種不同溶劑對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)樣品回收率的影響如圖3所示。

圖3   使用不同萃取溶劑時(shí)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(qiáng)的目標(biāo)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(lián)合使用，可以將樣品中目標(biāo)化合物高效提取出。

2.4 凈化方法選擇

由于土壤基質(zhì)的復(fù)雜性，提取過(guò)程中易產(chǎn)生脂肪、色素等雜質(zhì)，直接進(jìn)入色譜分析會(huì)出現(xiàn)較多的干擾色譜圖，影響方法的精密度和準(zhǔn)確性[17]。稱取10.0 g土壤樣品，準(zhǔn)確加入20 μL氯苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(duì)樣品回收率的影響結(jié)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(yōu)于C18小柱。

圖4   不同凈化方法對(duì)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(duì)12種氯苯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，以待測(cè)目標(biāo)化合物峰面積(y)為縱坐標(biāo)，以相應(yīng)質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得到回歸方程及相關(guān)系數(shù)。按照HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，以石英砂為基質(zhì)，按照樣品分析的全部步驟，對(duì)含量為估計(jì)方法檢出限值3～5倍的樣品進(jìn)行連續(xù)7次平行測(cè)定，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系數(shù)、檢出限及定量限見(jiàn)表1。

表1   12種氯苯類化合物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、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(zhì)量濃度范圍內(nèi)與色譜峰面積線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)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(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

準(zhǔn)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(zhǔn)確加入一定量的12種氯苯類混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，分別制得低、中、高三組濃度水平的土壤加標(biāo)樣品，采用建立的測(cè)定方法，進(jìn)行加標(biāo)回收率和精密度試驗(yàn)。加標(biāo)回收和精密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，空白及加標(biāo)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(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為5.0%～11.2%(n=6)。

表2   加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果

Tab. 2   Results of spiked recoveries and precision test

圖5   空白及加標(biāo)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(jié)語(yǔ)

 

建立了氣相色譜法同時(shí)測(cè)定土壤中12種氯苯類化合物，依據(jù)氯苯類化合物理化性質(zhì)，選用不同濃度梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以平衡各組分的儀器響應(yīng)值，對(duì)色譜柱、萃取溶劑、萃取凈化方式進(jìn)行了選擇和優(yōu)化。該方法選擇性強(qiáng)、精密度及準(zhǔn)確度高，可以滿足土壤中12種氯苯類化合物檢測(cè)要求，為土壤污染防治提供技術(shù)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(cè)定土壤中12種氯苯類化合物［J］. 化學(xué)分析計(jì)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.)