含氧、含硫極性化合物主要包括含氧、含硫雜環(huán)芳烴和含氧、含硫非烴類化合物,它們?cè)谕寥乐蟹植紡V泛,成因復(fù)雜,其中有些毒性化合物性質(zhì)穩(wěn)定,進(jìn)入土壤后可能導(dǎo)致土壤長(zhǎng)期污染,存在不同程度的環(huán)境危害與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)一些含氧、含硫極性化合物還可作為環(huán)境介質(zhì)中的污染源示蹤物[1]。目前土壤中含氧、含硫極性化合物污染問題并未得到足夠重視,其中部分原因是該類化合物極性較大,成分復(fù)雜,不易分離和鑒定。國(guó)外通常采用溶劑混合物或者超臨界狀態(tài)的二氧化碳進(jìn)行抽提,進(jìn)而將抽提物用薄色譜法 (TLC)等儀器自動(dòng)分離成為不同極性的組分[2]。國(guó)內(nèi)對(duì)該類化合物的研究多為針對(duì)礦物有機(jī)質(zhì)樣品、大氣顆粒物樣品或土壤中某1類或幾類含氧、含硫極性化合物,因此對(duì)預(yù)處理的要求也相對(duì)較低[3],采用的預(yù)處理方法有柱色譜分離[4]、超聲提取[5]等。為此,筆者主要探討更加有效的土壤中極性有機(jī)化合物的預(yù)處理方法,為系統(tǒng)深入地開展土壤中極性有機(jī)化合物的研究,并利用有機(jī)示蹤技術(shù)進(jìn)行污染源解析奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1)儀器 氣相色譜儀、微量進(jìn)樣器、色譜-質(zhì)譜儀 (GC-MS)。

2)主要藥品 正己烷、二氯甲烷、丙酮、甲醇和甲酸等有機(jī)溶劑均用分析純,經(jīng)2次蒸餾,并經(jīng)氣相色譜儀檢驗(yàn)合格后使用。80～100目 (0.177～0.147mm)層析硅膠和 100～200目 (0.147～0.074mm)中性層析氧化鋁;衍生化試劑:N,O-雙-(三甲基硅烷基)-三氟乙 (BSTFA)和1%三甲基氯硅烷 (TMCS)的混合溶液(USA美國(guó)New Jersey);內(nèi)標(biāo)物:角鯊?fù)?(99%,德國(guó)Augsburg);回收率指示劑:氘代二苯并噻吩 (99.5%,德國(guó)Augsburg)、二十二烯酸甲酯 (99%,美國(guó)AccuStand Inc)、5β膽甾烷酸 (99%,德國(guó)SIGMA-ALDRISH Inc)。

1.2 樣品采集

在北京地區(qū)選取了4個(gè)表層土壤樣品 (表層至30cm深度范圍),采用梅花式布點(diǎn)法,即每個(gè)樣品在約100m×100m的地塊中心和4角共采集5份子樣,5份子樣等量均勻混合成為1個(gè)土壤樣品。采集的所有土壤子樣品在室內(nèi)風(fēng)干后磨碎,過80目 (0.177mm)篩子,5個(gè)子樣等量均勻混合成為一個(gè)土壤樣品,進(jìn)行隨后的預(yù)處理及分析。

1.3 衍生化

土壤樣品的非烴組分定量之后轉(zhuǎn)入小樣品瓶后加入定量?jī)?nèi)標(biāo)物角鯊?fù)?再加入一定量硅烷化試劑(BSTFA+1%TMCS),蓋密,于70℃下反應(yīng)1h,自然冷卻后用色譜-質(zhì)譜儀 (GC-MS)進(jìn)行分析。

1.4 定性和定量分析

含氧、含硫雜環(huán)芳烴化合物和非烴化合物采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析,部分化合物采用內(nèi)外標(biāo)相結(jié)合方法進(jìn)行定量分析。通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)回歸直線圖,X軸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰面積和角鯊?fù)榉迕娣e比,Y軸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度和角鯊?fù)橘|(zhì)量比,計(jì)算回收率指示劑和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回歸系數(shù)R的分布范圍為0.9039～0.9981,平均值為0.9881。濃度比與峰面積比之間線形關(guān)系的斜率即所得的不同標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)回歸系數(shù),用該回歸系數(shù)可更精確地定量分析化合物。

2 結(jié)果和討論

2.1 抽提溶劑的選取

采用索氏抽提方法對(duì)土壤樣品中的有機(jī)物進(jìn)行提取[5]。在索氏抽提過程中,最重要的影響因子之一是抽提溶劑的選擇,由于研究對(duì)象不同,所采用的抽提溶劑也有所不同。根據(jù)該研究的特點(diǎn)和要求,選擇3種混合試劑對(duì)比其抽提效率,分別是二氯甲烷-丙酮 (體積比為1∶1)、二氯甲烷-甲醇 (體積比為7∶1)、二氯甲烷-甲醇 (體積比為3∶1),用昌平化莊地區(qū)農(nóng)田采集的土壤樣品進(jìn)行對(duì)比分析。

把混合均勻的樣品各取260g,用經(jīng)抽提的濾紙包裹后,在索氏抽提器上抽提48h。溶劑分別采用上述3種比例抽提溶劑。將經(jīng)正己烷稀釋的濃縮液經(jīng)3次超聲波萃取后,放置2～4h,用塞有棉花的漏斗過濾瀝青質(zhì),然后用層析柱過濾飽和烴、芳烴、非烴3組分。3種不同試劑有機(jī)物抽提效率比較如表1所示。從表1可以看出,二氯甲烷-甲醇混合液的萃取效率明顯高于二氯甲烷-丙酮混合液,而二氯甲烷-甲醇 (體積比為3∶1)的抽提效率略高于二氯甲烷-甲醇 (體積比為7∶1)。甲醇作為抽提溶劑可以增加芳烴、非烴以及瀝青質(zhì)的抽提效率,尤其是對(duì)瀝青質(zhì)的抽提效率明顯增加。綜合考慮抽提效率、安全因素、易于操作等因素,采用二氯甲烷-甲醇 (體積比為7∶1)作為抽提溶劑比較合適。

表1 3種不同試劑有機(jī)物抽提效率比較

2.2 有機(jī)抽提物的分離

采用微型柱色譜法進(jìn)行有機(jī)物族組分分離,依次分離飽和烴和芳烴組分,在淋濾非烴組分后再加入1ml甲酸,待液面接近層析柱后加入3ml二氯甲烷-甲醇 (體積比為9∶1)淋洗出部分酸性非烴化合物。試驗(yàn)表明,甲酸淋濾可以明顯增加酸性非烴化合物的回收量,如非烴回收率指示劑5β-膽甾烷酸在未加入甲酸的情況下基本檢測(cè)不到 (見圖1)。

2.3 回收率控制

一般選用樣品中沒有的化合物如氘代化合物作為內(nèi)標(biāo)物和回收率指示劑,據(jù)文獻(xiàn) [6],采用角鯊?fù)樽鳛榉紵N組分和非烴組分的內(nèi)標(biāo)物,選擇氘代二苯并噻吩作為芳烴組分回收率指示劑,5β-膽甾烷酸作為非烴酸性化合物回收率指示劑,二十二烯酸甲酯作為非烴中性化合物回收率指示劑。用濾紙包裹的土壤樣品在經(jīng)索氏抽提之前,使用微量進(jìn)樣器精確抽取芳烴類化合物回收率指示劑400μl(氘代二苯并噻吩 (10ng/μL))、非烴類化合物回收率指示劑100μl(5β-膽甾烷酸 (0.232ng/μL)和二十二烯酸甲酯(0.16ng/μL)的混合溶液)。含氧、含硫極性化合物回收率如表2所示,從表2可以看出,氘代二苯并噻吩回收率平均值0.84,二十二烯酸甲酯回收率平均值0.78,5β-膽甾烷酸回收率平均值0.56。由此說明芳烴化合物和中性非烴類化合物都具有較好的回收率,而非烴酸性化合物的回收率較差。

圖1 同一樣品加入甲酸后酸性化合物回收量對(duì)比

表2 含氧、含硫極性化合物回收率

3 結(jié) 論

1)通過對(duì)比不同溶劑的抽提效率發(fā)現(xiàn),甲醇作為抽提溶劑可以提高芳烴、非烴以及瀝青質(zhì)的抽提效率,采用二氯甲烷-甲醇 (體積比為7∶1)作為抽提溶劑可以保證芳烴組分和非烴組分的回收效率。

2)增加甲酸淋濾可以明顯增加酸性非烴化合物的回收量。

3)芳烴化合物和中性非烴類化合物都具有較好的回收率,而非烴酸性化合物的回收率較差。

4)利用層析柱進(jìn)行族組分分離作為土壤樣品有機(jī)物的預(yù)處理方法,具有較好的回收率,既不影響飽和烴組分和芳烴組分的檢測(cè),同時(shí)能對(duì)土壤中含氧、含硫極性化合物進(jìn)行定性和定量分析。

[1]Simoneit B R T.Biomass burning-a review of organic tracers for smoke from incomplete combustion[J].Applied Geochemistry,2002,17(3):129-162.

[2]Simoneit Bernd R T.Biomassburning-a review of organic tracers for smoke from incomplete combustion[J].Applied Geochemistry,2002,17(3):129-162.

[3]何凌燕,胡敏,黃曉鋒,等.北京市大氣氣溶膠PM25中極性有機(jī)化合物的測(cè)定 [J].環(huán)境科學(xué),2004,25(5):15-20.

[4]樊改仙,徐元源,李瑩,等.柱色譜分離、氣相色譜-質(zhì)譜法定性分析F-T合成油中的含氧化合物[J].色譜,2007,25(6):893-897.

[5]何凌燕,胡敏,黃曉鋒,等.北京大氣氣溶膠PM2.5中的有機(jī)示蹤化合物[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(1):23-29.

[6]王培榮.非烴地球化學(xué)和應(yīng)用 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2002.