梁迪思 陳飛龍 郭杰煌 竇文淵 陳健芝
(中國廣州分析測試中心;廣東省化學危害應急檢測技術重點實驗室,510320)
習總書記多次強調(diào)“綠水青山就是金山銀山”,可見黨中央保護環(huán)境的決心之大,環(huán)境保護任務之重。我國每年生產(chǎn)的石油烴達到60萬噸,不僅污染了土水環(huán)境,還會危害生物健康,對人類生存形成潛在威脅[1]。由此可見,檢測土壤中總石油烴的含量,成為污染治理的第一步。以下結合實踐,探討了超聲提取法-氣相色譜法的應用。
石油對土壤的污染,主要是烷烴和芳香烴組成的混合物,即總石油烴。分析總石油烴的危害,一是破壞土壤系統(tǒng)的結構和功能,會影響土壤發(fā)生硝化作用、脫磷酸作用,土壤有機質的碳氮比、碳磷比發(fā)生變化,就會改變土壤的通透性,促使肥力下降,危害植物的生長。二是總石油烴隨著地球化學循環(huán),會進入水體、大氣,造成二次污染,對生態(tài)環(huán)境的危害范圍擴大。
石油烴是多種化合物組成的復合體。已有研究證實,不同餾分的石油,其溶解度、烴沸點、粘滯性不相同,在環(huán)境中的遷移途徑和遷移率差異較大[2]。因此,檢測土壤中總石油烴的含量,能了解石油烴的遷移轉化規(guī)律,為后續(xù)修復技術提供支持。在有機污染物的處理上,傳統(tǒng)方法有振蕩提取法、超聲波萃取法等,新型方法有微波萃取法、加壓流體萃取法等。結合實際應用情況,紅外分光光度法、氣相色譜法的在實驗上也應用廣泛,但考慮到土壤基質復雜,必須對現(xiàn)有檢測方法進行改進,進一步提高檢測準確性。
本次檢測工作需要的儀器試劑有:①氣相色譜儀,型號為Agilent7890B,吹掃捕集儀:Teledyne Tekmar Atomx;②超聲波萃取儀生產(chǎn)商是浙江昆山儀器公司、氮吹儀生產(chǎn)商上海安普科技股份有限公司、純水由本單位提供;③色譜純級甲醇,由美國默克公司提供;④丙酮、二氯甲烷、正己烷,由美國默克公司提供;⑤優(yōu)級純無水硫酸鈉;⑥石英砂;⑦濃度為2000mg∕L 的C6-C9標準溶液,濃度為1000mg∕L 的C10-C40標準溶液,由美國02SI公司提供。
第一,測定C6-C9。使用樣品瓶,恢復至室溫,取約2g樣品放在吹掃瓶中(當樣品含量低時,可適當增加樣品取樣量),立即加入10ml水以及一個攪拌子,立即密封,準備經(jīng)過吹掃進樣。吹掃條件是:吹掃溫度為35℃,吹掃時間:11min,吹掃的流速是:30mL∕min;脫附時間:0.5min,脫附溫度:190℃;進樣溫度為200℃,進樣時間0.1min,不分流。
第二,測定C10-C40。使用比色管,取2g均勻土樣,加入無水硫酸鈉,攪拌均勻后晾干。加入10ml提取液,該提取液是丙酮、二氯甲烷1:1 混合而成,使用超聲波萃取,萃取時間為10min,共計萃取2次。萃取液除水后,經(jīng)氮吹濃縮至1ml以下,使用正己烷定容,定容體積為1.00ml。如果樣品基質復雜,可首先凈化處理,方法是:使用5ml正己烷活化Florisil 小柱,萃取液上樣;再使用5ml正己烷洗脫,對洗脫液氮吹濃縮至1ml,即可完成定容。
圖1:C6-C9標準色譜圖(濃度為100mg/L)
圖2:C10-C40標準色譜圖(濃度為20mg/L)
第一,C6-C9 的色譜條件。石英毛細管柱的尺寸是30m×0.32mm×0.25mm,進樣口溫度為200℃,使用氦氣作為載氣,不分流進樣。檢測器是FID,檢測器的溫度為250℃,尾吹氣、氫氣、空氣的流量分別為 30ml∕min、40ml∕min、400mi∕min,初始溫度溫度38℃保存1min,以每分鐘升高3.8℃的速度升高至80℃,保持 1min;然后以 10℃∕min 的速度升高至 105℃,維持時間5min;再以10℃∕min 的速度升高至150℃,維持時間1min;最終再以10℃∕min的速度升高至180℃,維持時間5min。
第二,C10-C40 的色譜條件。石英毛細管柱的尺寸同上,進樣口溫度為250℃,使用氮氣作為載氣,進樣不分流。檢測器的溫度為300℃,尾吹氣、氫氣、空氣的流量分別為30ml∕min、40ml∕min、400mi∕min,溫度升高至50℃,維持時間3min;然后以10℃∕min的速度升高至280℃,維持時間為8min;再以5℃∕min的速度升高至300℃,維持時間為15min。
C6-C9部分,向吹掃瓶加入2g石英砂、10ml水,利用注射器取適量中間液,配置成濃度為0.5~200mg∕L 的標準水溶液。C10-C40 部分,取適量中間液,稀釋到1ml 正己烷中,配置濃度為0.5~50mg∕L的標準水溶液。
以檢測濃度為X軸,對應的響應值為Y軸,繪制標準曲線。C6-C9 部分,C5 的線性回歸方程是y=2.23x+5.80,相關系數(shù)是0.9985(需要換成C6 的回歸方程);C10 的線性回歸方程是y=0.981x+3.30,相關系數(shù)是0.9989,其余略。C10-C40 部分,C11的線性回歸方程是y=17.2x+5.83,相關系數(shù)是0.9993(需要改成C10的回歸方程);C40的線性回歸方程是y=5.09x+4.31,相關系數(shù)是0.9991,其余略。
根據(jù)檢測結果,繪制標準色譜圖,如下圖1、圖2所示。
對空白加標樣品進行平行測定,次數(shù)為7次,計算結果的標準偏差S、檢出限[4]。然后進行精密度測定,開展加標回收實驗,其中 C6-C9 的加標濃度為 0.25mg∕kg,C10-C40 的加標濃度為2.5mg∕kg。結果見下表1。
表1:檢出限、精密度、準確度統(tǒng)計結果
選取實際土壤樣本,加標回收時C6-C9 的加標濃度是0.25mg∕kg,C10-C40的加標濃度為2.5mg∕kg。結果顯示,C5-C9回收率為66.4%~107%,C10-C40的回收率為50%~127%。
本次研究結果顯示,超聲提取法-氣相色譜法的檢測方法良好,不僅檢出限低,而且精密度高,能滿足實際分析要求。
針對土壤中的有機質污染,明確污染成分和含量,是污染治理的第一步。文章以總石油烴為例,由于組分復雜,對檢測方法的要求高。超聲提取法的優(yōu)點,是提取效率高、時間短,適應范圍廣,且提取工藝成本低,操作比較簡單。氣相色譜法靈敏度高、選擇性強、分析速度快,能對有機化合物進行定性、定量分析。本次研究顯示,超聲提取法-氣相色譜法的應用價值高,是檢測土壤中總石油烴的有效手段,可在實際檢測中推廣。