李明芳

（山東省臨沂生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 臨沂 276000）

1 土壤中有機氯的監(jiān)測意義

有機氯農(nóng)藥是對一類含氯有機化合物的總稱，其性質(zhì)穩(wěn)定，難于降解，又具有脂溶性，對人體和環(huán)境都造成了很大的威脅。在《關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥摩公約》中，將9 種有機氯農(nóng)藥列入持久性污染物的名單。我國在1983 年也全面禁止使用有機氯農(nóng)藥。由于有機氯農(nóng)藥非常難于降解，即使現(xiàn)在已經(jīng)過去三十多年的時間，土壤樣品中的有機氯仍然有檢出。我們國家在2018 年對《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》與《農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準》中分別對有機氯中六六六、滴滴涕風(fēng)險篩選值做了規(guī)定。所以采用合適的方法準確監(jiān)測土壤中的有機氯，才能了解土壤的污染程度并為后續(xù)土壤修復(fù)做好基礎(chǔ)。下面將分別討論土壤中有機氯前處理方法和監(jiān)測方法。

2 土壤中的有機氯的提取方法

土壤基體較復(fù)雜，干擾物質(zhì)較多，且有機氯的含量相對較低，所以很難直接監(jiān)測，必須采用一定的前處理方法，提取土壤中的有機氯，使其達到可以監(jiān)測的濃度水平，選擇合適的前處理方法是準確監(jiān)測土壤中有機氯的必要前提，目前較為常用的方法主要有：索氏提取，超聲波提取，微波輔助萃取、加壓流體萃取，超臨界流體萃取等。

2.1 索氏提取法

索氏提取法又稱為連續(xù)提取法、索氏抽提法，是從固體物質(zhì)中萃取化合物的一種方法。其在提取前需要先將樣品研磨細，來增加與液體接觸的面積。然后將固體樣品放在濾紙?zhí)變?nèi)，放置于萃取管中進行后續(xù)的提取。索氏提取法在各類新的提取技術(shù)產(chǎn)生之前是最常用的提取方法，成本相對較低，一般使用相對便宜的玻璃儀器，一次上樣，不需要手動操作，回收率較高是提取土壤中的半揮發(fā)性有機物較為常用的方法。但是其連續(xù)提取時間較長，例如在環(huán)保部發(fā)布的HJ 921—2017、HJ 835—2017 的標準中就規(guī)定提取的時間為16 h～18 h，操作相對較復(fù)雜，需要嚴格控制溫度，有機溶劑消耗量大，對實驗人員的身體傷害較大，同時也對環(huán)境造成污染，另外，由于需要的回流提取時間較長，精密度相對較差。最先發(fā)展的自動索氏提取法在取得與傳統(tǒng)索氏提取法一樣較高的回收率時，還大大節(jié)約了提取時間，該方法第一步需要將樣品抽提套管浸入沸騰的溶劑中，這樣可以保證樣品與溶劑充分接觸，快速提取樣品，這個時間一般需要1 h，第二步是將套管提升到溶劑上方，如同索氏提取法一樣進行淋洗提取，這步也需要1 h，同時需要的溶劑也大大降低，但是需要相當(dāng)昂貴的設(shè)備。

2.2 超聲波萃取

超聲萃取是利用超聲波輻射壓強產(chǎn)生的強烈空化效應(yīng)、擾動效應(yīng)、擊碎和攪拌作用等多級效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運動頻率和速度，加大溶劑穿透力，從而提高目標物質(zhì)從樣品基體解析進入溶劑的速率，促進提取的進行。其特點是操作簡單，耗時短，一般只需要幾分鐘到幾十分鐘之間；萃取過程相對簡單，不易對萃取物造成污染。適合不耐熱的目標成分的萃??；但是超聲萃波在提取過程中有可能會不穩(wěn)定化合物的原有結(jié)構(gòu)，不適合提取不穩(wěn)定的物質(zhì)，例如超聲波的能量會使某些有機磷類化合物發(fā)生分解，因此，在沒有實際樣品進行驗證前，這種提取技術(shù)不應(yīng)用于有機磷類化合物的提取，但是有機氯結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可以用超聲萃取，例如王芳等利用超聲波提取土壤中的有機氯農(nóng)藥，在優(yōu)化溶劑等的實驗條件下，其方法的回收率可以達到70%～110%[1]。

2.3 微波萃取法

微波是指波長在1 mm～1 m，頻率為30 MHz～300 000 MHz的電磁波，，微波萃取是這種微波能的作用下，用極性溶劑溶劑或是極性溶劑和非極性溶劑的混合物將固體樣品或是半固體樣品中的待測組分提取到有機溶劑的過程。微波萃取法具有設(shè)備簡單、萃取時間較短的優(yōu)點，一般在10 min～15 min其回收率高、有機溶劑用量少、減少對環(huán)境的二次污染，重復(fù)性較高，可以同時處理多個樣品。與索氏提取與超聲波萃取相比，微波萃取的主要優(yōu)點是耗時短，而且更有利于萃取熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，防止長時間的高溫萃取引起樣品分解，被目標化合物從樣品基體中被解析出來，適合快速處理大量的樣品。汪雨等利用常壓微波技術(shù)萃取土壤中有機氯農(nóng)藥時，萃取時間為20 min，有機氯的回收率為84.3%～105%[2]。丁曦寧利用高溫微波萃取土壤中有機氯農(nóng)藥時，利用30 mL正己烷在110 ℃萃取時間為10 min 時，有機氯的回收率為75.3%～115%[3]，與索氏提取相比后者所用溶劑一般為200，而萃取時間一般為4 h～48 h，大大節(jié)約可溶劑與萃取時間，而且對于索氏提取回收率在50.7%～95.0%也是提高了回收率。

2.4 加壓流體提取法

加壓流體提取法是目前對土壤中半揮發(fā)性有機物進行提取比較先進的方法。環(huán)境標準HJ 783—2016 就介紹了利用加壓流體提取法提取土壤中的半揮發(fā)性有機物。環(huán)保部在最近發(fā)布的土壤中有機氯的監(jiān)測標準HJ 921—2017、HJ 835—2017中都提到用加壓流體提取土壤中的有機氯。該方法是將處理后的土壤樣品加入金屬的容器中，選擇合適的有機溶劑對于有機氯樣品較常使用的是正己烷+丙酮，在高溫、高壓條件下，使有機溶劑與土壤樣品充分接觸，將土壤中的有機物提取到有機溶劑中。由于該方法是在高溫（溫度一般控制在100 ℃左右），高壓（壓力為100 Psi）的條件下，極大地縮短了樣品的提取時間，一般2 個循環(huán)的提取時間為30 min，而且所用的樣品量比較少一般為2 g～20 g左右，有機溶劑的使用量每個樣品為40 mL～100 mL，節(jié)省了有機溶劑的使用，可以減少對環(huán)境的污染和實驗人員的健康危害，且回收率一般較高，例如桂建業(yè)等利用快速溶劑提取-氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測土壤中的有機氯時，六六六、滴滴涕的回收率可以達到85.1%～109.6%，該方法操作簡單，可以節(jié)省人力，目前成為土壤中有機氯提取的首選方法[4]。

2.5 超臨界流體萃取法

超臨界技術(shù)與上面4 種提取技術(shù)相比，是比較新的一種提取技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。最常用的超臨界流體是二氧化碳，因此該方法特別適合分析在超臨界CO2中具有高溶解性的非極性和弱極性化合物。與傳統(tǒng)的提取方法相比，該方法不需要使用任何溶劑，有時為了提高回收率，需要加少許的有機溶劑為改良劑，不需要凈化，并且超臨界流體技術(shù)可實現(xiàn)在低溫下提取分離，從而對一些熱穩(wěn)定差的化合物也可以提取，并能同時完成萃取和分離兩步操作，具有分離效率高、溶劑消耗少，耗時少、選擇性好等優(yōu)點，劉靜等利用超臨界CO2流體萃取土壤中的痕量滴滴涕類有機氯農(nóng)藥發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化萃取壓力等的實驗條件下，該方法滴滴涕的萃取的回收率可以達到87.5%～105%[5]，方法檢出限可以達到0.053 ng/g～0.240 ng/g，相對標準偏差為0.76%～18.64%。但是，超臨界流體存在裝置復(fù)雜，成本高，對于極性較高物質(zhì)，萃取效果不佳，在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。該文所提各類提取方法之間的對比見表1。

3 土壤中的有機氯的凈化方法

對土壤樣品提取物的凈化主要是為了去除其中的干擾物質(zhì)和高沸點化合物，這些化合物很可能會導(dǎo)致被測結(jié)果的定性、定量誤差，例如干擾物質(zhì)和被測物質(zhì)的保留時間一致時會造成定性的假陽性；又或者干擾物質(zhì)的存在使被測物質(zhì)的保留時間發(fā)生偏移，造成定性結(jié)果的假陰性。而當(dāng)干擾物質(zhì)和被測組分的峰疊加，就會造成定量結(jié)果偏高，相反分析物被吸附在進樣口或色譜柱頭上就會造成結(jié)果偏低。另外，這些干擾物質(zhì)和高沸點化合物的存在還會造成柱流失、檢測器和離子源的污染等，從而導(dǎo)致儀器停機，清洗檢測器和離子源等。除此之外，干擾物質(zhì)的存在會使有機氯中滴滴涕發(fā)生降解，從而影響結(jié)果的判斷。目前對于土壤中的有機氯較常用的凈化方法有吸附色譜法、凝膠滲透色譜法、硫凈化法、濃硫酸磺化法等對于高污染的樣品還需要聯(lián)合幾個凈化方法，例如分析有機氯農(nóng)藥時，可能需要凝膠滲透色譜法去除高沸點的雜質(zhì)，氧化鋁柱或弗羅里硅土柱去除GC/ECD 檢測中出峰的干擾峰。

3.1 吸附色譜法

吸附凈化是利用不同性質(zhì)的吸附劑將極性分布范圍窄的化合物從不同極性的外來干擾物中分離開，常用的吸附劑為氧化鋁、硅酸鎂（也被稱為弗羅里硅土）和硅膠。這些方法通常用來凈化非極性類化合物，其中有機氯農(nóng)藥較常使用的是硅酸鎂柱層析凈化法，環(huán)境標準HJ 835—2017、HJ 921—2017 中都做了較詳細的介紹。現(xiàn)在比較便捷的使用商品化的硅酸鎂小柱，一般填料為500 mg 或是1 000 mg，但是干擾物質(zhì)濃度較高時，仍需制備填料較多的標準層析柱凈化。

3.2 凝膠滲透凈化法

凝膠色譜技術(shù)是以多孔凝膠為固定相，利用凝膠孔的空間尺寸效應(yīng)，使不同大小的分子按照由大到小的洗脫順序達到分離的高效液相色譜（HPLC）方法，從而達到凈化的目的，提高后續(xù)分析的靈敏度與準確性，延長分析儀器的使用壽命。在選擇凝膠時，排阻體積必須大于待測分離物的分子大小。此外，凝膠色譜還有因為惰性微球表面對有機物吸附小所以柱污染小，以及脫鹽等優(yōu)點。凝膠色譜凈化被用來去除樣品中的油脂、高分子化合物、共聚物、蛋白質(zhì)、細胞組分、病毒、類固醇等，適用于極性化合物和非極性化合物，因此它的有效凈化范圍很廣，廣泛地應(yīng)用于環(huán)境檢測，農(nóng)產(chǎn)品檢測，食品檢測以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。在環(huán)境標準HJ 835—2017 中提到用凝膠滲透滲透凈化法來凈化土壤中的有機氯。

3.3 硫凈化法

硫元素普通存在于許多沉積物樣品和一些工業(yè)廢棄物中。硫在各種有機溶劑中的溶解度與有機氯農(nóng)藥很相似。因此，硫干擾會存在于整個樣品的提取與凈化過程。用氣相色譜分析有機氯農(nóng)藥時，硫的存在會導(dǎo)致寬鋒從而掩蓋從溶劑峰到艾氏劑范圍內(nèi)的所有信號。硫凈化法通常有兩種一種是利用銅粉來還原，例如在環(huán)境標準HJ 835—2017、HJ 921—2017 中提到用銅粉來去除硫，實驗用到的銅粉活性一定要非常高，外觀光澤度特別高。但是銅粉可能會造成有機磷或有機氯農(nóng)藥的損失，采用四丁基銨亞硫酸鹽法可以將有機氯農(nóng)藥的損失降到最低。

表 1 土壤中有機氯不同萃取方法的比較

3.4 濃硫酸磺化法

在較早的國家標準GB/T 14550—2003 中只測定有機氯中的六六六、滴滴涕時提到利用濃硫酸磺化法對提取樣品進行凈化，其氧化能力去除雜質(zhì)的能力較強，可以完全去除里面含有的色素，對復(fù)雜樣品凈化效果很好。且對六六六、滴滴涕等化合物的回收率能達到70%以上。但該方法不能用來凈化其他分析物的提取液，它有可能破壞包括艾氏劑、異狄氏劑、硫丹等在內(nèi)的大多數(shù)有機化合物。其中對與狄氏劑和異狄氏劑其回收率低于20%。

4 土壤中有機氯的監(jiān)測方法

目前對于土壤中有機氯比較常用的監(jiān)測方法為利用電子捕獲檢測器（ECD）-氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法。下面將分別作介紹。

4.1 電子捕獲檢測器-氣相色譜法

在已經(jīng)發(fā)布的國家標準GB/T 14550—2003 和環(huán)境標準HJ 921—2017 中在監(jiān)測土壤中的有機氯時，都是用的ECD-氣相色譜法，該方法的工作原理是利用色譜柱對待測組分進行分離，利用ECD 進行監(jiān)測，根據(jù)保留時間來定性，根據(jù)峰面積或峰高，利用外標法來定量。其中ECD 檢測器方法靈敏度高，對于有機氯有很高的響應(yīng)值，且線性關(guān)系好，例如HJ 921—2017 對于23 種有機氯的檢出限，當(dāng)取樣量為10.0 g，其范圍低至0.04ng/g～0.09ng/g。且氣相色譜儀相對操作簡單，監(jiān)測成本低，到目前為止一直是有機氯較為普遍采用的監(jiān)測手段。但是就如前面討論的，土壤的基底比較復(fù)雜，干擾物種較多，即使采取了有效的凈化手段，干擾物質(zhì)有可能還會影響結(jié)果的判斷。而氣相色譜只能利用保留時間來定性，容易出現(xiàn)假陽性或是假陰性，所以在實際的實驗過程中需要利用雙柱定性，即利用兩根極性不同的色譜柱來輔助定性，盡可能準確地定性。

4.2 氣相色譜-質(zhì)譜法

氣相色譜質(zhì)譜法是待測組分經(jīng)氣相色譜分離后，利用質(zhì)譜來檢測。根據(jù)質(zhì)譜圖、保留時間、碎片離子質(zhì)荷比及其豐度定性。一般利用內(nèi)標法來定量。氣相色譜質(zhì)譜法克服了氣相色譜法只能用保留時間定性的局限，使定性結(jié)果更加準確。氣相色譜質(zhì)譜法有2 種常用的掃描模式，即全掃描和選擇離子掃描模式，利用全掃描模式可以準確地定性，而選擇離子掃描模式只選擇目標化合物的定量離子和定性離子進行掃描，一方面提高了方法的靈敏度，降低了檢出限，另一方面只選擇目標化合物的離子進行掃描，選擇性高、干擾少，所以利用氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測土壤中有機氯越來越被國內(nèi)外專家和學(xué)者認可。例如HJ 835—2017中利用氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測土壤中有機氯，當(dāng)取樣量是10.0 g 時，利用全掃描時其檢出限為0.02 mg/kg～0.09 mg/kg，而作者利用同樣的方法，選擇離子掃描時，其檢出限可低至0.6 ng/g～0.7 ng/g。雖然氣相色譜質(zhì)譜法與氣相色譜法相比其定性更加準確，但其靈敏度與ECD 檢測器相比要低，當(dāng)基底更加復(fù)雜時，會產(chǎn)生干擾。近期有文獻報道利用氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測量土壤中的有機氯，該方法一方面克服了氣相色譜法基底復(fù)雜難定性的問題，另一方面也提高了氣相色譜質(zhì)譜法雖然定性準確但是靈敏度不如前者的問題，宋曉娟等利用快速溶劑萃?。ˋSE）-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS/MS）分析土壤中8 種有機氯農(nóng)藥（OCPs）時，當(dāng)取樣量為10.0 g 時，8 種OCPs 的方法檢出限為0.02 ng/g～0.04 ng/g，大大提高了氣相色譜質(zhì)譜法的靈敏度，又減少了基底的干擾，未來有可能成為土壤有機氯監(jiān)測的常用方法[6]。

5 結(jié)語

通過該文的討論可以看出，對于土壤中的有機氯的提取方法包括索氏提取、超聲波提取、微波輔助萃取、加壓流體萃取以及超臨界流體萃取等，其中索氏提取雖然回收率較高，但是需要的溶劑量大，并且是所有方法中耗時最長的，其中目前較為常用的方法是加壓流體萃取法，其操作簡單、耗時短、回收率高且溶劑消耗低，土壤基體復(fù)雜，對于待測樣品在上機分析之前必須經(jīng)過凈化，其中對于有機氯樣品，較為常用的是硅酸鎂層析柱法，該文在最后還介紹了土壤有機氯的監(jiān)測方法，通過比較發(fā)現(xiàn)，氣相色譜法具有靈敏度高、檢出限低等優(yōu)點，但是對于復(fù)雜的基底，定性困難，而氣相色譜-質(zhì)譜法雖然定性好，卻靈敏度相對較低，最近新發(fā)展的氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜克服了上述2 個方法的缺點，具有選擇性高、靈敏度高和定性準確等優(yōu)點，有可能成為未來土壤中有機氯監(jiān)測的常用方法。