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        快速溶劑萃取-凝膠滲透色譜凈化-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中11 種半揮發(fā)性有機(jī)物

        2021-12-31 07:30:44張華王嵐耶曼高航白亮高翔宇高文旭
        化學(xué)分析計(jì)量 2021年12期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)譜法二氯甲烷檢出限

        張華,王嵐,耶曼,高航,白亮,高翔宇,高文旭

        (西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司,西安 710054)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,汽車數(shù)量急劇上升,加油站與地下儲(chǔ)油罐增多,但儲(chǔ)油罐、輸油管道時(shí)有滲漏,以及各種化工產(chǎn)品的中間體、機(jī)動(dòng)車尾氣和化工燃燒產(chǎn)物等的排放與逸出,會(huì)導(dǎo)致大量有機(jī)污染物進(jìn)入土壤,破壞土壤本身的生態(tài)系統(tǒng),這些污染物其中就包括半揮發(fā)性有機(jī)物(SVOCs)。半揮發(fā)性有機(jī)物一般指沸點(diǎn)為170~350 ℃且揮發(fā)較慢的有機(jī)化合物,通常包括多環(huán)芳烴、酚類、硝基苯類、酞酸脂類等有機(jī)物[1]。SVOCs 可長(zhǎng)期存在于水質(zhì)、土壤中,并且通過(guò)生物富集的方式進(jìn)入人體,從而危害人體健康,主要損害人的大腦、腎臟與生殖系統(tǒng),并對(duì)眼睛及呼吸道造成刺激,使人產(chǎn)生頭痛、咽痛及乏力,且半揮發(fā)性有機(jī)物包含多種致癌物質(zhì)[2],因此建立一種準(zhǔn)確高效的半揮發(fā)性有機(jī)物測(cè)定方法具有重要意義。

        目前,土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法[3]、液相色譜法[4-5]、氣相色譜-質(zhì)譜法[6],其中質(zhì)譜檢測(cè)的定性結(jié)果更為準(zhǔn)確,應(yīng)用較為廣泛。萃取土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的常用方法有索氏萃取法[8]、微波萃取法[9]、超聲萃取法[10]、快速溶劑萃取法[11]等,其中快速溶劑萃取法具有萃取時(shí)間短、溶劑消耗少、萃取充分等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于土壤樣品的萃?。?2]。由于土壤樣品的基質(zhì)較為復(fù)雜,萃取后的溶液中存在的干擾較多,會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果,而樣品凈化是為了除去萃取液中的干擾組分,因此樣品凈化對(duì)土壤的檢測(cè)尤為重要。目前土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的凈化方式主要采用凝膠色譜凈化法[13]和固相萃取小柱凈化法[14]。對(duì)于多組分的樣品來(lái)說(shuō),凈化不同種類的化合物,需要用到不同填料的凈化小柱和不同的淋洗溶液,不能滿足同時(shí)凈化多組分樣品的需求,操作復(fù)雜且繁瑣,試劑損耗較大,凝膠滲透色譜法能夠很好的去除樣品中的大分子物質(zhì),該方法凈化效率高,且操作方便簡(jiǎn)單,在土壤凈化方面的應(yīng)用日漸增多。

        在重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地土壤污染狀況調(diào)查項(xiàng)目中,半揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測(cè)依據(jù)《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》[15],但是在該方法中樣品凈化時(shí)需要進(jìn)行多次溶劑的轉(zhuǎn)換,操作繁瑣,試劑損耗較大。筆者對(duì)凝膠滲透色譜凈化進(jìn)行了優(yōu)化,建立了無(wú)需溶劑轉(zhuǎn)換的快速溶劑萃取-凝膠滲透色譜凈化-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中11 種半揮發(fā)性有機(jī)物。該方法操作簡(jiǎn)單,縮短了凈化時(shí)間以及多次溶劑轉(zhuǎn)換帶來(lái)的試劑損耗,檢測(cè)效率高,適用于重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地土壤中11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 主要儀器與試劑

        氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:8890-5977B 型,美國(guó)安捷倫科技有限公司。

        電子天平:SQP 型,感量為0.1 mg,德國(guó)賽多利斯公司

        快速溶劑萃取儀:FLEX-HPSE 型,北京萊伯泰科有限公司。

        氮吹儀:MultiVap-10 型,北京萊伯泰科有限公司。

        凝膠滲透色譜儀:GCP1000 型,北京萊伯泰科有限公司。

        11 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:包括苯胺、2-氯酚、硝基苯、萘、苯并a蒽、?、苯并b熒蒽、苯并k熒蒽、苯并a芘、茚并1,2,3-c,d芘、二苯并ah蒽,溶劑為二氯甲烷,質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L,編號(hào)為CDAA-M-690030-KE-1 ml,上海安譜有限公司。

        6 種內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:包括苊-D10、?-D12、1-4 二氯苯-D4、萘-D8、苝-D12、菲-D10,溶劑為二氯甲烷,質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L,編號(hào)為CDAAM-629032-KF-1 mL,上海安譜有限公司。

        6 種替代物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:包括2-氟酚、苯酚-d6、硝基苯-d5、2-氟聯(lián)苯、2,4,6-三溴苯酚、4,4-三聯(lián)苯-d14,溶劑為二氯甲烷-丙酮(體積比為1∶1),質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L,編號(hào)為CDZEB64093-1 mL,上海安譜有限公司。

        11 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合質(zhì)控樣品:苯胺、2-氯酚、硝基苯、萘、苯并a蒽、?、苯并b熒蒽、苯并k熒蒽、苯并a芘、茚并1,2,3-c,d芘、二苯并a,h蒽;溶劑為二氯甲烷,編號(hào)為Q-10258-O,美國(guó)O2 si公司。

        丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、環(huán)己烷:色譜純,德國(guó)CNW 公司。

        硅藻土:73~830 μm,上海安譜有限公司。

        無(wú)水硫酸鈉:分析純,天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

        土壤實(shí)際樣品:取自陜西省某化工廠。

        1.2 儀器工作條件

        1.2.1 凝膠滲透色譜條件

        色譜柱:S-X3-DCM 型凝膠凈化柱(300 mm×20 mm,北京萊伯泰科有限公司);流動(dòng)相:二氯甲烷;流量:5.0 mL/min;運(yùn)行時(shí)間:35 min;收集時(shí)間:5~15.5 min;檢測(cè)波長(zhǎng):254 nm。

        1.2.2 色譜條件

        色譜柱:DB-5MS 型石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm,美國(guó)安捷倫科技有限公司);進(jìn)樣口溫度:280 ℃;載氣:高純氦氣;柱流量:1.0 mL/min;升溫程序設(shè)置:初始柱溫為40 ℃,保持2 min,以12 ℃/min 的速率升溫至160 ℃,保持5 min,再以10 ℃/min 的速率升至280 ℃,保持5 min。

        1.2.3 質(zhì)譜條件

        掃描模式:全掃描;掃描范圍:45~350 Da;離子源溫度:230 ℃;四極桿溫度:150 ℃;傳輸線溫度250 ℃;電子轟擊能量:70 eV;溶劑延遲:3 min。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        1.3.1 樣品萃取

        精密稱取10.0 g(精確至0.01 g)的土壤實(shí)際樣品,加入硅藻土研磨成均勻的細(xì)顆粒狀,裝入34 mL萃取池中,采用快速溶劑法進(jìn)行萃取,萃取溶劑為丙酮-二氯甲烷(體積比為3∶7),設(shè)置萃取溫度為100 ℃,萃取壓力為10.34 MPa,加熱平衡時(shí)間為5 min,萃取時(shí)間為7 min,循環(huán)萃取2 次,收集萃取液。

        1.3.2 樣品凈化及濃縮

        將萃取液用無(wú)水硫酸鈉除水后轉(zhuǎn)移至氮吹管中,設(shè)置水浴溫度為25 ℃,氣流壓力為13.97 kPa,氮吹氣體為高純氮?dú)?。?dāng)萃取液濃縮至1 mL 時(shí),按照1.2.1 中的凝膠滲透色譜條件進(jìn)行凈化,用二氯甲烷定容至10 mL,再將凈化溶液轉(zhuǎn)移至氮吹管中,繼續(xù)設(shè)置水浴溫度為25 ℃,氣流壓力為13.97 kPa,氮吹氣體為高純氮?dú)猓瑢艋蟮娜芤簼饪s至小于1 mL 加入內(nèi)標(biāo)溶液定容至1 mL,上機(jī)測(cè)定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 氣相色譜圖

        按1.2 條件對(duì)11 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試,色譜圖如圖1 所示。

        圖1 11 種SVOCs 的色譜圖

        2.2 凝膠色譜收集時(shí)間的選擇

        配制質(zhì)量濃度為10 μg/mL 的11 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照1.2.1 凝膠色譜方法凈化,標(biāo)準(zhǔn)溶液在凝膠滲透色譜儀(GPC)中的色譜圖見(jiàn)圖2。由圖2 可知,凝膠滲透色譜的收集時(shí)間選為5~15.5 min 時(shí),能夠有效除去土壤中的雜質(zhì),同時(shí)保證被測(cè)組分全部被接收。

        圖2 11 種SVOCs 標(biāo)準(zhǔn)溶液的凝膠色譜圖

        2.3 萃取溶劑的選擇

        根據(jù)HJ 83—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》可知,土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的常用萃取溶劑有二氯甲烷以及丙酮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),向二氯甲烷中加入丙酮,隨著丙酮含量的提高,易萃取出更多的色素,以及留存更多水分,因此降低萃取劑中丙酮的比例有助于提高萃取效果。試驗(yàn)以二氯甲烷-丙酮作為萃取劑進(jìn)行萃取,考察二氯甲烷-丙酮不同體積比分別為5∶5、6∶4、7∶3、8∶2 時(shí)11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的回收率,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3 所示。

        圖3 不同溶劑比例萃取的回收試驗(yàn)結(jié)果

        由圖3可知,當(dāng)二氯甲烷-丙酮的體積比為7∶3時(shí)11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的回收率均較好,且符合HJ834—2017 《土壤和沉積物 半揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜-質(zhì)譜法》的要求,因此選擇體積比為7∶3的二氯甲烷-丙酮作為萃取溶劑。

        2.4 凈化溶劑的選擇

        參照1.2.1 凝膠色譜凈化條件,分別考察二氯甲烷及HJ 834—2017 《土壤和沉積物 半揮發(fā)性有機(jī)物 氣相色譜-質(zhì)譜法》中所使用的凈化溶劑環(huán)己烷-乙酸乙酯(體積比為1∶1)的凈化回收率,結(jié)果見(jiàn)圖4。

        由圖4 可知,二氯甲烷作為凈化溶劑,其回收率高于環(huán)己烷-乙酸乙酯(體積比為1∶1),因此選擇二氯甲烷作為凈化溶劑,不僅可以簡(jiǎn)化溶劑轉(zhuǎn)換步驟,減少溶劑轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間,同時(shí)也大大提高了凈化時(shí)間及回收率,且符合HJ 834—2017 《土壤和沉積物 半揮發(fā)性有機(jī)物 氣相色譜-質(zhì)譜法》的要求。

        圖4 不同溶劑凈化的回收試驗(yàn)結(jié)果

        2.5 線性方程與檢出限

        將11 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度分別為1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/mL的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,取5 個(gè)5 mL 容量瓶,預(yù)先加入二氯甲烷溶劑,分別移取質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL 的11 種SVOCs 混合中間液以及替代物混合溶液各5、25、50、100、250 μL,再分別移取80 μL 質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL 的內(nèi)標(biāo)混合中間液,用二氯甲烷混勻后定容,該系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中11 種SVOCs 目標(biāo)物和替代物的質(zhì)量濃度均分別為1、5、10、20、50 μg/mL,其中內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量濃度為8 μg/mL。按照1.2 方法測(cè)定該系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x),以目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)化合物定量離子響應(yīng)值的比值與內(nèi)標(biāo)化合物質(zhì)量濃度的乘積為縱坐標(biāo)(y),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,以平均相對(duì)響應(yīng)因子法計(jì)算線性方程以及相對(duì)響應(yīng)因子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RFRSD),結(jié)果列于表1。

        由表1 可知,11 種半揮發(fā)性有機(jī)物工作曲線的相對(duì)響應(yīng)因子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于30%,滿足《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》要求。

        按照HJ 168—2010 《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》[16]中規(guī)定的方法計(jì)算檢出限,配制7 個(gè)加標(biāo)濃度為0.2 mg/kg 的空白樣品,按照1.3 方法進(jìn)行萃取濃縮,按照1.2 方法進(jìn)行檢測(cè),計(jì)算方法的檢出限,其中t值取3.143,檢出限結(jié)果列于表1。

        由表1可知,測(cè)定結(jié)果大于檢出限且小于檢出限10 倍,可以說(shuō)明該檢出限是合理有效的,且滿足HJ 168—2010 《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂 技術(shù)導(dǎo)則》要求。

        表1 11 種SVOCs 的線性方程、檢出限測(cè)定結(jié)果

        2.6 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

        選取11 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合質(zhì)控樣品(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)Q-10258-O)進(jìn)行方法準(zhǔn)確度試驗(yàn),按照該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制指導(dǎo)書,稱取10 g 石英砂,加入20 μL 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),其測(cè)定結(jié)果列于表2。

        表2 不同濃度11 種SVOCs 的準(zhǔn)確度結(jié)果

        由表2 可知,11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書可接受范圍內(nèi),可以證明該方法準(zhǔn)確有效。

        2.7 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)

        向空白樣品中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25、0.5、1 mg/kg 的11 種SVOCs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,并按照1.2方法平行測(cè)定6 份,加標(biāo)回收率與測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表3,均滿足《HJ 834—2017 土壤和沉積物 半揮發(fā)性有機(jī)物 氣相色譜-質(zhì)譜法》的要求。

        表3 不同濃度11 種SVOCs 的精密度試驗(yàn)結(jié)果

        3 結(jié)語(yǔ)

        建立了快速溶劑萃取-凝膠滲透色譜凈化-氣相色譜質(zhì)譜儀測(cè)定土壤中11 種半揮發(fā)性有機(jī)物含量的分析方法,與標(biāo)準(zhǔn)方法相比,該方法的檢測(cè)流程縮短,樣品的回收率更高,方法的檢出限、精密度及線性范圍也滿足實(shí)際檢測(cè)限值的要求。適用于重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地中土壤11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定且值得推廣。

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