岳永麗,付 寧

（甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站，甘肅 蘭州 730020）

石油烴是環(huán)境中普遍存在的有機(jī)污染物之一,包括汽油、柴油、煤油、潤滑油、石蠟和瀝青等,由多種烴類（正烷烴、支鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳烴）和少量其他有機(jī)物組成[1-3]。與石油烴污染水環(huán)境不同，石油烴污染土壤環(huán)境后修復(fù)治理難度更大，修復(fù)成本也更高，《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600—2018）中針對石油烴污染物規(guī)定了相應(yīng)的篩選值和管制值[4-8]。

目前，土壤中石油烴的測定方法主要有熒光光度法、紫外分光光度法、非分散紅外光度法、紅外分光光度法和氣相色譜法等[9-12]。其中熒光光度法和紫外分光光度法只能測定石油烴中的芳烴成分；非分散紅外光度法只能測定石油烴中的甲基和亞甲基，不能測定石油烴中芳烴成分[13]；紅外分光光度法測定石油烴的范圍廣，不受油品限制，但是測定過程仍有一定的局限性。一是不能反映出石油烴的組分信息，容易出現(xiàn)假陽性干擾測定結(jié)果；二是樣品前處理過程中用到的萃取溶劑只能選擇臭氧層破壞物質(zhì)（ODS）或類ODS物質(zhì)（四氯化碳、四氯乙烯等），ODS 已被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列入加速淘汰計劃[14]。相比而言氣相色譜法可以采集到石油烴的指紋特征，選擇性好且測定結(jié)果精確度高[15]。王如剛等[16]利用氣相色譜法測定土壤中石油烴，以加標(biāo)回收率為判斷依據(jù)，對比了超聲波提取、索氏提取及超聲波-索氏提取結(jié)合3種萃取方法的萃取效率，發(fā)現(xiàn)超聲-索氏提取結(jié)合的提取效率最佳，但在實際分析檢測工作中索氏提取耗時較長，并不能及時有效地完成應(yīng)急監(jiān)測等工作。Tor等[17]驗證了超聲波萃取法-氣相色譜法測定土壤中石油烴具有效率高，分析快等特點；周瑞娟等[18]通過實驗驗證超聲波清洗儀與往復(fù)振蕩器結(jié)合能夠有效提取土壤中石油烴。

氣相色譜法測定土壤中石油烴的研究中，不同前處理方法對測定結(jié)果影響很大，同一前處理方式中不同的萃取條件也影響測定結(jié)果?，F(xiàn)有研究中雖然對不同前處理方式進(jìn)行了比較，但是缺乏系統(tǒng)詳細(xì)的前處理方法比較研究及條件優(yōu)化，同時缺乏連續(xù)測定過程中數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確度的質(zhì)量控制研究，本研究比較了4種不同前處理方式索氏提取、超聲波提取、震蕩提取和快速溶劑萃取法（ASE）對氣相色譜法測定土壤中石油烴結(jié)果的影響，對快速溶劑萃取法提取土壤中石油烴的萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化，同時采用質(zhì)量控制圖對氣相色譜法測定土壤中石油烴的加標(biāo)回收率進(jìn)行了統(tǒng)計分析，通過檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量的準(zhǔn)確度，觀察實驗數(shù)據(jù)的波動，從而確保分析結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性，對于土壤中石油烴分析測定具有一定的借鑒作用。

1 實驗

1.1 儀器和試劑

氣相色譜儀（7890A，美國Agilent，氫火焰檢測器FID）；HP-5毛細(xì)管色譜柱（Agilent30 m×0.32 mm×0.25μm）；自動索氏提取儀（SoxtecTM 8000，丹麥FOSS）；ASE（ASE350，美國賽默飛）；數(shù)控超聲波儀（KH-500DE型）；震蕩器（HY-2A）；自動氮吹濃縮裝置（ATR AutoVapⅡ,美國ATR）。

石油烴（C10～C40）正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液（每種烷烴的質(zhì)量濃度分別為1000 mg/L，溶劑為正己烷）；土壤中石油烴（C10～C40）有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（總石油烴濃度為1100 mg/kg，美國ERA公司）；二氯甲烷、正己烷、丙酮、石油醚（均為色譜純，J.T.BAKER，USA）；硅酸鎂凈化柱（美國Waters）；玻璃棉（馬弗爐中500 ℃下烘烤4 h）；無水硫酸鈉（于馬弗爐中500 ℃下烘烤4 h）；高純氮氣（純度＞99.999%）。

1.2 色譜條件

氣化室溫度：320 ℃,分流比5∶1；

柱溫箱程序升溫：60 ℃保持4 min,以10 ℃/min升至230 ℃保持2 min,再以20 ℃/min升至230 ℃保持20 min；

FID燃?xì)饬髁繛?00 mL/min，助燃?xì)饬髁繛?0 mL/min，尾吹氣流量為30 mL/min；柱流失控制為恒流模式，載氣流速為1.0 mL/min。

檢測器溫度：330 ℃。

1.3 實驗步驟

1.3.1 土壤樣品土壤樣品TR-1、TR-2、TR-3取自甘肅省平?jīng)鍪袥艽h柴油罐車泄漏后附近土樣。

1.3.2 樣品制備

將新鮮土壤除去樣品中的異物（石子、樹枝）等，稱取兩份10.0 g新鮮土壤樣品，一份用來測定含水率及干物質(zhì)含量，另一份用于土壤中石油烴的提取。

1.3.3 樣品前處理

1）樣品提取。索氏提取法：將樣品放入提取器中，加入40 mL正己烷/丙酮溶液（V/V=1），90 ℃水浴，提取16～18 h后，轉(zhuǎn)移氮吹濃縮至3～5 mL待凈化。

超聲波提取法：將樣品放入250 mL三角瓶中，加入40 mL正己烷/丙酮溶液（V/V=1），超聲頻率為40 kHz，超聲30 min，超聲提取兩次合并有機(jī)相，后轉(zhuǎn)移氮吹濃縮至3～5 mL待凈化。

震蕩提取法：將樣品放入250 mL三角瓶中加40 mL正己烷/丙酮溶液（V/V=1），以200次/min往復(fù)振蕩30 min，振蕩提取兩次合并有機(jī)相，后轉(zhuǎn)移氮吹濃縮至3～5 mL待凈化。

ASE萃取法：將樣品與硅藻土攪拌均勻后放入萃取池（33 mL）中，設(shè)置萃取溫度、靜態(tài)萃取次數(shù)及萃取時間后，利用有機(jī)溶劑萃取，萃取液濃縮至3～5 mL待凈化。ASE萃取優(yōu)化條件實驗中利用正交實驗系統(tǒng)分析萃取有機(jī)溶劑，萃取溫度、靜態(tài)萃取次數(shù)及萃取時間對萃取效率的影響。

2）樣品凈化。利用硅酸鎂柱凈化，依次用10 mL正己烷/二氯甲烷溶液（V/V=4）的混合溶劑、10 mL正己烷活化凈化小柱，待正己烷近干時，將提取濃縮液轉(zhuǎn)移至硅酸鎂柱上，用2 mL的正己烷洗滌氮吹管，再用10 mL正己烷/二氯甲烷溶液（V/V=4∶1）的混合溶劑淋洗，收集洗脫液并氮吹濃縮定容至1 mL上機(jī)。

2 結(jié)果與討論

2.1 石油烴（C10～C40）標(biāo)準(zhǔn)色譜圖

氣相色譜法測定石油烴（C10～C40）是以C10～C40出峰時間段內(nèi)出峰的總面積進(jìn)行定量分析。程序升溫會引起柱流失而導(dǎo)致色譜峰基線升高，影響色譜分析定量結(jié)果，因此，需要扣除柱流失。圖1（a）和圖1（b）分別為石油烴標(biāo)準(zhǔn)溶液（1550 mg/kg）扣除柱流失前、后的色譜圖，結(jié)果顯示扣除柱流失后色譜圖基線明顯降低，色譜峰的響應(yīng)減小，色譜峰總面積減小。

圖1 石油烴（C10～C40）標(biāo)準(zhǔn)溶液扣除柱流失前（a）及扣除柱流失后（b）的色譜圖

2.2 石油烴（C10～C40）標(biāo)準(zhǔn)曲線

將石油烴（C10～C4）0正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷溶劑配制質(zhì)量濃度為155、310、620、1 550、2 480、3 100、6 200 μg/mL的石油烴（C10～C40）正構(gòu)烷烴的標(biāo)準(zhǔn)曲線系列點，按照1.5的儀器工作條件進(jìn)行上機(jī)分析。以石油烴（C10～C40）正構(gòu)烷烴之間31個色譜峰的總面積對其質(zhì)量濃度繪制外標(biāo)法校準(zhǔn)曲線，圖2為扣除柱流失后的校正總峰面積與濃度繪制的外標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，結(jié)果表明石油烴（C10～C40）線性關(guān)系良好，能夠滿足分析需要。

圖2 石油烴（C10～C40）線性方程及相關(guān)系數(shù)

2.3 實驗條件的優(yōu)化

2.3.1 提取方法

準(zhǔn)確稱取10.0 g石英砂，加入20 μL石油烴（C10～C40）標(biāo)準(zhǔn)溶液（加標(biāo)濃度為62 mg/kg），40 mL正己烷與丙酮（V/V=1）為萃取劑，分別利用快速溶劑萃取、索氏提取、超聲波提取和水平震蕩提取4種萃取方式平行測定6次，測定加標(biāo)回收率，結(jié)果表明（見表1），快速溶劑萃取和索氏提取的平均回收率分別為100%和99.0%，超聲提取和水平震蕩提取的平均回收率分別為85.6%及78.0%，ASE和索氏提取的萃取效率更高，但是鑒于快速溶劑萃取具有萃取溶劑消耗量少、萃取時間短、萃取速度快、萃取效率高、自動化程度高等優(yōu)勢，ASE更適合萃取土壤中石油烴。

表1 不同萃取方式提取效率比較

2.3.2 ASE萃取條件優(yōu)化

影響ASE萃取效率的主要條件有萃取溶劑、萃取溫度、靜態(tài)萃取次數(shù)及萃取時間，因此，為了進(jìn)一步研究ASE萃取條件對萃取效率的影響，選擇正己烷與丙酮（V/V=1）的混合溶劑、二氯甲烷: 丙酮的混合溶劑（V/V=1）、石油醚三種不同萃取溶劑，設(shè)計四因素三水平正交試驗，見表2。根據(jù)正交試驗設(shè)計法對萃取溶劑、萃取溫度、循環(huán)次數(shù)以及靜態(tài)萃取時間同時進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)極差分析確定影響因素的主次順序，最終確定最優(yōu)條件的組合。表3中正交試驗設(shè)計的極差分析結(jié)果可知，影響萃取效率因素的主次順序依次為：萃取溫度（B）＞萃取試劑（A）＞靜態(tài)萃取時間（C）＞循環(huán)次數(shù)（D）。在設(shè)定的水平范圍內(nèi)，萃取試劑與萃取溫度項的極差最大，對萃取效率最為明顯；循環(huán)次數(shù)項的極差最小，對萃取效率影響不明顯。石油醚的極性較弱，萃取效果不理想，萃取效率最低；因此，正交試驗表明ASE最佳萃取條件為：正己烷：丙酮（V/V=1）的混合溶劑為萃取劑，萃取溫度為105 ℃，靜態(tài)萃取時間為10 min，循環(huán)萃取為3次。

表2 正交試驗設(shè)計表

表3 正交試驗極差分析結(jié)果

2.4 檢出限、精密度及準(zhǔn)確度實驗

準(zhǔn)確稱取10.0 g石英砂，利用優(yōu)化后的ASE萃取方法，按照實驗方法平行測定7份空白加標(biāo)樣品，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2010）[19]中附錄A1.1的計算公式MDL=3.143×S計算檢出限，氣相色譜法測定土壤中石油烴的檢出限為6 mg/kg。同時利用ASE最佳萃取條件進(jìn)行了精密度、準(zhǔn)確度實驗，選擇石油烴低質(zhì)量濃度31.0 mg/kg、中質(zhì)量濃度62.0 mg/kg和高質(zhì)量濃度155 mg/kg進(jìn)行空白加標(biāo)實驗，每組各做了6個平行實驗，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）和回收率；測定土壤中石油烴有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（1100 mg/kg），每組平行測定6次，計算其相對誤差，精密度和準(zhǔn)確度測定結(jié)果見表4，三個不同濃度空白加標(biāo)測定結(jié)果的平均值分別為29.8 mg/kg、58.3 mg/kg和150 mg/kg，平均回收率分別為96.3%、94.0%和96.9%，RSD分別為5.24%、2.06%和5.52%。土壤有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果的平均值為1138 mg/kg，相對誤差為14.1%。結(jié)果表明利用ASE-GC分析土壤中石油烴具有較好的精確度和準(zhǔn)確度。

表4 精密度和準(zhǔn)確度測定結(jié)果

2.5 實際樣品分析

分別對實際土壤樣品TR-1，TR-2，TR-3進(jìn)行分析，并進(jìn)行樣品加標(biāo)的測定（加標(biāo)濃度為62 mg/kg），測定結(jié)果見表5，結(jié)果顯示土壤樣品TR-1，TR-2，TR-3平行樣測定結(jié)果相對偏差均＜20%，且樣品加標(biāo)回收率均＞80.0%。圖4為TR-3實際樣品及加標(biāo)樣品色譜圖，由于TR-3樣品為石油泄漏后污染土壤，實際樣品明顯具有特征石油烴柴油色譜峰，加標(biāo)樣品譜圖中具有實際樣品柴油特征色譜峰，同時具有石油烴（C10～C40）特征色譜峰，峰面積明顯增加，因此該分析方法可以準(zhǔn)確有效測定污染土壤中石油烴。

表5 實際樣品分析結(jié)果

圖4 土壤TR-3實際樣品（a）及加標(biāo)樣品（b）色譜圖

2.6 質(zhì)量控制圖分析

環(huán)境監(jiān)測分析過程中，質(zhì)量控制圖可以有效檢查分析過程的準(zhǔn)確性，確保分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可控[20-23]。通過對連續(xù)40個批次的實際樣品加標(biāo)回收率統(tǒng)計，計算40組樣品加標(biāo)回收率的算術(shù)平均值（X）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（S），上、下控制限（X±3S），上、下警戒限（X±2S），上、下輔助限（X±S）（見表6）并繪制質(zhì)量控制圖（圖5）。結(jié)果顯示土壤中石油烴的受控范圍為65.9%～119%，警戒限為74.6%～110%，輔助限為83.5%～101%。質(zhì)量控制圖結(jié)果表明，所有數(shù)據(jù)點都落在上下警戒限范圍內(nèi)；數(shù)據(jù)結(jié)果均在中心線兩側(cè)隨機(jī)排列，上、下輔助限內(nèi)有29個數(shù)據(jù)點，占統(tǒng)計點數(shù)的72.5%，大于68.3%，符合正態(tài)分布概率；沒有出現(xiàn)連續(xù)6個點出現(xiàn)在中心線（平均值）的同一側(cè)，也沒有連續(xù)6個點出現(xiàn)遞增或遞減趨勢。質(zhì)量控制圖統(tǒng)計分析結(jié)果表明實際樣品分析過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠[24]。

圖5 土壤中石油烴分析數(shù)據(jù)質(zhì)量控制圖

表6 土壤中石油烴（C10～C40）樣品加標(biāo)回收率質(zhì)量控制圖數(shù)據(jù)/%

續(xù)表6

3 結(jié)論

（1）通過比較不同萃取方法并優(yōu)化萃取條件，建立了有效的ASE-GC/FID測定土壤中石油烴（C10～C40）的分析方法。

（2）在最優(yōu)快速溶劑萃取條件下，氣相色譜法測定土壤中石油烴的檢出限為6 mg/kg，該方法準(zhǔn)確度、精密度良好，實際樣品測定平行樣的相對偏差＜20%，且加標(biāo)回收率均＞80%，定量準(zhǔn)確，能夠滿足土壤中石油烴（C10～C4）0的分析要求。

（3）實際分析過程中的質(zhì)量控制圖結(jié)果表明土壤中石油烴實際樣品加標(biāo)回收率的受控范圍為65.9%～119%，警戒限為74.6%～110%，輔助限為83.5%～101%，所有數(shù)據(jù)點都落在上下警戒限范圍內(nèi)；數(shù)據(jù)結(jié)果均在中心線兩側(cè)隨機(jī)排列，上、下輔助限內(nèi)有29個數(shù)據(jù)點，占統(tǒng)計點數(shù)的72.5%，大于68.3%，符合正態(tài)分布概率。沒有出現(xiàn)連續(xù)6個點出現(xiàn)在中心線（平均值）的同一側(cè)，也沒有連續(xù)6個點出現(xiàn)遞增或遞減趨勢，說明分析過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，能有效地控制該方法測定土壤中石油烴（C10～C40）測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。