一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法
【专利摘要】本发明公开了一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，属于氯代多环芳烃检测领域。主要步骤是：首先通过冷冻干燥器去除土壤样品中水分，研磨，200目筛过滤备用；然后利用加速溶剂萃取仪提取土壤样品中的目标物，之后通过凝胶渗透色谱净化，最后浓缩定容。本方法建立了土壤中氯代多环芳烃的前处理方法，整个过程溶剂用量少，自动化程度高，耗时短，安全性高，步骤少却能够较准确的对土壤中的多种氯代多环芳烃进行定性和定量。运用气相色谱-质谱仪进行定量检测，检测限低(S/N＝3时，2.6-25pg/g)，精确度高(RSD＝6.30％-12.0％)，空白加标回收率为64.1％-109.2％，实现了土壤这种复杂环境介质中多种痕量氯代多环芳烃的同步分析检测，灵敏而准确，弥补了目前该领域技术的不足。
【专利说明】一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氯代多环芳烃检测领域，更具体地说，涉及一种同步提取和净化土壤 中多种氯代多环芳烃的方法。
【背景技术】
[0002] 氯代多环芳煙（chlorinated polycyclic aromatic hydrocarbons, Cl-PAHs)是 由多环芳煙（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)，大于等于2环上的一个或多个 氢原子被氯原子取代的芳烃类化合物，从结构上看可以称为二恶英与多环芳烃的杂交体， 形成机理与二恶英、PAHs类似，为人类无意识生产的副产物。目前环境中的Cl-PAHs主要 是汽车尾气排放、有机物焚烧及其他工业化活动所产生的副产物。研究表明，某些Cl-PAHs 具有类似二恶英、多氯联苯的致癌、致突变毒性。也有文献报道，Cl-PAHs具有比母体PAHs 更强的毒性，对生态环境和人类健康构成威胁。虽然目前还缺乏充足的研究数据，但根据 国内外学者在雪、自来水、城市大气、公路隧道空气、纸浆厂漂白的牛皮纸浆、底泥、土壤、灰 尘、电子垃圾碎屑、生物等介质中所测定的Cl-PAHs (2?5环）数据，表明Cl-PAHs已经广 泛存在于生态环境系统中。Cl-PAHs是憎水性物质，所以Cl-PAHs大多易吸附在悬浮颗粒物 上。吸附有Cl-PAHs的悬浮颗粒，沉降到土壤中或者吸附在植物上并被植物吸收，从而在土 壤或者植物中虽集。
[0003] 氯代多环芳烃具有较多异构体，这给其分离检测带来很大困难。另外，这类物质 往往和母体多环芳烃与其它有机氯POPs共存，高选择性的前处理过程中，仪器分析技术是 非常必要的。土壤基质复杂，含有大量有机质和色素等杂质，其分析过程包括萃取、净化及 仪器分析等步骤。目前关于土壤中氯代多环芳烃检测的报道较少，Ma等在前人研究基础 上，将环境样品经16h索氏萃取后，先经活化的硅胶柱进行分级分离，然后将分离液经活 性碳和硅胶的混合柱净化与分离，浓缩净化，用气相色谱-质谱（GC-MS)分析。Ieda等采 集日本一家氯碱厂附近土壤，以甲苯进行索氏提取，不进行净化，采用二维气相色谱-高 分辨时间飞行质谱联用（GCXGC-HRT0F-MS)测定土壤样品提取物中的卤代芳烃。但这 些方法前处理耗时长，或者得用更高级分析仪器，限制了其更广泛的应用。加速溶剂萃取 法（Accelerated Solvent Extraction，ASE)是在高温高压下进行萃取，萃取时间短，效率 高。凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC)是先进的大分子去除技术， 目前被广泛用于生物样和底泥等复杂环境样品中去除大分子杂质。气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass, GC-MS)在环境领域应用广泛，适合做多组份混合物的定性和定量分 析。
【发明内容】
[0004] 1.要解决的技术问题
[0005] 针对现有技术中存在的复杂环境中氯代多环芳烃前处理复杂，检测效果差的问 题，本发明提供了一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，它具有复杂环境 中氯代多环芳烃前处理简单，检测效果好的优点。
[0006] 2.技术方案
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008] -种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其包括以下步骤：
[0009] (a)、土壤前处理：采集土壤，对土壤进行预冻，将土壤置于冷冻干燥仪中冻干去除 水分，将冻干后的土壤磨碎，过200目筛，留待下一步使用；
[0010] (b)、加速溶剂萃取：使用正己烷和二氯甲烷对步骤（a)得到的土壤进行萃取，后 用萃取池体积的90%的萃取溶剂冲洗萃取池，用氮气吹扫110s ;萃取完后收集萃取液，旋 转蒸发至0. 5mL，加入体积比为1 :1的乙酸乙酯和环己烷混合溶剂，定容至10ml凝胶渗透 色谱小瓶；
[0011] (C)、凝胶渗透色谱净化：使用凝胶渗透色谱方法，用洗脱溶剂将步骤（b)得到的 凝胶渗透色谱小瓶溶液杂质去除；
[0012] ⑷、对步骤（c)得到的溶液，旋转蒸发、加入内标氣代菲、氮吹浓缩，溶剂替换、定 容，获得氯代多环芳烃溶液；
[0013] (e)、上机检测：使用气相色谱-质谱联用仪对步骤（d)获得的溶液进行测定。
[0014] 更进一步的，步骤（b)中萃取条件为：萃取溶剂为正己烷和二氯甲烷混合液，体积 比为正己烷：二氯甲烷=1 :1，萃取压力1500psi，萃取温度120°C，萃取时间lOmin，循环4 次。
[0015] 更进一步的，所述的步骤（C)中洗脱溶剂为体积比为1 :1的乙酸乙酯和环己烷混 合溶剂。
[0016] 更进一步的，步骤（c)所述的凝胶渗透色谱净化条件如下：使用5. OmL定量阀， 凝胶渗透色谱柱填料为Biobead S-X3,泵流速4. 7mL/min，弃去0-25. Omin的流分，收集 25. 0-35. Omin的流分，用35. 0-38. Omin流分冲洗凝胶渗透色谱柱。
[0017] 更进一步的，步骤（d)中所述的内标氘代菲，浓度为lmg/L，所述的定容溶液使用 正己烷。
[0018] 更进一步的，步骤（d)中所述的氯代多环芳烃为9,9_二氯芴、2,7_二氯芴、9-氯 芴、2-氯蒽、9-氯蒽、9,10-二氯蒽中的至少一种。
[0019] 更进一步的，步骤（e)中气相色谱-质谱测定时，条件如下：初始温度80°C，保持 lmin，以25°C /min速率升温至200°C，保持Omin，再以1°C /min速率升温至213°C，保持 lmin，分析时间19min，传输线温度280°C。
[0020] 更进一步的，步骤（e)的气相色谱-质谱联用仪采用EI源，离子源温度280°C，扫 描方式为分段选择离子扫描模式。
[0021] 3.有益效果
[0022] 相比于现有技术，本发明的优点在于：
[0023] (1)本发明采用加速溶剂提取（ASE)，与传统索式提取相比，有机溶剂用量少，自 动化程度高，只需40min即可完成提取，耗时短；对实验操作者安全性高，能同时测定处理 多个样品，重现性；
[0024] (2)采用凝胶渗透色谱（GPC)净化，GPC与传统的硅胶柱净化过程相比，实验操作 方便、快捷，能够实现自动化；
[0025] (3)本发明建立并优化了土壤样品中氯代多环芳烃的加速溶剂-凝胶渗透色谱 (ASE-GPC)联用的前处理方法，对土壤这种复杂的环境介质也可以实现良好的萃取和净化 效果；
[0026] (4)本发明同时分析了 6种氯代多环芳烃，添加浓度为20ng/g时各种目标物的空 白加标回收率为64. 1% -129. 2%，相对标准偏差为6. 30% -12. 0% ;添加浓度为200ng/g 空白加标回收率为59. 1% -108. 2%，相对标准偏差为4. 10% -9. 81%，本方法的检出限为 2. 6-25pg/g，定量限为11. 26-58pg/g，满足定量分析的要求；可检测范围广泛全面、精确；
[0027] (5)本发明建立并优化了土壤样品中氯代多环芳烃的ASE-GPC萃取、净化与气相 色谱-质谱联用（GC-MS)检测实现了土壤中多种氯代多环芳烃的同步、快速、准确、灵敏的 定量检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为氯代多环芳烃的标准物质在GPC柱上的流出曲线；
[0029] 图2为6种氯代多环芳烃和定量内标氘代菲的选择离子扫色谱图；
[0030] 图3为实施例2中土壤测定的氯代多环芳烃含量柱状图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
[0032] 实施例1
[0033] 用气相色谱-质谱联用仪GC-MS对土壤样品中多种氯代多环芳烃进行定性定量检 测，根据保留时间和选择的特征离子（表1)，与标准化合物的谱图（图2)对比，可以判断土 壤样品中是否含有该种化合物；根据目标物峰面积，利用外标法计算得到土壤样品中多环 芳烃的浓度。
[0034] 仪器和试剂：
[0035] 气相色谱仪：美国ThermoFisher公司；色谱柱：AglientDB_5MS色谱柱 (3〇11^0.25_\0.25 4 111);载气：氦气（纯度 99.999%)。
[0036] 质谱仪：美国Thermo Fisher公司。
[0037] 氯代多环芳烃标准储备液：6种氯代多环芳烃用正己烷配制标准混合储备液，浓 度均为ΙΟΟΟμ g/ml。定量内标采用内标氘代菲（内标phe-dlO)。6种氯代多环芳烃分别为氯 代多环芳煙为9,9-二氣莉（9,9-2〇1卩111)、2,7-二氣莉（2,7-2(]1卩111)、9-氣莉（9-〇1卩111)、 2-氣葱（2-ClAnt)、9-氣葱（9-ClAnt)和 9，10_ 二氣葱（9，l〇-2ClAnt)。
[0038] 配制标准样品，取100 μ 1，1000 μ g/ml的混合储备液用正己烷稀释到10ml，制 得 10 μ g/ml 的标准液备用。分别取 lml，800 μ 1，500 μ 1，200 μ 1，100 μ 1，50 μ 1，20 μ 1， 10 μ 1，5 μ 1，2 μ 1，1μ1的10 μ g/ml的标准液用正己烷稀释到10ml，制得浓度分别为 1000ng/ml, 800ng/ml,500ng/ml,200ng/ml,lOOng/ml,50ng/ml,lOng/ml,5ng/ml,2ng/ml, lng/ml混合液。
[0039] 对各浓度混合标准使用液进行GC-MS检测，设定色谱条件为：流量lmL/min ;进样 口温度250°C，进样量1 μ L，脉冲不分流进样；色谱柱初始温度80°C，保持lmin后，以25°C / min升温到200°C，保持Omin ;再以1°C /min速率升温至213°C，保持lmin。传输线温度 280°C。质谱条件为：电子轰击离子源（El);电子加速电压70eV;离子源温度250°C;扫描方 式为全扫描（Full Scan)和分段选择离子扫描（SM);全扫范围：m/z 50-500。各种氯代多 环芳烃的GC-MS参数见表1。多环芳烃的标准物质在GPC柱上的流出曲线如图1，扫描可以 对6种氯代多环芳烃一种或者多种混合进行扫描。
[0040] 表1、氯代多环芳烃GC-MS参数表
[0041]
【权利要求】
1. 一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其包括以下步骤： (a) 、土壤前处理：采集土壤，对土壤进行预冻，将土壤置于冷冻干燥仪中冻干去除水 分，将冻干后的土壤磨碎，过200目筛，留待下一步使用； (b) 、加速溶剂萃取：使用正己烷和二氯甲烷对步骤（a)得到的土壤进行萃取，后用萃 取池体积的90%的萃取溶剂冲洗萃取池，用氮气吹扫110s ;萃取完后收集萃取液，旋转蒸 发至0. 5mL，加入体积比为1 :1的乙酸乙酯和环己烷混合溶剂，定容至10ml凝胶渗透色谱 小瓶； (c) 、凝胶渗透色谱净化：使用凝胶渗透色谱方法，用洗脱溶剂将步骤（b)得到的凝胶 渗透色谱小瓶溶液杂质去除； (d) 、对步骤（c)得到的溶液，旋转蒸发、加入内标氘代菲、氮吹浓缩，溶剂替换、定容， 获得氯代多环芳烃溶液； (e) 、上机检测：使用气相色谱-质谱联用仪对步骤（d)获得的溶液进行测定。
2. 根据权利要求1所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特 征在于：步骤（b)中萃取条件为：萃取溶剂为正己烷和二氯甲烷混合液，体积比为正己烷： 二氯甲烷=1 :1，萃取压力1500psi，萃取温度120°C，萃取时间lOmin，循环4次。
3. 根据权利要求1所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特 征在于：所述的步骤（c)中洗脱溶剂为体积比为1 :1的乙酸乙酯和环己烷混合溶剂。
4. 根据权利要求3所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特 征在于：步骤（c)所述的凝胶渗透色谱净化条件如下：使用5. OmL定量阀，凝胶渗透色谱柱 填料为Biobead S-X3,泵流速4. 7mL/min，弃去0-25. Omin的流分，收集25. 0-35. Omin的流 分，用35. 0-38. Omin流分冲洗凝胶渗透色谱柱。
5. 根据权利要求3所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特 征在于：步骤（d)中所述的内标氘代菲，浓度为lmg/L，所述的定容溶液使用正己烷。
6. 根据权利要求5所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃的方法，其特 征在于：步骤（d)中所述的氯代多环芳烃为9,9_二氯芴、2, 7-二氯芴、9-氯芴、2-氯蒽、 9-氯蒽、9,10-二氯蒽中的至少一种。
7. 根据权利要求1中1-6任一项所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳 烃的方法，其特征在于：步骤（e)中气相色谱-质谱测定时，条件如下：初始温度80°C，保 持lmin，以25°C /min速率升温至200°C，保持Omin，再以1°C /min速率升温至213°C，保持 lmin，分析时间19min，传输线温度280°C。
8. 根据权利要求1-6中任一项所述的一种同步提取和净化土壤中多种氯代多环芳烃 的方法，其特征在于：步骤（e)的气相色谱-质谱联用仪采用EI源，离子源温度280°C，扫 描方式为分段选择离子扫描模式。
【文档编号】G01N30/06GK104280485SQ201410579566
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】孙成, 原文婷, 胡冠久, 张涛, 陈素兰, 高占啓 申请人:南京大学, 江苏省环境监测中心