快速同步萃取测定土壤中半挥发性有机物和石油烃的方法与流程

1.本发明涉及土壤有害物质检测技术领域，是一种快速同步萃取测定土壤中半挥发性有机物和石油烃的方法。


背景技术：

2.随着社会经济的不断发展半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)对环境的污染也在不断的加大，而经济的发展不能以污染环境为代价，故半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)对环境造成的污染不能忽视。半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)都有多种不同的混合物组成。2018年生态环境保护部和市场监督管理总局联合发布的gb36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染污染风险管控标准》将21中半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)作为污染物纳入当中。环境保护部在2017年发布了土壤和沉积物中半挥发性有机物的监测标准，生态环境部2019年发布了土壤中石油烃(c10-c40)的监测标准。半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)对环境的污染已经在社会上得到了重视。
3.半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)都具有致癌，致畸，致突变等特性。对植物、水和土壤也具有很大的危害。为了解土壤污染的的潜在风险，合理开展半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)污染土壤监测和修复工作，需要建立一种准确、高效、快捷的测定方法。现有的样品处理技术中索氏提取较为耗时(18小时)，超声萃取萃取效率低，不利于高效、快捷的测定。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种快速同步萃取测定土壤中半挥发性有机物和石油烃的方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有萃取技术对半挥发性有机物和石油烃分别萃取、萃取效率低的问题。
5.本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种快速同步萃取测定土壤中半挥发性有机物和石油烃的方法，按下述步骤进行：
6.第一步，将采集的土壤样品混匀后，除去土壤样品中杂质，放入真空冷冻干燥器中进行干燥脱水，干燥后的样品经研磨、过筛后，避光密封保存；
7.第二步，在快速溶剂萃取池底部加入石英砂和无水硫酸钠，称取10.0g至30.0g土壤样品与3g至10g硅藻土混合，放入快速溶剂萃取池中，加入替代物，快速溶剂萃取池顶部再加入石英砂，并将其两端压实密封，加压萃取，萃取结束后，收集萃取液；
8.第三步，萃取液经干燥后过滤，过滤后的萃取液浓缩至1ml至2ml；
9.第四步，浓缩后的萃取液采用活化弗罗里硅土固相柱净化；
10.第五步，将净化后的萃取液浓缩，采用气相色谱-质谱法测定其中的半挥发性有机物，采用气相色谱法测定其中的石油烃。
11.下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
12.上述第一步中，土壤样品经研磨、过筛均化处理成200um至300um的颗粒。
13.上述第二步中，在快速溶剂萃取池底部加入石英砂为1g至2g、无水硫酸钠为1g至2g，快速溶剂萃取池顶部加入石英砂为1g至2g。
14.上述第二步中，样品提取采用的萃取剂为体积比为1：1二氯甲烷-丙酮混合液。
15.上述第二步中，快速溶剂萃取的条件为：萃取预热温度80℃，清洗速率45.00ml/min，清洗时间30s，吹扫时间60s，渗漏温度100℃，渗漏压力10.00mpa，保持时间180s，循环萃取1至3次。
16.上述第五步中，气相色谱-质谱法测定半挥发性有机物，采用内标法定量，内标物为1,4-二氯苯-d4、萘、苊-d8、菲-d10、屈-d12、苝-d12。
17.上述第五步中，气相色谱-质谱法测定其中的半挥发性有机物的色谱质谱条件为：进样口温度280℃；进样方式不分流进样；进样量1.0ul；柱流量1.89ml/min；色谱柱dm-5ms 30m
×
0.25mm
×
0.25um；柱温程序40℃保持10min，10℃/min升温至120℃保持1min，25℃/min升温至250℃，10℃/min升温至290℃保持10min；质谱仪离子化方式ei；离子源温度200℃；接口温度280℃，溶剂延迟3min；数据采集方式全扫描；质量范围35amu-500amu。
18.上述第五步中，气相色谱法测定石油烃采用外标法定量。
19.上述第五步中，气相色谱法测定石油烃的色谱条件为：气相色谱仪进样口温度320℃；进样方式不分流进样；色谱柱db-5 30m
×
0.35mm
×
0.25um；柱温程序60℃保持1min，8℃/min升温至290℃保持1min，30℃/min升温至320℃保持20min；气体流量氮气1.32ml/min，氢气40ml/min，空气400ml/min；检测器温度325℃；进样量1.0ul。
20.本发明优化了现有标准方法，统一了土壤中半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)快速溶剂萃取的样品取样量和萃取溶剂，具有准确、高效、节能和环保的特点，为制定标准方法提供理论基础，可广泛应用于高通量的日常检测工作中。
附图说明
21.附图1为本发明实施例10的半挥发性有机物总离子色谱图。
22.附图2为本发明实施例10的石油烃(c10-c40)气相色谱图。
具体实施方式
23.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。
24.下面结合实施例对本发明作进一步描述：
25.实施例1：该快速同步萃取测定土壤中半挥发性有机物和石油烃的方法，按下述步骤进行：
26.第一步，将采集的土壤样品混匀后，除去土壤样品中杂质，放入真空冷冻干燥器中进行干燥脱水，干燥后的样品经研磨、过筛后，避光密封保存；
27.第二步，在快速溶剂萃取池底部加入石英砂和无水硫酸钠，称取10.0g至30.0g土壤样品与3g至10g硅藻土混合，放入快速溶剂萃取池中，加入替代物，快速溶剂萃取池顶部
再加入石英砂，并将其两端压实密封，加压萃取，萃取结束后，收集萃取液；
28.第三步，萃取液经干燥后过滤，过滤后的萃取液浓缩至1ml至2ml；
29.第四步，浓缩后的萃取液采用活化弗罗里硅土固相柱净化；
30.第五步，将净化后的萃取液浓缩，采用气相色谱-质谱法测定其中的半挥发性有机物，采用气相色谱法测定其中的石油烃。
31.本发明第三步中，萃取液采用无水硫酸钠干燥过滤，平行浓缩仪浓缩，浓缩条件为：振荡速度200rpm，温度为30℃，真空程序800mbar(5min)
→
700mbar(2min)
→
350mbar(10min)
→
300mbar(10min)。
32.本发明中，第四步，浓缩后的萃取液采用活化弗罗里硅土固相柱净化的具体操作为：用二氯甲烷-丙酮(1+1)混合液约10ml洗涤活化弗罗里硅土固相柱，洗涤后保持柱头呈浸润状态，然后将萃取液加到弗罗里硅土柱上，保留1min，打开抽气开关，开始收集流出的萃取液，将萃取液完全转移至净化柱，再用10ml二氯甲烷淋洗净化柱，收集淋洗液，得到净化后的萃取液。
33.本发明中采用气相色谱-质谱法测定土壤样品中的半挥发性有机物为65种，包括n-亚硝基二甲胺、苯酚、2-氯苯酚、二(2-氯乙基)醚、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯、2-甲基苯酚、二(2-氯异丙基)醚、六氯乙烷、n-亚硝基二正丙胺、4-甲基苯酚、硝基苯、异氟尔酮、2-硝基苯酚、2,4-二甲基苯酚、二(2-氯乙氧基)甲烷、2,4-二氯苯酚、1,2,4-三氯苯、萘、4-氯苯胺、六氯-1,3-丁二烯、4-氯-3-甲基苯酚、2-甲基萘、六氯环戊二烯、2,4,6-三氯苯酚、2,4,5-三氯苯酚、2-氯萘、2-硝基苯胺、邻苯二甲酸二甲酯、2,6-二硝基甲苯、苊烯、3-硝基苯胺、苊、2,4-二硝基苯酚、4-硝基苯酚、二苯并呋喃、2,4-二硝基甲苯、邻苯二甲酸二乙酯、芴、4-氯苯基-苯基醚、4-硝基苯胺、4,6-二硝基-2甲基苯酚、偶氮苯、4-溴苯基-苯基醚、六氯苯、五氯苯酚、菲、蒽、咔唑、邻苯二甲酸二正丁酯、荧蒽、芘、4,4
‘‑
三联苯-d14、邻苯二甲酸丁基苄基酯、苯并[a]蒽、屈、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸二正辛酯、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3,-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝。
[0034]
本发明中采用气相色谱法测定土壤样品中的石油烃为石油烃c10至石油烃c40的正构烷烃。
[0035]
本发明中，替代物为苯酚-d5、2-氟苯酚、2,4,6-三溴苯酚、硝基苯-d5、2-氟联苯、4’4-三氟联苯的混合液，浓度为100mg/l，加入量为10ul。
[0036]
实施例2：作为上述实施例的优化，第一步中，土壤样品经研磨、过筛均化处理成200um至300um的颗粒。
[0037]
实施例3：作为上述实施例的优化，第二步中，在快速溶剂萃取池底部加入石英砂为1g至2g、无水硫酸钠为1g至2g，快速溶剂萃取池顶部加入石英砂为1g至2g。
[0038]
实施例4：作为上述实施例的优化，第二步中，样品提取采用的萃取剂为体积比为1：1二氯甲烷-丙酮混合液。
[0039]
实施例5：作为上述实施例的优化，第二步中，快速溶剂萃取的条件为：萃取预热温度80℃，清洗速率45.00ml/min，清洗时间30s，吹扫时间60s，渗漏温度100℃，渗漏压力10.00mpa，保持时间180s，循环萃取1至3次。
[0040]
实施例6：作为上述实施例的优化，第五步中，气相色谱-质谱法测定半挥发性有机
物，采用内标法定量，内标物为1,4-二氯苯-d4、萘、苊-d8、菲-d10、屈-d12、苝-d12。
[0041]
具体操作为：净化后的萃取液浓缩至1ml，分取0.5ml于进样管中，加入10ul 100mg/l内标物溶液(1,4-二氯苯-d4、萘、苊-d8、菲-d10、屈-d12、苝-d12)中间液混匀后，上机测定其中的半挥发性有机物。
[0042]
实施例7：作为上述实施例的优化，第五步中，气相色谱-质谱法测定其中的半挥发性有机物的色谱质谱条件为：进样口温度280℃；进样方式不分流进样；进样量1.0ul；柱流量1.89ml/min；色谱柱dm-5ms 30m
×
0.25mm
×
0.25um；柱温程序40℃保持10min，10℃/min升温至120℃保持1min，25℃/min升温至250℃，10℃/min升温至290℃保持10min；质谱仪离子化方式ei；离子源温度200℃；接口温度280℃，溶剂延迟3min；数据采集方式全扫描；质量范围35amu-500amu。
[0043]
实施例8：作为上述实施例的优化，第五步中，气相色谱法测定石油烃采用外标法定量。
[0044]
实施例9：作为上述实施例的优化，第五步中，气相色谱法测定石油烃的色谱条件为：气相色谱仪进样口温度320℃；进样方式不分流进样；色谱柱db-5 30m
×
0.35mm
×
0.25um；柱温程序60℃保持1min，8℃/min升温至290℃保持1min，30℃/min升温至320℃保持20min；气体流量氮气1.32ml/min，氢气40ml/min，空气400ml/min；检测器温度325℃；进样量1.0ul。
[0045]
实施例10：该快速同步萃取测定土壤中半挥发性有机物和石油烃的方法，按下述步骤进行：
[0046]
第一步，将土壤样品混匀，除去支棒、叶片、石子等异物，取适量样品放入真空冷冻干燥器中进行干燥脱水。干燥后的样品经研磨后过0.25mm孔径的筛子，均化处理成250um左右的颗粒，装入棕色玻璃瓶中密封；
[0047]
第二步，在快速溶剂萃取池底部加入2g石英砂和2g无水硫酸钠，称取20.0g土壤样品与5g硅藻土混合，放入快速溶剂萃取池中，加入10ul 100mg/l的替代物，顶部再加入2g石英砂，并将其两端压实密封，用二氯甲烷-丙酮(体积比＝1：1)加压萃取，萃取结束后，收集萃取液。快速溶剂萃取条件为：萃取预热温度80℃，清洗速率45.00ml/min，清洗时间30s，吹扫时间60s，渗漏温度100℃，渗漏压力10.00mpa，保持时间180s，循环2次，收集萃取液。
[0048]
第三步，萃取液用无水硫酸钠干燥过滤后，采用平行浓缩仪浓缩至约1.0ml。
[0049]
第四步，用体积比为1：1的二氯甲烷-丙酮混合液约10ml洗涤活化弗罗里硅土固相柱，洗涤后保持柱头呈浸润状态，然后将提取液加到弗罗里硅土柱上，保留1min，打开抽气开关，开始收集流出液。用5ml二氯甲烷少量多次洗涤浓缩瓶，转移至净化柱，再用10ml二氯甲烷淋洗净化柱，继续收集淋洗液，浓缩至1.0ml。
[0050]
第五步，分取集淋洗液0.5ml于进样衬管中，加入10ul100mg/l内标(1,4-二氯苯-d4、萘、苊-d8、菲-d10、屈-d12、苝-d12)中间液混匀测定半挥发性有机物；分取0.5ml集淋洗液于进样小瓶中，加入0.5ml二氯甲烷定容至1.0ml,混匀测定石油烃(c10-c40)。
[0051]
气相色谱-质谱法测定半挥发性有机物的色谱质谱条件为：
[0052]
进样口温度280℃；进样方式不分流进样；进样量1.0ul；柱流量1.89ml/min；色谱柱dm-5ms 30m
×
0.25mm
×
0.25um；柱温程序40℃保持10min，10℃/min升温至120℃保持1min，25℃/min升温至250℃，10℃/min升温至290℃保持10min；质谱仪离子化方式ei；离子
源温度200℃；接口温度280℃，溶剂延迟3min；数据采集方式全扫描；质量范围35amu-500amu。
[0053]
气相色谱法测定石油烃的色谱条件为：气相色谱仪进样口温度320℃；进样方式不分流进样；色谱柱db-5 30m
×
0.35mm
×
0.25um；柱温程序60℃保持1min，8℃/min升温至290℃保持1min，30℃/min升温至320℃保持20min；气体流量氮气1.32ml/min，氢气40ml/min，空气400ml/min；检测器温度325℃；进样量1.0ul。
[0054]
标准曲线制作：
[0055]
半挥发性有机物标准曲线：分别吸取10ul、20ul、50ul、100ul、200ul、400ul半挥发性有机物目标物+替代物标准混合液于2.0ml进样小瓶中，依次加入50ul内标物标准中间液用二氯己烷定容至1.0ml。配置成半挥发性有机物目标物+替代物质量浓度依次为1.0mg/l、2.0mg/l、5.0mg/l、10.0mg/l、20.0mg/l、40.0mg/l，内标物质量浓度均为5.0mg/l的标准系列。按照本方法仪器条件，从低浓度到高浓度依次进样分析。以目标物-替代物的峰响应值与内标物的峰响应值之比为纵坐标和目标物与内标物的浓度比为横坐标，绘制标准曲线，具体结果见表1。
[0056]
石油烃(c10-c40)标准曲线：分别吸取0ul、12.5ul、25ul、50ul、100ul、300ul石油烃(c10-c40正构烷烃)标准混合溶液2.0ml进样小瓶中，配置成石油烃(c10-c40)质量浓度依次为0mg/l、248mg/l、775mg/l、1550mg/l、3100.0mg/l、9300.0mg/l的标准系列。按照本方法仪器条件，从低浓度到高浓度依次进样分析。以确定的保留时间窗口内的总峰面积为纵坐标和以浓度为横坐标绘制标准曲线，结果见表2。
[0057]
半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)典型色谱图见图1和图2。
[0058]
实施例11：萃取溶剂比较实验
[0059]
分别采用丙酮-二氯甲烷(体积比1:1)和丙酮-正己烷(体积比1:1)作为萃取溶剂，比较不同溶剂的萃取效率。
[0060]
取12份相同土壤样品20g，与5g硅藻土混匀后加入萃取池中，加入校准曲线中间点以上浓度的替代物混合液。
[0061]
土壤中半挥发性有机物不同溶剂的萃取效率比较：准确称取六份土壤样品，2份加标浓度0mg/kg，2份样品加标浓度0.1mg/kg,2份样品加标浓度0.5mg/kg。将加标后的6份土壤样品按加标浓度0mg/kg、0.1mg/kg、0.5mg/kg分为2组，一组用丙酮-正己烷(1+1)作为萃取溶剂，另一组用丙酮-二氯甲烷(1+1)作为萃取溶剂，利用该方法测定其提取效率，结果见表1。由表1可知，快速溶剂萃取土壤样品中半挥发性有机物时，以丙酮-二氯甲烷(1+1)作为溶剂的提取效率要高于以丙酮-正己烷(1+1)作为溶剂的提取效率。
[0062]
土壤中石油烃(c10-c40)不同溶剂的提取效率比较：准确称取六份样品，2份加标浓度0mg/kg，2份样品加标浓度46.5mg/kg，2份样品加标浓度310mg/kg。将加标后的6份样品按加标浓度0mg/kg、46.5mg/kg、310mg/kg分为2组，一组用丙酮-正己烷(1+1)作为萃取溶剂，另一组用丙酮-二氯甲烷(1+1)作为萃取溶剂，利用该方法测定其萃取效率，结果见表2。由表2可知，快速溶剂萃取土壤样品中石油烃(c10-c40)时，以丙酮-二氯甲烷(1+1)作为溶剂的提取效率要高于以丙酮-正己烷(1+1)作为溶剂的提取效率。
[0063]
实施例12：检出限、精密度和准确度
[0064]
检出限：对20g空白样品加标按照样品分析的全部步骤，进行11次平行测定。
[0065]
精密度和准确度：对20g样品加标分别进行七次测定，具其结果见表3和表4。由表3可知，半挥发性有机物的标准曲线相关系数0.990至0.999、检出限0.01mg/kg至0.09mg/kg、测定下限0.04mg/kg至0.36mg/kg、加标回收率分别为60.0％至105％和59.3至126％、rsd分别为1.1％至12.0％和0.8％至5.1％，均满足标准要求。由表4可知，石油烃(c10-c40)的标准曲线线性0.9998、检出限2.0mg/kg、测定下限8.0mg/kg、加标回收率分别为85.4％和89.2％、rsd分别为1.5％和2.0％均满足相关标准要求。
[0066]
本发明有以下优点：
[0067]
1.本发明统一了土壤中半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)快速溶剂萃取的样品取样量和萃取溶剂。
[0068]
2.与其他萃取技术相比，如超声萃取、传统索氏萃取、自动索氏萃取和微波萃取、hj834-2017和hj1021-2019快速溶剂萃取等，用同一溶剂快速萃取法同步萃取、分别测定土壤中半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)在对样品萃取过程中，使用的溶剂剂量最少，节约萃取成本，实用性更高。
[0069]
3.减少了萃取时间，相比于传统的索氏萃取技术(萃取时间一般需要4～48h)和微波萃取(萃取时间0.5至1h)，快速溶剂萃取技术的萃取时间仅需要15min左右。相较于hj834-2017和hj1021-2019快速溶剂萃取要分开进行，本发明的快速溶剂萃取法同步萃取、分别测定土壤中半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)在提升萃取效率的同时也有效减少了萃取时间。
[0070]
4.对不同基体可用相同的萃取条件，由于萃取过程为垂直静态萃取，可在充填样品时预先在底部加入过滤层或吸附介质。
[0071]
5.自动化程度高，快速溶剂萃取可根据需要对同一种样品进行多次萃取，或改变溶剂萃取，所有这些可由用户自己编程，全自动控制。
[0072]
6.本发明可以减少有机溶剂的用量，对操作者的危害也可减轻；对环境二次污染小；因此，该法于其他方法相比更加节能和环保。
[0073]
综上所述，本发明优化了现有标准方法，统一了土壤中半挥发性有机物和石油烃(c10-c40)快速溶剂萃取的样品取样量和萃取溶剂，具有准确、高效、节能和环保的特点，为制定标准方法提供理论基础，可广泛应用于高通量的日常检测工作中。
[0074]
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
[0075]
表1
[0076]
[0077][0078]
表2
[0079][0080]
表3
[0081]
[0082][0083]
表4
[0084]