土壤中多環(huán)芳烴分析方法研究進展

馬小杰

摘 要：近年來，環(huán)境保護部門要求各地對全國農村土壤質量和場地土壤污染狀況展開調查，選擇合適的多環(huán)芳烴分析方法尤為重要。用于土壤中多環(huán)芳烴的提取方法目前主要有索氏提取法、超聲提取法、超臨界流體萃取、微波輔助萃取、加壓流體萃取等方法。高污染的提取物通常需要使用多種凈化方法。檢測多環(huán)芳烴的方法主要有薄層層析熒光光度法、高效液相色譜法、氣相色譜質譜法。其中高效液相色譜法可獲得較低的檢出限，氣相色譜質譜法定性能力較好，可排除假陽性。在實際應用過程中，應根據土壤性質和限值要求選擇合適的檢測方法。

關鍵詞：液相色譜；快速溶劑萃?。欢喹h(huán)芳烴

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A

多環(huán)芳烴指分子中含有兩個或兩個以上苯環(huán)，并且其結構以線性、角狀或簇狀排列的稠環(huán)結構的化合物。環(huán)境中的多環(huán)芳烴主要來源于含碳化合物的不完全燃燒，以及自然界中存儲的石油滲漏、某些植物、微生物的生物合成。多環(huán)芳烴性質穩(wěn)定，在環(huán)境中難降解，可在生物體內蓄積，且具有“致癌、致畸、致突變”效應。近年來，環(huán)境保護部門要求各地對全國農村土壤質量和場地土壤污染狀況展開調查，有機污染物主要包括有機氯農藥和多環(huán)芳烴，選擇和建立合適的多環(huán)芳烴分析方法尤為重要。本文對國內外關于多環(huán)芳烴的樣品前處理和儀器分析方法進行總結評述。

1 提取方法

由于多環(huán)芳烴在土壤中的濃度較低，且基體復雜，容易造成干擾，不可直接測定，通常須經過樣品前處理后才可以進行上機分析。目前用于土壤中多環(huán)芳烴的提取方法主要有索氏提取法、超聲提取法、超臨界流體萃取、微波輔助萃取、加壓流體萃取等方法。

1.1 索氏提取

索氏提取是從固體物質中萃取化合物的一種方法。利用溶劑將固體較長時間浸潤而將目標化合物從待測物質中提取出來。萃取前先將固體物質研磨分散，以增加固液接觸的面積，放入提取套管中，然后再索氏提取器中用合適的溶劑開始提取。經典索氏提取是全球認可的萃取方法，EPA Method 3540和ISO/DIS 13877都采用索氏提取法提取土壤中半揮發(fā)性有機物和多環(huán)芳烴，其回收率較高，但需大量有機溶劑，操作繁瑣，提取時間較長，一般需16h以上。

1.2 超聲波提取

超聲波提取法將樣品與干燥劑混合后使用專用超聲波儀提取樣品，用真空過濾法或者離心分離法分離提取液。土壤和底泥中的多環(huán)芳烴是美國EPA推薦的方法之一（Method 3550），該方法簡單，一般需要幾個小時，超聲提取法不是非常嚴格和精確，再提取過程中可能會破壞某些有機物。

1.3 微波輔助萃取

微波輔助萃取是指利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目標萃取物的萃取過程，其具有萃取效率高、不破壞被測物質、加熱均勻、污染小等特點。國外有研究發(fā)現，該方法可省略干燥步驟，直接新鮮濕樣萃取，因樣品中水分不會降低萃取效率，反而提高萃取效率。

1.4 加速溶劑萃取

加速溶劑萃取是在高溫、高壓下提取固體、半固體物質中目標化合物的前處理方法。多環(huán)芳烴提取時的溫度一般控制在100℃左右，壓力（1500～2000psi）。樣品用量一般為1g～30g，將樣品與適量干燥劑（無水硫酸鈉、粒狀硅藻土等）混合，研磨成100-200目，裝入不銹鋼萃取池中，使樣品在設定的溫度和壓力下靜態(tài)萃取，萃取液進入接收瓶中。加速溶劑萃取法不僅得到與索氏提取法相當的分析回收率，而且減少了溶劑用量、縮短提取時間（10min～30min）。和樣品提取自動化的優(yōu)點。影響加速溶劑萃取萃取的因素主要是溫度和壓力。增加溫度有利于提高溶質的溶解能力，同時利于溶劑分子向基體中擴散，提高萃取效率。增加壓力使溶劑在其沸點以上時仍保持液態(tài)，但對萃取回收率和效率的影響不大。商業(yè)化加速溶劑萃取可一次提取多個樣品。

1.5 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取是近年來發(fā)展很快的一種樣品提取技術采用SFE方法萃取，只需要10min～60min就能完成。超臨界流體具有類似氣體的較強穿透力和類似于液體的較大密度和溶解度，具有良好的溶劑特性，可作為溶劑進行萃取、分離單體。100%CO2超臨界萃取對16種環(huán)芳烴的低沸點、易揮發(fā)化合物的萃取效果好，對高沸點化合物的萃取應在加入改進劑的情況下適當提高萃取溫度。超臨界流體萃取可不使用有機溶劑，低沸點、易揮發(fā)化合物的萃取效果好。由于其設備昂貴，在國內應用并不廣泛。

2 凈化方式

對土壤樣品凈化處理可去除提取物種的干擾物和高沸點化合物，土壤多環(huán)芳烴提取所用的溶劑是非選擇性的，提取液中不僅僅有多環(huán)芳烴，還有可能存在有機污染物。因此，必須將提取液進行純化，以使多環(huán)芳烴各組分峰較好的分離，提高色譜分析準確度。土壤中多環(huán)芳烴凈化方法有吸附色譜法、凝膠滲透凈化、硫凈化和硫酸/高錳酸鉀凈化法等。由于土壤基質復雜，應針對不同基質會采取不同的凈化方法。高污染的提取物通常需要使用多種凈化方法。本文只針對常用的兩種方法展開論述。

2.1 吸附色譜法

柱層析凈化法常用的填料包括中性氧化鋁、弗羅里土、和硅膠。在多環(huán)芳烴的凈化和分離方面應用最廣的是硅膠柱層析方法，且該方法為EPA標準方法（METHOD 3630）。商品化硅膠小柱在土壤中多環(huán)芳烴預處理中也有很廣泛地應用，一般使用填料為500mg或者1000mg，節(jié)省了填充柱子的時間，使用較為方便，但如果干擾程度較大，仍推薦使用標準層析柱凈化法。

2.2 凝膠滲透凈化

凝膠凈化系統(tǒng)是根據凝膠滲透色譜原理對復雜樣品按照分子體積的大小進行分離和分段收集，能有效去除樣品中的大分子基質，及小分子干擾物質，提高后續(xù)分析的靈敏度與準確性，并且延長了分析柱的使用壽命。凝膠滲透色譜是一種體積排阻凈化過程，利用有機溶劑和疏水凝膠分離合成的高分子化合物，將需要分析的物質從干擾物中分離出來。

3 分析方法

目前，檢測多環(huán)芳烴的方法主要有薄層層析熒光光度法、高效液相色譜法、氣相色譜質譜法。

3.1 紙層析熒光法

紙層析熒光法靈敏度較高，但對于分析多組分樣品分離效果差，且操作步驟煩瑣，不適合批量樣品的分析。目前，測定多環(huán)芳烴應用最廣的分析方法是液相色譜法和氣相色譜-質譜法等。

3.2 高效液相色譜

由于高效液相色譜在分離復雜多環(huán)芳烴混合物方面的優(yōu)越性，高效液相色譜測定多環(huán)芳烴時，對某些多環(huán)芳烴有較高的分辨率和靈敏度。普通的C18柱并不能完全分離16種多環(huán)芳烴，很多色譜柱供應廠家推出的多環(huán)芳烴專用柱，經過特殊處理，可用于多環(huán)芳烴的分析，能夠完全分離16種多環(huán)芳烴。高效液相色譜具有選擇性好、靈敏度高的優(yōu)點，應用最為普遍，已成為分析多環(huán)芳烴的首選方法。常用于多環(huán)芳烴的檢測器主要有三種：紫外檢測器、熒光檢測器和二極管矩陣檢測器。這三類檢測器各有優(yōu)缺點，可將熒光檢測器與其余兩類中的一類串聯，互為補充。紫外檢測器化合物濃度與響應線性程度較好，尤其是對二環(huán)和三環(huán)化合物的響應較強，如萘、苊、苊烯、芴。不同的多環(huán)芳烴，即使是互為同分異構體，其激發(fā)光譜和熒光光譜也是互不相同的。所以經過高效液相色譜分離后得到的各個多環(huán)芳烴組分的流出物，可用熒光檢測器測定。熒光檢測器通過設定激發(fā)波長和發(fā)射波長來優(yōu)化峰值響應，多環(huán)芳烴中沸點較高的化合物熒光特性強，靈敏度高于紫外檢測器1個數量級。但熒光檢測器對苊烯基本無響應，須配合紫外檢測器。二極管矩陣檢測（DAD）可以同時給出光譜和色譜譜圖，便于組分的定性和定量。

3.3 氣相色譜質譜法

氣相色譜質譜法使用質譜檢測器，可以更好的對基體干擾嚴重的土壤定性，減少了假陽性的發(fā)生。適合于多組分多環(huán)芳烴的測定，其缺點是靈敏度比熒光法低。

結語

隨著社會工業(yè)化程度的提高，多環(huán)芳烴的污染已成為世界各國共同關注的問題。因多環(huán)芳烴在土壤中濃度較低，一般需要萃取富集，然后上機分析。傳統(tǒng)提取方法如索氏提取的提取效率較高，由于其操作簡單且不需要特殊的儀器一直被廣泛的應用。但其提取時間長，自動化程度較低，而快速溶劑萃取、超臨界流體萃取，提取速度快，效率高，使用有機溶劑少，是未來多環(huán)芳烴提取的發(fā)展方向。為減少土壤中其它化合物的干擾，提高分析準確度，需對提取后的樣品凈化。由于土壤基質復雜，一般會針對不同基質會采取不同的凈化方法。高污染的提取物通常需要使用多種凈化方法。檢測多環(huán)芳烴的方法主要有薄層層析熒光光度法、高效液相色譜法、氣相色譜質譜法。其中高效液相色譜法可獲得較低的檢出限，氣相色譜質譜法定性能力較好，可排除假陽性。在實際應用過程中，應根據土壤性質，限值要求選擇合適的檢測方法。

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