探究土壤中萘提取液的濃縮方法比較

徐鳳利 劉煒 環(huán)明玲

摘要：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品越來越豐富。工業(yè)工藝過程、缺氧燃燒、垃圾焚燒和填埋等生產(chǎn)活動，產(chǎn)生了大量的多環(huán)芳烴物質(zhì)。這些物質(zhì)通過復雜的物理遷移、化學及生物轉(zhuǎn)化反應，進入土壤，嚴重污染環(huán)境，給人類及其生物的安全帶來嚴重危害。如何快速、準確檢測土壤中多環(huán)芳烴的含量，成為治理污染等相應策略實施的首要條件。當前測定土壤中多環(huán)芳烴的前處理方法有加壓流體萃取、索式萃取、超聲波萃取、微波萃取等。在這些成熟萃取手段中，濃縮又是一個關(guān)鍵步驟。目前濃縮的手段有KD濃縮、氮吹濃縮、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮、旋轉(zhuǎn)與氮吹合用濃縮。本文對四種濃縮手段對多環(huán)芳烴中的萘提取液進行濃縮分析比較，并獲得了一定結(jié)論，望給行業(yè)內(nèi)提供有效的參考意見。

關(guān)鍵詞：土壤;萘;濃縮;方法比較

中圖分類號：X833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）04-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.072

Abstract：With the development of science and technology， industrial products are more and more various.Industrial process， anoxic combustion， waste incineration，landfill and other production activities produce a quantity of polycyclic aromatic hydrocarbons.These substances would percolate through the soil by complex physical migration and chemical and biological reactions，which seriously pollute the environment and bring serious harm to human security and biosafety.Detecting the content of PAHs in soil quickly and accurately has become the prime condition for the implementation of pollution control strategies.At present， the preparation methods for determination of PAHs in soil include pressurized fluid extraction，cable extraction， ultrasonic extraction and microwave extraction.And concentration is a critical process in these extraction methods.By now， the methods of concentration include KD concentration，nitrogen blowing concentration，rotary evaporation concentration，and combination of rotary and nitrogen blowing concentration.In this paper，these four concentration methods used to concentrate and analyze the naphthalene extract from PAHs are compared， and some results are obtained，which may provide some effective reference for the industry.

Key words：Soil;Naphthalene;Concentrate;Method comparison

1 實驗部分

1.1 實驗基本原理

對60mL正己烷-丙酮（1：1）混合溶液，加入一定量含有萘的16種多環(huán)芳烴和2種替代物，制作成提取液。提取液分別采用KD、氮吹、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)與氮吹合用四種濃縮方法進行濃縮處理，最后用氣相色譜質(zhì)譜儀進行分析。通過加標回收率比較，分析四種濃縮方式對萘損失的影響。

1.2 儀器和設(shè)備

氣相色譜質(zhì)譜儀：美國安捷倫7890B-5977B，具有電子轟擊（EI）電離源。

色譜柱：安捷倫HP-5MSUI， 30m×250μm×0.25μm。

KD濃縮器：10mL+500mL，具有三階冷凝。

全自動平行濃縮儀：Reeko AutoEVA 20L，配有80mL刻度濃縮管。

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：RE-52AA，具250mL蒸發(fā)瓶。

1.3 試劑與耗材

丙酮：農(nóng)殘級，4L。

正己烷：農(nóng)殘級，4L。

多環(huán)芳烴標準貯備液：1 000μg/mL 苯：二氯甲烷（1：1）中16種多環(huán)芳烴標準溶液。

多環(huán)芳烴標準使用液：取多環(huán)芳烴標準貯備液250μL至5mL容量瓶，用正己烷-丙酮（1：1）混合溶液定容至刻度，濃度為50μg/mL。

內(nèi)標標準貯備液：4000μg/mL 二氯甲烷中5種內(nèi)標物標準溶液（萘-d8、苊-d10、菲-d10、?-d12、苝-d12）。

替代物標準貯備液：2 000μg/mL 丙酮：正己烷（1：1）中2種替代物（2-氟聯(lián)苯、對三聯(lián)苯-d14）。

提取液：配置60mL正己烷-丙酮（1：1）混合溶液后，分別加入200μL 多環(huán)芳烴標準使用液和10μL 替代物標準貯備液，制作成提取液。提取液供濃縮使用。

1.4 濃縮

1.4.1 KD濃縮

影響因素：水浴溫度。

水浴溫度對KD濃縮的影響：在室內(nèi)溫度控制在25±2℃，水浴高度在12cm（充分保證KD濃縮器受熱面積）條件下，根據(jù)溶劑的沸點，實驗選取70℃、75℃、80℃、85℃四個水浴溫度分別對60mL提取液進行濃縮。每個溫度進行3次平行濃縮實驗。

從時間效率和回收方面考慮，水浴溫度在75℃條件下，使用KD濃縮器濃縮時，可以得到良好的回收率。萘的平均回收率為85.7%。

1.4.2 氮吹濃縮

影響因素：水浴溫度、氮氣氣流壓力。

1.4.2.1水浴溫度對氮吹濃縮的影響

在室內(nèi)溫度控制在25±2℃，氮氣氣流壓力為1.5psi，氮吹高度為3cm條件下，實驗選取30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃六個水浴溫度分別對60mL提取液進行濃縮。每個溫度條件下進行3次平行濃縮實驗。在氮吹過程中，每濃縮約10mL時，用正己烷沖洗露出氮吹管壁一次，以減少萘損失。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，濃縮時間變短，萘的回收率變大，但溫度過高時，萘的回收率變小。

1.4.2.2氮氣氣流壓力對氮吹濃縮的影響

在室內(nèi)溫度控制在25±2℃，水浴溫度控制在35℃，氮吹高度3cm條件下，實驗選取0.5psi、1.0psi、1.5psi、2.0psi四個氮氣氣流壓力分別對60mL提取液進行濃縮。每個氮氣氣流壓力條件下進行3次平行濃縮實驗。在氮吹過程中，每濃縮約10mL時，用正己烷沖洗露出氮吹管壁一次，以減少萘損失。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，氮氣氣流壓力過小時，濃縮時間長，萘回收率變低;氮氣氣流壓力過大時，形成濃縮液氣渦，萘回收率也會變低。

綜合溫度與氮氣壓力對氮吹濃縮的影響，在水浴溫度為45℃，氮氣氣流壓力為1.0psi，氮吹高度為3cm條件下，進行3次氮吹濃縮實驗，可以得到良好的回收率。萘的平均回收率為78.8%。

1.4.3 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮

本方式濃縮試驗均在真空度為-0.08Mpa條件下進行。

影響因素：水浴溫度、旋轉(zhuǎn)速度。

1.4.3.1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)水浴溫度對濃縮的影響

在室內(nèi)溫度控制在25±2℃，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制在80rpm條件下，實驗選取30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃六個水浴溫度分別對60mL提取液進行濃縮。每個溫度進行3次平行濃縮實驗。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，濃縮時間變短，在水浴為30～45℃時，萘有著相對較好的回收率。當溫度過高時，萘損失變大。

1.4.3.2旋轉(zhuǎn)速度對濃縮的影響

在室內(nèi)溫度控制在25±2℃，水浴溫度控制在35℃條件下，實驗選取20rpm、40rpm、80rpm、120rpm四個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速分別對60mL提取液進行濃縮。每個轉(zhuǎn)速進行三次平行濃縮實驗。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，濃縮時間變短，但當轉(zhuǎn)速達到一定程度，濃縮時間反而開始變長。旋轉(zhuǎn)瓶轉(zhuǎn)速對萘的回收率基本沒有影響。

綜合水浴溫度與與轉(zhuǎn)速對旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮的影響，選取水浴溫度40℃，轉(zhuǎn)速為80rpm，條件下，進行三次濃縮實驗，萘的平均回收率為54.5%。

1.4.4 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)與氮吹合用濃縮

綜合旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)與氮吹的各自優(yōu)點，60mL提取液先于真空度為-0.08Mpa、40℃水浴、轉(zhuǎn)速80rpm條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，濃縮約3mL后，完全轉(zhuǎn)移至氮吹瓶中。在水浴溫度45℃，氮氣氣流壓力1.0psi，氮吹高度3cm條件下，進行氮吹濃縮。萘的平均回收率為66.5%。

2 分析與討論

2.1 KD濃縮

溫度是影響KD濃縮損失的一個重要因素。對于正己烷-丙酮（1：1）混合提取液萘樣品進行濃縮時，隨著水浴溫度升高，濃縮時間變短，萘的回收率變小。特別注意的是，保持合適的水浴高度，保證KD濃縮器足夠受熱面積，以便保持較為低的水浴溫度進行濃縮，減少損失。同時加入適量沸石，防止?jié)饪s爆沸，濃縮液濺出造成損失，以獲得較高的回收率。

優(yōu)點：可以獲得較高的回收率，適應于大體積樣品濃縮;缺點：不利于大批量樣品濃縮處理。

2.2 氮吹濃縮

溫度與氣流壓力是氮吹損失的兩個重要因素。當溫度升高時，樣品氮吹濃縮時間變短，萘回收率變大，然而當溫度過高時，萘回收率變小。當氣流壓力過小時，樣品濃縮時間變長，萘回收率變小;氣流壓力過大，形成濃縮液旋渦時，萘回收率變小。特別注意的是要多次洗滌氮吹過程中已露出的濃縮器管壁，以減少損失。

優(yōu)點：操作便捷，適應大批量樣品濃縮;缺點：單個樣品濃縮時間長，不適應大體積樣品濃縮。

2.3 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮

水浴溫度、真空度、旋轉(zhuǎn)速度是旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)三個重要因素。在真空度一定情況下，水浴溫度升高，樣品濃縮變快，在水浴溫度為30～45℃時，可以得到一個相對較好的回收率。對于旋轉(zhuǎn)速度，其隨著旋轉(zhuǎn)速度加快，濃縮時間變短，然而當旋轉(zhuǎn)速度過高時，濃縮時間開始變長，且容易導致旋轉(zhuǎn)瓶脫落。特別注意的是，當樣品濃縮小于0.5mL時，萘有著較大的損失率。

優(yōu)點：單個樣品濃縮時間快，適應于大體積樣品預先濃縮;缺點：不適應于大批量樣品濃縮，樣品損失相對其他方法較大。

2.4 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)與氮吹合用濃縮

結(jié)合旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮快的優(yōu)點，對于大體積樣品可以先選擇旋轉(zhuǎn)濃縮至3mL左右，然后再用氮吹濃縮，可以獲得一個良好的回收率。

優(yōu)點：適合大體積樣品濃縮，單個濃縮時間短;缺點：操作繁瑣，不適應于大批量樣品濃縮。

3 結(jié)束語

通過實驗發(fā)現(xiàn)，對于正己烷-丙酮（1：1）混合溶劑提取土壤中萘，進行濃縮，從回收率上考慮，KD濃縮>氮吹濃縮>旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)與氮吹合用濃縮>旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮。從時間效率上考慮，采用氮吹濃縮為宜，可以大批量濃縮樣品，節(jié)省時間;對于較大體積樣品濃縮時，可以采取KD濃縮或者先旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后氮吹濃縮的方法。綜上所述，樣品在濃縮前處理過程中，要慎重選擇濃縮方法。良好的濃縮方法有助于減少樣品的損失，從而保證樣品分析的準確性、時效性。

參考文獻

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收稿日期：2020-01-14

作者簡介：徐鳳利（1990-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。