土壤揮發(fā)性有機物的提取探索

摘要：環(huán)境污染的日益嚴峻，給人們身體健康帶來威脅，為此，如何控制環(huán)境污染，成為國家當前面臨的重要問題。其中，土壤內的揮發(fā)性有機物VOCs是導致大氣污染、威脅人們健康的重要因素。然而，土壤中的VOCs殘留濃度較低，難以提取，為專家學者研究VOCs并控制帶來困難。

關鍵詞：土壤;揮發(fā)性有機物;提取方式

中圖分類號：X833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.071

Abstract：The increasingly serious environmental pollution has brought threat to peoples health. Therefore， how to control environmental pollution has become an important issue facing the country.Among them， volatile organic compounds （VOCs） in soil are important factors that lead to air pollution and threaten peoples health. However， the residual concentration of VOCs in soil is very low， which makes it difficult for experts and scholars to study and control VOCs.

Key words：Soil;Volatile organic compounds;Extraction method

VOCs來源非常廣泛，卻因土壤樣品內VOCs殘留濃度非常低，且VOCs具有較強揮發(fā)性，所以，選擇最佳提取方式，減小VOCs的揮發(fā)，降低錯誤來源，增強分析的靈敏性，對控制環(huán)境污染非常重要。近些年，我國工業(yè)與農業(yè)發(fā)展迅猛，各類機溶劑、塑料橡膠、殺蟲劑、石油等的大量使用，土壤內有機污染物種類不斷增多，傳統(tǒng)的有機物提取方式已經很難滿足需求[1]。對此，本文針對土壤內VOCs的提取展開闡述。

1 土壤內揮發(fā)性有機物的概述

對于VOCs，不同國家的專業(yè)領域對其的認知存在一定差異，歐盟的溶劑排放標準中，對VOCs的定義為：在常溫293.15K（20℃）下，蒸氣壓不小于10Pa，或者特定條件下有機化合物擁有揮發(fā)性，沸點處于15～220℃。澳大利亞溶劑標準中對VOCs定義為：有機化合物沸點低于200℃。世界衛(wèi)生組織定義，土壤內VOCs主要是指沸點在50～250℃之間，室溫飽和下，蒸氣壓不低于133.32Pa，常溫下為蒸氣形式的有機化合物。

依照化學結構不同，可將VOCs劃分為八類，分別是芳烴、烷烴、鹵烴、烯、醛、酯、酮、其他。如：常見氟利昂、苯系物等。VOCs對人類身體的影響明顯，當居住室內VOCs的濃度達到一定量，人們會在短時間出現頭痛、四肢乏力、惡心嘔吐等癥狀，嚴重時，會出現抽搐、記憶力減退甚至昏迷癥狀[2]。VOCs存在空氣中，傷害著人類的大腦、肝臟、腎臟、神經等，其中，主要刺激人類的皮膚、呼吸道與眼睛，且包含諸多致癌物，因此各國對VOCs污染非常重視。

2 土壤內揮發(fā)性有機物的前處理方式

當前，在國內外對土壤內VOCs的測定中，前處理方式擁有多種類型，其中，萃取法、吹掃捕集法以及靜態(tài)頂空法最為常見。

2.1 萃取法

土壤樣品通過萃取，被測痕量的組分被濃縮，方法靈敏度提升，最小檢測的極限降低，干擾VOCs測定的基體消除。缺陷在于，需要手工萃取，勞動強度高、操作繁瑣、時間周期較長、容易損失。如：振蕩提取作為常見萃取法，主要通過反復搖動樣品，使固態(tài)樣品和有機溶劑混合，污染物由土壤樣品進入提取溶液內，便于土壤內VOCs的提取。加壓流體萃取，將溶液泵放入含有土壤樣品的萃取池，通過升溫加壓，萃取物由加熱萃取池內輸送至收集瓶，以供人們分析[3]。

2.2 吹掃捕集法

吹掃捕集主要是在土壤溶液樣品內通入惰性氣體，將分析的VOCs組分全部吹掃，通過吸附劑富集，后加熱吸附劑，使被吸附組分脫離吸附劑，以載氣將組分帶入氣相色譜柱。該方法優(yōu)點在于：樣品前處理不需要機溶劑，不會為環(huán)境帶來二次污染，且取量少、基本不受基體干擾、富集高效、能夠在線檢測。缺陷在于，吹掃過程中可能引入雜質，吸附劑吸附性具有選擇性，容易產生泡沫，導致儀器設備超載，吹出VOCs組分，同時含有水蒸氣，不利于下次吸附。

2.3 靜態(tài)頂空法

靜態(tài)頂空主要通過間接方式對固態(tài)樣品或液態(tài)樣品內VOCs測定。通過對頂空瓶內樣品進行加熱，將樣品內VOCs揮發(fā)，以氣液平衡這一原理，在恒溫平衡狀態(tài)，在液氣兩相內，VOCs濃度達到一定比例，對頂空瓶內的氣相濃度詳細測定，以此得出樣品內VOCs的原始濃度。其優(yōu)勢在于，樣品處理較為簡單，干擾少，操作便利，且不使用有機溶液，不用特殊設備，即可實現測定自動化。因此，靜態(tài)頂空法廣泛被應用。

3 土壤揮發(fā)性有機物的提取實驗

3.1 VOCs提取實驗

對于土壤樣品內的VOCs，選擇使用100%甲醇提取，通過充分振蕩、靜置，后在飽和食鹽水內稀釋，通過頂空取樣，配合氣相色譜質譜聯用儀檢測，以此構建一種高效提取法，為人們提取土壤內的VOCs提供參考。

3.1.1 實驗儀器與實驗試劑

在土壤內VOCs的提取實驗中，使用的儀器設備主要有：氣相色譜質譜儀、毛細管色譜柱、壓蓋器、頂空瓶、全自動頂空進樣器、氣密性注射器、振蕩器等。使用的實驗試劑主要有：53種VOCs混標（502/524）溶液、氟苯、替代物混標（502/524）溶液，所有溶液的含量都為2000μg/mL。濃度為99.999%的氦氣、超純水與甲醇，直徑低于2mm的玻璃珠。優(yōu)級純NaCl放入450℃馬弗爐4h，后放進干燥器中待用，避免與空氣接觸。

3.1.2 中間溶液配制與樣品前處理

選擇兩個2mL帶聚四氟乙烯密封樣品瓶，在其內配制53種VOCs混標溶液，分別為20mg/L與200mg/L。向200mg/L之內融入替代物混標溶液，放置在零下18℃下保存，等待備用。

選擇一種標準土壤樣品，CRM628-030，稱取2g樣品，放入10mL容量的頂空瓶，添加100%濃度甲醇4mL，放置在振蕩器震蕩，60min后，靜置溶液。取出上清液0.5mL，放置在20mL容量的頂空瓶，和其內的飽和溶液NaCl融合為10mL混合溶液，添加內標20μL、替代物中間溶液，壓蓋封實。依照優(yōu)化之后儀器作業(yè)條件，對試樣溶液內各組分濃度測量。

3.1.3 頂空條件與氣相色譜測定條件

在實驗過程中，條件營造非常重要。首先，在頂空時，載體壓力應控制在114.45kPa，載氣選擇氦氣，瓶區(qū)溫度應控制在80℃，LOOP環(huán)的溫度應控制在90℃，傳輸線的溫度應控制在150℃。GC循環(huán)45min，瓶子震蕩30min，加壓0.08min，LOOP環(huán)在0.5min充滿，在0.15min內平衡，之后在1min內注射。其次，氣相色譜測量時，載氣為氦氣，柱流柱的恒速為1mL/min，進樣口時，溫度為150℃最佳，接口的溫度為235℃較為適宜，柱溫的初試溫度為40℃，5min后柱溫以每分鐘6℃的速度上升，達到150℃后，每分鐘5℃上升，達到210℃，柱溫在240℃停留2min。分流比為10：1。最后，質譜測量時，EI離子源70eV，離子源溫度應控制在230℃、四級桿的溫度在150℃，EMV在2235V，以SIM掃描，溶劑延遲時間在5min。

3.2 VOCs提取實驗的結果

在本次提取VOCs時，比較酸化提取效率與不酸化提取效率，分別采用濃度為2.5%的甲醇、2.5%的甲醇+pH<2硫酸調節(jié)，提取結果如表1所示，受篇幅影響，文章僅寫出部分數據。比較實驗結果和標準土壤的參考值，對置信區(qū)間與預測區(qū)間符合的化合物綜合分析。由表1數據可知，不酸化下，提取置信區(qū)間與預測區(qū)間化合物8中，酸化之后，提取化合物為6個，可見，酸化對提取效果帶來的影響并不大，因此，使用2.5%濃度甲醇提取樣品內的VOCs。實驗時，樣品CRM628-030認證時，采取強大統(tǒng)計程序，所附證書給出置信區(qū)間、預測區(qū)間各一個，依照兩個給定區(qū)間展開數據分析。

在實驗中，比較不同甲醇濃度下（2.5%、5%、100%）提取效果。結果為：選擇2.5%濃度的甲醇，達到的化合物8個;5%濃度的甲醇，達到的化合物10個，100%濃度的甲醇，達到的化合物17個。結果表明，100%甲醇濃度下，提取VOCs結果的效率最佳。

參考文獻

[1]王飛，蘇廣玉.土壤中半揮發(fā)性有機物提取方法概述[J].建筑工程技術與設計，2018（19）：102-103.

[2]李兵兵.土壤中半揮發(fā)性有機物前處理方法探討[J].全面腐蝕控制，2020，34（01）：55-56+126.

[3]黃振中.土壤中半揮發(fā)性有機物前處理方法探析[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016（10）：181.

[4]莫達松，羅平，梁勇，等.土壤中揮發(fā)性有機物提取方法的研究現狀[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2012（24）：24-26.

收稿日期：2020-08-21

作者簡介：張金亮（1985-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測與評價咨詢。