超聲萃取-氣相色譜法測定土壤中的可萃取石油烴*

杜明月，林 勇，葛 璇，張厚勇，公華林

（山東省濟(jì)南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟(jì)南250102）

總石油烴（total petroleum hydrocarbons，TPH）又稱礦物油，是一種含有烴類（正構(gòu)烷烴、直鏈烷烴、芳烴、脂環(huán)烴）及少量其他有機(jī)物（硫化物、氮化物、環(huán)烷酸類等）的復(fù)雜混合物?；谔籍?dāng)量將石油類劃分為揮發(fā)性石油烴（C6~C9）和可萃取石油烴（C10~C40）[1，2]。石油烴已被列入我國危險(xiǎn)廢棄物名錄，石油中多環(huán)芳烴類物質(zhì)已確認(rèn)具有較強(qiáng)的致癌物質(zhì)，可以通過呼吸、皮膚接觸、飲食攝入等方式進(jìn)入人或動(dòng)物體內(nèi)，影響其肝、腎等器官的正常功能，甚至引起癌變[3]。

目前，土壤中石油烴的測定方法主要有重量法[4]、高效液相色譜法、熒光分光光度法[5]、紅外分光光度法[6]、氣相色譜法[7]、氣相色譜質(zhì)譜法[8，9]。重量法操作復(fù)雜、靈敏度低；高效液相色譜法只適用于測定高沸點(diǎn)的石油烴組分；熒光光譜法雖然靈敏度高，但只能測定芳烴類石油的含量，具有一定的局限性；紅外分光光度法操作簡單，能準(zhǔn)確的測定樣品中石油類的含量，但是萃取劑四氯乙烯遇水、高溫會(huì)分解，保存條件要求苛刻。本文建立一種快速高效準(zhǔn)確測定土壤中石油烴的方法——超聲萃取-氣相色譜法，測定結(jié)果令人滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

Agilent 7890 B氣相色譜儀（安捷倫科技有限公司）；KQ-700DV數(shù)控超聲波清洗器（昆山舒美）；MultiVap-10平行濃縮儀（北京萊伯泰科儀器股份有限公司）；HP-5（30m×0.32mm×0.25μm）。

丙酮、正己烷、二氯甲烷，均為色譜純，TEDIA公司；石英砂、無水Na2SO4均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；C10~C40飽和烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液（每種物質(zhì) 約 為1000mg·L-1，SiO2）；C10~C40飽 和 烷 烴 標(biāo) 土（1100mg·kg-1，SiO2）。

1.2 色譜條件

進(jìn)樣口溫度：320℃；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；恒流模式：柱流速：2.0mL·min-1；程序升溫：60℃保持1min，以18℃·min-1升至290℃，再以30℃·min-1升至320℃，保持15min；HP-5（30m×0.32mm×0.25μm）；進(jìn)樣量：1μL；FID檢測器溫度：280℃；H2流量：40.0mL·min-1；空氣流量：400.0mL·min-1。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的制備

取100μL的C10~C40飽和烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋到1.00mL的正己烷中，配制成3108.0mg·L-1的C10~C40飽和烷烴標(biāo)準(zhǔn)貯備液。

分別取10、20、40、50、60、80、100μL的C10~C40飽和烷烴標(biāo)準(zhǔn)貯備液稀釋到1.00mL的正己烷中，配制成質(zhì)量濃度依次為30.8、60.9、119.5、148.0、175.9、230.2、282.5mg·L-1的C10~C40飽和烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品系列。

1.4 樣品前處理

稱取兩份20.0g土壤樣品，一份用于測定土壤樣品中干物質(zhì)的含量，另一份用于石油烴的提取。具體操作：加入40mL丙酮/正己烷萃取試劑1∶1（v/v），超聲萃取1h，靜置，將上清液全部轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，按上述步驟振蕩提取2次。用100mL純水洗滌合并后的萃取液2次，靜置，將有機(jī)相經(jīng)無水Na2SO4脫水后轉(zhuǎn)移至濃縮杯中濃縮至1mL，待凈化。依次用10mL正己烷/二氯甲烷溶液、10mL正己烷活化硅酸鎂小柱，待柱上正己烷近干時(shí)，將濃縮液及用正己烷洗滌濃縮杯的洗滌液全部轉(zhuǎn)移至凈化柱中，用10mL正己烷/二氯甲烷溶液進(jìn)行洗脫，靠重力自然流下，收集于濃縮杯中濃縮定容至1.0mL，待測。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取試劑的選擇

土壤本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，土壤中的膠體、大顆粒等會(huì)吸附石油類組分，形成復(fù)雜的結(jié)合體。因此，需要強(qiáng)極性溶劑將土壤中的石油類萃取出來。

本研究討論了二氯甲烷、正己烷、丙酮∶正己烷（1∶1）等3種不同溶劑作為萃取劑的萃取效果。結(jié)果表明，二氯甲烷的萃取效率最好，丙酮∶正己烷（1∶1）作為萃取劑也有很好的萃取效果，正己烷萃取效果最差。但是由于二氯甲烷的極性強(qiáng)，能萃取基體復(fù)雜的土壤樣品中更多的物質(zhì)，因此，萃取液的凈化過程繁瑣費(fèi)時(shí)；正己烷的萃取效果不能滿足實(shí)驗(yàn)要求；丙酮∶正己烷（1∶1）的混合溶劑，強(qiáng)極性的丙酮與非極性的正己烷形成互補(bǔ)，萃取效率高且凈化過程易操作；而且丙酮與水互溶，對(duì)未脫水的樣品，丙酮∶正己烷（1∶1）作為萃取溶劑更為合適。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇丙酮∶正己烷（1∶1）作為萃取溶劑。

2.2 前處理方式的選擇

土壤中總石油烴的前處理方式主要有索氏提取、超聲萃取、微波萃取、超臨界流體萃取、快速溶劑萃取等。其中索氏提取有機(jī)溶劑的消耗量大，萃取時(shí)間長；超臨界流體萃取對(duì)極性化合物的萃取效率較低，且設(shè)備龐大，技術(shù)成本高；快速溶劑萃取快速高效，回收率高且精密度好，但所需的設(shè)備昂貴，成本高而且所使用的萃取池清洗繁瑣，清洗的不徹底易導(dǎo)致空白值偏高；超聲萃取技術(shù)成熟，所需的有機(jī)溶劑消耗量小，萃取效率高，操作簡單。因此，優(yōu)先選擇超聲萃取前處理的方法。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線，檢出限，定量限

在優(yōu)化條件下，將標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液萃取分離進(jìn)行氣相色譜分析，以可萃取石油烴（C10~C40）的含量（mg·L-1）為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制可萃取石油烴的標(biāo)準(zhǔn)曲線，可萃取石油烴在10.0、3000mg·L-1范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9996，可萃取石油烴的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖見圖1。

圖1 可萃取石油烴（C10~C40）的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖Fig.1 Chromatogram of extractable total petroleum hydrocarbons（C10~C40）

稱取20.0g石英砂，加入適量的C10~C40飽和烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化條件下，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168-2010）的要求，將線性范圍內(nèi)最低濃度點(diǎn)連續(xù)進(jìn)樣7次，按照上述儀器條件進(jìn)行測定，計(jì)算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差s，并按照MDL=t（n-1，0.99）×S計(jì)算方法檢出限，當(dāng)n=7時(shí)，自由度n-1=6，置信度為99%時(shí)，t=3.143，方法的檢出限為5.47mg·kg-1，定量下限為21.9mg·kg-1，結(jié)果見表1。

表1 可萃取石油烴的線性范圍、檢出限、定量下限、回歸方程、相關(guān)系數(shù)Tab.1 Linear range,limits of detection（LODs）,limits of quantification（LOQs）,calibration equations,correlation coefficients of extractable total petroleum hydrocarbons

2.4 回收率和精密度試驗(yàn)

對(duì)未檢出石油烴的實(shí)際土壤樣品進(jìn)行低、中、高3個(gè)濃度的加標(biāo)回收試驗(yàn)，在優(yōu)化條件下平行測定6次，計(jì)算加標(biāo)回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。

表2 石油烴的加標(biāo)回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Tab.2 Average recoveries and relatives standard deviations of extractable total petroleum hydrocarbons

由表2可知，結(jié)果表明，石油烴的加標(biāo)回收率為87.2%~99.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.0%，說明該方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

3 結(jié)論

采用超聲萃取-氣相色譜法測定土壤中可萃取總石油烴時(shí)，應(yīng)注意：（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的玻璃器皿，先用二氯甲烷和正己烷清洗兩次，去除高沸點(diǎn)組分的殘留，再用20%的HNO3溶液浸泡后，純水沖洗后高溫處理；（2）維護(hù)氣相色譜儀，更換清洗進(jìn)樣針的溶液、進(jìn)樣口的隔墊、襯管，并在樣品測試前進(jìn)行柱流失的采集；（3）進(jìn)行溶劑空白的測試，溶劑空白值低于檢出限；（4）對(duì)每一批次的凈化柱進(jìn)行石油烴的回收率的測定，回收率不得低于80.0%；（5）對(duì)實(shí)驗(yàn)室空白、實(shí)際樣品、20%的實(shí)際樣品平行，萃取，分離并進(jìn)行氣相色譜分析；（6）實(shí)驗(yàn)過程中，可根據(jù)正四十烷的峰形和信號(hào)強(qiáng)度判斷是否需要進(jìn)行維護(hù)。本文建立的超聲萃取-氣相色譜法測定土壤中可萃取總石油烴的方法，具有操作簡單、萃取效率高、靈敏度高、檢出限低、定性定量準(zhǔn)確等優(yōu)勢，適用于土壤中可萃取石油烴（C10~C40）的測定。