加速溶劑萃取/固相萃取凈化高效液相色譜質譜法測定土壤中16種多環芳烴的研究

滕云梅等

摘要 [目的] 為準確、快速測定土壤中多環芳烴（PAHs）。[方法] 以乙腈為溶劑，樣品經加速溶劑萃取儀（ASE）萃取，提取液經除水、濃縮，再經Florisil柱凈化，采用高效液相色譜-熒光-PDA二極管陣列測定土壤中16種PAHs。[結果] 該方法的檢出限為0.41～3.97 μg/kg（以3倍性噪比計），加標水平為0.5～20.0 mg/L，基質加標回收率為81.3%～121.0%，相對標準偏差1.5%～8.8%。[結論]該方法有效去除雜質干擾，縮短前處理時間，具有高提取率、高回收率、良好的精密度、較高的準確度等優點，適用于土壤中PAHs的測定。

關鍵詞 加速溶劑萃取；固相萃取凈化；高效液相色譜；多環芳烴；土壤

中圖分類號 S153.6 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）03-00723-03

Abstract [Objective] The research aimed to obtain accurate and rapid determination of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）in soil. [Method] Using acetonitrile as the solvent，16 polycyclic aromatic hydrocarbons were extracted by accelerated solvent extraction （ASE）. The extract was dehydrated and concentrated， and were purified by the Florisil solid phase extraction. [Result] The detection limits were 0.41-3.97 μg/kg. The recoveries of the spiked sample （0.5-20.0 mg/L） were 81.3%-121.0%， with relative standard deviations were 1.5%-8.8%. [Conclusion] The method effectively removed impurities， and reduced extremely the preprocessor time. It was concluded that the method had high recovery， high sensitivity and good reproducibility. The developed analytical method had been applied successfully to the determination of PAHs in soil.

Key words Accelerated solvent extraction； Solid phase extraction； High performance liquid chromatography； Polycyclic aromatic hydrocarbons； Soil

多環芳烴（PAHs）是100多種具有2個或2個以上苯環結構的一類持久性有機污染物[1]，具有高毒性、致癌性和高致突變性。PAHs主要來自人類活動的排放[2]，如煤、石油、柴油或汽油的不完全燃燒，一些處于高溫的有機物質（500～800 ℃）或較低溫度（100～300 ℃）下有機材料的燃燒也會生成PAHs[3]。自1961年Blumer在土壤中第一次發現PAHs以來，土壤中的PAHs就一直是國內外關注的熱點之一[4]。PAHs具有低揮發性、低水溶性和生物降解困難等特點，所以PAHs可在土壤中長期持留且累積，對環境和人體健康造成危害[5]。美國環保署（EPA）已將萘、菲、熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽等16種PAHs確定為環境優先控制污染物，其中苯并[a]芘被指定為衡量PAHs總量的指標[6]。

分析PAHs的方法有很多，如氣相色譜法（GC-FID）、氣質聯用法（GC-MS）和高效液相色譜法（RP-HPLC-UV/FLD）等[7]。土壤中PAHs的檢測方法一般采用GC-MS或HPLC。HPLC適于分析檢測高沸點不易揮發、熱穩定性差（未衍生化）的有機化合物[8]。HPLC還具有分析過程不會破壞樣品等優點，可做制備或收集單一組分進一步分析。與MS相比，熒光檢測器（FID）檢測PAHs具有高熒光量子產率，因此FID更適合定量檢測土壤樣品中的PAHs。FID的靈敏度比UV檢測器高出20～320倍，比MS高出0.8～50.0倍[9]。所以，HPLC-FID法是檢測土壤中PAHs的最適方法。

由于PAHs在土壤中為痕量水平，而且土壤成分復雜，基體干擾嚴重，因此在定量分析土壤樣品中的PAHs之前，樣品前處理步驟十分重要。一種具有好的凈化、富集效果的前處理方法可以提高檢測方法的靈敏度和選擇性。目前用于土壤中PAHs的前處理方法有索式抽提法、微波輔助萃取法（MAE）、超聲波提取（UE）、加壓溶劑萃取（PLE）、 加速溶劑萃取（ASE）、固相萃取（SPE）、超臨界流體萃取（SFE）等。對于土壤中16種PAHs的提取，ASE優于MAE和索式抽提法。SPE法用于土壤中PAHs的前處理，具有操作簡單、靈敏度高（檢出限為0.02～11.0ng/g）和準確性高（回收率大于77%）等優點。

筆者采用ASE-SPE前處理方法和HPLC-FID檢測法進行土壤中PAHs的分析檢測，旨在提高分析物的回收率、精度和靈敏度。該方法簡單、可靠，可作為土壤中PAHs檢測的常規方法。

1 材料與方法

1.1 樣品的前處理。

1.1.1 采樣及保存。土壤樣品利用箱式采泥器采集。樣品采集后迅速裝入玻璃采樣瓶中，在4 ℃以下冷藏運輸，前處理應在2 d內完成，萃取后的樣品在14 d內完成分析（0 ℃下避光）。

1.1.2 提取與凈化。準確稱取10 g干燥土樣，用6～7 g硅藻土混勻。裝入33 ml萃取池，并用大量硅藻土填滿剩余樣品池空間，旋緊池蓋，根據萃取條件進行提取。萃取液經無水硫酸鈉脫水、氮吹濃縮并轉溶劑為正己烷，用硅膠小柱進行凈化，再用6 ml二氯甲烷-丙酮（90∶10，V/V）分3次洗脫。洗脫液全部收集合并后氮吹濃縮，氮吹儀水浴溫度≤50 ℃，全過程不能吹干。樣品溶液最終轉成乙腈介質，定容1 ml，密封，上機分析。

1.2 試驗條件

1.2.1 加速溶劑萃取條件的選擇[1]。參照EPA 3545方法，新鮮土樣經過硅藻土充分混勻分散后，進行加速溶劑萃取。

1.2.1.1 最佳萃取液的選擇。

考慮與實際分析土壤樣品濃度相近，在石英沙樣品中加入0.2 mg/L 標準溶液后分別用5種溶劑（丙酮、環己烷、CH2Cl2、1∶1CH2Cl2和丙酮、1∶1丙酮和正己烷，分別以a～e表示） 進行加速溶劑提取（100 ℃，5 min，1 500 psi）。16種PAHs 為萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并（a）蒽、屈、苯并（b）熒蒽、苯并（k）熒蒽、苯并（a）芘、二苯并（a，h）蒽、苯并（g， h， i）苝、茚并（1， 2， 3-cd）芘，分別以1～16表示。

由圖1可知，CH2Cl2 丙酮、混合液提取的回收率在62%～150%，正己烷、丙酮混合液的回收率在60%～130%。對所研究的16 種PAHs而言，CH2Cl2、丙酮混合液提取效率最高，提取總量（ΣPAHs）達325 mg/kg，對不同PAHs 提取的回收率也較一致。其他2種溶劑的提取ΣPAHs 分別為270 和285 mg/kg，且不同PAHs 之間的回收率差別也較大。該結果與有關文獻的報道[2]一致。丙酮和CH2Cl2的強親核性質有利于與土壤顆粒競爭具有較大電子密度和強親核性的PAHs。丙酮對PAHs的強溶解能力則有利于PAHs進入液相。

1.2.1.2 最佳萃取溫度的選擇。

萃取溶劑采用二氯甲烷/丙酮混合液（體積比為1∶1）[3]。取5份石英砂，加入等量的標準儲備液，分別于100、120、140、160和180 ℃萃取，系統壓力10 MPa，加熱時間5 min，氮氣吹掃100 s，循環2次。由圖2可知，PAHs的平均回收率隨萃取溫度的增加而提高，140 ℃時達到最大值，之后開始下降，由此確定最佳萃取溫度為140 ℃。這與相關研究結果[4]一致 。

參照EPA 3545方法，新鮮土樣經過硅藻土充分混勻分散后，進行加速溶劑萃取。ASE法的最佳萃取條件為：系統壓力10 MPa；萃取溫度140 ℃；加熱時間5 min；靜態萃取時間5 min；氮氣吹掃100 s，循環2次。

1.2.2 硅膠柱凈化條件。影響SPE凈化的因素主要有過柱流量和淋洗液體積。分析物的回收率與淋洗液體積、流量呈反比，因而控制流量為5 ml/min[5] 。對于富集在萃取柱上的少量PAHs，為了確保淋洗徹底，改變淋洗液體積，繪制淋洗曲線。由圖3可知，當淋洗液體積為5 ml時，回收的PAHs總質量已穩定。參照EPA 3630方法，選用正己烷為溶劑介質，流速小于5 ml/min。

3 結論

（1）通過對加速溶劑提取條件、ASE萃取條件、SPE凈化條件、氮吹溫度的優化，找出最優組合，提高土壤中多環芳烴的萃取效率。