超聲輔助分散液液微萃取-氣相色譜檢測污泥中氯苯

戴之希，田立勛，王國棟，翁煥新

（浙江大學環(huán)境與生物地球化學研究所，浙江 杭州 310012）

超聲輔助分散液液微萃取-氣相色譜檢測污泥中氯苯

戴之希，田立勛，王國棟，翁煥新*

（浙江大學環(huán)境與生物地球化學研究所，浙江 杭州 310012）

采用超聲輔助分散液液微萃取結合氣相色譜（UAE-DLLME-GC-ECD）檢測了污泥中6種氯苯化合物.用丙酮作為萃取污泥樣品中氯苯的萃取劑，通過改變萃取劑類型和用量、超聲時間以及離子強度等影響因子的實驗，確定了最優(yōu)條件的關鍵性控制參數(shù).結果表明，6種氯苯的相關系數(shù)r2=0.9993～0.9999，相對標準偏差RSD=3.2%～4.4%，檢測限LOD為0.001～0.2μg/kg，對造紙、印染和市政3種污泥樣品檢測的回收率分別為89.2%～103.8%， 94.5%～112.1%和89.1%～104.3%.該方法檢測污泥中的氯苯不僅具有快速、靈敏和重復性好的特點，而且相對于傳統(tǒng)方法，可以節(jié)省大量對人體有毒害作用的有機溶劑和分析時間.

分散液液微萃取；超聲輔助；GC-ECD；氯苯；污泥

氯苯類化合物（CBs）在工業(yè)中廣泛應用于合成染料和農藥等有機化合物的中間體、制造橡膠助劑以及溶劑和傳熱介質等［1］.氯苯已被證實具有致癌作用［2］，并且能抑制中樞神經，刺激眼睛和上呼吸道，引起皮膚硬化以及各種血液疾病［3］.氯苯在環(huán)境中不易降解，已成為全球最為常見的環(huán)境污染物之一，美國環(huán)保局和歐盟將其列為優(yōu)先控制污染物和危險化合物“黑名單”［4-5］.

至2012年，中國污水處理量已達到1.39億m3/d，產生的污泥產量已超過3000萬t/a.由于污水處理廠污泥（簡稱污泥）含有多種有毒有害物質，普遍檢測出氯苯類化合物［6］.目前，我國大部分污泥采取填埋的處理方法［7］，這就可能導致污泥中的氯苯重新回到環(huán)境中.為了定量地了解各類污泥中氯苯的分布情況，從而能有效地控制污泥中氯苯對環(huán)境產生二次污染，快速安全地檢測污泥中氯苯類化合物顯得尤為重要.

傳統(tǒng)的氯苯檢測方法有索氏抽提法［8］和固相萃取法［9］等，不僅需要消耗大量的時間，而且在分析過程需要消耗大量對人體有毒的有機溶劑.近年來，發(fā)展的新型檢測方法如頂空液相微萃取［10］和固相微萃取［11］等，往往操作流程較復雜，而且需要較昂貴的專業(yè)設備支撐.

Berijani等［12］在檢測水體中污染物時發(fā)明了分散液液微萃取技術，該技術具有操作簡單、快速、成本低和對環(huán)境污染少且萃取效率高的特點.經過不斷地改進與發(fā)展，這項技術已被成功地運用于檢測土壤及其他復雜基質中的污染物［13］.污泥由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等非均質體所組成，是一種復雜的固液混合體，本文首次將分散液液微萃取技術運用于污泥中氯苯類有機物的檢測，為了提高萃取效率，同時加入了超聲萃取作為輔助，在聲空化效應的作用下，使萃取過程更加有效率［14］，并通過關鍵影響因子的實驗研究，確定了萃取過程最優(yōu)條件的各種控制參數(shù)，最終建立了超聲輔助分散液液微萃取與氣相色譜/ECD檢測器聯(lián)用的污泥中氯苯測定的方法.并對造紙污泥、印染污泥和市政污泥3種不同類型污泥樣品中6種氯苯化合物進行了實際檢測.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

FULI 9790型氣相色譜儀，配備ECD檢測器，KB-WAX （30m×0.32mm×0.25μm）毛細管色譜柱（Kromat Corporation）；D-78532型離心機（Hettich）；XS205型分析天平（Mettler Toledo）；Ultra-pure UV型超純水機（上海）；KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗器（昆山）.

標準樣品間二氯苯，鄰二氯苯（1，2-DCB），1，2，4-三氯苯（1，2，4-TCB），1，2，3-三氯苯（1，2，3-TCB），1，2，4，5-四氯苯（1，2，4，5-TeCB），1，2，3，4-四氯苯（1，2，3，4-TeCB）來自AccuStandard公司；乙腈，甲醇，丙酮，正己烷，氯苯，二硫化碳，四氯化碳，無水氯化鈉為分析純.實驗用水均為超純水.

1.2 標準溶液配制與污泥樣品

精確稱取間二氯苯，鄰二氯苯，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯6種氯苯各0.1000g，用丙酮溶解配制成10μg/mL的6種儲備液.精確移取1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯4種儲備液各1.00mL，定容至10mL，配成1 μg/mL 混合標準溶液.精確移取間二氯苯，鄰二氯苯儲備液各1.00mL，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯混合標準溶液1.00mL，定容至10mL，配成間二氯苯，鄰二氯苯1μg/mL，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯0.1μg/mL混合標準溶液.儲備液和混合標準溶液均于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?

實驗用污泥樣品S1，S2和S3分別取自河南駐馬店的造紙污泥，紹興的印染污泥和杭州七格污水處理廠的市政污泥.3種污泥樣品自然風干，研磨過2mm篩備用.

1.3 色譜條件

毛細管氣相色譜柱為KB-Wax毛細管柱（30m×0.32mm×0.25μm），進樣口溫度300℃，分流進樣，進樣量0.50μL，ECD溫度300℃，載氣（N2）流速：30mL/min，程序升溫：初始溫度80℃，保持1min，以20℃/min升至200℃，保持2min，再以40℃升至240℃，保持3min清潔柱子.

1.4 檢測方法

檢測過程分2部分進行.第1部分，超聲輔助萃取（UAE）污泥樣品中6種氯苯：精確稱取1.0g污泥樣品于50mL帶旋帽的玻璃錐形離心管中，加入8.0mL丙酮，密封后，25℃超聲萃取20min（圖1a）.萃取液4000r/min離心3min后，上清液過0.45μL微孔濾膜，移入10mL錐形離心管中（圖1b）.

第2部分，分散液液微萃取（DLLME）：移取5.0mL超純水于10mL帶旋帽的玻璃錐形離心管中.1.0mL丙酮萃取液中加入24.0μL氯苯（圖1c），用1mL微量進樣針快速注入5.0mL水中，混合形成丙酮，氯苯，水的乳濁液，氯苯均勻地分散在水相中（圖1d）.4000r/min離心4min，氯苯沉積于離心管底部（圖1e），取0.50μL沉積相進行GC分析（圖1f，g）.

圖1 超聲輔助分散液液微萃取結合氣相色譜（UAE-DLLME-GC-ECD）污泥氯苯化合物檢測系統(tǒng)流程Fig.1 Schematic of the UAE-DLLME-GC-ECD

2 結果與討論

影響UAE和DLLME萃取效率的主要因素包括：萃取劑類型和用量、超聲時間、分散劑類型和用量、離子強度、pH值以及萃取時間等，根據(jù)前人的研究表明，pH值與萃取時間對整個DLLME過程的影響可以忽略［15-18］.為了獲得最佳的萃取條件，從而實現(xiàn)對氯苯的快速高效檢測，本次研究通過改變UAE和DLLME萃取劑類型和用量、UAE超聲時間以及DLLME離子強度等影響因子的實驗，為確定各種控制參數(shù)提供依據(jù).

2.1 UAE萃取劑（DLLME分散劑）的選擇

在實驗中，UAE萃取劑不但作為萃取污泥中有機污染物的萃取溶劑，又為DLLME中的分散劑.因此，萃取必須滿足能與水和有機溶劑的互溶.為了選取最優(yōu)的溶劑，本研究對丙酮、乙腈和甲醇3種溶劑進行了適用性實驗.實驗中分別使用10.0mL丙酮、乙腈和甲醇萃取1.0g加標污泥樣品（加標前污泥樣品經測定不含6種氯苯化合物）.經過反復實驗的結果表明，當1.0mL丙酮、乙腈和甲醇萃取液中分別加入24.0，21.0，31.0μL的氯苯時，DLLME中最終沉積相的體積同為15μL.其他實驗條件相同.從圖2中可以看到，丙酮具有最好的萃取效果，本實驗選用丙酮作為UAE萃取劑.

2.2 UAE萃取劑量的選擇

在UAE中，隨著萃取劑的增加，萃取效率隨之增加，然而，檢測物的濃度也隨之降低.因此，選擇適量的萃取劑是獲得最佳效果的另一個重要參數(shù).分別使用8.0，10.0，12.0，15.0mL丙酮萃取1.0g污泥樣品，其它實驗條件保持相同.從圖3中可以看到，在實驗劑量的范圍內，隨著萃取劑量的增加，檢測物的峰面積隨之減小.在實驗中，同時考察了6.0mL丙酮的情況，由于丙酮的揮發(fā)性，生成萃取液量過少，從而使DLLME操作比較困難.因此，選取8.0mL丙酮作為最優(yōu)條件.

圖2 不同UAE萃取劑對6種氯苯萃取效率的影響Fig.2 Effect of different extraction solvents on extraction efficiencies of CBs by UAE

圖3 不同UAE萃取劑（丙酮）量對6種氯苯萃取效率的影響Fig.3 Effect of extraction solvent （acetone） volumes on extraction efficiencies of CBs by UAE

2.3 超聲時間選擇

圖4 不同超聲時間對6種氯苯萃取效率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic extraction time on extraction efficiencies of CBs by UAE

超聲波通過空化氣泡破碎，擾亂樣品顆粒周圍飽和邊界層，使樣品顆粒不斷與新鮮溶劑接觸，有利于分析物從污泥樣品到溶劑的質量傳遞［19］.充足的超聲時間能夠保證足夠的萃取效率，然而，過長的超聲時間可能會導致檢測物的降解［20］.實驗中分別考察了10～40min超聲時間，超聲溫度保持10℃.從圖4中可以看到，在10～20min的時間內，隨著時間的增長，萃取效率逐漸增加；在20～40min的時間內，萃取效率基本保持不變.因此，選擇20min作為最優(yōu)超聲時間.

2.4 DLLME萃取劑和萃取劑量選擇

DLLME萃取萃取劑必須滿足以下條件：密度大于水，水中溶解度小，對被測物溶解能力大，具有較好的色譜性能等.一般密度較大的有機溶劑多為鹵代化合物，而鹵代化合物在ECD中強烈拖尾，因而在萃取劑選擇中受到一定的限制.在所有溶劑中，二硫化碳（密度1.2g/mL）和氯苯（密度1.16g/mL）能較好的滿足以上條件，因此被選為實驗的對象.經過反復實驗的結果表明，當1.0mL丙酮萃取液中分別含有46.0μL二硫化碳和24.0μL氯苯時，最后沉積相同為15.0μL.從表1中可以看到，氯苯具有更高的萃取效率，因此，本研究采用氯苯作為萃取劑.

表1 不同DLLME萃取劑（氯苯，二硫化碳）的相對回收率Table 1 Efficiency of different extraction solvents evaluated for extraction of CBs by DLLME

圖5 DLLME中不同氯苯加入量對沉積相體積的影響Fig.5 Effect of the volume of chlorobenzene on the volume of sedimented phase by DLLME

圖6 DLLME 萃取劑（氯苯）量對6種氯苯萃取效率的影響Fig.6 Effect of extraction solvent （chlorobenzene）volumes on extraction efficiencies of CBs by DLLME

由于萃取劑量對萃取效率產生重要的影響，因此，必須確定合適的萃取劑量.實驗分別以含有24.0，28.0，34.0，39.0，43.0μL氯苯的1.0mL丙酮萃取液進行DLLME操作.從圖5中可以看到，氯苯沉積相體積從氯苯加入量為24μL時的15.0μL增加到氯苯加入量為43μL時的35.0μL.從圖6中可以看到，隨著沉積相體積的增加，6種氯苯污染物峰面積逐漸降低.在實驗中同時考察了沉積相體積低于15.0μL的情況，當沉積相體積低于15.0μL時，由于體積過小，無法形成穩(wěn)定的沉積相.因此，本研究采用24.0μL作為最佳萃取體積.

2.5 鹽效應

為了了解離子強度對分散液液微萃取的影響，進行了鹽效應試驗.在其他實驗條件保持不變的基礎上，使用0～5% Nacl的水溶液.結果表明隨著水溶液鹽分的增加，沉積相體積從NaCl含量為0時的15.0μL增加到NaCl含量為5%時的18.5μL，從而使富集倍數(shù)下降.因此，實驗中避免鹽分的加入.

2.6 污泥樣品檢測

在各種參數(shù)均為最優(yōu)條件下得到6種氯苯化合物的標準曲線，線性關系呈顯著相關性（表2）.通過對加標污泥樣品（間二氯苯，鄰二氯苯10μg/kg，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯和1，2，3，4-四氯苯 1μg/kg）重復檢測，計算相對標準偏差（R.S.D.）（n=6）為：3.2～4.4，相對回收率為：69.6%～72.1%. 以3倍信噪比（S/N）對應的目標物濃度作為檢測限（LOD），范圍為0.001～0.2μg/kg.

利用該方法對造紙污泥（S1）、印染污泥（S2）和市政污泥（S3）污泥進行實際檢測，測定結果表明（表3），造紙污泥（S1）中未檢測出氯苯化合物；印染污泥（S2）中檢測出1，2，3-三氯苯，含量為11.2μg/kg；市政污泥（S3）中檢測出鄰二氯苯和1，2，3，4-四氯苯，含量分別為161.3，21.7μg/kg.造紙污泥（S1）、印染污泥（S2）和市政污泥（S3）中氯苯的相對回收率分別為89.2%～103.8%， 94.5%～112.1%和89.1%～104.3%.市政污泥（S3）檢測色譜圖如圖7所示.

表2 UAE-DLLME-GC-ECD定量分析污泥中氯苯的技術指標Table 2 Quantitative results of PCBs by UAE-DLLME-GC-ECD from sludge samples

表3 造紙污泥（S1）、印染污泥（S2）、市政污泥（S3）中氯苯的含量特征Table 3 Volume of CBs from spiked sludge S1， S2， S3samples.

圖7 市政污泥樣品（S3）色譜圖Fig.7 Chromatogram of soil S3 （a） and spiked soil S3 （b）for each CBs obtained by using UAE-DLLME combined with GC-ECD

3 結論

建立了超聲輔助分散液液微萃取結合氣相色譜（UAE-DLLME-GC-ECD）的分析污泥中氯苯化合物的檢測方法.用丙酮作為污泥中氯苯化合物萃取劑，在25℃溫度下，用超聲萃取20min后，取上清液進行分散液液微萃取，最后取0.50μl沉積相進行GC-ECD分析，根據(jù)加標樣品所得到的造紙、印染和市政3種被試污泥中氯苯的相對回收率分別為89.2%～103.8%，94.5%～112.1%和89.1%～104.3%.分析結果表明，采用本方法測定污泥中氯苯化合物，不僅靈敏度高，而且只需少量萃取劑丙酮（8mL）和氯苯（24μL），樣品前處理時間＜30min，相比于索氏抽提法等傳統(tǒng)檢測方法，節(jié)省了大量對人體有毒害作用的有機溶劑和分析時間.因此，適用于大批污泥樣品的檢測.

［1］Wang M J， McGrath S P， Jones K C. The chlorobenzene contentof archived sewage sledges ［J］. Total Environ.， 1992，121：159-175.

［2］Ying C Ou， Rory B Conolly. Stochastic simulation of hepatic preneoplastic foci development for four chlorobenzene congeners in a medium-term bioassay ［J］. Toxicol.， 2003，73（2）：301-314.

［3］Reyhaneh Rahnama Kozanic， Assadia Yaghoub. Part-per-trillion determination of chlorobenzenes in water using dispersive liquid-liquid microextraction combined gas chromatographyelectron capture detection ［J］. Talanta， 2007，72（2）：387-393.

［4］Wang Y， He Y， Lee H K. Trace analysis of ten chlorinated benzenes in water by headspace solid-phase microextraction ［J］. J. Chromatogr. A， 2000，874：149-154.

［5］Meharg A A， Wright J， Osborn D. Chlorobenzenes in rivers draining industrial catchments ［J］. Science of the Total Environment， 2000，251：243-253.

［6］蔡全英，莫測輝.部分城市污泥中氯苯類化合物的初步研究 ［J］.環(huán)境化學， 2002，21（2）：139-143.

［7］Tony Zhan Liangtong， Zhan Xinjie. Field and laboratory investigation on geotechnical properties of sewage sludge disposed in a pit at Changan landfill， Chengdu， China ［J］. Engineering Geology， 2014，170：24-32.

［8］Wang Min-Jian， Kevin C. The chlorobenzene content of contemporary M. K. sewage sledges ［J］. Jones Chemosphere，1994，28（6）：1201-1210.

［9］Guohong Liua， Jinglin Wangb， Zhua Yongfa. Application of Multivalued Carbon Nanotubes as a Solid-Phase Extraction Sorbent for Chlorobenzenes ［J］. Analytical Letters， 2004，37（14）：3085-3104.

［10］Shen Gang， Lee Hian Kee. Headspace liquid-phase microextraction of chlorobenzenes in soil with gas chromatography-electron capture detection ［J］. Anal. Chem.， 2003，75（1）：98-103.

［11］Sarrión M.N， Santos F J， Galceran M T. Strategies for the analysis of chlorobenzenes in soils using solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-ion trap mass spectrometry ［J］. Journal of Chromatography A， 1998，819：197-209.

［12］Berijani S， Assadi Y， Anbia M， et al. Dispersive liquid-liquid microextraction combined with gas chromatography-flame photometric detection： Very simple， rapid and sensitive method for the determination of organophosphorus pesticides in water ［J］. J. Chromatogr. A， 2006，1123（1）：1-9.

［13］Jia Hua， Lingyan Fμb b. Dispersive liquid-liquid microextraction combined with gas chromatography-electron capture detection for the determination of polychlorinated biphenyls in soils ［J］. Analytica Chimica Acta， 2009，640（2）：100-105.

［14］Ashley K， Andrews R N， Cavazos L， et al. Ultrasonic extraction as a sample preparation technique for elemental analysis by atomic spectrometry ［J］. J. Anal. At. Spectrom.， 2001， 16：1147-1153.

［15］Hu Jia， Li Yanyan， Zhang Wei. Dispersive liquid-liquid microextraction followed by gas chromatography-electron capture detection for determination of polychlorinated biphenyls in fish ［J］. Short Communication J. Sep， 2009，32：2103-2108.

［16］Agnieszka Zgo?a-Grzes′kowiak， Tomasz Grzes′kowiak. Dispersive liquid-liquid microextraction ［J］. Trends in Analytical Chemistry， 2011，30（9）：1382-1399.

［17］Almeida C， Fernandes J O， Cunha S C. A novel dispersive liquid-liquid microextraction （DLLME） gas chromatography- mass spectrometry （GC-MS） method for the determination of eighteen biogenic amines in beer ［J］. Food Control， 2012，25（1）：380-388.

［18］Fu Lingyan， Liu Xiujuan. Determination of two pesticides in soils by dispersive liquid-liquid microextraction combined with LC-fluorescence detection ［J］. Chromatographia， 2009，70：1697-1701.

［19］Li H， Zhang Z H， Tang S P， et al. Ultrasonically assisted acid extraction of manganese from slag ［J］. Ultrason. Sonochem.，2008，15：339-343.

［20］Li Wanga b， Linling Wanga， Li Wanga. Ultrasonic-assisted water extraction and solvent bar microextraction followed by gas chromatography-ion trap mass spectrometry for determination of chlorobenzenes in soil samples ［J］. Journal of Chromatography A，2012，1256：9-14.

Optimized ultrasonic assisted extraction dispersive liquid-liquid microextraction coupled with gas chromatography- electron capture detector for extraction and determination of chlorobenzenes in sludge.

DAI Zhi-xi， TIAN Li-xun， WANG Guo-dong， WENG Huan-xin* （I
nstitute of Environment and Biogeochemistry， Zhejiang University， Hangzhou 310012， China）.

China Environmental Science， 2015，35（2）：471～477

Ultrasonic assisted extraction dispersive liquid-liquid microextraction （UAE-DLLME） coupled with gas chromatography-electron capture detection （GC-ECD） was applied to extract and determine six different types of chlorobenzenes （CBs） in sludge samples. Acetone was used as extraction solvent for CBs. The effects of various parameters such as ultrasonic time， ionic strength， volume of disperser and extraction solvents as well as extraction types were investigated to determine the optimum conditions for this method. Under the optimum conditions， the method's coefficients of correlation （r2） were between 0.9993and 0.9999. The relative standard deviations （R.S.D.， n = 6） varied between 3.2% and 4.4%. The limits of detection （LODs）， based on signal-to-noise （S/N） of 3， were between 0.001and 0.2 μg/kg. The relative recoveries of the six CBs from three sludge samples， S1， S2and S3， were in the range of 89.2%～103.8%， 89.1%～104.3% and 94.5%～112.1%， respectively. It required less analysis time and harmful solvent than the conventional methods. The results showed that UAE-DLLME coupled with GC-ECD was an efficient， sensitive， and reliable method for the determination of CBs in sludge samples.

dispersive liquid-liquid microextraction （DLLME）；ultrasound-assisted （UA）；gas chromatography-electron capture detection （GC-ECD）；chlorobenzenes （CBs）；sludge sample

X830.2

A

1000-6923（2015）02-0471-07

戴之希（1990-），男，浙江臺州人，浙江大學碩士研究生，研究方向為地球化學.發(fā)表論文1篇.

2014-05-27

國家海洋局海洋公益項目（201205015）；國家科技支撐計劃（2012BAC15B03）；浙江省重大科技攻關項目（2005C13051）

* 責任作者， 教授， gswenghx@zju.edu.cn