土壤標準樣品中有機氯農藥的加速溶劑萃取/凈化方法優化

摘要：通過優化土壤標準樣品中有機氯農藥的加速溶劑萃取/凈化方法的最佳條件。結果表明：采用正己烷一二氯甲烷混合溶劑（I：I，v/v）為提取劑，萃取溫度100℃，壓力為2000psi，循環1次萃取15min，經弗羅里硅土同相萃取柱凈化，氣相色譜/質譜法進行檢測，空白加標回收率為72%-122%，相對標準偏差介于1.0%-2.3%之間；基體加標回收率為64%-140%，相對標準偏差介于1.8%-3.2%之間；方法檢出限為0.58-44.2μg/kg，定量限為1.94-147μg/kg，相比于索氏提取法，該方法簡單、快捷、經濟，已用于實際土壤樣品中有機氯農藥的檢測。

關鍵詞：加速溶劑萃取；土壤標準樣品；有機氯；優化

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2015）03-0055-06

0 引言

有機氯農藥（organochlorine pesticides，OCPs）是對病蟲害起到顯著防控作用的環境污染物，廣泛存在環境中，屬于難降解有機污染物（POPs）的一種。有機氯農藥的毒性和殘留引起了全球性的環境問題，對人類健康危害極大。我國在20世紀80年代中至90年代初已禁用六六六和DDTs，但由于有機氯農藥在環境中的降解十分緩慢，情況堪憂。土壤和沉積物作為環境媒介，是有機氯農藥遷移轉化的主要歸宿，因此研究土壤中有機氯的提取方法，對后續污染土壤的修復治理有重要意義。

環境樣品分析中，前處理方法是整個分析過程中重要的一步，它影響著測定結果的準確性和可靠性。土壤中有機氯的分析過程主要包括提取、凈化、柱層析和氣相分離，而分析之前的樣品萃取過程則被視作分析方法的瓶頸。當前用于土壤中有機氯農藥提取的方法主要有均質法、振蕩法、索氏提取、微波輔助提?。║AE）、超聲輔助提取（MAE）、超臨界萃?。⊿FE）和加速溶劑萃?。ˋSE）等。微波、索提等傳統方法使用大量有機溶劑易造成環境的二次污染，提取周期較長從而耗費更多的時間和精力，對分析人員的勞動強度和傷害較大，而加速溶劑萃取（ASE）作為一種新型樣品前處理技術，能在高壓（7-20MPa）和超過溶劑沸點的高溫（40-200℃）狀態下連續工作，具有有機溶劑用量少、耗費提取時間短、自動化程度高、提取效率高等優點，已被美國EPA收錄為標準方法之一。

由于有機氯的種類繁多而且有一定的差異性，滴滴涕（DDTs）等農藥在高溫萃取時容易發生不同程度的降解，土壤基質比較復雜且易對測定產生干擾，因此需對ASE萃取及凈化條件進行優化以適合場地污染樣品的分析。本文選取研制的標準土壤為實驗樣品，經研磨過80目篩后，采用ASE提取和弗羅里硅土（Florisil）小柱進行凈化，用氣相色譜一質譜測定，根據測定結果對ASE條件進行優化。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

正己烷、丙酮，農殘級（J.T.Baker公司）；二氯甲烷，農殘級（Honeywell公司）；內標溶液a-六六六-D6和p，p’-DDT-D8，質量濃度為100μg/mL，標準溶液M-8081-SC，質量濃度為1000μg/mL（美國Accus-tandard公司）；稱量法配制正己烷中五氯苯、六氯苯、o，p’-DDT、滅蟻靈，質量濃度為1000μg/mL；硅藻土，粒徑為0.02-0.1mm（Merck公司）。

ASE 200加速溶劑萃取儀，配22mL萃取池（美國戴安公司）；Agilent 6890A-5973N型氣相色譜一質譜聯用儀，配Agilent7693自動進樣器（美國Agilent公司）；HP-5MS色譜柱，30mx0.25mm x0.25μm（film）；N-EVAP 111型氮吹濃縮儀（美國Organoma-tion Associates公司）；Laborota 4000 efficient旋轉蒸發儀（德國Heidolph公司）；電子天平，最大量程2lOg（瑞上Mettler Toledo公司）；Florisil SPE小柱（1g，6mL）（美國Supelco公司）。

1.2 ASE提取

稱取2g取自某污染場地的土壤樣品，再加入與土壤樣品相同質量的硅藻土，充分攪拌，使其均勻分散，轉移至22mL萃取池中。提取條件：溶劑為二氯甲烷/正己烷（V：V=1：1），溫度為100℃，壓力為2000psi（1psi=6.895kPa），沖洗體積為100%，循環1次，靜態萃取時間為15min，N2吹掃60s。

1.3 濃縮與凈化

依次用10mL丙酮，20mL正己烷對Florisil小柱進行活化，水浴溫度40℃下旋轉蒸發提取液，將樣品濃縮至1-2mL。然后將濃縮液加至已活化的1gFlorisil SPE柱，用二氯甲烷一正己烷（2：8，v/v）進行洗脫，洗脫液的體積為30mL，收集到K-D管。將凈化液在細小氮氣流下濃縮至1mL，并轉移至進樣小瓶中。然后用自動微量注射器加入內標50μL，混勻進GC-MSD分析。

1.4 分析條件

1.4.1 氣相色譜條件

程序升溫：170℃，保持1min，以2℃/min升溫至220℃，保持6.5min；進樣口：230℃；分流比為20：1；進樣量1.0μL；載氣：N2；柱流量為1.0mL/min；傳輸線：260℃。

1.4.2 質譜條件

離子源：EI源，電子能量為70eV；離子源：230℃；四極桿：150℃；溶劑延遲：3.0min；選擇離子監測（SIM）模式。

2 結果與討論

2.1 色譜圖

根據1.4分析條件，得到有機氯的選擇離子譜圖，如圖l所示。

由圖1可知，有機氯大部分都實現了基線分離。對于分離度R<1.5兩個相鄰峰，因其定量離子不相同，因此也可實現定量計算。

2.2 線性范圍、檢出限和定量限

配制0.50，1.00，2.00，5.00，10.0，20.0，40.0μg/mL的系列溶液，分別取上述各系列溶液1 mL于進樣小瓶中，用電動微量注射器加入50μL內標溶液，混勻，采用雙內標定量。

在1.4分析條件下，得到有機氯的峰面積與濃度值之間的關系，繪制標準曲線。其線性范圍、相關系數見表1，可以看出，有機氯線性關系良好。本方法的檢出限在優化的方法條件下根據3倍信噪比計算得出，定量限在優化的方法條件下以10倍信噪比計算得出，各農藥檢測限與定量限的結果見表l。

2.3 試劑與樣品空白

用硅藻土代替土壤樣品，過程與土壤樣品分析過程一致來進行溶劑與樣品空門實驗：ASE提取后，提取液依次旋轉蒸發、過Florisil柱凈化，氮吹濃縮以后上GC-MS分析測定，結果表明在有機氯的保留時間處未發現定性定量離子，說明有機氯沒有被檢出，整個實驗過程未引入干擾雜峰。

2.4 凈化條件的優化

2.4.1 洗脫溶劑的優化

分別配制1 0%（v/v）二氯甲烷一正己烷和2%（v/v）丙酮一正己烷，向1g Florisil柱加入1μg有機氯標準溶液，洗脫液的體積為10mL，結果如圖2所示?？梢钥闯?，除硫丹II外，10%（v/v）二氯甲烷/正己烷的回收率為70%-105%，洗脫效率明顯高于2%（v/v）丙酮/正己烷，故采用10%（v/v）二氯甲烷一正己烷作為洗脫液。

2.4.2 不同洗脫極性的比較

為了使有機氯從Florisil固相萃取柱全部洗脫下來，考察了20%（v/v）、30%（v/v）和40%（v/v）二氯甲烷一正己烷混合溶液對有機氯的洗脫效果。向1 9Florisil柱加入1μg有機氯標準溶液，每10mL洗脫液為一個收集節點，共3個節點，結果見圖3?？梢钥闯?，當洗脫液的用量為30mL時，20%（v/v）二氯甲烷一正己烷混合溶液對異狄氏劑醛和硫丹硫酸鹽的洗脫率很低，但其余組分的洗脫率為70%-110%；30%（v/v）和40%（v/v）二氯甲烷一正己烷混合溶液對硫丹II的洗脫有干擾。根據研究的需要，選擇20%（v/v）二氯甲烷一正己烷混合溶液作為洗脫溶劑，用量為30mL。

2.5 ASE條件的優化

2.5.1 溫度的優化

溫度是影響ASE萃取效果的重要因素之一，它不僅影響著有機氯從土壤基體解析的效率，還影響著有機氯本身的化學行為。本文考察了不同溫度（60，80，100，120，150℃）對土壤中有機氯的影響，結果如圖4所示。

由圖4可知，4種六六六在120℃以下萃取效果好，150℃時萃取效果變差，可能的原因是六六六的飽和蒸汽壓較高，易揮發；DDTs在150℃時測得的數值偏低，可能的原因是這兩種物質在高溫下有降解，綜合考慮六六六和DDTs的特點，選擇100℃作為有機氯的萃取溫度。

2.5.2 壓力的優化

萃取壓力直接影響著有機氯的揮發，從而影響ASE的萃取效果。分別考察了700，1000，1500，1800，2000 psi 5個壓力條件對有機氯的影響，超過2000psi時，對儀器的密封性要求更高，為保護儀器最高壓力設為2000psi，結果如圖5所示。

從圖5可知，α-六六六、β一六六六、γ-六六六、δ-六六六、p，p’-DDE、p，p’-DDD、o，p’-DDT和p，p’-DDT這8個組分在700-1800psi的范圍內的萃取效果沒有明顯的變化，但2000psi時萃取效果有一定幅度的提升，故選擇2000psi作為有機氯的萃取壓力。

2.5.3 循環次數和萃取時間的優化

循環次數和萃取時間與ASE萃取效率有著直接的關系，萃取時間影響有機氯在溶劑中的動態平衡。考察了1次、2次、3次和4次循環的影響，結果見圖6。

由圖6可知，對于研究采用的土壤標準樣品，1次循環就可以達到比較理想的效果，增加到2，3，4次以后，有機氯的提取效率沒有明顯的變化，為節約時間和提高相對效率，最終選擇1次循環。在確定了萃取次數以后，又分別考察了3，5，7，10，15，20min對有機氯萃取效率的作用，結果見圖7。

萃取時間延長使得有機氯的解離更加充分。由圖7可知，除7min處有波動外，隨著萃取時間的延長，萃取效率有所提高。而在15-20min之間，變化趨勢不明顯，為了提高工作效率，選定15min為萃取時間。

2.5.4 萃取溶劑的優化

由于氯原子的存在，有機氯農藥屬于極性化合物，根據“相似相溶”的原理，溶劑的極性高一些從土壤中萃取有機氯相對容易一些。選取4種混合溶劑并對比了它們的萃取效果，4種混合溶劑體積比分別為：丙酮：二氯甲烷=1：1；丙酮：正己烷=I：I；二氯甲烷：正己烷=I：I；丙酮：二氯甲烷：正己烷=1：1：1，結果見圖8。

由圖8可知，4種溶劑的萃取效率沒有明顯差異，而丙酮在后續的處理過程中需要進行溶劑轉換，為了方便后面的旋蒸、凈化等過程，選取二氯甲烷：正己烷（I：I，v/v）作為ASE方法的萃取溶劑。

2.6 方法回收率和精密度

在優化的條件下，采用空白樣品和某污染場地土壤樣品進行空門和基體加標試驗，加標量為5μg，經全流程處理，計算平均值回收率和相對標準偏差，結果見表2。

從表2可知，空門樣品加標實驗中8種目標組分回收率介于72.83%-122%之間；精密度介于1.01%-2.29%之間?；w加標實驗中8種目標組分回收率介于64.84%-140.1%之間；精密度介于1.80%-3.16%之間。因此用ASE提取、Florisil柱凈化、GC/MS測定能夠準確地分析研制土壤標準樣品中的有機氯。

2.7 與索氏提取法比對分析土壤質控樣品

應用前面優化好的方法條件對美國Sigma-Aldrich RTC公司的土壤標準質控樣品進行測定，并和索氏提取法進行了比對，結果見表3。可以看出，索式提取和加速溶劑萃取對大部分物質的測定結果差異不顯著（P>0.05），且基本在預測范圍內，相比而言ASE節約了時間成本和溶劑用量。

3 結束語

本文主要探討了針對研制土壤標準樣品的ASE與凈化方法的優化，采用氣相色譜質譜法測定土壤中的有機氯。實驗優化了ASE方法的萃取時間、萃取次數、萃取溶劑、萃取溫度和萃取壓力5個條件，同時優化了凈化方法的洗脫溶劑、用量和氣相色譜質譜條件。

實驗結果表明優化的氣相色譜質譜條件能夠達到有機氯的基線分離，優化后的ASE以及凈化方法能夠提高研制土壤標準樣品的萃取效率，方法的線性關系高，回收率良好，檢出限較低，達到了方法檢出要求，優化的方法可靠，重現性好，適合于實際土壤樣品的分析。