土壤中半挥发性有机物前处理方法比较研究

杨茜茹

河北升泰环境检测有限公司 河北石家庄 050000

半挥发性有机物（Semi-Volatile organic Compounds，SVOCs）是一类沸点介于170℃～350℃之间的有机化合物，主要包括多环芳烃、有机农药类、氯代苯类、多氯联苯类、吡啶类、喹啉类、硝基苯类、邻苯二甲酸酯类、亚硝基胺类、苯胺类、酚类和多溴联苯类等，其中沸点低于260℃的一些化合物与挥发性化合物有些交叉，易挥发损耗、保存难。土壤是一种常见的环境样品，它有成分复杂、干扰物质多、易蓄积污染物的特点。随着现今新型环保工业进程的推进，传统的石化炼焦、橡胶加工、化工厂生产、钢铁冶炼等高耗能、高污染企业都纷纷迁址转型，迁址后留下的重污染地块，其特征污染物中半挥发性有机物占很大比重，那么，要准确分析在土壤中蓄积的痕量半挥发性有机污染物，除了使用高精密度的分析设备，例如气相色谱仪、气相色谱质谱联用仪等，还需要高效稳定的前处理手段，主要是提取和浓缩[1]来保证目标化合物最大程度的从样本中回收和富集，准确的反馈污染地块的真实情况。本文分别选择加压流体萃取、索氏提取和超声波提取，以及氮吹浓缩、真空浓缩和旋转蒸发浓缩，这几种实验室常见的提取和浓缩方法，从加标回收率、准确度、精密度，以及价格和处理时间等方面比较其各自的优缺点，为各类型实验室选择合适的土壤半挥发性有机物前处理方法提供参考依据。

1 实验设备

加压流体萃取仪（E-916，瑞士步琦）；平行浓缩仪（Multivap-10，莱伯泰科有限公司）；平行真空浓缩仪（ORVC-12，河北欧润科学仪器股份有限公司）；旋转蒸发仪（RE-52AA，上海亚荣生化仪器厂）；气相色谱质谱联用仪（8860-5977B GC/MSD，安捷伦科技公司）；超声波清洗仪（KQ-700DV，北京市永光明医疗仪器有限公司）；恒温鼓风干燥箱（DHG-9146A，上海精密实验设备有限公司）；恒温水浴锅（HH-S8A，北京科伟永兴仪器有限公司）[2]。

2 试剂和材料

64种半挥发性有机物混合标准溶液（1000mg/L，上海安谱实验科技股份有限公司）；6种替代物混合溶液（4000μg/mL，坛墨质检科技股份有限公司）；无水硫酸钠（使用前400℃烘烤4h）；硅藻土；定量滤纸（使用前于丙酮中浸泡1h后晾干）；丙酮、正己烷均为色谱级。

3 前处理实验

3.1 空白样品制备

空白土壤样品选用自然风干土壤样品，研磨过100目筛后，置于烧杯于恒温鼓风干燥箱中300℃烘烤3h，去除有机物干扰，放入干燥器冷却后，装入密封袋内常温保存，备用。

分别准确称取20g（精确到0.001g）制备好的空白土壤样品于40mL加压流体萃取池内，加入硅藻土，按照仪器要求装机，将萃取好的萃取液合并于干净的4L试剂瓶内混合均匀，制备空白土壤样品萃取液，4℃保存备用。

3.2 提取实验

3.2.1 索氏提取

准确称取20g（精确到0.001g）制备的样品于叠好的滤纸桶内，分别加入64种混标和6种替代物，使得最终浓度均为10mg/kg。将滤纸筒装入索氏套筒内，于500mL圆底烧瓶内加入200mL丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），几粒玻璃珠，85℃水浴加热16h后，关闭水浴锅，冷却后，关闭冷却水，定容至200mL，气相色谱质谱仪检测。重复6个平行，同时萃取1个空白样品为对照。

3.2.2 超声波提取

准确称取10g（精确到0.001g）制备的样品于250mL加压流体萃取瓶内（直径5±3cm），准确称取5g（精确到0.001g）样品于40ml吹扫瓶内（直径2.5±0.5cm），分别加入64种混标和6种替代物，使得最终浓度均为10mg/kg。再加入1g无水硫酸钠，15mL丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），拧紧瓶盖。在超声波清洗仪中放入冰袋和温度计，控制水温在25℃左右，将样品瓶放入超声波清洗仪中超声30min，取出5000rpm离心1min，取上清液，重复2～3次，合并上清液，定容至50mL，气相色谱质谱仪检测。同样分别做1个空白对照和6个重复平行[3]。

3.2.3 加压流体萃取

准确称取20g（精确到0.001g）制备的样品于40mL萃取池中，加入64种混标和6种替代物，使得最终浓度均为10mg/kg，干燥剂使用硅藻土。按照仪器要求装机后，100℃预热15～30min，100℃、100bar保持5min，2次循环，溶剂冲刷2min，氮气冲刷3min。萃取溶剂为丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v），萃取完成后，将萃取液定容至100mL，气相色谱质谱仪检测。1个空白对照和6个重复平行。

3.3 浓缩实验

3.3.1 旋转蒸发浓缩

向500mL浓缩瓶内放入100mL制备样品的空白萃取液，再加入64种混标和6种替代物，使得最终浓度均为10mg/kg（理论称样量按照20g计算）。35℃水浴旋蒸浓缩至近干，用丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v）定容至2mL，稀释后气相色谱质谱仪检测。1个空白对照和6个重复平行。

3.3.2 氮吹浓缩

向200mL浓缩杯内放入100mL制备样品的空白萃取液，再加入64种混标和6种替代物，使得最终浓度均为10mg/kg（理论称样量按照20g计算），将浓缩杯用锡纸包住杯口，放入平行浓缩仪内，35℃水浴，调节氮气压力为3～5psi，液面轻微波动即可，浓缩至约1mL，定容至1mL，稀释后气相色谱质谱仪检测。1个空白对照和6个重复平行。

3.3.3 真空浓缩

向200mL浓缩杯内放入100mL制备样品的空白萃取液，再加入64种混标和6种替代物，使得最终浓度均为10mg/kg（理论称样量按照20g计算），将浓缩杯放入平行真空浓缩仪内，压紧上盖，加热温度35℃，设置梯度浓缩条件见表1，浓缩至约1mL，定容至1mL，稀释后气相色谱质谱仪检测。1个空白对照和6个重复平行。

表1 平行真空浓缩仪浓缩条件

4 结果与讨论

4.1 三种萃取方法的优缺点比较

张理扬、周峥惠等对土壤前处理的多种萃取方法进行研究发现，温度、时间和溶剂的不同对半挥发性有机物的提取效率有着很大的影响。本研究为了保证方法间的可比性，统一选择仪器推荐最佳萃取条件和丙酮/正己烷混合溶液（1:1，v/v）为萃取溶剂。具体萃取结果见表2。

表2 三种萃取方法的优缺点比较（n=6）

由表2可知，索氏提取做为最经典的提取方法，有提取效率高、重复性好、成本低的优点，但耗时耗溶剂、自动化程度低、环境污染程度大，从高效环保的角度讲，已经逐渐被新型环保的方法所取代；超声波萃取效率的高低与萃取瓶直径的大小关系密切，分析可能与样品和溶剂的接触面积大小有关。较小直径的萃取瓶，样品堆积较厚，与溶剂的接触面较小，目标物不易被进入到溶剂中，而较大直径的萃取瓶，样品平铺于瓶底，与溶剂能充分接触，萃取效率较高，但此方法精密度较差，平行样间差异较大；加压流体萃取有高效环保和自动化程度高的优点，但设备成本较高。

4.2 三种浓缩方法的优缺点比较

徐凤丽、刘炜等研究发现，不同原理的浓缩方法、不同的溶剂选择、温度条件对样品在浓缩过程中的损耗程度不同。为了不同方法之间的可比性，本文选择仪器推荐的浓缩条件和相同体积的统一基体溶剂进行加标实验。具体结果见表3。

由表3可知，旋转蒸发仪操作简单、设备成本低，是各类实验室必备的常用浓缩仪器。旋转蒸发浓缩法目标物损耗小，但自动化程度低、样品处理量少，且平行样间精密度略差；常规氮吹仪自动化程度低、环境污染程度大，目前实验室使用较多的为平行浓缩仪氮吹法，可批量处理样品、自动化程度高，但目标物损耗较大，尤其对沸点较低的化合物，此方法效果不佳；真空浓缩为现阶段比较新型的一种浓缩方式，目标物损耗低、可批量处理样品，但设备成本较高。

表3 三种浓缩方法的优缺点比较（n=6）

5 结语

本研究通过对实验室常用的三种萃取方法和三种浓缩方法进行横向实验比较，结果表明，加压流体萃取法、真空浓缩法对土壤中64种半挥发性有机物的提取和浓缩效率高、精密度高、样品批处理能力强，但设备价格相对较高，对于具有稳定业务来源、较大规模的实验室可选用此类方法；索氏提取法、旋转蒸发浓缩的提取和浓缩效率较高、成本低，但自动化程度低、耗时长，对于业务量较小、初建或小型实验室可选用此类方法，即节约成本又能保证结果的准确性。不建议选用超声波萃取法，萃取效率不稳定，自动化程度低，不利于数据的稳定性和批量处理样品。