加压流体萃取-气相色谱法测定土壤中丙烯酸

时间：2024-05-22

钟灿红，虞立辉，尹明

（宁波远大检测技术有限公司，宁波 315100）

丙烯酸是一种简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成无色澄清液体，带有特征的刺激性气味，具有较强的腐蚀性和中等毒性。丙烯酸可与水、醇、醚和氯仿互溶，是重要的有机合成原料及合成树脂单体，也是一种聚合速度非常快的乙烯类单体［1-2］。随着工业中丙烯酸的大量生产和使用，给周边的土壤环境造成了污染，因此研究一种快速测定土壤中丙烯酸含量的方法，对于精准地掌握丙烯酸在土壤中的浓度、保障土壤安全具有十分重要的意义。

为了科学评估和有效控制土壤中丙烯酸的污染，需依托准确且适用的检测方法。目前，我国尚未制定土壤中丙烯酸的检测方法，也鲜有该方面的文献报道。现阶段土壤前处理技术主要有索氏萃取法、超声波萃取法和加压流体萃取法［3-7］。其中，索氏萃取法萃取效率高，但自动化程度不高；超声波萃取法高效、节省溶剂，但萃取效率不高；而加压流体萃取法在保证了样品萃取效率的前提下，具有环保、自动化程度高等优点，特别适合用于大批量样品的处理。目前测定丙烯酸的方法主要有离子色谱法和气相色谱法［8-12］。气相色谱法是目前应用最广泛的有机物测定方法之一，其具有定性定量准确、灵敏度高以及干扰少等优点。笔者采用加压流体萃取技术处理样品，以氢火焰离子化检测器（FID）的气相色谱法测定土壤中丙烯酸的含量，从而了解土壤中丙烯酸污染状况，有助于科学评估和有效控制土壤中丙烯酸的污染。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

气相色谱仪：GC-2010 型，配有FID 检测器，岛津企业管理（中国）有限公司。

快速溶剂萃取仪：HPSE-E 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

凝胶渗透色谱：GPC600 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

浓缩仪：M10 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

电子天平：AL204 型，感量为0.01 mg，瑞士梅特勒托利多仪器（上海）有限公司。

丙酮：HPLC 级，上海沃凯化学试剂有限公司。

乙酸乙酯：HPLC 级，美国天地有限公司。

环己烷、无水硫酸钠：均为优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

硅藻土：化学纯，上海奉贤奉城试剂厂。

丙烯酸：色谱纯，质量分数为99.5%，西亚化学科技（山东）有限公司。

丙烯酸标准储备液：质量浓度为5 g/L，称取0.5 g 丙烯酸于100 mL 容量瓶中，用丙酮稀释并定容至标线。

样品：现场采集。

1.2 仪器工作条件

色谱柱：DB-WAX柱[30 m×0.32 mm，0.5 μm，安捷伦科技（中国）有限公司]；进样口温度：200 ℃；色谱柱流量：1.53 mL/min；柱箱升温程序：初始温度为120 ℃，保持2 min，以15 ℃/min 升温至200℃，保持2 min；FID 检测器温度：250 ℃；氢气流量：40.0 mL/min；空气流量：400 mL/min；尾吹扫流量：30.0 mL/min；进样方式：不分流进样；进样体积：1.0 μL。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品的采集和保存

按照HJ/T 166—2004 《土壤环境监测技术规范》的相关要求进行样品采集，将样品置于洁净的具塞磨口棕色玻璃瓶中保存，密封，避光，于4 ℃以下冷藏运输。

1.3.2 样品的制备

将采集的样品放在搪瓷盘或不锈钢盘上，混匀，除去枝棒、叶片、石子等异物，按照HJ/T 166—2004 《土壤环境监测技术规范》进行四分法粗分。新鲜土壤采用冻干机（约-50 ℃）下冻干4 h 左右，取适量混匀后的样品，放入真空冷冻干燥8 h 进行脱水，将冻干脱水后样品研磨、过筛、均化处理后，过0.42 mm（60 目）筛的细小颗粒。

1.3.3 样品处理与分析

（1）萃取。称取20 g 研磨好的土壤与硅藻土混合，放入快速溶剂萃取仪中进行萃取，选用丙酮萃取剂［6］。萃取条件：载气压力为0.8 Mpa，加热温度为100 ℃，萃取压力为8.27～13.79 MPa，预加热平衡为5 min，溶剂淋洗体积为60%池体积，氮气吹扫时间为60 s，静态萃取次数为1～2 次，条件设置完毕后，启动程序，仪器自动完成萃取。

（2）过滤和脱水。如果提取液中存在明显水分，需要进一步过滤和脱水。在玻璃漏斗上垫一层玻璃棉或玻璃纤维滤膜（使用前用丙酮清洗玻璃棉或玻璃纤维滤膜，待丙酮发干后，于具塞磨口玻璃瓶中密封保存），加入约5 g 无水硫酸钠，将提取液过滤至浓缩器皿中。再用少量丙酮洗涤提取容器3 次，洗涤液并入漏斗中过滤，再用少量丙酮冲洗漏斗，全部收集至浓缩器皿中，待浓缩。

（3）浓缩。采用旋转蒸发仪进行浓缩（水浴温度为40 ℃），将提取液浓缩至约2 mL，停止浓缩。用一次性滴管将浓缩液转移至标线浓缩器皿，并用少量丙酮将旋转蒸发瓶底部冲洗2 次，合并全部的浓缩液，再用氮吹浓缩至1 mL，待净化［14-15］。

（4）净化、定容。用凝胶渗透色谱流动相（乙酸乙酯和环己烷，体积比为1∶1）将浓缩后的提取液定容至凝胶渗透色谱仪定量环的体积，自动净化、收集流出液，再经氮吹将提取液浓缩定容。

（5）分析。定容后的样品同标准曲线的气相条件，用带氢火焰离子化检测器（FID）的气相色谱仪检测，以外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 提取方法的选择

分别选择加压流体萃取法、索氏提取法和超声波提取法对土壤中丙烯酸进行提取，3 种方法的提取步骤如下：

（1）加压流体萃取法。步骤见1.3.3，样品中加入60 μg 丙烯酸溶剂，同时做6 个平行样品。

（2）索氏提取法。准确称取6 组20 g（精确到0.001 g）已制备的样品，置于滤纸筒内，均加入60 μg 丙烯酸，将滤纸筒装入索氏提取套筒内，在500 mL 圆底烧瓶中加入200 mL 丙酮溶液、几粒玻璃珠，加热回流16 h，定容至200 mL。

（3）超声波萃取法。准确称取6 组10 g（精确到0.001 g）已制备的样品，置于40 mL 吹扫瓶内，加入60 μg 丙烯酸，再加入1 g 无水硫酸钠、15 mL丙酮溶液，将样品瓶放入超声波中超声30 min，取出离心后取上清液，重复超声2～3 次，合并上清液，定容至50 mL。

上述3 种方法的萃取结果见表1。

表1 3 种方法萃取结果

由表1 可知，索氏萃取法的萃取效率高、重复性好，但耗时耗溶剂，自动化程度低；超声波萃取法提取时时短、溶剂用量少，但萃取效率低、重复性差；而加压流体萃取法具有萃取效率高、重复性好和自动化程度高的优点。综合以上，选用加压流体萃取法对样品进行提取。

2.2 色谱柱的选择

分别比较了DB-1色谱柱[30 m×0.25 mm，0.25 μm，安捷伦科技（中国）有限公司]、DB-5 色谱柱[30 m×0.32 mm，0.25 μm，安捷伦科技（中国）有限公司]以及DB-WAX 色谱柱[30 m×0.32 mm，0.5 μm，安捷伦科技（中国）有限公司]的分析结果。试验结果表明，丙烯酸在DB-WAX 色谱柱上的色谱峰响应值最高，并且峰型尖锐对称，因此选择DB-WAX 色谱柱。

2.3 柱温的选择

试验了多种柱温升温程序对出峰的影响。试验结果表明，恒温会导致色谱峰拖尾，且分析时间过长；而升温过快又会导致溶剂峰和杂峰在目标峰附近。最终确定柱温升温程序：初始温度为120℃，保持2 min，以15 ℃/min 升温至200 ℃，保持2 min。在该柱温条件下的峰型尖锐对称，且无明显拖尾。

2.4 线性方程

取5 个5 mL 容量瓶，预先加入2 mL 丙酮溶剂，分别取适量的丙烯酸标准储备液，采用丙酮溶剂定容后混匀，配制成丙烯酸的质量浓度分别为20.0、50.0、100、150、200 mg/L 的系列标准工作溶液，以丙烯酸的质量浓度（x）为横坐标，对应的色谱峰面积（y）为纵坐标，绘制标准工作曲线，线性回归方程为y=239.2x+10.4，相关系数（r）为0.999 7，表明丙烯酸的质量浓度在20.0～200 mg/L 范围内与色谱峰面积的线性关系良好。

2.5 方法检出限

制备11 个低质量浓度的加标样品，经前处理后，在1.2 仪器工作条件下进行分析，测定结果的标准偏差（s）为0.8 μg。按照MDL=t（n-1，0.99）s进行计算［16］，当n=11 时，t=2.764 0，因此得方法的检出限为2 μg。当取样量为20 g 时，该方法的检出浓度为0.1 mg/kg。