有机氯农药( OCPs) 是一类广泛存在于环境当中的持久性有机污染物,具有很强的毒性、致癌性和致畸变性,并且稳定性强,不易降解,可长期存在于土壤、地下水中[1].OCPs 已被禁用,但目前仍在环境介质中大量检出,对健康构成潜在威胁[2].因此被《POPs 公约》列入首批禁止或者限制使用的最具风险的持久性有机污染物之一,同时也是美国环境保护局列入的 129 种需要优先考虑的污染物[3].土壤中 OCPs 的提取方法有索氏提取法[4,5]、微波提取法[6]、超声波提取法[7],但这些方法都存在提取时间长,溶剂消耗大等特点,而采用加速溶剂萃取法可以在 20min 内完成,并且溶剂消耗少、萃取效率高,成为近几 年 研 究 的 热 点[8 -10],美 国 EPA Method3545A 也对常见的有机氯、有机磷和除草剂等有机物给出了推荐萃取条件[11].
本文采用优化的加速溶剂萃取法提取土壤中的 20 种有机氯,不用净化,直接利用气相色谱即可实现在 20 min 内将 20 种组份快速、良好的分离.该方法自动化程度高,减少了萃取时间和试剂用量,回收率满意.同时,对环境污染和人体的危害程度小,操作简便、灵敏度高、检出限低、精密度和准确度可靠,为实验室分析人员提供科学的分析依据.
1 实验部分
1. 1 仪器和试剂
Agilent 7890A 气 相 色 谱 仪,配 置 Agilent7693 自动进样器( 美国 Agilent) ; ASE - 300 加速溶剂萃取仪,配置 33 ml 萃 取 池 ( 美 国 DI-ONEX) ; Caliper TurboVap Ⅱ 型自动氮吹浓缩仪( 美国 Caliper) ; R205 旋转蒸发仪( 上海申生科技有限公司) .
石油醚、丙酮、二氯甲烷、正己烷: 均为色谱纯; 无水硫酸钠( AR) : 在400 ℃烘烤4 h,干燥器中冷却后使用; 硅藻土: 在 400 ℃烘烤 4 h,干燥器中冷却后使用; 弗罗里硅土小柱,C18小柱: Su-pelco,1 g /6 ml; 载气: 氮气,纯度大于 99. 999% .
标准物质: 20 种有机氯混标,α - BHC、β -BHC、γ - BHC、δ - BHC、七氯、艾氏剂、环氧七氯、顺式氯丹、反式氯丹、4,4'- DDE、4,4'-DDD、4,4'- DDT、硫丹 I、硫丹Ⅱ、狄氏剂、异狄氏剂、异狄氏剂醛、甲氧滴滴涕、硫丹硫酸酯、异狄氏剂酮,浓度为 2 000 mg/L,介质为正己烷∶甲苯 =50 ∶ 50,Restek 32415.
1. 2 气相色谱仪条件
DB - 1701 型色谱柱,30 m × 0. 32 mm ×0. 25 μm.柱温程序: 150 ℃保持1 min,以8 ℃ /min 升至 240 ℃,保留 0. 5 min,再以 3 ℃ /min 升至270 ℃ ,保留 5 min.柱流量 1. 0 ml / min.进样口温度: 205 ℃,进样方式为脉冲分流:
1 ∶ 20; 进样体积: 1 μl
检测器: μECD,300 ℃.
1. 3 土壤样品的制备
将采集的土壤样品混匀后,除去土壤样品中石子和动植物残体等异物,通过 60 目的尼龙筛,将过筛后的样品混匀后备用.称取一部分做含水率实验,剩余部分备用.
1. 4 样品预处理
1. 4. 1 加速溶剂萃取
称取 20 g 上述制备好的土样于干净的研钵中,加入适量硅藻土,混匀,使之呈均匀分散状态,装入 33 ml 的萃取池中.所用溶剂为二氯甲烷和丙酮的混合溶剂( 1 ∶ 1,V/V) ,温度 100 ℃,压力 1 500 Pa,加热 5 min,静止 10 min,循环 2次,ASE 收集瓶收集,萃取液待浓缩.
1. 4. 2 浓缩
将萃取液置于旋转蒸发瓶中,于 35 ℃旋蒸至近干,取下旋蒸瓶,用少量石油醚冲洗旋蒸瓶,加至浓缩管中,重复 2 ~3 次,放置于自动氮吹浓缩仪上进行浓缩,最终定容至 1. 0 ml.
1. 4. 3 净化
本实验所有土壤样品均未净化.对于如需净化的土壤样品,则将 SPE 小柱用溶剂淋洗活化,再将浓缩液上样,用适量溶剂进行洗脱,收集洗脱液,再次浓缩定容至 1. 0 ml,供色谱分析使用.
1. 5 绘制标准曲线
1. 5. 1 标准中间溶液的配制
用 1 000 μl 微量注射器准确吸取 1 000 μl浓度为 2 000 mg/L 的标准储备液于干燥洁净的10 ml 容量瓶中.用石油醚稀释至刻度,定容,摇匀.该混合溶液中各组份浓度为 200 mg/L 的一级中间使用液; 用 100 μl 微量注射器准确吸取 100 μl 一级中间液用石油醚定容至 10 ml,该混合液浓度为 2 mg/L 的二级混合液.
1. 5. 2 标准系列工作溶液的制备
分别取适量的上述二级混合液,配制成浓度为 3. 125、6. 250、12. 50、25. 00、50. 00、100. 00μg/L的系列标准工作溶液.以保留时间定性,以峰面积为纵坐标、浓度为横坐标绘制标准曲线.20 种组份的色谱分离图见图 1,其中各组份出峰顺序、保留时间、标准曲线回归方程及线性见表 1.
2 结果与讨论
2. 1 回收率的检验
2. 1. 1 ASE 提取效率的检验
以硅藻土为空白,分别用有机氯混合一级中间液 和 二 级 中 间 液 配 制 成 有 机 氯 浓 度 为0. 312 5、0. 625 0、1. 250 μg / kg 的基体加标样品,在设定的加速溶剂萃取参数条件下,提取后直接浓缩定容、色谱分析,测试提取回收率.由表 2 可见,回收率为 72. 8% ~ 111. 0%,能够较好满足实验精度的要求.
2. 1. 2 萃取条件的选择
实验证明,萃取温度、萃取溶剂及循环次数对于萃取效率影响较大,萃取压力等其他参数影响较小.萃取温度在60 ℃以下会造成萃取效率低,在 110 ℃以上会使有机氯分解,80 ℃比 100℃ 的萃取率整体偏低,因此选定萃取池炉温为100 ℃ ,见表 3.根据文献[11]中提供的方法,萃取溶剂采用二氯甲烷与丙酮混合液或者正己烷与丙酮混合液均可以达到较好的萃取效果,但考虑到在提取液浓缩时,用二氯甲烷要比正己烷快得多,因此采用了等体积的二氯甲烷和丙酮混合提取,取得了较好的效果; 在循环次数上采用循环 2 次提取可使回收率提高 10% ~ 20%,但是 3 次及 3 次以上差别不大,因此选定循环 2 次操作.
2. 1. 3 不同净化方案回收率的比较和优化
土壤基体复杂,选择不同填料的小柱对净化回收率有很大的影响.实验采用 2 种净化方案和不净化直接浓缩的方案进行验证比较,3 种方案的填料种类及用量、活化淋洗顺序及洗脱试剂的用法用量见表 4.其中,20 种有机氯组份的回收率分布情况见图 2.结果表明,3 种方案中,方案 1 和方案 2 回收率整体偏低,其中异狄氏剂醛在净化之后损失较大,回收率仅有 60% 左右; 而方案 3 不净化整体回收率较高,且操作简便,因此本实验采用方案 3.
2. 2 检出限的测定
2. 2. 1 仪器检出限
按照《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》( HJ 168 - 2010) 对方法检出限测定的要求,配制浓度为 3. 125 μg/L 的有机氯混合标准溶液,连续进样 7 次,测定各组份的标准偏差为0. 04 ~ 0. 18 μg / L,自由度为 6、单侧 99% 置信区间的 t 值为 3. 142,各组份的检出限为 0. 12 ~0. 57 μg / L,相对标准偏差为 0. 62% ~ 2. 54% ,说明仪器具有良好的稳定性.
2. 2. 2 方法检出限
以硅藻土为空白基体,配制有机氯浓度为0. 625 0 μg / kg 的加标样品,经提取净化和浓缩后,上机分析,连续测定 7 次进样,测定各组份的标准偏差为 0. 39 ~ 0. 99 μg/kg,自由度为 6、单侧 99%置信区间的 t 值为 3. 142,各组份的检出限为 1. 23 ~ 3. 11 μg/kg,相 对 标 准 偏 差 为 1. 91% ~4. 91%,结果见表 5.
2. 3 实际样品的方法回收率
测定了新疆部分地区的 80 个土壤样品,随机选取 10% 样品进行加标回收实验,加标量为1. 250 μg / kg,样品的回收率均为 60% ~ 120% ,最低为 62. 3%,最高为 119. 7%.
3 结语
在美国环保署原有的加速溶剂萃取的方法基础上,优化了土壤中有机氯快速溶剂萃取方法.该方法自动化程度高,操作简便,灵敏度高,检出限低,精密度和准确度可靠,符合实验室质量控制要求.同时,对环境的污染和人体的危害小,并为实验室人员提供了科学的分析依据.
参考文献:
[1] 邓爱华,冯国金. 植物性食品中有机氯农药残留量检测的前处理方法研究[J]. 分析测试学报,2010,29( 9) : 958 - 961.
[2] 张文君. POPs 公约简介[J]. 农药,2000,39( 10) : 43 -46.
[3] GAO H. J,JIANG X,WANG F,et al. Residual levels ofchlorinated POPs and estimation of their now input in agriculturesoils of Taihu Lake region[J]. Pedosphere,2005,15 ( 3 ) : 301 -309.
[4] EPA Method 3540C Soxhlet Extraction[S].
[5] EPA Method 3541 Automated Soxhlet Extraction[S].
[6] 汪雨,张玲金. 常压微波技术萃取土壤中有机氯农药[J].岩矿测试,2006,25( 1) : 15 - 18.
[7] 郎印海,蒋新,赵振华,等. 土壤中 13 种有机氯农药超声波提取方法研究[J]. 环境科学学报,2004,24( 2) : 291 - 296.
[8] 王玲玲,王潇磊,南淑清,等. ASE 提取土壤中有机氯的方法研究[J]. 中国环境监测,2006,22( 5) : 19 - 22.
[9] 宋春满,方敦煌,邓云龙,等. 土壤中 17 种有机氯农药残留量的毛细管气相色谱测定法[J]. 分析试验室,2007,26( 6) :41 - 43.
[10] 胡贞贞,沈国军,邵铁峰,等. 加速溶剂萃取-气相色谱-负化学源质谱法测定茶叶中有机氯和拟除虫菊酯类农药残留量[J]. 分析试验室,2009,28( 1) : 80 - 83.
[11] PA Method 3545A Pressurized Fluid Extraction ( PFE)[S].