加速溶剂萃取/固相萃取净化高效液相色谱质谱法测定土壤中16种多环芳烃的研究

滕云梅等

摘要 [目的] 为准确、快速测定土壤中多环芳烃（PAHs）。[方法] 以乙腈为溶剂，样品经加速溶剂萃取仪（ASE）萃取，提取液经除水、浓缩，再经Florisil柱净化，采用高效液相色谱-荧光-PDA二极管阵列测定土壤中16种PAHs。[结果] 该方法的检出限为0.41～3.97 μg/kg（以3倍性噪比计），加标水平为0.5～20.0 mg/L，基质加标回收率为81.3%～121.0%，相对标准偏差1.5%～8.8%。[结论]该方法有效去除杂质干扰，缩短前处理时间，具有高提取率、高回收率、良好的精密度、较高的准确度等优点，适用于土壤中PAHs的测定。

关键词 加速溶剂萃取；固相萃取净化；高效液相色谱；多环芳烃；土壤

中图分类号 S153.6 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）03-00723-03

Abstract [Objective] The research aimed to obtain accurate and rapid determination of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）in soil. [Method] Using acetonitrile as the solvent，16 polycyclic aromatic hydrocarbons were extracted by accelerated solvent extraction （ASE）. The extract was dehydrated and concentrated， and were purified by the Florisil solid phase extraction. [Result] The detection limits were 0.41-3.97 μg/kg. The recoveries of the spiked sample （0.5-20.0 mg/L） were 81.3%-121.0%， with relative standard deviations were 1.5%-8.8%. [Conclusion] The method effectively removed impurities， and reduced extremely the preprocessor time. It was concluded that the method had high recovery， high sensitivity and good reproducibility. The developed analytical method had been applied successfully to the determination of PAHs in soil.

Key words Accelerated solvent extraction； Solid phase extraction； High performance liquid chromatography； Polycyclic aromatic hydrocarbons； Soil

多环芳烃（PAHs）是100多种具有2个或2个以上苯环结构的一类持久性有机污染物[1]，具有高毒性、致癌性和高致突变性。PAHs主要来自人类活动的排放[2]，如煤、石油、柴油或汽油的不完全燃烧，一些处于高温的有机物质（500～800 ℃）或较低温度（100～300 ℃）下有机材料的燃烧也会生成PAHs[3]。自1961年Blumer在土壤中第一次发现PAHs以来，土壤中的PAHs就一直是国内外关注的热点之一[4]。PAHs具有低挥发性、低水溶性和生物降解困难等特点，所以PAHs可在土壤中長期持留且累积，对环境和人体健康造成危害[5]。美国环保署（EPA）已将萘、菲、荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽等16种PAHs确定为环境优先控制污染物，其中苯并[a]芘被指定为衡量PAHs总量的指标[6]。

分析PAHs的方法有很多，如气相色谱法（GC-FID）、气质联用法（GC-MS）和高效液相色谱法（RP-HPLC-UV/FLD）等[7]。土壤中PAHs的检测方法一般采用GC-MS或HPLC。HPLC适于分析检测高沸点不易挥发、热稳定性差（未衍生化）的有机化合物[8]。HPLC还具有分析过程不会破坏样品等优点，可做制备或收集单一组分进一步分析。与MS相比，荧光检测器（FID）检测PAHs具有高荧光量子产率，因此FID更适合定量检测土壤样品中的PAHs。FID的灵敏度比UV检测器高出20～320倍，比MS高出0.8～50.0倍[9]。所以，HPLC-FID法是检测土壤中PAHs的最适方法。

由于PAHs在土壤中为痕量水平，而且土壤成分复杂，基体干扰严重，因此在定量分析土壤样品中的PAHs之前，样品前处理步骤十分重要。一种具有好的净化、富集效果的前处理方法可以提高检测方法的灵敏度和选择性。目前用于土壤中PAHs的前处理方法有索式抽提法、微波辅助萃取法（MAE）、超声波提取（UE）、加压溶剂萃取（PLE）、 加速溶剂萃取（ASE）、固相萃取（SPE）、超临界流体萃取（SFE）等。对于土壤中16种PAHs的提取，ASE优于MAE和索式抽提法。SPE法用于土壤中PAHs的前处理，具有操作简单、灵敏度高（检出限为0.02～11.0ng/g）和准确性高（回收率大于77%）等优点。

笔者采用ASE-SPE前处理方法和HPLC-FID检测法进行土壤中PAHs的分析检测，旨在提高分析物的回收率、精度和灵敏度。该方法简单、可靠，可作为土壤中PAHs检测的常规方法。

1 材料与方法

1.1 样品的前处理。

1.1.1 采样及保存。土壤样品利用箱式采泥器采集。樣品采集后迅速装入玻璃采样瓶中，在4 ℃以下冷藏运输，前处理应在2 d内完成，萃取后的样品在14 d内完成分析（0 ℃下避光）。

1.1.2 提取与净化。准确称取10 g干燥土样，用6～7 g硅藻土混匀。装入33 ml萃取池，并用大量硅藻土填满剩余样品池空间，旋紧池盖，根据萃取条件进行提取。萃取液经无水硫酸钠脱水、氮吹浓缩并转溶剂为正己烷，用硅胶小柱进行净化，再用6 ml二氯甲烷-丙酮（90∶10，V/V）分3次洗脱。洗脱液全部收集合并后氮吹浓缩，氮吹仪水浴温度≤50 ℃，全过程不能吹干。样品溶液最终转成乙腈介质，定容1 ml，密封，上机分析。

1.2 试验条件

1.2.1 加速溶剂萃取条件的选择[1]。参照EPA 3545方法，新鲜土样经过硅藻土充分混匀分散后，进行加速溶剂萃取。

1.2.1.1 最佳萃取液的选择。

考虑与实际分析土壤样品浓度相近，在石英沙样品中加入0.2 mg/L 标准溶液后分别用5种溶剂（丙酮、环己烷、CH2Cl2、1∶1CH2Cl2和丙酮、1∶1丙酮和正己烷，分别以a～e表示） 进行加速溶剂提取（100 ℃，5 min，1 500 psi）。16种PAHs 为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并（a）蒽、屈、苯并（b）荧蒽、苯并（k）荧蒽、苯并（a）芘、二苯并（a，h）蒽、苯并（g， h， i）苝、茚并（1， 2， 3-cd）芘，分别以1～16表示。

由图1可知，CH2Cl2 丙酮、混合液提取的回收率在62%～150%，正己烷、丙酮混合液的回收率在60%～130%。对所研究的16 种PAHs而言，CH2Cl2、丙酮混合液提取效率最高，提取总量（ΣPAHs）达325 mg/kg，对不同PAHs 提取的回收率也较一致。其他2种溶剂的提取ΣPAHs 分别为270 和285 mg/kg，且不同PAHs 之间的回收率差别也较大。该结果与有关文献的报道[2]一致。丙酮和CH2Cl2的强亲核性质有利于与土壤颗粒竞争具有较大电子密度和强亲核性的PAHs。丙酮对PAHs的强溶解能力则有利于PAHs进入液相。

1.2.1.2 最佳萃取温度的选择。

萃取溶剂采用二氯甲烷/丙酮混合液（体积比为1∶1）[3]。取5份石英砂，加入等量的标准储备液，分别于100、120、140、160和180 ℃萃取，系统压力10 MPa，加热时间5 min，氮气吹扫100 s，循环2次。由图2可知，PAHs的平均回收率随萃取温度的增加而提高，140 ℃时达到最大值，之后开始下降，由此确定最佳萃取温度为140 ℃。这与相关研究结果[4]一致 。

参照EPA 3545方法，新鲜土样经过硅藻土充分混匀分散后，进行加速溶剂萃取。ASE法的最佳萃取条件为：系统压力10 MPa；萃取温度140 ℃；加热时间5 min；静态萃取时间5 min；氮气吹扫100 s，循环2次。

1.2.2 硅胶柱净化条件。影响SPE净化的因素主要有过柱流量和淋洗液体积。分析物的回收率与淋洗液体积、流量呈反比，因而控制流量为5 ml/min[5] 。对于富集在萃取柱上的少量PAHs，为了确保淋洗彻底，改变淋洗液体积，绘制淋洗曲线。由图3可知，当淋洗液体积为5 ml时，回收的PAHs总质量已稳定。参照EPA 3630方法，选用正己烷为溶剂介质，流速小于5 ml/min。

3 结论

（1）通过对加速溶剂提取条件、ASE萃取条件、SPE净化条件、氮吹温度的优化，找出最优组合，提高土壤中多环芳烃的萃取效率。