土壤挥发性有机物的提取探索

摘要：环境污染的日益严峻，给人们身体健康带来威胁，为此，如何控制环境污染，成为国家当前面临的重要问题。其中，土壤内的挥发性有机物VOCs是导致大气污染、威胁人们健康的重要因素。然而，土壤中的VOCs残留浓度较低，难以提取，为专家学者研究VOCs并控制带来困难。

关键词：土壤;挥发性有机物;提取方式

中图分类号：X833 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.071

Abstract：The increasingly serious environmental pollution has brought threat to peoples health. Therefore， how to control environmental pollution has become an important issue facing the country.Among them， volatile organic compounds （VOCs） in soil are important factors that lead to air pollution and threaten peoples health. However， the residual concentration of VOCs in soil is very low， which makes it difficult for experts and scholars to study and control VOCs.

Key words：Soil;Volatile organic compounds;Extraction method

VOCs来源非常广泛，却因土壤样品内VOCs残留浓度非常低，且VOCs具有较强挥发性，所以，选择最佳提取方式，减小VOCs的挥发，降低错误来源，增强分析的灵敏性，对控制环境污染非常重要。近些年，我国工业与农业发展迅猛，各类机溶剂、塑料橡胶、杀虫剂、石油等的大量使用，土壤内有机污染物种类不断增多，传统的有机物提取方式已经很难满足需求[1]。对此，本文针对土壤内VOCs的提取展开阐述。

1 土壤内挥发性有机物的概述

对于VOCs，不同国家的专业领域对其的认知存在一定差异，欧盟的溶剂排放标准中，对VOCs的定义为：在常温293.15K（20℃）下，蒸气压不小于10Pa，或者特定条件下有机化合物拥有挥发性，沸点处于15～220℃。澳大利亚溶剂标准中对VOCs定义为：有机化合物沸点低于200℃。世界卫生组织定义，土壤内VOCs主要是指沸点在50～250℃之间，室温饱和下，蒸气压不低于133.32Pa，常温下为蒸气形式的有机化合物。

依照化学结构不同，可将VOCs划分为八类，分别是芳烃、烷烃、卤烃、烯、醛、酯、酮、其他。如：常见氟利昂、苯系物等。VOCs对人类身体的影响明显，当居住室内VOCs的浓度达到一定量，人们会在短时间出现头痛、四肢乏力、恶心呕吐等症状，严重时，会出现抽搐、记忆力减退甚至昏迷症状[2]。VOCs存在空气中，伤害着人类的大脑、肝脏、肾脏、神经等，其中，主要刺激人类的皮肤、呼吸道与眼睛，且包含诸多致癌物，因此各国对VOCs污染非常重视。

2 土壤内挥发性有机物的前处理方式

当前，在国内外对土壤内VOCs的测定中，前处理方式拥有多种类型，其中，萃取法、吹掃捕集法以及静态顶空法最为常见。

2.1 萃取法

土壤样品通过萃取，被测痕量的组分被浓缩，方法灵敏度提升，最小检测的极限降低，干扰VOCs测定的基体消除。缺陷在于，需要手工萃取，劳动强度高、操作繁琐、时间周期较长、容易损失。如：振荡提取作为常见萃取法，主要通过反复摇动样品，使固态样品和有机溶剂混合，污染物由土壤样品进入提取溶液内，便于土壤内VOCs的提取。加压流体萃取，将溶液泵放入含有土壤样品的萃取池，通过升温加压，萃取物由加热萃取池内输送至收集瓶，以供人们分析[3]。

2.2 吹扫捕集法

吹扫捕集主要是在土壤溶液样品内通入惰性气体，将分析的VOCs组分全部吹扫，通过吸附剂富集，后加热吸附剂，使被吸附组分脱离吸附剂，以载气将组分带入气相色谱柱。该方法优点在于：样品前处理不需要机溶剂，不会为环境带来二次污染，且取量少、基本不受基体干扰、富集高效、能够在线检测。缺陷在于，吹扫过程中可能引入杂质，吸附剂吸附性具有选择性，容易产生泡沫，导致仪器设备超载，吹出VOCs组分，同时含有水蒸气，不利于下次吸附。

2.3 静态顶空法

静态顶空主要通过间接方式对固态样品或液态样品内VOCs测定。通过对顶空瓶内样品进行加热，将样品内VOCs挥发，以气液平衡这一原理，在恒温平衡状态，在液气两相内，VOCs浓度达到一定比例，对顶空瓶内的气相浓度详细测定，以此得出样品内VOCs的原始浓度。其优势在于，样品处理较为简单，干扰少，操作便利，且不使用有机溶液，不用特殊设备，即可实现测定自动化。因此，静态顶空法广泛被应用。

3 土壤挥发性有机物的提取实验

3.1 VOCs提取实验

对于土壤样品内的VOCs，选择使用100%甲醇提取，通过充分振荡、静置，后在饱和食盐水内稀释，通过顶空取样，配合气相色谱质谱联用仪检测，以此构建一种高效提取法，为人们提取土壤内的VOCs提供参考。

3.1.1 实验仪器与实验试剂

在土壤内VOCs的提取实验中，使用的仪器设备主要有：气相色谱质谱仪、毛细管色谱柱、压盖器、顶空瓶、全自动顶空进样器、气密性注射器、振荡器等。使用的实验试剂主要有：53种VOCs混标（502/524）溶液、氟苯、替代物混标（502/524）溶液，所有溶液的含量都为2000μg/mL。浓度为99.999%的氦气、超纯水与甲醇，直径低于2mm的玻璃珠。优级纯NaCl放入450℃马弗炉4h，后放进干燥器中待用，避免与空气接触。

3.1.2 中间溶液配制与样品前处理

选择两个2mL带聚四氟乙烯密封样品瓶，在其内配制53种VOCs混标溶液，分别为20mg/L与200mg/L。向200mg/L之内融入替代物混标溶液，放置在零下18℃下保存，等待备用。

选择一种标准土壤样品，CRM628-030，称取2g样品，放入10mL容量的顶空瓶，添加100%浓度甲醇4mL，放置在振荡器震荡，60min后，静置溶液。取出上清液0.5mL，放置在20mL容量的顶空瓶，和其内的饱和溶液NaCl融合为10mL混合溶液，添加内标20μL、替代物中间溶液，压盖封实。依照优化之后仪器作业条件，对试样溶液内各组分浓度测量。

3.1.3 顶空条件与气相色谱测定条件

在实验过程中，条件营造非常重要。首先，在顶空时，载体压力应控制在114.45kPa，载气选择氦气，瓶区温度应控制在80℃，LOOP环的温度应控制在90℃，传输线的温度应控制在150℃。GC循环45min，瓶子震荡30min，加压0.08min，LOOP环在0.5min充满，在0.15min内平衡，之后在1min内注射。其次，气相色谱测量时，载气为氦气，柱流柱的恒速为1mL/min，进样口时，温度为150℃最佳，接口的温度为235℃较为适宜，柱温的初试温度为40℃，5min后柱温以每分钟6℃的速度上升，达到150℃后，每分钟5℃上升，达到210℃，柱温在240℃停留2min。分流比为10：1。最后，质谱测量时，EI离子源70eV，离子源温度应控制在230℃、四级杆的温度在150℃，EMV在2235V，以SIM扫描，溶剂延迟时间在5min。

3.2 VOCs提取实验的结果

在本次提取VOCs时，比较酸化提取效率与不酸化提取效率，分别采用浓度为2.5%的甲醇、2.5%的甲醇+pH<2硫酸调节，提取结果如表1所示，受篇幅影响，文章仅写出部分数据。比较实验结果和标准土壤的参考值，对置信区间与预测区间符合的化合物综合分析。由表1数据可知，不酸化下，提取置信區间与预测区间化合物8中，酸化之后，提取化合物为6个，可见，酸化对提取效果带来的影响并不大，因此，使用2.5%浓度甲醇提取样品内的VOCs。实验时，样品CRM628-030认证时，采取强大统计程序，所附证书给出置信区间、预测区间各一个，依照两个给定区间展开数据分析。

在实验中，比较不同甲醇浓度下（2.5%、5%、100%）提取效果。结果为：选择2.5%浓度的甲醇，达到的化合物8个;5%浓度的甲醇，达到的化合物10个，100%浓度的甲醇，达到的化合物17个。结果表明，100%甲醇浓度下，提取VOCs结果的效率最佳。

参考文献

[1]王飞，苏广玉.土壤中半挥发性有机物提取方法概述[J].建筑工程技术与设计，2018（19）：102-103.

[2]李兵兵.土壤中半挥发性有机物前处理方法探讨[J].全面腐蚀控制，2020，34（01）：55-56+126.

[3]黄振中.土壤中半挥发性有机物前处理方法探析[J].资源节约与环保，2016（10）：181.

[4]莫达松，罗平，梁勇，等.土壤中挥发性有机物提取方法的研究现状[J].企业科技与发展，2012（24）：24-26.

收稿日期：2020-08-21

作者简介：张金亮（1985-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为环境监测与评价咨询。