詹　淼, 沈　辰,朱路平, 汪玲玲, 王利軍

(1.上海第二工業(yè)大學(xué)上海電子廢棄物資源化產(chǎn)學(xué)研合作開發(fā)中心,上海201209;2.上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院,上海201209;3.深圳華測(cè)檢測(cè)上海分公司,上海201209)

微波輔助萃取——?dú)庀嗌V法分析土壤中有機(jī)氯

詹淼1,2, 沈辰3,朱路平1,2, 汪玲玲2, 王利軍2

(1.上海第二工業(yè)大學(xué)上海電子廢棄物資源化產(chǎn)學(xué)研合作開發(fā)中心,上海201209;2.上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院,上海201209;3.深圳華測(cè)檢測(cè)上海分公司,上海201209)

利用微波輔助萃取(MAE)CARB-NH2柱(由等量的石墨化碳(CARB)和氨基(NH2)裝填而成)凈化以及氣相色譜法-電子捕獲檢測(cè)器(GC-ECD)對(duì)土壤樣品中的微量半揮發(fā)性有機(jī)氯(OCPs)進(jìn)行了檢測(cè)研究。通過考察提取劑、洗脫劑、微波提取時(shí)間以及不同固相萃取(SPE)柱的凈化等前處理過程對(duì)萃取效果的影響,獲得了以微波輔助萃取為核心的最優(yōu)前處理方法,實(shí)現(xiàn)了有機(jī)氯的萃取回收和檢測(cè),其對(duì)有機(jī)氯的回收率為89.2%～104.7%,檢出限為0.8～2.9 ng/g。該方法對(duì)實(shí)際土樣的檢測(cè)也能得到良好的檢測(cè)效果,有望為大批量樣品的檢測(cè)提供參考。

微波輔助萃取;氣相色譜;前處理;有機(jī)氯

0　引言

微波輔助萃取(Microwave Assisted Extraction, MAE)是把微波與普通的萃取技術(shù)結(jié)合起來并且大幅度提高萃取效率的萃取技術(shù)[1],早在1986年就有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道,Richard Gedye等用民用微波爐通過設(shè)定相關(guān)參數(shù)只用了5 min就達(dá)到了液-液萃取十幾個(gè)小時(shí)的萃取效果[2]。MAE與傳統(tǒng)的索氏抽提(Soxhlet Extraction)、超聲波萃取(Ultrasonic Extraction)等方法相比具有節(jié)省溶劑、重現(xiàn)性好、操作簡(jiǎn)便、操作對(duì)人體傷害小及用時(shí)少等諸多優(yōu)點(diǎn),成為越來越受到關(guān)注的新型萃取方法[3-4],在精細(xì)化工,醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)、土壤樣品的有機(jī)物測(cè)定等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[5-8]。隨著科技進(jìn)步、色譜技術(shù)的發(fā)展與普及,儀器的功能越來越強(qiáng)大,使得痕量物質(zhì)的精確測(cè)量成為可能。但是,樣品的前處理對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較大,已成為測(cè)試結(jié)果可靠性的關(guān)鍵影響因素之一。土壤樣品成分復(fù)雜,各種物質(zhì)之間相互干擾,對(duì)有機(jī)氯(OCPs)的定性定量存在一定的干擾,合適的前處理方法需要進(jìn)一步探討[9]。目前對(duì)于土壤樣品中的OCPs提取主要是利用超聲、震蕩和索氏方法。本文從氣相色譜法(GC)的條件、微波提取的混合溶液、凈化柱,洗脫體積、微波時(shí)間等方面對(duì)微波輔助萃取和測(cè)定土壤中OCPs的方法進(jìn)行優(yōu)化,獲得了最佳的前處理?xiàng)l件。該測(cè)定方法操作簡(jiǎn)單、快速、回收率高、精密度好、檢出限較低、檢測(cè)周期短,方便實(shí)用,是適合大批量樣品的分析方法。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.1.1儀器

氣相色譜法-電子捕獲檢測(cè)器(GC-ECD)：日本島津QP2010,AOC-20s自動(dòng)進(jìn)樣器,色譜柱為VF-17MS毛細(xì)管柱,30 m×0.25 mm×0.25μm。微波萃取儀：美國CEM公司MARS5高通量密閉消解系統(tǒng)。氮吹儀：KL512型12管水浴加熱氮吹儀,北京康林科技有限責(zé)任公司。實(shí)驗(yàn)中的玻璃器皿都先用鉻酸清洗,然后用丙酮潤洗烘干,帶刻度的玻璃器皿自然風(fēng)干以防止刻度不準(zhǔn)。

1.1.2試劑

正己烷、丙酮、二氯甲烷均為農(nóng)殘級(jí),無水硫酸鈉(使用前需要在烘箱里150°C烘3 h),分析純,購買自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。8種有機(jī)氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(包括p,p′-DDE、p,p′-DDD、o, p′-DDT、p,p′-DDT、α-666、β-666、γ-666、δ-666分別標(biāo)記為OCP-1、OCP-2、OCP-3、OCP-4、OCP-5、OCP-6、OCP-7、OCP-8)購買自中國國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.2實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1樣品前處理方法

將土壤樣品放置在干燥通風(fēng)的環(huán)境里自然晾干,再由馬弗爐450°C烘3 h。研磨,過0.45 mm孔徑的篩子并取細(xì)樣待分析。稱取5.00 g細(xì)樣與5.00 g無水硫酸鈉于微波管中,并加入提取劑。密閉后放入微波萃取儀微波30 min。待微波結(jié)束,轉(zhuǎn)移液體到旋蒸瓶里旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,CARB-NH2柱(由等量的石墨化碳(CARB)和氨基(NH2)裝填而成)凈化用正己烷/丙酮混合溶液(體積比為4：1)活化柱子,然后轉(zhuǎn)移樣品開始凈化,用洗脫劑洗脫,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,轉(zhuǎn)移到離心管氮吹至0.5 mL左右,用正己烷定容到1.0 mL。轉(zhuǎn)移到安捷倫小瓶待測(cè)。

1.2.2GC條件

進(jìn)樣口溫度250°C,采用分流進(jìn)樣的方式,以N2作為載氣?？偭髁勘３?.0 mL/min,分流比為10：1,隔墊吹掃流量為3.0 mL/min。壓力控制模式下的壓力變化為0～5 min從75 kPa升至95 kPa保持2 min, 5～12 min從95 kPa升至100 kPa保持30 min。色譜柱初始溫度為160°C保持2 min,以5°C/min的速度升溫到220°C,再以25°C/min的速度升溫到240°C保持18 min。ECD作為檢測(cè)器,溫度設(shè)置為250°C。

1.2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

分別移取0.01、0.02、0.04、0.10、0.20 mL濃度為10.0μg/mL的有機(jī)氯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于2 mL容量瓶中,用正己烷稀釋至刻度,配制成質(zhì)量濃度為50、100、200、500、1 000 ng/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,以峰面積對(duì)質(zhì)量濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.4標(biāo)準(zhǔn)色譜峰

配好的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,在上述色譜條件下,8種有機(jī)氯均得到較好的分離,自左向右分別是OCP-5、OCP-6、OCP-7、OCP-8、OCP-2、OCP-1、OCP-4、OCP-3。標(biāo)準(zhǔn)色譜圖見圖1。

圖1　有機(jī)氯的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖Fig.1 Standard chromatogram of OCPs

1.3前處理方法探討與優(yōu)化

1.3.1提取液的選擇

土壤中的有機(jī)物種類復(fù)雜,提取液選擇是回收率的重要影響因素,為了盡可能完全地提取,把極性與非極性溶液按照一定的比例配成新的混合溶劑可能會(huì)取得更好的效果,實(shí)現(xiàn)更高的提取率[10]。本文將25 mL正己烷、丙酮、正己烷/丙酮混合溶液(體積比為1：3)、正己烷/丙酮混合溶液(體積比為1：1)和正己烷/丙酮混合溶液(體積比為3：1)分別標(biāo)記為A、B、C、D、E,控制其他條件相同,用這5種溶液分別進(jìn)行提取,通過比較回收率來確定最佳的提取液,并以此為基礎(chǔ)確定后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提取劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,可見,用混合溶液D作為提取劑相對(duì)較好。正己烷單獨(dú)作為萃取劑時(shí)萃取效果差,這是因?yàn)檎和槭欠菢O性的有機(jī)溶液,接受微波的能力較弱,微波輔助萃取不能有效地增加其對(duì)土壤中有機(jī)氯的提取。而用丙酮單獨(dú)作為萃取劑時(shí),雖然萃取的有機(jī)氯回收率較高,但是色譜圖雜峰多、干擾大。分析正己烷與丙酮不同比例的混合溶液發(fā)現(xiàn),用混合溶液D萃取除了OCP-8的回收率不如混合溶液D外,其他的7種有機(jī)氯回收率均是最高的,在100%上下浮動(dòng)。

圖2　不同提取液對(duì)有機(jī)氯回收率的關(guān)系圖Fig.2 The recovery curve of OCPs to different extracting solution

1.3.2固相萃取(SPE)柱的選擇

用正己烷/丙酮混合溶液(體積比為4：1)活化CARB-NH2柱、正己烷/丙酮混合溶液(體積比為1：1)活化C18柱、二氯甲烷/丙酮混合溶液(體積比1：1)活化Florisil(弗羅里硅土)柱,然后直接加混合標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL,繼續(xù)用活化用的混合試劑進(jìn)行洗脫,直至洗脫溶劑的體積收集到20.0 mL左右,懸轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,轉(zhuǎn)移至離心管,氮吹至0.5 mL以下,用正己烷定容到1.0 mL。

從圖3中可以看到：C18柱作為凈化柱的效果不理想,回收率普遍偏低,這可能是因?yàn)镃18柱對(duì)8種有機(jī)氯有較強(qiáng)的吸附作用,難以洗脫下來;而弗羅里硅土柱的凈化結(jié)果是回收率普遍偏高,這可能是因?yàn)楦チ_里硅土柱在洗脫的時(shí)候,不僅僅8種有機(jī)氯被洗脫下來,還有其他的雜質(zhì)一并被洗脫下來,并且這些雜質(zhì)與目標(biāo)物的峰重疊,致使雜質(zhì)峰被誤判為了農(nóng)藥。所以通過比較回收率以及色譜圖的峰型狀態(tài),選擇CARB-NH2柱作為凈化柱。

圖3　不同SPE柱對(duì)有機(jī)氯回收率的關(guān)系圖Fig.3 The recovery curve of OCPs to different SPE

1.3.3洗脫體積變化的影響

將含有8種有機(jī)氯農(nóng)藥100 ng的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液溶解到1.0 mL正己烷中,過CARB-NH2柱凈化,然后用正己烷/丙酮混合溶液(體積比為4：1)洗脫。洗脫體積10.0、20.0、30.0、40.0、50.0 mL,分別懸蒸,溫和氮?dú)庀碌抵?.5 mL以下,用正己烷定容到1.0 mL,在GC-ECD上面分析,得到8種有機(jī)氯的洗脫曲線如圖4所示。

圖4　有機(jī)氯洗脫曲線Fig.4 The elution curve of OCPs

隨著洗脫溶液的增加,回收率有逐漸增加的趨勢(shì),30.0 mL時(shí)回收率均達(dá)到或接近100%。將洗脫溶液定在30.0 mL是可靠的,節(jié)省溶劑的同時(shí),還縮短了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的周期,適合大規(guī)模的樣品檢測(cè)。

圖5　提取時(shí)間對(duì)有機(jī)氯回收率的影響Fig.5 Effection of extracting time to the recovery of OCPs

1.3.4微波提取時(shí)間的比較

微波提取時(shí)間是微波萃取的關(guān)鍵控制因素,依據(jù)溶劑極性的不同,微波可以直接加熱極性物質(zhì)[11],達(dá)成熱量傳遞,這些有機(jī)氯被加熱,溫度升高,溶解加快,但是隨著溫度不斷升高,又存在分解風(fēng)險(xiǎn),所以微波提取時(shí)間如果控制不好將直接影響回收率。本文用正己烷/丙酮混合溶液(體積比為1：1)25.0 mL,5.00 g空白土樣+5.00 g無水Na2SO4,然后直接加混合標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL,并在微波管里進(jìn)行微波處理,設(shè)置為800 W,采用溫度爬坡模式,10 min升溫到120°C,保持10～50 min,研究微波時(shí)間對(duì)有機(jī)氯提取效果的影響。提取時(shí)間對(duì)有機(jī)氯回收率的影響圖譜如圖5所示。結(jié)果表明,8種有機(jī)氯的回收率在一定時(shí)間內(nèi)隨著提取時(shí)間的增加而提高(10～40 min),但是提取時(shí)間過長,超過50 min有機(jī)氯的回收率會(huì)有所下降。OCP-3、OCP-4的回收率在50 min的時(shí)候下降明顯,OCP-1、OCP-6、OCP-7、OCP-8較為穩(wěn)定,回收率的變化不大。綜合這8種有機(jī)氯的回收率整體考慮,最優(yōu)提取時(shí)間為30min,8種有機(jī)氯的回收率在88.4%～104.9%之間,完全滿足大批量樣品分析的要求。

1.4準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)

在空白土壤樣品中加入一定量的8種有機(jī)氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照本方法進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn),測(cè)5次,分別計(jì)算加標(biāo)回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和檢測(cè)限。

從表1中可以看到,加標(biāo)回收率為89.2%～104.7%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.9%～5.8%,檢出限為0.8～2.9 ng/g。說明本方法的準(zhǔn)確度和精密度良好,檢出限較低,能夠滿足土壤中8種有機(jī)氯殘留分析要求。

表1　準(zhǔn)確度精密度實(shí)驗(yàn)(n=5)Tab.1 Experiment of accuracy and precision

采用MAE/GC-ECD法對(duì)土壤中8種有機(jī)氯進(jìn)行了測(cè)定,研究了不同提取溶液的萃取、不同固相柱的凈化、洗脫劑體積,以及微波提取時(shí)間對(duì)土壤中有機(jī)氯萃取的效果。結(jié)果表明,最優(yōu)萃取條件為：正己烷/丙酮混合溶液(體積比為1：1)為提取劑, CARB-NH2為凈化柱,30.0 mL正己烷/丙酮混合溶液(體積比為4：1)進(jìn)行洗脫,微波時(shí)間為30 min,可以獲得最佳萃取和測(cè)試效果。該方法的線性范圍為10～200 ng/g,檢出限為0.8～2.9 ng/g,并且測(cè)試周期短,結(jié)果可靠,可為大批量樣品的檢測(cè)提供參考。

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Analysis of OCPs in the Soil with the Method of Microwave Assisted Extraction-Gas Chromatography

ZHAN Miao1,2,SHEN Chen3,ZHU Lu-ping1,2,WANG Ling-ling2,WANG Li-jun2
(1.Shanghai Cooperative Centre for WEEE Recycling,Shanghai Second Polytechnic University,Shanghai 201209, P.R.China;2.School of Environmental and Materials Engineering,Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209,P.R.China;3.Shanghai Branch of CTI,Shanghai 201209,P.R.China)

The OCPs in the soil have been detected by using microwave assisted extraction(MAE)and GC-ECD.By investigating the effects of the extraction agent,dosage of eluent,microwave extraction time,the type of solid phase extraction(SPE)column,and so on,on the extraction efficiency of the OCPs in the soil,a new optimal pre-treatment method,which takes microwave assisted extraction as the core,has been obtained.This method implements the OCPs extraction recovery and detection.Its recovery of OCPs are 89.2%—104.7%,and the detection limit of OCPs is 0.8—2.9 ng/g.A good detection effect also can be obtained by using this method to detect the real water samples,which is expected to provide reference for the detection of bulk samples.

microwave assisted extraction(MAE);gas chromatography(GC);pre-treatment;OCPs

O656

A

1001-4543(2015)04-0298-05

2015-06-29

汪玲玲(1982—),女,安徽黃山人,副教授,博士,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境友好功能材料。電子郵箱llwang@sspu.edu.cn。

上海電子廢棄物資源化產(chǎn)學(xué)研合作開發(fā)中心開發(fā)、開放基金(No.B50ZS120003B-10)、上海第二工業(yè)大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(No.XXKYS1401)資助