一种提高高含水率土壤样品中多环芳烃检测速率的方法与流程

1.本发明属于多环芳烃测定技术领域，特别涉及一种提高高含水率土壤样品中多环芳烃检测速率的方法。


背景技术：

2.现有的土壤中多环芳烃检测标准《hj834
‑
2017土壤和沉积物半挥发性有机物的测定气相色谱
‑
质谱法》和《hj805
‑
2016土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱
‑
质谱法》，针对高含水率土壤样品的前处理方法为冻干法与无水硫酸钠干燥法。
3.冻干法：将土壤样品放入冻干机中冻干一般至少24h。耗时长，耗电量大，加标回收率不容易控制。
4.无水硫酸钠干燥法：将土壤样品与无水硫酸钠一起研磨萃取，或者针对提取液用无水硫酸钠脱水。土壤样品与无水硫酸钠一起研磨萃取法不适用于快速溶剂萃取法萃取，无水硫酸钠在管路温度低时会析出堵塞萃取管路；提取液用无水硫酸钠脱水方法标准上要求取土壤样品20g，无水硫酸钠使用量约为5g，在方便目标物洗脱的情况下，水分不完全穿透无水硫酸钠，可以去除2～3ml水，只适用于含水率低于15％的土壤样品；如果土壤样品含水率高，水分则会穿透无水硫酸钠造成无水硫酸钠板结，后续无法对目标物洗脱；如果对除水不彻底的萃取液再进行二次处理，一会增加工作量，二会严重降低样品回收率；如果提高无水硫酸钠的使用量则会增加目标物的洗脱难度和洗脱液的使用量，同时也会降低目标物的回收率，另外无水硫酸钠是一次性消耗品，无法回收利用，会增加检测成本。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明公开了一种提高高含水率土壤样品中多环芳烃检测速率的方法，包括以下步骤：
6.对土壤样品进行预处理；
7.将所述土壤样品与硅藻土搅拌均匀，加入替代物和萃取剂进行萃取处理，得到样品提取液；
8.对所述样品提取液进行脱水处理；
9.对脱水处理后的所述样品提取液进行二次脱水处理和净化处理；
10.对二次脱水处理和净化处理后的所述样品提取液进行浓缩处理，得到包含多环芳烃的待测样品溶液；
11.向所述待测样品溶液中加入内标物，检测多环芳烃的含量。
12.更进一步地，所述对土壤样品进行预处理包括以下步骤：
13.采取土壤样品，剔除土壤样品中的杂草和石子，放在棕色玻璃瓶内密封；
14.将所述土壤样品置于搪瓷或玻璃托盘中，再除去枝棒和叶片，充分混合均匀。
15.更进一步地，所述萃取剂是体积比为1:1的正己烷和丙酮混合溶剂。
16.更进一步地，所述对所述样品提取液进行脱水处理包括以下步骤：
17.步骤1：将所述样品提取液氮吹或旋蒸至3～5ml；
18.步骤2：向所述样品提取液中加入正己烷10～20ml，继续氮吹或旋蒸至3～5ml，步骤1和步骤2重复操作2次后，将所述样品提取液氮吹或旋蒸至1.5～2.5ml；
19.步骤3：将步骤2得到的所述样品提取液采用分液漏斗或者巴士滴管去除水分。
20.更进一步地，所述对脱水处理后的所述样品提取液进行二次脱水处理和净化处理包括以下步骤：
21.使用无水硫酸钠对脱水处理后的样品提取液进行二次脱水处理；
22.对二次脱水处理后的样品提取液进行净化处理。
23.更进一步地，所述浓缩处理的条件为：水温30～35℃，氮吹速度2～3ml/min。
24.更进一步地，所述净化处理使用佛罗里硅土柱。
25.更进一步地，所述多环芳烃为苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、茚并[1,2,3
‑
cd]芘和苯并[g,h,i]苝。
[0026]
更进一步地，所述内标物为萘
‑
d8、苊
‑
d10、菲
‑
d10、
‑
d12和苝
‑
d12。
[0027]
更进一步地，所述替代物为2
‑
氟联苯和对三联苯
‑
d14。
[0028]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够测定含水率大于15％的土壤样品，不需要冻干24h，既能够节约能源，还能大幅度提高检测速率；通过物理和化学除水方法相结合的方式代替原有纯化学除水方法的方式，既能降低无水硫酸钠的使用量，预防无水硫酸钠被水相穿透板结，减轻多环芳烃洗脱压力，提高多环芳烃的回收率，提升土壤样品中多环芳烃检测的合格率与检测速率。
[0029]
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]
图1示出了根据本发明实施例的土壤样品1溶液的色谱图；
[0032]
图2示出了根据本发明实施例的加标土壤样品1溶液的色谱图；
[0033]
图3示出了根据本发明实施例的土壤样品2溶液的色谱图；
[0034]
图4示出了根据本发明实施例的加标土壤样品2溶液的色谱图；
[0035]
图5示出了根据本发明实施例的土壤样品3溶液的色谱图；
[0036]
图6示出了根据本发明实施例的加标土壤样品3溶液的色谱图；
[0037]
图7示出了根据本发明实施例的质控样品溶液的色谱图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
本发明实施例中使用的试剂和设备如下。
[0040]
试剂：
[0041]
正己烷：农残级；
[0042]
丙酮：农残级；
[0043]
二氯甲烷：农残级；
[0044]
硅藻土：优级纯；
[0045]
佛罗里硅土柱：填料为佛罗里硅土，1g，柱体积为6ml；
[0046]
无水硫酸钠：优级纯；
[0047]
内标物：萘
‑
d8、苊
‑
d10、菲
‑
d10、
‑
d12和苝
‑
d12，1000mg/l；
[0048]
替代物：2
‑
氟联苯和对三联苯
‑
d14，1000mg/l。
[0049]
仪器：
[0050]
小漏斗：天津天玻玻璃有限公司；
[0051]
分液漏斗：天津天玻玻璃有限公司；
[0052]
浓缩杯：北京莱伯泰科仪器股份有限公司250ml、100ml；
[0053]
棕色玻璃瓶：天津天玻玻璃有限公司；
[0054]
平行浓缩仪：北京莱伯泰科仪器股份有限公司multivap；
[0055]
旋转蒸发仪：buchi旋转蒸发仪r
‑
300；
[0056]
气相色谱质谱仪：岛津gcms
‑
qp 2020。
[0057]
本发明提出的一种提高高含水率土壤样品中多环芳烃检测速率的方法，包括以下步骤：
[0058]
对土壤样品进行预处理；
[0059]
将所述土壤样品与硅藻土搅拌均匀，加入替代物，加入体积比为1:1的正己烷和丙酮混合溶剂作为萃取剂，进行萃取处理，得到样品提取液，此时样品提取液为丙酮
‑
正己烷
‑
水的多环芳烃萃取溶液；示例性的，土壤样品的质量为20g，含水率在15％～30％；土壤样品与硅藻土搅拌均匀，一方面对土壤样品进行初步除水，一方面对土壤样品进行分散，增加土壤样品的比表面积；替代物为2
‑
氟联苯和对三联苯
‑
d14，能够监控土壤样品在预处理操作中目标物的损失或玷污；萃取处理使用快速溶剂仪、微波萃取仪或索氏提取仪等萃取设备；萃取剂的使用量与萃取池大小和萃取次数有关，示例性的，对于40ml的萃取池，萃取2遍，萃取剂用量为80ml；
[0060]
用正己烷将所述样品提取液转成正己烷溶剂体系，进行脱水处理；脱水处理为物理除水；
[0061]
对脱水处理后的所述样品提取液进行二次脱水处理和净化处理；二次脱水处理为化学除水，采用无水硫酸钠去除样品提取液中的残留水分；
[0062]
对二次脱水处理和净化处理后的所述样品提取液进行浓缩处理，得到包含多环芳烃的待测样品溶液；浓缩处理的条件为：水温30～35℃，氮吹速度2～3ml/min，优选为水温30℃，氮吹速度3ml/min，浓缩处理能够降低目标物的检出限；
[0063]
向所述待测样品溶液中加入内标物，转移到2ml进样小瓶中，用气相色谱质谱仪检测多环芳烃的含量。其中，内标物为萘
‑
d8、苊
‑
d10、菲
‑
d10、
‑
d12和苝
‑
d12。
[0064]
多环芳烃包括苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、茚并[1,2,3
‑
cd]芘和苯并[g,h,i]苝。
[0065]
由于15种多环芳烃中前几种物质的沸点低并且具有挥发性，土壤阴干时容易产生交叉污染，所以推荐湿样检测。但是土壤样品中的水分会形成水膜包裹土壤样品，正己烷可以溶解土壤样品中的多环芳烃，与水不相容，所以直接采用正己烷萃取，萃取效率会低。丙酮与水任意比互溶，可以破坏水膜使萃取剂直接与土壤中的多环芳烃接触，大幅度地提高萃取效率，因此萃取剂必须采用体积比为1:1的正己烷和丙酮混合溶剂。
[0066]
同时，制作湿土壤样品时分散剂不能采用无水硫酸钠，湿样中含有的少量水分在高温高压下可以溶解部分无水硫酸钠，降温时无水硫酸钠会析出堵塞管道，磨损快速溶剂萃取仪管路中的ase压力阀。
[0067]
对土壤样品进行预处理包括以下步骤：
[0068]
采取土壤样品，剔除土壤样品中的杂草和石子，放在棕色玻璃瓶内密封；
[0069]
将所述土壤样品置于搪瓷或玻璃托盘中，再除去枝棒和叶片，充分混合均匀。
[0070]
对所述样品提取液进行脱水处理包括以下步骤：
[0071]
步骤1：将所述样品提取液氮吹或旋蒸至3～5ml；此时溶液为少量丙酮、正己烷和水，水因为沸点高，量基本不会减少，溶液为浑浊状态，水与丙酮互溶、不溶于正己烷；
[0072]
步骤2：向所述样品提取液中加入正己烷10～20ml，继续氮吹或旋蒸至3～5ml，步骤1和步骤2重复操作2次后，将所述样品提取液氮吹或旋蒸至1.5～2.5ml；丙酮沸点低于正己烷，加入正己烷多次进行氮吹或旋蒸操作，丙酮基本挥发完，剩余溶液为正己烷和水，且二者互不相溶，溶液是上下分层的状态；
[0073]
步骤3：将步骤2得到的所述样品提取液采用分液漏斗或者巴士滴管去除水分，等待净化处理。此时溶液剩余少量的水，需要二次化学除水。
[0074]
向丙酮
‑
正己烷
‑
水的多环芳烃萃取溶液中加入正己烷，用于将溶剂体系由丙酮
‑
正己烷
‑
水更换成为正己烷
‑
水，得到正己烷
‑
水的多环芳烃溶液，由于正己烷和水的密度不同，正己烷密度0.66g/ml，水密度1.0g/ml，下层为水，上层为正己烷体系的样品提取液，可以采取物理方法如分液漏斗分液或者巴氏滴管，将正己烷
‑
水的多环芳烃溶液中的水相去除，保留正己烷相，得到正己烷的多环芳烃溶液。
[0075]
其中，丙酮的存在会影响脱水效果，水分的存在会影响净化效率，样品溶液净化不好会影响多环芳烃的检测结果，所以脱水处理这一步至关重要。
[0076]
对脱水处理后的所述样品提取液进行二次脱水处理和净化处理包括以下步骤：
[0077]
使用无水硫酸钠对脱水处理后的样品提取液进行二次脱水处理；
[0078]
使用佛罗里硅土柱对二次脱水处理后的样品提取液进行净化处理。
[0079]
示例性的，样品提取液进行二次脱水处理和净化处理的具体步骤如下：将佛罗里硅土柱固定在固相萃取装置上，关闭控制阀，用玻璃毛塞住小漏斗，在小漏斗中放入无水硫酸钠，将小漏斗放入佛罗里硅土柱上；先将5ml的二氯甲烷和5ml正己烷倒入小漏斗中，依次冲洗小漏斗、无水硫酸钠和佛罗里硅土柱(该步骤作用是清洗器皿、无水硫酸钠与活化佛罗里硅土柱)，打开控制阀弃去流出液，在无水硫酸钠与佛罗里硅土柱填料暴露于空气之前，
关闭控制阀，再将物理脱水处理后的样品提取液均匀转移到小漏斗上进行二次脱水处理，流出液进入佛罗里硅土柱去除杂质。用2ml正己烷分三次洗涤浓缩器皿，洗液全部转入小漏斗中，缓慢打开控制阀，用100ml浓缩杯接收佛罗里硅土柱净化后的样品提取液。在填料暴露于空气之前用5～10ml体积比为1:4的二氯甲烷：正己烷溶剂洗脱无水硫酸钠与佛罗里硅土柱，待洗脱液浸满佛罗里硅土柱后关闭控制阀，浸润2min，缓缓打开控制阀继续用上述100ml浓缩杯接收，待浓缩处理。
[0080]
其中，需要注意的是用正己烷或二氯甲烷溶剂洗涤无水硫酸钠与活化佛罗里硅土柱时，需要保持无水硫酸钠湿润，佛罗里硅土柱筛板上方有正己烷或二氯甲烷溶剂，不能让溶剂全部挥发，以防止空气进入到填料中，进而阻挡多环芳烃溶液流出，会一定程度的增加净化处理的时间，而且会损失一定的多环芳烃。净化处理步骤中的无水硫酸钠用于去除正己烷体系中多环芳烃溶液中残留的少量水分，得到无水分正己烷的多环芳烃溶液。由于脱水处理已经将绝大部分的水分去除，因此使用无水硫酸钠去除正己烷体系中多环芳烃溶液中残留的少量水分时，水分不会穿透无水硫酸钠造成无水硫酸钠板结，有利于后续对多环芳烃目标物洗脱，提高目标物的回收率，还能够节省无水硫酸钠的使用量，降低检测成本。
[0081]
对二次脱水处理和净化处理后的所述样品提取液进行浓缩处理，得到包含多环芳烃的待测样品溶液包括以下步骤：
[0082]
将样品提取液用平行浓缩仪或氮吹仪浓缩为体积为1ml，得到待测样品溶液。
[0083]
色谱条件：
[0084]
进样口温度：280℃，不分流，或分流进样(样品浓度较高或仪器灵敏度足够时)；
[0085]
进样量：1.0μl；
[0086]
柱流量：1.0ml/min(恒流)；
[0087]
柱温：80℃保持2min，以20℃/min速率升至180℃，保持5min，再以10℃/min速率升至300℃保持10min；
[0088]
质谱参考条件：
[0089]
电子轰击源(ei)；
[0090]
离子源温度：230℃；
[0091]
离子化能量：70ev；
[0092]
接口温度：280℃；
[0093]
四级杆温度：150℃；
[0094]
质量扫描范围：45amu～450amu；
[0095]
溶剂延迟时间：5min；
[0096]
扫描模式：全扫描scan或离子模式(sim)。
[0097]
实施例1：
[0098]
按照上述实验过程，取18.40g(精确至0.01g)土壤样品1(第九包w20180710
‑
007)测其本底浓度，另取同一土壤样品18.29g(精确至0.01g)加300ng多环芳烃标液，作为加标土壤样品1(第九包jb
‑
w20180710
‑
007)，测其加标回收率。如图1、图2所示，采用本发明的方法能够测得15种多环芳烃目标物，其保留时间和定量离子见表1。萘
‑
d8、苊
‑
d10、菲
‑
d10、
‑
d12和苝
‑
d12作为内标物，可以消除仪器的进样误差。加标回收率实验结果如表1所示，15种多环芳烃目标物的加标回收率均满足要求。
[0099]
表1土壤样品1加标回收率实验结果
[0100][0101][0102]
实施例2：
[0103]
按照上述实验过程，取15.18g(精确至0.01g)土壤样品2(第10包w20180712
‑
069)测其本底浓度，另取同一土壤样品15.20g(精确至0.01g)加300ng多环芳烃标液，作为加标土壤样品2(第10包jb
‑
w20180712
‑
069)，测其加标回收率。如图3、图4所示，15种多环芳烃目标物的保留时间和定量离子见表2，实验结果证明15种多环芳烃目标物的加标回收率均满足要求。
[0104]
表2土壤样品2加标回收率实验结果
[0105]
[0106][0107]
实施例3：
[0108]
按照上述实验过程，取15.43g(精确至0.01g)土壤样品3(第九包w20180710
‑
005)测其本底浓度，另取同一土壤样品15.11g(精确至0.01g)加300ng多环芳烃标液，作为加标土壤样品3(第九包jb
‑
w20180710
‑
005)，测其加标回收率。如图5、图6所示，15种多环芳烃目标物的保留时间和定量离子见表3，实验结果证明15种多环芳烃目标物的加标回收率均满足要求。
[0109]
表3土壤样品3加标回收率实验结果
[0110]
[0111][0112]
采用2
‑
氟联苯和对三联苯
‑
d14做替代物可以监控萃取、浓缩的流程，土壤样品中替代物回收率见表4。通过表4可以看出替代物的回收率在40％～97％之间，满足40％～150％的要求，证明本发明的有效性。
[0113]
表4土壤样品中替代物回收率实验结果
[0114]
[0115][0116]
质控样品：
[0117]
取1份质控样品4.02g(第10包w20180712
‑
224，品牌：百灵威s0218)，按照上述步骤测多环芳烃浓度，图7示出了质控样品溶液的色谱图，结果见下表5，质控样品中的15种多环芳烃浓度均在质控范围内，证明本发明的有效性。
[0118]
表5质控样品实验结果
[0119][0120][0121]
根据以上实施例可以看出，使用本发明提出的一种提高高含水率土壤样品中多环芳烃检测速率的方法，测定高含水率土壤样品中多环芳烃的加标回收率可以满足《hj834
‑
2017土壤和沉积物半挥发性有机物的测定气相色谱
‑
质谱法》和《hj805
‑
2016土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱
‑
质谱法》标准要求，并且测得的质控样品可以满足质控范围要求，证明本发明的有效性。
[0122]
本发明中提出的一种提高高含水率土壤样品中多环芳烃检测速率的方法，能够测定含水率大于15％的土壤样品，不需要冻干24h，既能够节约能源，还能大幅度提高检测速率；通过物理和化学除水方法相结合的方式代替原有纯化学除水方法的方式，既能降低无水硫酸钠的使用量，预防无水硫酸钠被水相穿透板结，减轻多环芳烃洗脱压力，提高多环芳烃的回收率，提升土壤样品中多环芳烃检测的合格率与检测速率。
[0123]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。