一种沉积物中不同形态有机污染物的提取方法

1.本发明涉及沉积物中不同形态有机污染物的提取方法，尤其涉及沉积物中吸附态有机污染物生物有效性评估的方法。


背景技术：

2.近些年来，随着我国工农业、医药行业的迅速发展，越来越多的有机污染物(如农药、多环芳烃、抗生素等)进入水体环境中。受环境因素和介质以及生物因素的影响，这些有机污染物及其代谢产物会发生吸附、迁移转化，即使会通过光降解、水解、化学氧化降解、微生物降解、植物吸收和降解等方式衰减，但仍然会有部分持久存在于沉积物中，从而会对水体、动物体及人体造成极大威胁。因此，如何准确评估有机污染物的生态风险是十分必要的，生物有效性的预测通常是评估污染物在环境中生态风险的关键步骤。事实上，在自然环境中，因有机污染物会在物理化学性质上发生一系列的变化而以不同的形态存在，即从水中扩散能够被生物利用的水溶态、在沉积物表面被弱吸附(静电作用等)的结合态、被沉积物通过共价键等作用紧密吸附，但仍可解吸的残渣态以及通过共价键作用、微孔锁定等作用被吸附无法提取且不可被生物利用的不可萃取态。不同的形态具有不同的生物有效性，这会对实际预测有机污染物的生物有效性产生较大的影响。
3.目前国内外对于沉积物中不同形态有机污染物提取及分析方法的报道及专利很少，大多采用利用辅助解吸的手段(如高岭土、β-环糊精、tenax树脂等)来研究，但这些方法存在一定的局限性，例如这些方法无法准确量化生物有效性较低的吸附态有机污染物(如残渣态)，并且采用解吸的方法对于吸附态有机污染物的回收率可能存在较大的误差。
4.因此，如何提供一种沉积物中不同形态有机污染物的提取方法，以对沉积物中吸附态有机污染物的生物有效性进行评估，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种从沉积物中提取分析不同形态有机污染物的方法。所述的有机污染物包括壬基酚、磺胺甲恶唑、卡马西平等有机污染物，特别是疏水性有机污染物，如壬基酚。
6.需要说明的是，本发明提出了一种三步式连续提取方法，首先在实验室条件下建立一个水体环境的模拟体系，其次利用合适的萃取剂，如正己烷、甲醇、甲醇与甲苯混合溶剂、乙腈与水混合溶剂等，按照步骤依次从水、沉积物中提取有机污染物以代表三种不同的形态(水溶态、结合态、残渣态)，最后可以结合相关的数据处理及分析手段来预测吸附态有机污染物的生物有效性变化。
7.本发明可以为自然水体中有机污染物的生物有效性预测及生态风险评估提供方法及手段，从而为有机污染控制及修复提供理论支持。
8.具体地，为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种从沉积物中提取分析不同形态有机污染物的方法，所述的提取步骤如下：
10.(1)提取水溶态：取泥水混合物于离心管中，离心，取上清液加入有机溶剂(一般为正己烷、丙酮)液液萃取，涡旋混匀后将分层的上层有机溶剂吸出，经氮吹浓缩后用合适的溶剂定容，得到水溶态，备用；
11.(2)提取结合态：向经步骤(1)提取水溶态后离心剩下的底层沉积物中加入无水硫酸钠将水分吸干，随后加入有机溶剂，并于超声破碎仪中萃取5～20min，重复3～4次，待提取分离后氮吹浓缩，并用合适的溶剂定容，得到结合态，备用；
12.需要说明的是，由于萃取时间会影响萃取率，因此前期优化实验设置三组空白组并分别萃取5、10、15、20、30、40和60min以得到最佳萃取时间，结果显示，在5～20min内对不同有机污染物的回收率均为最佳，最高可达到101.16
±
0.022％；
13.此外，萃取次数也会影响萃取率，前期优化实验设置三组空白组并萃取6次，测定每一次上清液中有机污染物的浓度，借此来获得对沉积物中结合态有机污染物的最佳萃取次数，结果显示，对于不同的有机污染物在第3～4次时萃取得到的回收率较高。
14.(3)提取残渣态：向经步骤(2)提取结合态后离心剩下的底层沉积物中加入有机溶剂混匀，随后于120℃～150℃微波消解处理20～30min，离心并收集上清液，经氮吹浓缩后用合适的溶剂定容，得到残渣态。
15.需要说明的是，前期对萃取工艺优化实验显示，针对不同的沉积物在120℃～150℃微波消解处理20～30min回收率最高可达90％～99％。
16.可选地，步骤(3)采用较剧烈的提取方法引入了对残渣态的提取分析，且步骤(3)可替换为：向经步骤(2)提取结合态后离心剩下的底层沉积物中加入1mol/l的氢氧化钠，在60℃～80℃下水浴加热8～12h，冷却后冷冻干燥，随后加入有机溶剂(一般为正己烷、丙酮)混匀后将上层清液吸出，经氮吹浓缩后用合适的溶剂定容，得到残渣态。
17.可选地，水溶态的提取中加入有机溶剂进行液-液萃取并最后进行了氮吹浓缩处理以保证回收率，且步骤(1)中，添加所述有机溶剂与泥水混合物的体积比为1:1，所述有机溶剂为正己烷或正己烷-丙酮混合溶剂，定容溶剂为甲醇。
18.可选地，直接提取结合态而不再通过先解吸再提取，有机溶剂可以根据污染物的特性再决定。具体地，步骤(2)中，添加所述有机溶剂与泥水混合物的体积比为1:1，及所述无水硫酸钠与泥水混合物的质量/体积比为1:5；且所述有机溶剂为体积比为6:1的甲醇-甲苯混合溶剂、体积比为1:1的甲醇-1％乙酸混合溶剂或甲醇，定容溶剂为甲醇。
19.可选地，步骤(3)中，添加所述有机溶剂与泥水混合物的体积比为1:1，且所述有机溶剂为乙腈或体积比为1:4的乙腈-水混合溶剂。
20.由于沉积物具有非均质性，不同沉积物组分的吸附能量不同，因此对污染物的吸附强度存在差异，因此需要分别采取不同的萃取条件来提取各形态的有机污染物，前期的工作得出该方法对沉积物中有机污染物各形态的回收率一般在98.12％
±
4.15％～103.51
±
0.051％左右，与tenax辅助解吸技术所得的结果进行相关性分析发现，二者水溶态与快速解吸部分f
rap
具有一定的相关性，以往的研究中指出快速解吸部分通常是用来表示生物可利用的部分，得以证明该方法在预测有机污染物生物有效性时具有一定的可行性。
21.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供的一种沉积物中不同形态有机污染物的提取方法，具有如下优异效果：
22.1)本发明明晰了在水体环境中有机污染物的归趋，按照沉积物的吸附强度将吸附
态的有机污染物分为水溶态、结合态、残渣态，接着引入了残渣态的量化分析，采用不同条件的萃取方法逐步提取出了各吸附形态的有机污染物以用于分析测定，本发明优点在于不通过解吸而是直接提取吸附态的有机污染物，因此保证了各吸附形态的回收率；
23.2)本发明按照被沉积物吸附的强弱及生物有效性的高低将吸附态有机污染物更细致的划分，尤其引入了对残渣态的量化分析，并逐步采用不同的方法提取，大大提高了生物有效性预测的准确性；
24.3)本发明特别适用于在实验室条件下进行有机污染物在水体环境中迁移转化、微生物降解的生物有效性预测和生态风险评估的研究。
附图说明
25.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1为不同吸附态有机污染物的三步提取法流程图。
27.图2为不同吸附态壬基酚的比例与tenax解吸动力学参数的相关性分析；a水溶态与f
rap
；b结合态与f
slow
；c残渣态与f
nd
。
28.图3为不同吸附态磺胺甲恶唑的最佳萃取条件。
29.图4为第0天与第7天吸附态cbz总量的回收率对比。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例及说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
31.本发明实施例公开了一种沉积物中不同形态有机污染物的提取方法。
32.为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
33.下面，将结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的说明。
34.实施例1
35.沉积物中吸附态壬基酚(np)的提取：
36.取泥水混合物于离心管中，离心，取上清液加入正己烷混匀后将上层清液吸出，接着氮吹浓缩后用甲醇定容，即为水溶态np；将水分吸干，加入一定量的甲醇：甲苯＝6:1(v/v)混合溶剂，后于超声破碎仪中破碎，离心收集上清液，该过程重复3次，接着氮吹浓缩后用合适的溶剂定容，即为结合态np；向沉积物中加入1mol/l的氢氧化钠，在80℃下水浴加热8h，冷却后冻干，然后用正己烷提取3次，收集上清液，氮吹定容，即为残渣态np。
37.为了验证该方法的回收率，设置了经过三次高压蒸汽灭菌对照组，测定了水溶态、结合态和残渣态np的浓度。结果显示，实验组和对照组的np总量回收率为98.12％
±
4.15％
和99.05％
±
6.54％。
38.tenax解吸动力学将沉积物中吸附态的有机污染物按照不同吸附点位分为快速解吸部分(f
rap
)、慢速解吸部分(f
slow
)、不可解吸部分(f
nd
)，前期我们进行了tenax解吸动力学实验，将各形态的np浓度与壬基酚的tenax解吸动力学参数进行相关性分析发现，二者水溶态与快速解吸部分f
rap
具有一定的相关性(图2)，得以证明该方法是可行的。
39.实施例2
40.水-沉积物体系中吸附态磺胺甲恶唑(smx)的提取：
41.称取一定量泥水混合物放入离心管中，离心收集上清液，即为水溶态smx；向下层沉积物加入一定量的无水硫酸钠吸干水分，加入一定量的甲醇-1％乙酸(1:1)混合溶剂，并于超声破碎仪中破碎，该过程重复4次，离心分离，接着氮吹浓缩后用合适的溶剂定容，即为结合态smx；下层沉积物加入一定量的混合溶剂乙腈-水(1:4)，混匀，在150℃消解处理30min，离心收集上清液，氮吹定容，即为残渣态smx。
42.由于萃取溶剂、萃取时间和萃取次数均会影响萃取率，因而对该三个条件进行优化，选择
①
甲醇：1％乙酸＝1:1、
②
甲醇：(edta-mcllvaine缓冲液)＝1:1、
③
乙腈：磷酸盐缓冲液＝1:1三种混合溶剂作为萃取溶剂并萃取5、10、15、20、30、40和60min，萃取次数为6次，测定每一次上清液中smx的浓度，借此来获得对沉积物中不同形态smx的最佳萃取条件。
43.结果显示(图3)，当以甲醇-1％乙酸(1:1)为溶剂，每次超声萃取20min，共萃取4次时，不同吸附形态的smx回收率可达到103.51
±
0.051％。
44.实施例3
45.水-沉积物体系中吸附态卡马西平(cbz)的提取：
46.称取一定量泥水混合物放入离心管中，离心收集上清液，即为水溶态cbz；向下层沉积物加入一定量的无水硫酸钠吸干水分，加入一定量的甲醇，并于超声破碎仪中破碎，该过程重复4次，离心分离接着氮吹浓缩后用合适的溶剂定容，即为结合态cbz；下层沉积物加入一定量的乙腈，混匀，在150℃消解处理30min，离心收集上清液，氮吹定容，即为残渣态cbz。
47.为了验证该萃取条件，将第0天与第7天吸附态cbz实验组总量的回收率对比发现(图4)，即使随着时间的延长，吸附态cbz的总量回收率仍可以保持在90％以上。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。