宋喜紅, 宋吉德, 張學(xué)超, 李曉敏

(威海市海洋環(huán)境監(jiān)測中心, 山東 威海 264209)

氣相色譜測定沉積物中多氯聯(lián)苯的樣品處理方法研究

宋喜紅, 宋吉德, 張學(xué)超, 李曉敏

(威海市海洋環(huán)境監(jiān)測中心, 山東 威海 264209)

通過比較密閉微波萃取、超聲波萃取、索氏提取3種方法對沉積物中多氯聯(lián)苯(PCBs)提取效率,對比濃硫酸和 Florisil小柱兩種凈化方式的凈化效果, 在實驗基礎(chǔ)上建立了密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)測定沉積物中多氯聯(lián)苯的分析方法, 加標(biāo)質(zhì)量比為 0.2 ng/g時, 其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.19%～8.71%, 回收率為77.3%～94.6%, 檢出限為0.027 ～0.064 ng/g。采用該方法對威海灣養(yǎng)殖區(qū)沉積物中PCBs進行了監(jiān)測, 結(jié)果表明本方法適用于海洋沉積物樣品中PCBs的測定。

沉積物; 多氯聯(lián)苯; 密閉微波萃取; 超聲波萃取; 索氏提取; 濃硫酸凈化; Florisil小柱凈化;氣相色譜(ECD)

多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs)是一種典型的持久性有機污染物, 廣泛應(yīng)用于電力、電磁和液壓設(shè)備, 是絕緣油、阻燃劑、導(dǎo)熱劑、液壓油、增塑劑和無碳復(fù)寫紙的材料之一。多氯聯(lián)苯因理化性質(zhì)穩(wěn)定廣泛存在于空氣、水、土壤和食物中。國內(nèi)外研究表明, 多氯聯(lián)苯可被植物和水生生物吸收并通過食物鏈傳遞和富集, 具有較強的親脂性、生物難降解性和高富集性。多氯聯(lián)苯進入人體后, 有致毒、致癌性能, 可引起肝損傷和白細(xì)胞增加癥, 并可通過母體傳遞給胎兒致使胎兒畸形, 對人類健康危害極大。目前, 多氯聯(lián)苯是聯(lián)合國環(huán)境署致力于消除的12種高毒性化學(xué)品之一, 各國已普遍減少使用并停止生產(chǎn)多氯聯(lián)苯[1]。

國內(nèi)外測定環(huán)境中多氯聯(lián)苯的分析方法有氣相色譜法[2]、氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法[3]、氣相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法[4]等, 美國分析土壤中有機氯農(nóng)藥的EPA8270C[5]、EPA8080A[6]、EPA8081B[7]和EPA 8082A[8]等方法已較為成熟。目前我國海洋沉積物中多氯聯(lián)苯的仲裁方法見 GB17378.5-2007[9], 以索氏提取器提取, 佛羅里土層析柱凈化, 微型活性炭層析柱分離, 采用填充色譜柱分離各組分。該方法前處理耗時較多, 層析柱和色譜柱的填充對初學(xué)者有很大難度。本文根據(jù)現(xiàn)有的實驗儀器, 通過比較密閉微波提取、超聲波提取和索氏提取的效率, Florisil小柱和濃硫酸的凈化效果, 建立了密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)測定的分析方法, 大大縮短了沉積物樣品的前處理時間, 且其準(zhǔn)確度和精確度都較好地滿足分析要求。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

正己烷中多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心配制, 10組分混和標(biāo)準(zhǔn)樣, 各組分標(biāo)稱值1.0 mg/L, 4℃冰箱中保存; 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：根據(jù)需要,取標(biāo)準(zhǔn)品放至室溫, 以正己烷稀釋至適當(dāng)濃度, 4℃冰箱中保存; 正己烷：色譜純; 丙酮：色譜純; 濃硫酸：優(yōu)級純; 無水硫酸鈉：優(yōu)級純, 600℃灼燒6 h, 冷卻后貯存于干燥器中備用; 銅粉：200目, 純度99.8%。沉積物標(biāo)準(zhǔn)品：近海海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07314), 國家海洋局第二海洋研究所制。

1.2 主要儀器和設(shè)備

島津 GC2104氣相色譜儀, 附電子捕獲檢測器(ECD)、自動進樣器; 索氏提取儀; 超聲波清洗儀;MARSX微波萃取消解儀(美國 CEM 公司); 臺式離心機(上海安亭科學(xué)儀器廠); 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠); 氮吹濃縮儀; SPE固相萃取裝置;Florisil小柱：3 mL。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集與制備

用抓斗式采泥器采集養(yǎng)殖區(qū)沉積物表層的樣品,以500 mL磨口廣口瓶裝, 實驗室冰箱冷藏。樣品于白搪瓷盤內(nèi)攤平, 自然風(fēng)干, 剔除礫石和顆粒較大的動植物殘骸, 以陶瓷研缽手工研磨后過80目金屬篩, 充分混勻, 裝入棕色玻璃瓶備用。

1.3.2 提取

1.3.2.1 密閉微波萃取

準(zhǔn)確稱取沉積物樣品和無水硫酸鈉各5.0 g混勻后置于萃取罐中, 加 25 mL丙酮-正己烷(1 1), 在115 ℃條件下萃取 20 min, 降至室溫, 過濾入裝有0.5 g銅粉的60 mL梨形分液漏斗中, 以5 mL正己烷沖洗萃取罐2次。振搖分液漏斗10 min后靜置, 加入5.0 g無水硫酸鈉, 收集正己烷相于150 mL具塞雞心瓶中, 以5 mL正己烷淋洗2次。

1.3.2.2 超聲波萃取

準(zhǔn)確稱取沉積物樣品與無水硫酸鈉各5.0 g混勻,置于具塞三角瓶內(nèi), 加 40 mL正己烷-丙酮(1 1)浸泡 12 h, 超聲提取 40 min, 靜置, 將上清液過濾至150 mL梨型分液漏斗中, 以20 mL正己烷重復(fù)提取3次, 合并提取液。加入0.5 g銅粉振搖10 min后靜置, 加入5.0 g無水硫酸鈉, 收集正己烷相于150 mL具塞雞心瓶中, 以5 mL正己烷淋洗2次。

1.3.2.3 索氏提取

準(zhǔn)確稱取沉積物樣品與無水硫酸鈉各5.0 g混勻,裝入預(yù)先用正己烷處理過的圓形濾紙筒內(nèi), 放入索氏提取器中, 加80 mL正己烷-丙酮(1 1) 于60 ℃水浴中回流提取 8 h, 冷至室溫。過濾入裝有 0.5 g銅粉的150 mL梨形分液漏斗中, 以5 mL正己烷淋洗2次。振搖分液漏斗10 min后靜置, 加入5.0 g無水硫酸鈉, 收集正己烷相于 150 mL具塞雞心瓶中,以5 mL正己烷淋洗2次。

1.3.3 凈化

1.3.3.1 濃硫酸凈化法

以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將雞心瓶中的提取液濃縮至近干。將雞心瓶中提取液以正己烷轉(zhuǎn)移至10 mL離心管, 氮吹濃縮至1 mL。加3 mL濃硫酸,振搖1 min, 以3000 r/min轉(zhuǎn)速離心分層, 取上清液待測。

1.3.3.2 Florisil小柱凈化法

以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將雞心瓶中的提取液濃縮近干。用20 mL正己烷潤濕Florisil小柱, 近干時控制流速每秒一滴, 用3 mL正己烷淋洗雞心瓶2次將提取液入柱, 然后用5 mL正己烷洗脫, 以15 mL離心管收集。收集液以氮吹濃縮至干, 用正己烷定容至 1mL待測。

1.3.4 氣相色譜條件

色譜柱：30QC5/AC5-1.0(SGE), 30 m×0.53 mm×1.0 μm 毛細(xì)管柱; 檢測器：電子捕獲檢測器(ECD);進樣口的溫度為280 ℃; ECD檢測器的溫度為300 ℃;色譜柱初始溫度為170 ℃, 保持5 min后以10 ℃/min的速度升至 260 ℃,然后保持 16min, 總運行時間為30 min; 載氣為N2, 純度99.9999%; 流速：恒線速率20.0 cm/s; 進樣方式：無分流進樣, 分流比1 5; 進樣量 1.0 μL。

1.3.5 測定

根據(jù)樣品液中多氯聯(lián)苯含量情況, 選定峰高相近的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液, 分別將標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和樣品液進樣, 在上述色譜條件下進行色譜分析, 記錄各組分的峰高, 以標(biāo)準(zhǔn)樣品的保留時間定性, 外標(biāo)法以峰高定量, 單點校正, 多氯聯(lián)苯總量為各組分含量之和。

1.3.6 空白試驗

除不加樣品外, 均按上述測定步驟進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜圖

多氯聯(lián)苯色譜圖見圖1。

圖1 PCBs標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖Fig. 1 Chromatogram of PCBs standard sample

2.2 濃硫酸凈化和Florisil小柱凈化回收率的比較

取多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1 mL分別采用濃硫酸和Florisil小柱凈化, 引入GC-ECD定量。相應(yīng)結(jié)果如表1所示。

表1 濃硫酸凈化和Florisil小柱凈化回收率比較(n=5)Tab. 1 Recoveries and relative standard deviation of cleanup using concentrated sulfuric acid and Florisil column (n=5)

表1結(jié)果表明, Florisil小柱凈化過程的平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差皆優(yōu)于濃硫酸凈化過程。

2.3 3種方法提取效果的比較

取沉積物標(biāo)準(zhǔn)品5.0 g, 加入多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)溶液10.0 μL, 多氯聯(lián)苯各組分加標(biāo)皆為2.0 ng/g, 分別用密閉微波萃取、超聲波萃取和索氏提取 3種方法進行提取, 經(jīng) 1.3.3.2凈化后以氣相色譜儀定量分析。同時做沉積物標(biāo)準(zhǔn)品加標(biāo)空白。所得PCBs相應(yīng)的平均回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果見表2。

表2結(jié)果表明：密閉微波萃取、超聲波萃取、索氏提取3種提取方式對10種組分的平均回收率分別為82.1%～96.2%、71.4%～86.4%、77.4%～98.5%; 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.09%～5.43%、2.46%～7.19%、1.29%～5.93%。密閉微波萃取效果較好。

相比而言, 密閉微波萃取操作簡單、節(jié)省時間、節(jié)約溶劑、提取效率高, 特別適宜批量樣品的處理, 因此在實驗中采用密閉微波萃取用于PCBs的提取。

2.4 方法精密度和準(zhǔn)確度

通過2.2和 2.3的實驗結(jié)果比較, 建立密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)的分析方法。

取沉積物標(biāo)準(zhǔn)品 5.0 g, 加入多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0 μL, 多氯聯(lián)苯各組分加標(biāo)皆為 0.2 ng/g, 按密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)方法分析,平行測定7次, 同時做沉積物標(biāo)準(zhǔn)品加標(biāo)空白。結(jié)果見表3。

表2 不同提取方法回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)Tab. 2 Recoveries and relative standard deviation of PCBs (n=5)

表3 回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=7)Tab. 3 Recoveries and relative standard deviation of PCBs (n=7)

2.5 方法檢出限

按密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)方法, 重復(fù)分析 2.4中多氯聯(lián)苯各組分的添加質(zhì)量比為0.2 ng/g的7個沉積物加標(biāo)樣品, 計算各組分的回收率標(biāo)準(zhǔn)偏差S, 檢出限＝3.36×S。多氯聯(lián)苯各組分的檢出限見表4。

2.6 實際樣品分析

采用密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)的分析方法對威海灣海養(yǎng)殖區(qū)5個站位沉積物樣品進行分析, 結(jié)果見表5。

表5 威海灣海區(qū)沉積物中PCBs測定結(jié)果Tab. 5 Results of PCBs in sediments in Weihai Bay

3 結(jié)論

(1)分別采用密閉微波萃取、超聲波萃取、索氏提取3種方法提取沉積物中的PCBs, 結(jié)果表明三者提取效果相差不大, 相比較而言, 密閉微波萃取花費時間最短、溶劑用量最少, 自動化程度高, 在實驗中采用密閉微波萃取提取沉積物中的PCBs是3種方法中最好的。

(2)分別以濃硫酸和Florisil小柱對提取液進行凈化, 結(jié)果表明Florisil小柱凈化的回收率優(yōu)于濃硫酸凈化。

(3)采用密閉微波萃取-Florisil小柱凈化-氣相色譜(ECD)法測定海洋沉積物中的 PCBs, 方法操作簡單, 萃取效率高, 大幅度縮短了每批樣品分析周期,消耗萃取溶劑少, 減少了對環(huán)境的二次污染, 可滿足海洋沉積物樣品中PCBs的測定。

[1]聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署. 環(huán)境署倡導(dǎo)消除持久性有機污染物多氯聯(lián)苯[R]. 日內(nèi)瓦：聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署,2004.

[2]周傳光, 徐恒振, 馬永安, 等. 毛細(xì)管 GC-ECD測定環(huán)境樣品中的PCBs[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2000, 19(4)：57-61.

[3]Louter A J H, van Beekvelt C A.Montanes P C ,et al.Analysis of microcontaminants in aqueous samples by fully automated on-line solid-phase extraction-gas chromatography-mass selective detection [J]. Journal of Chromatography A, 1996, 725：67-83.

[4]張景明, 胡冠九, 周春宏, 等. 多氯聯(lián)苯的氣相色譜/質(zhì)譜/質(zhì)譜(GC/MS/MS)法測定[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測,2003, 19(3)：5-8.

[5]EPA8270C, Semivolatile Organic Compounds by Gas Chromatography / Mass Spectrometry (GC-MS)[S].

[6]EPA8080A, Organochlorine Pesticides and Polychlorinated Biphenyls by Gas Chromatography[S].

[7]EPA8081B, Organochlorine Pesticides by Gas Chromatography[S].

[8]EPA8082A, Polychlorinated Biphenyls (PCBs) by Gas Chromatography[S].

[9]GB17378.5－2007,海洋監(jiān)測規(guī)范 第 5部分：沉積物分析 [S].

Research of the method treatment for determination of PCBs in sediment by GC

SONG Xi-hong, SONG Ji-de, ZHANG Xue-chao, LI Xiao-min
(Ocean Environment Monitoring Center of Weihai, Weihai 264209, China)

Jun. ,10, 2009

Sediment; PCBs; Microware extraction; Ultrasonic extraction; Soxhlet extraction; Concentrated sulfuric acid cleanup; Florisil column cleanup; GC(ECD)

The sediment of ocean was extracted respectively by microware extraction , ultrasonic extraction and Soxhlet extraction, and the extracted were purified through Florisil column or concentrated sulfuric acid cleanup.The recovery and precision experiment were both conducted to compare the three extractions and the two cleanup methods. A method for the determination of PCBs in sediment of ocean has been developed, which was extracted with microwave extraction and Florisil column cleanup, and the detection could be achieved by gas chromatography with electron-capture detection(ECD). The results showed that with this method satisfactory recoveries 77.3%～94.6%, relative standard deviation(RSD)2.19%～8.71% and detection limits 0.027～0.064 ng/g could be obtained. It was confirmed that the method could be used in sediment by the determination of PCBs in Weihai Bay.

X830.2

A

1000-3096(2010)02-0040-05

2009-06-10;

2009-12-01

宋喜紅(1974-), 女, 山東威海人, 碩士研究生, 工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測,E-mail：sxh0631@126.com ,電話 ：13561815522,0631-5663228

張培新)