超声辅助分散液液微萃取-气相色谱检测污泥中氯苯

戴之希，田立勋，王国栋，翁焕新

（浙江大学环境与生物地球化学研究所，浙江 杭州 310012）

超声辅助分散液液微萃取-气相色谱检测污泥中氯苯

戴之希，田立勋，王国栋，翁焕新*

（浙江大学环境与生物地球化学研究所，浙江 杭州 310012）

采用超声辅助分散液液微萃取结合气相色谱（UAE-DLLME-GC-ECD）检测了污泥中6种氯苯化合物.用丙酮作为萃取污泥样品中氯苯的萃取剂，通过改变萃取剂类型和用量、超声时间以及离子强度等影响因子的实验，确定了最优条件的关键性控制参数.结果表明，6种氯苯的相关系数r2=0.9993～0.9999，相对标准偏差RSD=3.2%～4.4%，检测限LOD为0.001～0.2μg/kg，对造纸、印染和市政3种污泥样品检测的回收率分别为89.2%～103.8%， 94.5%～112.1%和89.1%～104.3%.该方法检测污泥中的氯苯不仅具有快速、灵敏和重复性好的特点，而且相对于传统方法，可以节省大量对人体有毒害作用的有机溶剂和分析时间.

分散液液微萃取；超声辅助；GC-ECD；氯苯；污泥

氯苯类化合物（CBs）在工业中广泛应用于合成染料和农药等有机化合物的中间体、制造橡胶助剂以及溶剂和传热介质等［1］.氯苯已被证实具有致癌作用［2］，并且能抑制中枢神经，刺激眼睛和上呼吸道，引起皮肤硬化以及各种血液疾病［3］.氯苯在环境中不易降解，已成为全球最为常见的环境污染物之一，美国环保局和欧盟将其列为优先控制污染物和危险化合物“黑名单”［4-5］.

至2012年，中国污水处理量已达到1.39亿m3/d，产生的污泥产量已超过3000万t/a.由于污水处理厂污泥（简称污泥）含有多种有毒有害物质，普遍检测出氯苯类化合物［6］.目前，我国大部分污泥采取填埋的处理方法［7］，这就可能导致污泥中的氯苯重新回到环境中.为了定量地了解各类污泥中氯苯的分布情况，从而能有效地控制污泥中氯苯对环境产生二次污染，快速安全地检测污泥中氯苯类化合物显得尤为重要.

传统的氯苯检测方法有索氏抽提法［8］和固相萃取法［9］等，不仅需要消耗大量的时间，而且在分析过程需要消耗大量对人体有毒的有机溶剂.近年来，发展的新型检测方法如顶空液相微萃取［10］和固相微萃取［11］等，往往操作流程较复杂，而且需要较昂贵的专业设备支撑.

Berijani等［12］在检测水体中污染物时发明了分散液液微萃取技术，该技术具有操作简单、快速、成本低和对环境污染少且萃取效率高的特点.经过不断地改进与发展，这项技术已被成功地运用于检测土壤及其他复杂基质中的污染物［13］.污泥由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等非均质体所组成，是一种复杂的固液混合体，本文首次将分散液液微萃取技术运用于污泥中氯苯类有机物的检测，为了提高萃取效率，同时加入了超声萃取作为辅助，在声空化效应的作用下，使萃取过程更加有效率［14］，并通过关键影响因子的实验研究，确定了萃取过程最优条件的各种控制参数，最终建立了超声辅助分散液液微萃取与气相色谱/ECD检测器联用的污泥中氯苯测定的方法.并对造纸污泥、印染污泥和市政污泥3种不同类型污泥样品中6种氯苯化合物进行了实际检测.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

FULI 9790型气相色谱仪，配备ECD检测器，KB-WAX （30m×0.32mm×0.25μm）毛细管色谱柱（Kromat Corporation）；D-78532型离心机（Hettich）；XS205型分析天平（Mettler Toledo）；Ultra-pure UV型超纯水机（上海）；KQ-400KDE型高功率数控超声波清洗器（昆山）.

标准样品间二氯苯，邻二氯苯（1，2-DCB），1，2，4-三氯苯（1，2，4-TCB），1，2，3-三氯苯（1，2，3-TCB），1，2，4，5-四氯苯（1，2，4，5-TeCB），1，2，3，4-四氯苯（1，2，3，4-TeCB）来自AccuStandard公司；乙腈，甲醇，丙酮，正己烷，氯苯，二硫化碳，四氯化碳，无水氯化钠为分析纯.实验用水均为超纯水.

1.2 标准溶液配制与污泥样品

精确称取间二氯苯，邻二氯苯，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯6种氯苯各0.1000g，用丙酮溶解配制成10μg/mL的6种储备液.精确移取1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯4种储备液各1.00mL，定容至10mL，配成1 μg/mL 混合标准溶液.精确移取间二氯苯，邻二氯苯储备液各1.00mL，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯混合标准溶液1.00mL，定容至10mL，配成间二氯苯，邻二氯苯1μg/mL，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯，1，2，3，4-四氯苯0.1μg/mL混合标准溶液.储备液和混合标准溶液均于4℃冰箱中保存备用.

实验用污泥样品S1，S2和S3分别取自河南驻马店的造纸污泥，绍兴的印染污泥和杭州七格污水处理厂的市政污泥.3种污泥样品自然风干，研磨过2mm筛备用.

1.3 色谱条件

毛细管气相色谱柱为KB-Wax毛细管柱（30m×0.32mm×0.25μm），进样口温度300℃，分流进样，进样量0.50μL，ECD温度300℃，载气（N2）流速：30mL/min，程序升温：初始温度80℃，保持1min，以20℃/min升至200℃，保持2min，再以40℃升至240℃，保持3min清洁柱子.

1.4 检测方法

检测过程分2部分进行.第1部分，超声辅助萃取（UAE）污泥样品中6种氯苯：精确称取1.0g污泥样品于50mL带旋帽的玻璃锥形离心管中，加入8.0mL丙酮，密封后，25℃超声萃取20min（图1a）.萃取液4000r/min离心3min后，上清液过0.45μL微孔滤膜，移入10mL锥形离心管中（图1b）.

第2部分，分散液液微萃取（DLLME）：移取5.0mL超纯水于10mL带旋帽的玻璃锥形离心管中.1.0mL丙酮萃取液中加入24.0μL氯苯（图1c），用1mL微量进样针快速注入5.0mL水中，混合形成丙酮，氯苯，水的乳浊液，氯苯均匀地分散在水相中（图1d）.4000r/min离心4min，氯苯沉积于离心管底部（图1e），取0.50μL沉积相进行GC分析（图1f，g）.

图1 超声辅助分散液液微萃取结合气相色谱（UAE-DLLME-GC-ECD）污泥氯苯化合物检测系统流程Fig.1 Schematic of the UAE-DLLME-GC-ECD

2 结果与讨论

影响UAE和DLLME萃取效率的主要因素包括：萃取剂类型和用量、超声时间、分散剂类型和用量、离子强度、pH值以及萃取时间等，根据前人的研究表明，pH值与萃取时间对整个DLLME过程的影响可以忽略［15-18］.为了获得最佳的萃取条件，从而实现对氯苯的快速高效检测，本次研究通过改变UAE和DLLME萃取剂类型和用量、UAE超声时间以及DLLME离子强度等影响因子的实验，为确定各种控制参数提供依据.

2.1 UAE萃取剂（DLLME分散剂）的选择

在实验中，UAE萃取剂不但作为萃取污泥中有机污染物的萃取溶剂，又为DLLME中的分散剂.因此，萃取必须满足能与水和有机溶剂的互溶.为了选取最优的溶剂，本研究对丙酮、乙腈和甲醇3种溶剂进行了适用性实验.实验中分别使用10.0mL丙酮、乙腈和甲醇萃取1.0g加标污泥样品（加标前污泥样品经测定不含6种氯苯化合物）.经过反复实验的结果表明，当1.0mL丙酮、乙腈和甲醇萃取液中分别加入24.0，21.0，31.0μL的氯苯时，DLLME中最终沉积相的体积同为15μL.其他实验条件相同.从图2中可以看到，丙酮具有最好的萃取效果，本实验选用丙酮作为UAE萃取剂.

2.2 UAE萃取剂量的选择

在UAE中，随着萃取剂的增加，萃取效率随之增加，然而，检测物的浓度也随之降低.因此，选择适量的萃取剂是获得最佳效果的另一个重要参数.分别使用8.0，10.0，12.0，15.0mL丙酮萃取1.0g污泥样品，其它实验条件保持相同.从图3中可以看到，在实验剂量的范围内，随着萃取剂量的增加，检测物的峰面积随之减小.在实验中，同时考察了6.0mL丙酮的情况，由于丙酮的挥发性，生成萃取液量过少，从而使DLLME操作比较困难.因此，选取8.0mL丙酮作为最优条件.

图2 不同UAE萃取剂对6种氯苯萃取效率的影响Fig.2 Effect of different extraction solvents on extraction efficiencies of CBs by UAE

图3 不同UAE萃取剂（丙酮）量对6种氯苯萃取效率的影响Fig.3 Effect of extraction solvent （acetone） volumes on extraction efficiencies of CBs by UAE

2.3 超声时间选择

图4 不同超声时间对6种氯苯萃取效率的影响Fig.4 Effect of ultrasonic extraction time on extraction efficiencies of CBs by UAE

超声波通过空化气泡破碎，扰乱样品颗粒周围饱和边界层，使样品颗粒不断与新鲜溶剂接触，有利于分析物从污泥样品到溶剂的质量传递［19］.充足的超声时间能够保证足够的萃取效率，然而，过长的超声时间可能会导致检测物的降解［20］.实验中分别考察了10～40min超声时间，超声温度保持10℃.从图4中可以看到，在10～20min的时间内，随着时间的增长，萃取效率逐渐增加；在20～40min的时间内，萃取效率基本保持不变.因此，选择20min作为最优超声时间.

2.4 DLLME萃取剂和萃取剂量选择

DLLME萃取萃取剂必须满足以下条件：密度大于水，水中溶解度小，对被测物溶解能力大，具有较好的色谱性能等.一般密度较大的有机溶剂多为卤代化合物，而卤代化合物在ECD中强烈拖尾，因而在萃取剂选择中受到一定的限制.在所有溶剂中，二硫化碳（密度1.2g/mL）和氯苯（密度1.16g/mL）能较好的满足以上条件，因此被选为实验的对象.经过反复实验的结果表明，当1.0mL丙酮萃取液中分别含有46.0μL二硫化碳和24.0μL氯苯时，最后沉积相同为15.0μL.从表1中可以看到，氯苯具有更高的萃取效率，因此，本研究采用氯苯作为萃取剂.

表1 不同DLLME萃取剂（氯苯，二硫化碳）的相对回收率Table 1 Efficiency of different extraction solvents evaluated for extraction of CBs by DLLME

图5 DLLME中不同氯苯加入量对沉积相体积的影响Fig.5 Effect of the volume of chlorobenzene on the volume of sedimented phase by DLLME

图6 DLLME 萃取剂（氯苯）量对6种氯苯萃取效率的影响Fig.6 Effect of extraction solvent （chlorobenzene）volumes on extraction efficiencies of CBs by DLLME

由于萃取剂量对萃取效率产生重要的影响，因此，必须确定合适的萃取剂量.实验分别以含有24.0，28.0，34.0，39.0，43.0μL氯苯的1.0mL丙酮萃取液进行DLLME操作.从图5中可以看到，氯苯沉积相体积从氯苯加入量为24μL时的15.0μL增加到氯苯加入量为43μL时的35.0μL.从图6中可以看到，随着沉积相体积的增加，6种氯苯污染物峰面积逐渐降低.在实验中同时考察了沉积相体积低于15.0μL的情况，当沉积相体积低于15.0μL时，由于体积过小，无法形成稳定的沉积相.因此，本研究采用24.0μL作为最佳萃取体积.

2.5 盐效应

为了了解离子强度对分散液液微萃取的影响，进行了盐效应试验.在其他实验条件保持不变的基础上，使用0～5% Nacl的水溶液.结果表明随着水溶液盐分的增加，沉积相体积从NaCl含量为0时的15.0μL增加到NaCl含量为5%时的18.5μL，从而使富集倍数下降.因此，实验中避免盐分的加入.

2.6 污泥样品检测

在各种参数均为最优条件下得到6种氯苯化合物的标准曲线，线性关系呈显著相关性（表2）.通过对加标污泥样品（间二氯苯，邻二氯苯10μg/kg，1，2，4-三氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4，5-四氯苯和1，2，3，4-四氯苯 1μg/kg）重复检测，计算相对标准偏差（R.S.D.）（n=6）为：3.2～4.4，相对回收率为：69.6%～72.1%. 以3倍信噪比（S/N）对应的目标物浓度作为检测限（LOD），范围为0.001～0.2μg/kg.

利用该方法对造纸污泥（S1）、印染污泥（S2）和市政污泥（S3）污泥进行实际检测，测定结果表明（表3），造纸污泥（S1）中未检测出氯苯化合物；印染污泥（S2）中检测出1，2，3-三氯苯，含量为11.2μg/kg；市政污泥（S3）中检测出邻二氯苯和1，2，3，4-四氯苯，含量分别为161.3，21.7μg/kg.造纸污泥（S1）、印染污泥（S2）和市政污泥（S3）中氯苯的相对回收率分别为89.2%～103.8%， 94.5%～112.1%和89.1%～104.3%.市政污泥（S3）检测色谱图如图7所示.

表2 UAE-DLLME-GC-ECD定量分析污泥中氯苯的技术指标Table 2 Quantitative results of PCBs by UAE-DLLME-GC-ECD from sludge samples

表3 造纸污泥（S1）、印染污泥（S2）、市政污泥（S3）中氯苯的含量特征Table 3 Volume of CBs from spiked sludge S1， S2， S3samples.

图7 市政污泥样品（S3）色谱图Fig.7 Chromatogram of soil S3 （a） and spiked soil S3 （b）for each CBs obtained by using UAE-DLLME combined with GC-ECD

3 结论

建立了超声辅助分散液液微萃取结合气相色谱（UAE-DLLME-GC-ECD）的分析污泥中氯苯化合物的检测方法.用丙酮作为污泥中氯苯化合物萃取剂，在25℃温度下，用超声萃取20min后，取上清液进行分散液液微萃取，最后取0.50μl沉积相进行GC-ECD分析，根据加标样品所得到的造纸、印染和市政3种被试污泥中氯苯的相对回收率分别为89.2%～103.8%，94.5%～112.1%和89.1%～104.3%.分析结果表明，采用本方法测定污泥中氯苯化合物，不仅灵敏度高，而且只需少量萃取剂丙酮（8mL）和氯苯（24μL），样品前处理时间＜30min，相比于索氏抽提法等传统检测方法，节省了大量对人体有毒害作用的有机溶剂和分析时间.因此，适用于大批污泥样品的检测.

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Optimized ultrasonic assisted extraction dispersive liquid-liquid microextraction coupled with gas chromatography- electron capture detector for extraction and determination of chlorobenzenes in sludge.

DAI Zhi-xi， TIAN Li-xun， WANG Guo-dong， WENG Huan-xin* （I
nstitute of Environment and Biogeochemistry， Zhejiang University， Hangzhou 310012， China）.

China Environmental Science， 2015，35（2）：471～477

Ultrasonic assisted extraction dispersive liquid-liquid microextraction （UAE-DLLME） coupled with gas chromatography-electron capture detection （GC-ECD） was applied to extract and determine six different types of chlorobenzenes （CBs） in sludge samples. Acetone was used as extraction solvent for CBs. The effects of various parameters such as ultrasonic time， ionic strength， volume of disperser and extraction solvents as well as extraction types were investigated to determine the optimum conditions for this method. Under the optimum conditions， the method's coefficients of correlation （r2） were between 0.9993and 0.9999. The relative standard deviations （R.S.D.， n = 6） varied between 3.2% and 4.4%. The limits of detection （LODs）， based on signal-to-noise （S/N） of 3， were between 0.001and 0.2 μg/kg. The relative recoveries of the six CBs from three sludge samples， S1， S2and S3， were in the range of 89.2%～103.8%， 89.1%～104.3% and 94.5%～112.1%， respectively. It required less analysis time and harmful solvent than the conventional methods. The results showed that UAE-DLLME coupled with GC-ECD was an efficient， sensitive， and reliable method for the determination of CBs in sludge samples.

dispersive liquid-liquid microextraction （DLLME）；ultrasound-assisted （UA）；gas chromatography-electron capture detection （GC-ECD）；chlorobenzenes （CBs）；sludge sample

X830.2

A

1000-6923（2015）02-0471-07

戴之希（1990-），男，浙江台州人，浙江大学硕士研究生，研究方向为地球化学.发表论文1篇.

2014-05-27

国家海洋局海洋公益项目（201205015）；国家科技支撑计划（2012BAC15B03）；浙江省重大科技攻关项目（2005C13051）

* 责任作者， 教授， gswenghx@zju.edu.cn