农田土壤中多环芳烃的高效液相色谱法测定

张 慧，郭文建，朱 晨，李红莉

（山东省环境监测中心站，山东 济南 250000）

环境监测与污染防治

农田土壤中多环芳烃的高效液相色谱法测定

张 慧，郭文建，朱 晨，李红莉

（山东省环境监测中心站，山东 济南 250000）

采用快速溶剂提取（ASE）—凝胶渗透色谱（GPC）—高效液相色谱法测定农田土壤中的多环芳烃（PAHs）。优化了ASE的提取溶剂和GPC的净化时间，方法具有良好的精密度和准确度，拥有良好的线性范围和检出限。对济南市某农田土壤样品进行了测定，共检出5种PAHs，总浓度为26.8 μg/kg，参照Maliszewska-Kordybach土壤中PAHs污染分级方法，属于无污染水平，同时参考荷兰土壤质量标准中10种PAHs标准限值，均未超标。

土壤；多环芳烃；快速溶剂提取；凝胶渗透色谱；高效液相色谱

由于土壤中基体复杂且含量较低，测定土壤中PAHs时，前处理方法特别重要［5］。笔者重点研究了快速溶剂提取时的提取溶剂、氮吹浓缩时的氮气压力和GPC浓缩时的收集时间对PAHs回收率的影响，确定了最佳前处理条件。在此基础上，利用液相色谱法进行了方法验证，并进行了实际农田土壤样品测定，证明该方法能有效地测定土壤中的PAHs。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

加速溶剂提取仪：ASE-350型，美国Dionex公司，配34 ml萃取池。

凝胶渗透色谱：Lab Tech，含VWD紫外检测器，色谱柱：LabTach Bio-Beads S-X3，ID 20× 300 mm，S/N：12010280，溶剂为乙酸乙酯：环己烷（1∶1）；

有机样品浓缩仪（氮吹浓缩仪）：Biotage公司，配50 ml氮吹管。

高效液相色谱仪：安捷伦1260，配有1260 DAD和1260 FLD检测器，色谱柱：PAH专用柱，SUPELCOSIL LC-PAH 15cm×4.6 mm，5 μm。

天平：METTLER TOLEDO，AG204。

二氯甲烷、丙酮、正己烷、环己烷、乙酸乙酯和乙腈均为色谱纯，购自Thermo Fisher公司；实验用水为超纯水（制水机购自Millipore公司）；16种PAHs（NaP：萘，Ace：苊，Acy：二氢苊，Fle：芴，Phe：菲，Ant：蒽，Fla：荧蒽，Pyr：芘，BaA：苯并 ［a］蒽，Chr：屈艹，BbF：苯并 ［b］荧蒽，BkF：苯并 ［k］荧蒽，BaP：苯并 ［a］芘，DBahA：二苯并 ［a，h］蒽，BghiP：苯并 ［ghi］苝，IND：茚并 ［123-cd］芘）混合标准溶液购自AccuStandard（USA）。

1.2 样品采集

土壤样品采集于济南市某大片农田，按照《土壤环境监测技术规范》 （HJ/T 166-2004）的有关要求布点，以不锈钢铲子采集0～20 cm表层土壤样品。样品集中混合，挑出树枝、叶片、石子等杂物，取上述混合土壤约1 kg左右，装入洁净的棕色磨口玻璃瓶中，装满装实，运输过程中应避光、密封、冷藏，及时送实验室分析，若不能及时分析，应低温冷藏保存，7 d内完成前处理。

1.3 样品前处理

称取10 g新鲜土壤样品，加入适量硅藻土，混匀后倒入快速溶剂提取池，采用二氯甲烷：丙酮（V∶V，1∶1）作为提取溶剂，提取温度为100℃，压力1 500 psi，静态提取5 min，循环2次。收集全部提取液。进入GPC三联机模式（浓缩—净化—浓缩），GPC色谱柱上样量为5 ml，流速为5 ml/min，收集时间为12～20 min，其余杂质进入废液。将浓缩完（已经用乙腈进行溶剂置换）的1 ml样品进高效液相色谱仪进行分析。

1.4 高效液相色谱仪分析条件

分析条件：进样量10 μl，柱温30℃，流动相为水/乙腈；流速1.0 ml/min，梯度淋洗：55%乙腈保持15 min，15～30 min内乙腈由55%升至95%，保持10 min，40～42 min内乙腈由95%降至55%；紫外检测器波长为220 nm和254 nm；荧光检测器波长随时间变化情况为：初始激发波长为275 nm，发射波长为350 nm，17 min时激发波长改为260 nm，发射波长改为420 nm，24 min时激发波长改为280 nm，发射波长改为420 nm，38.9 min时，激发波长改为305 nm，发射波长改为500 nm。

图1 氮气压力对PAHs回收率的影响（35℃）

2 结果与讨论

2.1 ASE提取溶剂的优化

实验室常用的提取溶剂为二氯甲烷∶丙酮（V∶V，1∶1），二氯甲烷∶正己烷（V∶V，1∶1），丙酮∶正己烷（V∶V，1∶1），通过在空白硅藻土中加入一定量的PAHs标准溶液来研究这三种组合形式的溶剂对PAHs回收率的影响。ASE提取后的溶液经氮吹浓缩仪浓缩至近干时，用乙腈溶剂置换两次，浓缩至1 ml时转移至进样瓶中，进高效液相色谱仪分析。浓缩时氮气压力对回收率影响较大，水温为35℃时氮气压力对回收率的影响结果见图1，本实验加标回收率见图2。

图2 不同提取溶剂时PAHs标液加标回收结果

上述实验结果表明：温度为35℃，氮气压力为14 psi时，PAHs的回收率均在40%左右，而氮气压力为8 psi时，回收率较好，而如果氮气压力再降低，浓缩时间会加长，所以为了快速又高效地完成浓缩，氮气压力选为8 psi。

不同提取溶剂时PAHs标液加标回收率相差不大，整体来说，二氯甲烷∶丙酮（V∶V，1∶1）相对较好，原因可能是二氯甲烷和丙酮的强亲核性质有利于溶剂与基质颗粒竞争具有较大电子密度和强亲核性的PAHs，同时，丙酮的强溶解能力有助于PAHs的溶解，更有利于其进入到液相中［6-7］，所以，笔者选用二氯甲烷∶丙酮（V∶V，1∶1）作为提取溶剂。

2.2 GPC收集时间的优化

本研究使用PAHs标准溶液测定其在GPC中的流出时间，由于该GPC配有紫外检测器，可直接通过不同时间对应的紫外吸收强度图来确定留出时间，不必再做流出曲线，大大减少了工作量，可更快速有效地确定收集时间。其紫外吸收随时间变化的情况如图3所示：

图3 GPC中随时间变化的PAHs紫外吸收

由上图可知，多环芳烃在13 min从GPC柱子中流出，18 min结束，为了防止实验室环境的变化对流出时间的影响，确保能全部收集多环芳烃，同时又减小杂质的影响，本研究选择收集12～20 min的流出组分。

2.3 方法验证

取含16种PAHs的储备液配制浓度分别为0.005 μg/ml、0.01 μg/ml、0.05 μg/ml、0.1 μg/ml、0.5 μg/ml的系列标准溶液，用高效液相色谱仪测定，同时选用紫外和荧光两种检测器。以峰面积为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线（除苊因没有荧光响应，需用紫外响应值外，其余15种PAHs均使用荧光响应值）。

检出限参照《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》 （HJ 168-2010）的相关规定，连续分析7个接近于检出限浓度的实验室空白加标样品（以硅藻土为实验室空白），计算其标准偏差S。用公式MDL=S*t（n-1，0.99）计算其检出限，其中：t（n-1，0.99）为置信度为99%、自由度为n-1时的t值；n为重复分析的样品数，若连续分析7个样品，t（6，0.99）=3.143。本研究中测定下限为检出限的四倍。

准确度和精密度：往实际土壤样品中加入0.05 μg多环芳烃储备液，做6个平行样，经ASE提取、GPC净化等前处理后，进入高效液相色谱仪测定，计算出平均回收率和相对标准偏差（RSD）。

表1 多环芳烃标准曲线、相关系数、检出限、测定下限、加标回收及RSD

标准曲线、相关系数、检出限、测定下限、加标回收及RSD见表1。

2.4 农田土壤样品测定

土壤样品按上述方法进行前处理，做平行样，然后进液相色谱仪进行分析。同时进行含水率的测定，以计算出干土中PAHs的含量。测定结果见表2。

表2 济南市某农田土壤样品测定结果

该土壤的最终检测结果为：共检出5种PAHs，分别是萘 （NaP）、菲 （Phe）、芘 （Pyr）、苯并 ［b］荧蒽 （BbF）和苯并 ［ghi］苝 （BghiP），含量分别为7.4，7.6，4.1，4.1，3.6 μg/kg，总多环芳烃含量为（ΣPAHs）为26.8 μg/kg。目前中国尚未颁布土壤中PAHs的质量标准，参照Maliszewska-Kordybach［8］建议的欧洲农业土壤中PAHs污染程度分级方法：无污染（ΣPAHs＜200 μg/kg）、轻度污染（200≤ΣPAHs＜600 μg/kg）、中等污染（600≤ΣPAHs＜1 000 μg/kg）和严重污染（ΣPAHs≥1 000 μg/kg），发现该土壤虽然检出了部分PAHs，但浓度极低，属于无污染水平。

同时采用荷兰土壤环境标准中恢复土壤多种用途所允许的10种多环芳烃目标值A（NaP：15 μg/kg，Phe：50 μg/kg，Ant：50 μg/kg，Fla：15 μg/kg，BaA：20 μg/kg，Chr：20 μg/kg，BkF：25 μg/kg，BaP：25 μg/kg，BghiP：20 μg/kg，IND：25 μg/kg）进行评价［9］，对比发现，该土壤中这10种PAHs均未超标。

3 结论

笔者研究了前处理方法对土壤中PAHs回收率的影响，包括ASE提取溶剂的选择，氮吹浓缩时氮气压力及GPC收集时间的选择等，在最佳前处理条件下，进行了方法验证，方法具有良好的精密度和准确度，拥有良好的线性范围和检出限，能满足土壤中PAHs检测分析的要求。用该方法对山东省济南市某农田土壤样品进行了实际测定，共检测出5种PAHs，ΣPAHs为26.8 μg/kg，按Maliszewska-Kordybach土壤中PAHs污染程度分级方法来评价，该土壤属于无污染水平。按照荷兰土壤环境标准中恢复土壤多种用途所允许的10种多环芳烃目标值A进行评价，该土壤质量达到该标准要求。

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［2］王学彤，贾英，孙阳昭，等.典型污染区农业土壤中PAHs的分布、来源及生态风险［J］.环境科学学报，2009，29（11）：2433-2439.

［3］王超，彭涛，吕怡兵，等.液相色谱法测定水中16种多环芳烃的方法优化［J］.环境化学，2014，33（1）：62-68.

［4］张纯淳，李思维，李钟瑜，等.快速溶剂提取-高效液相色谱-二极管紫外阵列/荧光串联法同时测定土壤中18种多环芳烃［J］.环境化学，2015，34（6）：1231-1233.

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［8］MALISZEWSKA-KORDYBACH B.Polycyclic aromatic hydrocarbons in agricultural soils in Poland:Proposals for criteria to evaluate the level of soil contamination［J］.Applied Geochemistry，1996，11（1/2）：121-127.

［9］VROM.Environmental quality objective in the Netherlands：A Review of Environmental Quality Objectives and Their Policy Framework in the Netherlands［M］.The Hague：Ministry of Housing，Spatial Planning and Environment，1994.

（编辑：程 俊）

Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Farmland Soil by HPLC

Zhang Hui，Guo Wenjian，Zhu Chen，Li Hongli
（Shandong Environmental Monitoring Center，Jinan Shandong 250000，China）

A method of ASE-GPC-HPLC has been established for the determination of PAHs in farmland soil.This method has good linear range，detection limit，precision and accuracy after the optimizing of extracting solution and collection time.At last，PAHs in farmland soil of Jinan were determined by this method.5 PAHs were detected and ΣPAHs was 26.8 μg/kg.The level of pollution was non-pollution by referring the PAHs pollution levels proposed by Maliszewska-Kordybach，and the concentrations of 10 PAHs were under the level of discharge standard of Netherland.

soil，PAHs，ASE，GPC，HPLC

X833

A

1008-813X（2016）05-0066-04

2016-07-27

张慧（1988-），女，山东菏泽人，毕业于大连理工大学分析化学专业，硕士研究生，工程师，主要从事环境监测工作。

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.05.18

多环芳烃（PAHs）是土壤环境中普遍存在的一类持久性有机污染物。迄今已发现200多种PAHs，其中相当部分具有致癌性。国际癌症研究中心 （IARC） （1976年）列出的94种对实验动物致癌的化合物，15种属于PAHs，其中苯并［a］芘是第一个被发现的环境化学致癌物，且致癌性特别强［1-2］。这些物质进入土壤后会通过直接接触或食物链的方式进入人体，危害人类健康。所以研究土壤中的PAHs含量具有非常重要的现实意义。

目前常研究的PAHs主要有16种（EPA优先控制对象），这16种PAHs化学性质相近且沸点较高，用气相色谱分析有一定困难，且灵敏度不高，本研究采用配有荧光检测器的液相色谱法［3-4］来测定，方法具有较高的灵敏度。