加速溶剂萃取－气相色谱法测定沉积物中正构烷烃的含量

时 磊，蔡小虎，吕爱娟，沈小明，胡璟珂，沈加林

（中国地质调查局南京地质调查中心，南京210016）

加速溶剂萃取－气相色谱法测定沉积物中正构烷烃的含量

时 磊，蔡小虎，吕爱娟，沈小明，胡璟珂，沈加林

（中国地质调查局南京地质调查中心，南京210016）

样品引入加速溶剂萃取池中，以丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液为提取剂，在120℃下进行静态提取10min。提取液用装有硅胶和中性氧化铝的柱子进行净化，以正己烷－丙酮（9＋1）混合液为淋洗液。洗脱液采用气相色谱法进行分离，外标法定量。各化合物的质量浓度在一定范围内呈线性，检出限（3S／N）在0.02～0.17mg·L－1之间。按标准加入法在3个浓度水平上进行回收试验，回收率在72.1%～91.7%之间，测定值的相对标准偏差（n＝6）在1.8%～16%之间。

气相色谱法；加速溶剂萃取；正构烷烃；沉积物

正构烷烃作为一种重要的生物标志物，在湖泊沉积物的古气候、古环境重建中得到广泛应用［1－3］，其分布特征为沉积物中有机质来源、古植被历史恢复、沉积环境、源区的气候条件分布信息提供了可靠的依据［4－5］。因此，研究沉积物中正构烷烃的组成及含量具有重要的生物学和地质学意义。

目前，环境样品中正构烷烃的测定方法主要针对土壤、动植物及石油等［6－8］，采用的提取方式以索氏提取、加速溶剂萃取（ASE）、超声波提取为主。索氏提取法提取效率高，但提取时间长，溶剂用量较大［9］；超声波提取操作简单，但提取效率较低，提取残渣与抽提物的分离操作费时较多［10］，对于有机质含量低的地质样品必须增加样品量或增加提取次数才能满足检测要求，有机溶剂使用量大；加速溶剂萃取法提取时间短，溶剂用量少，提取效率一般较高［11］。虽然加速溶剂萃取技术在正构烷烃等生物标志物研究中得到了应用，但研究对象主要集中在中长链烃C16～C35，且针对测定方法的研究较少。

本工作提出了加速溶剂萃取－气相色谱法测定沉积物中正构烷烃（C9～C40）的方法，采用混合溶剂提取，硅胶、中性氧化铝层析柱净化，方法高效快捷，可为批量地质样品中正构烷烃的测定提供参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

岛津GC－2014型气相色谱仪，配氢火焰离子化检测器（FID）；Dionex 300型快速溶剂萃取仪；KL512J型数控氮吹浓缩仪；KQ－500DE型数控超声波清洗器；WH－3型漩涡振荡仪。

C8～C20正构烷烃标准溶液：40mg·L－1。C21～C40正构烷烃标准溶液：40mg·L－1。

高纯氮气、高纯氧气和氢气（纯度均大于99.999%），无水硫酸钠为分析纯，正己烷、丙酮、二氯甲烷和甲醇均为色谱纯。

1.2 仪器工作条件

TG－35MS色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm）；进样口温度280℃，FID温度320℃；载气为高纯氮气，流量1.0mL·min－1，不分流进样，进样量1.0μL。升温程序：初始温度50℃；以4℃·min－1速率升温至120℃；再以10℃·min－1速率升温至320℃，保持30min。以保留时间定性，峰面积外标法定量。

1.3 试验方法

1.3.1 提取

1）加速溶剂萃取 称取沉积物样品10.0g于ASE萃取池中，以丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液为提取剂，系统压力10.3MPa，加热5min，温度120℃，静态提取10min，冲洗体积为60%萃取器体积，循环2次。提取结束后，将提取液浓缩至1mL，待净化用。

2）索氏提取 称取沉积物样品10.0g于索氏提取器中，加入丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液200mL，水浴加热提取48h。旋转蒸发浓缩至小体积后，氮吹并定容至1mL，待净化用。

3）超声萃取 称取沉积物样品10.0g于干净玻璃烧杯中，加入丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液40mL，室温下超声提取30min，移出提取液，重复提取3次，合并提取液，经无水硫酸钠除水后浓缩至1mL，待净化用。

1.3.2 净化

将硅胶于145℃烘箱中活化8h、中性氧化铝于425℃马弗炉中活化4h后，放入干燥器中冷却至室温。分别称取硅胶3.0g、中性氧化铝2.0g、无水硫酸钠1.0g装柱，上段为无水硫酸钠，中段为中性氧化铝，下段为硅胶，柱直径为1cm，用正己烷30mL淋洗后，将浓缩后的提取液过柱，用正己烷－丙酮（9＋1）混合液60mL洗脱，收集洗脱液并于35℃下氮吹浓缩至小体积，定容至1mL后转移至自动进样瓶中，按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

按仪器工作条件测定10.0mg·L－1正构烷烃（C9～C40）标准溶液，其气相色谱图见图1。

图1 正构烷烃（C9～C40）标准溶液的气相色谱图Fig.1 Gas chromatogram of standard solution of n－alkanes（C9～C40）

2.2 提取方式的选择

试验对比了索氏提取法、加速溶剂萃取法以及超声波萃取法的提取效率。分别称取10.0g经高温灼烧且不含目标化合物的沉积物样品，加入一定量正构烷烃（C9～C40）标准样品，以丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液为提取溶剂，按1.3.1节中的3种方法进行提取。结果表明：索氏提取法、加速溶剂萃取法以及超声波萃取法的回收率分别在72.7%～92.6%，73.1%～91.2%，63.8%～85.9%之间。超声波提取效率明显低于其他两种方法，尤其对短链烃（C9～C15）和长链烃（C35～C40）的提取效率较低；索氏萃取法提取时间长，溶剂用量较大；而加速溶剂萃取法快速、高效。试验选择加速溶剂萃取法对沉积物样品进行提取，对于批量地质样品的分析具有较高实用性。

2.3 提取剂的选择

正构烷烃（C9～C40）随着碳链数的增加，熔点逐渐升高，在同一溶剂中的溶解度出现较大差异，试验选取正己烷－丙酮（1＋1）、丙酮－二氯甲烷（1＋1）、二氯甲烷－甲醇（9＋1）等3种不同极性的混合溶液作为提取剂，以空白沉积物为样本进行加标回收试验，结果表明：正己烷－丙酮（1＋1）、丙酮－二氯甲烷（1＋1）、二氯甲烷－甲醇（9＋1）的提取效率分别为45.3%～86.4%，74.5%～91.7%，70.7%～91.2%。正己烷－丙酮（1＋1）对C9～C25的提取效率可达到70%以上，但对长链正构烷烃的提取效率较低；丙酮－二氯甲烷（1＋1）及二氯甲烷－甲醇（9＋1）的提取效率均较高，但由于二氯甲烷－甲醇（9＋1）极性较大，易将样品中强极性的杂质及色素提取出来，导致提取液浓缩后变得黏稠，增加了净化的难度。因此试验选择丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液为提取剂。

2.4 提取温度和时间的选择

在其他提取条件不变的条件下，试验比较了50，80，100，120，150℃等温度下的提取效率。结果表明：随着温度的升高，正构烷烃的提取效率不断提高；当温度达到120℃时，提取效率趋于最大值；继续升温至150℃时，提取效率变化不大。

在120℃，系统压力10.3MPa循环2次的条件下，选择静态提取时间分别为5，10，15min进行考察。试验结果表明：当静态提取时间达到10min时，提取效率最高；提取15min时，C9～C18的提取效率略有降低，其他化合物的提取效率无明显改善。综合考虑提取时间和提取效率，试验选择提取温度为120℃，静态提取时间为10min。

2.5 淋洗液的选择

少部分沉积物中除了含有芳香烃、饱和烃外，还含有少量沥青质及胶质等大分子物质［12］，这些物质熔点高、黏度大，必须在进样前除去，否则会严重污染色谱柱和检测器。试验选择正己烷－丙酮、正己烷－乙酸乙酯和丙酮－二氯甲烷等3类混合溶液作为淋洗液进行对比，并优化溶液比例。结果表明：正己烷－丙酮（9＋1）混合液作为淋洗液时，淋洗效率高，同时可有效去除样品中的干扰杂质，各目标化合物分离效果较好，样品净化后的色谱图见图2。

图2 样品净化后的气相色谱图Fig.2 GC Chromatogram of purified samples

2.6 标准曲线与检出限

按仪器工作条件对0.5，1.0，5.0，10.0，20.0mg·L－1的混合标准溶液系列进行测定。以各化合物的质量浓度为横坐标，对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。各化合物的质量浓度在0.5～20.0mg·L－1范围内呈线性，其线性回归方程和相关系数见表1。

以色谱峰高为噪声峰高3倍相对应的质量浓度为检出限（3S／N），结果见表1。

表1 线性参数及检出限Tab.1 Linearity parameters and detection limits

表1 （续）

2.7 精密度与回收试验

选用高温灼烧过的空白沉积物样品作为基质样本，添加高、中、低等3个浓度水平的混合标准溶液，精密度与回收试验结果见表2。

表2 精密度与回收试验结果（n＝6）Tab.2 Results of tests for precision and recovery

由表2可知：所有化合物的加标回收率在72.1%～91.7%之间，测定值的相对标准偏差（RSD）在1.8%～16%之间。

2.8 样品分析

按试验方法对东北地区某湖泊沉积物样品进行分析，其结果见表3。

由表3可知：样品中正构烷烃残留主要集中在C14～C33，测定值的RSD在5.7%～16%之间，能满足地质调查对沉积物中正构烷烃检测的要求。

本工作以丙酮－二氯甲烷（1＋1）混合液为提取剂，采用加速溶剂萃取法提取沉积物中正构烷烃（C9～C40），并使用硅胶和中性氧化铝柱进行净化，采用气相色谱法－氢火焰离子化检测器同时测定沉积物样品中正构烷烃（C9～C40）。方法高效、快捷、净化效果好，精密度和准确度较高，可为测定沉积物等地质样品中正构烷烃提供参考。

表3 样品分析结果Tab.3 Analytical results of samples

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ASE－GC Determination of n－Alkanes in Sediments

SHI Lei，CAI Xiao－hu，L Ai－juan，SHEN Xiao－ming，HU Jing－ke，SHEN Jia－lin
（Nanjing Center of Geological Survey，China Geological Survey，Nanjing210016，China）

The sample was extracted statically by accelerated solvent extraction at 120℃for 10min with a mixture of acetone and dichloromethane（1＋1）.The extract was purified on a column packed with silica gel and neutral alumina，and a mixture of hexane－acetone（9＋1）was used as eluent.The eluate was separated by GC，and external standard method was used for quantification.Linearity ranges for the compounds were kept between definite mass concentrations.Values of detection limits（3S／N）found were in the range of 0.02－0.17mg·L－1.Test for recovery was made by standard addition method at 3concentration levels，giving results in the range of 72.1%－91.7%，with RSDs（n＝6）ranged from 1.8%to 16%.

GC；ASE；n－Alkanes；Sediment

O657.7

A

1001－4020（2017）04－0399－05

10.11973／lhjy－hx201704006

2016－03－17

国土资源地质大调查项目（12120113014800）

时磊（1983－），男，江苏南京人，工程师，主要从事环境有机污染物的检测。E－mail：njdkssl＠163.com