植烟土壤中16种多环芳烃的洗脱净化技术及含量测定*

马 军 滕 应 陆引罡 任文杰 马文亭

(1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300；2.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；3.中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室，南京土壤研究所，江苏 南京 210008)

植烟土壤中16种多环芳烃的洗脱净化技术及含量测定*

马 军1,2,3滕 应3陆引罡2#任文杰3马文亭3

(1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁554300；2.贵州大学农学院，贵州 贵阳550025；3.中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室，南京土壤研究所，江苏 南京210008)

为测定植烟土壤中16种多环芳烃(PAHs)的含量，建立并优化了土壤样品的洗脱净化方法，比较了不同洗脱剂、净化方法及净化条件的提取效果。结果表明，3种洗脱剂中正己烷-二氯甲烷混合液(体积比1∶1)洗脱效果最好，四通道色谱分离仪法在提取效果、溶剂耗量、操作时间上均优于硅胶柱法。在最佳操作条件下(洗脱剂用量2mL/次、洗脱时间50s/次)洗脱5次后采用气相色谱—质谱联用仪对16种PAHs进行检测，16种PAHs均在20～2000μg/L内呈线性关系(R>0.99)，仪器检出限为0.72～2.09μg/L，植烟土壤中16种PAHs的加标回收率为80.3%～114.4%，相对标准偏差为4.2%～12.3%。该方法简便、高效，能准确测定出植烟土壤中16种PAHs的含量。

植烟土壤 多环芳烃 四通道色谱分离仪 气相色谱—质谱联用仪

烟草是一种被广泛种植的经济作物，是我国农民重要的收入来源。烟草种植与生产过程中的燃煤烘烤、残留材料燃烧等可能会导致多环芳烃(PAHs)等持久性有机污染物残留于土壤中[1-3]，并被作物所吸收、积累、迁移及代谢，最终通过食物链进入人体，危及人类健康[4-5]。PAHs一般通过有机溶剂浸提、分离纯化后，通过色谱行为对其进行定量分析。提取液的净化方法有硅胶柱净化法[6-7]、固相萃取(SPE)柱净化法[8-9]和分散固相萃取法[10-11]等，上述净化方法虽然能在特定条件下达到净化效果，但存在溶剂用量大、溶剂暴露、操作步骤复杂、耗时长等问题，不但增加了实验的偶然误差，影响样品分析测定结果，还容易给实验人员带来潜在健康风险。针对上述问题，本研究选用四通道色谱分离仪[12-13]对植烟土壤提取液进行洗脱净化，四通道色谱分离仪可在全密闭式的工作环境中实现自动精确吸取溶剂，从而减少溶剂挥发与暴露，降低偶然误差，实现待测物净化过程的标准化控制，该方法可为进一步研究植烟土壤中PAHs污染物的特征源解析和健康风险评估提供技术支持。

1 材料与方法

1.1仪器与试剂

仪器：R-215旋转蒸发仪(瑞士BUCHI公司)；CHRO-400型四通道色谱分离仪；FreeZone2.5L冷冻干燥机 (美国Labconco公司)；Agilent7890A/5975C气相色谱—质谱联用仪(GC—MS，美国Agilent公司)。

1.2土壤样品的前处理

将土壤样品置于-20℃的冰箱中冷冻12h后，于冷冻干燥机中冷冻干燥96h，取出后用陶瓷研钵研磨并过60目不锈钢筛，最后保存于干燥器中待测。

1.3洗脱净化方法

准确称取2.0000g土壤样品用滤纸包裹后置于索式提取管中，连接装有70mL二氯甲烷的梨型瓶，于恒温水浴锅中(53℃)提取24h，冷却后在370Pa、90r/min、36℃条件下旋转蒸发浓缩至干，用环己烷定容至2mL。吸取1mL提取液转移至色谱分离柱中自动净化，收集洗出液后，在370Pa、90r/min、40℃下旋转蒸发浓缩并定容至1mL，过0.22μm的有机滤膜后装入棕色进样瓶待测。

洗脱过程中分别采用3种洗脱剂(正己烷、二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷混合液(体积比1∶1))和2种洗脱方法(传统硅胶柱法和四通道色谱分离仪法)进行洗脱净化，比较不同洗脱剂和洗脱方法的提取效果，洗脱过程中通过控制洗脱剂用量及洗脱时间，获取最佳洗脱净化条件。

1.4仪器的工作原理及条件

四通道色谱分离仪工作原理：通过控制屏设置洗脱频率、工作压力、洗脱时间、洗脱剂类型和洗脱流速等参数后，导液管吸入定量洗脱剂进入色谱柱，将目标物进行分次分离并洗脱至收集瓶中，最终获得所需目标物。四通道色谱分离仪示意图见图1[14]。色谱柱填装：在色谱柱中填装筛板后加入专用填料，最后加入1g无水硫酸钠。仪器工作正压和负压分别设置为170、75kPa，用洗脱液活化、平衡色谱柱3次，洗脱时间为25s/次，向色谱柱中转移提取液，洗脱净化5次。

图1 四通道色谱分离仪示意图Fig.1 Schematic representation of four-channel purification chromatograph

GC—MS工作条件：采用DB-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)作为色谱柱，以高纯氦气(纯度>99.999%)为载气，载气流速为1 mL/min。自动进样器(CTC)自动吸入1.0 μL溶液，以非脉冲不分流的方式进样，进样口温度保持250 ℃，选择离子检测(SIM)模式，运行温度设定为290 ℃。升温程序：柱室初始温度设为50 ℃并保持1 min，以25 ℃/min升至200 ℃，再以8 ℃/min升至280 ℃，再以1 ℃/min的速率升至283 ℃，最后以2 ℃/min升至290 ℃并保持5 min。电子轰击(EI)离子源：电子能量为70 eV，离子源温度230 ℃，传输线温度260 ℃。

2 结果与讨论

2.1洗脱剂的选择

比较正己烷、二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷混合液3种洗脱剂的洗脱效果，研究发现，采用正己烷作洗脱剂时，16种PAHs的加标回收率为67.8%～83.2%，洗脱率低；采用二氯甲烷作洗脱剂时易将提取液中的色素等杂质带入洗脱液，上机测定时会形成大量杂峰，干扰分离检测，采用正己烷-二氯甲烷混合液作为洗脱液时，16种PAHs的加标回收率为83.6%～112.8%，洗脱效率高，杂质少，效果最佳，因此后续分析中均使用正己烷-二氯甲烷混合液作为洗脱剂。

表1 洗脱净化条件对洗脱净化效果的影响

1—萘；2—苊烯；3—苊；4—芴；5—菲；6—蒽；7—荧蒽；8—芘；9—；10—苯并[a]蒽；11—苯并[b]荧蒽；12—苯并[k]荧蒽；13—苯并[a]芘；14—茚并[1,2,3-cd]芘；15—二苯并[a,h]蒽；16—苯并[g,h,i]芘图2 PAHs标液和实际植烟土壤样品洗脱净化液的GC—MS谱图Fig.2 GC-MS chromatograms of PAHs standard solution and purification solution of actual tobacco-planting soil sample

2.2 净化方法对洗脱净化效果的影响

分别采用加标回收率、洗脱剂消耗量、洗脱剂收集量、洗脱耗时4个因素比较硅胶柱法和四通道色谱分离仪法的洗脱性能。结果显示：采用四通道色谱分离仪法净化时，16种PAHs的加标回收率为101.5%±6.5%，高于采用硅胶柱法(83.1%±7.9%)，净化效果能满足植烟土壤中PAHs的分析测定要求；从洗脱剂的消耗量和收集量看，四通道色谱分离仪法在洗脱过程中消耗洗脱剂16 mL、收集10 mL，明显少于硅胶柱法(洗脱剂消耗量30 mL、收集量20 mL)，有助于降低分析检测的溶剂成本；在洗脱耗时上看，四通道色谱分离仪法仅需5 min，与硅胶柱法洗脱耗时(30 min)相比，提高了工作效率。因此，本研究选择四通道色谱分离仪法对植烟土壤进行提取液净化。

2.3 净化条件对洗脱净化效果的影响

向土壤样品中加入100 μL质量浓度为100 μg/L的PAHs标液，以正己烷-二氯甲烷混合液为洗脱剂，采用四通道色谱分离仪法进行洗脱净化，设置洗脱剂用量分别为1、2、3 mL/次，洗脱时间分别为40、50、60 s/次，两两组合进行加标回收试验，每组处理重复6次取平均值，结果见表1。由表1可见：当洗脱剂用量为1 mL/次，洗脱时间为40～60 s/次时，PAHs标液的加标回收率最低，为49.7%～69.1%；当洗脱剂用量增加到2 mL/次时，加标回收率明显增加，为83.1%～97.0%，且标准偏差≤4.9%；当洗脱剂用量达到3 mL/次时，回收率小幅增加，但标准偏差相应提高；在相同洗脱剂用量下，当洗脱时间从40 s/次增加到50 s/次，加标回收率大幅提高，当洗脱时间继续增加到60 s/次时，加标回收率增幅不明显，甚至稍有降低。综合比较，最佳洗脱剂用量为2 mL/次，洗脱时间为50 s/次，在该条件下PAHs的加标回收率高，洗脱耗时短。

2.4 16种PAHs的图谱

采用GC—MS分别对400 μg/L的PAHs标液及最佳条件下脱洗5次获取的实际植烟土壤洗脱净化液进行分析，结果见图2。

2.5 方法的线性关系和检出限

以GC—MS图谱中16种PAHs的峰面积为因变量(y)，以PAHs质量浓度为自变量(x,μg/L)，在x=20～2 000 μg/L的区间进行线性拟合，以信噪比为3计算各PAHs的仪器检出限，结果见表2。由表2可见，16种PAHs在20～2 000 μg/L内均呈现出良好的线性关系，相关系数(R)>0.99，表明定量方法可靠。16种PAHs的仪器检出限为0.72～2.09 μg/L，达到分析测定要求。

2.6 加标回收率

准确量取20、50、200 μg/L的PAHs标液100 μL分别加入3个土壤样品中，在最佳条件下进行洗脱净化，计算加标回收率，每个处理重复6次取平均值，结果见表3。由表3可见，16种PAHs在3个浓度水平上的加标回收率为80.3%～114.4%，RSD为4.2%～12.3%，说明本研究构建的分析方法相对可靠。

2.7 植烟土壤中PAHs的含量特征

为获取植烟土壤中PAHs的含量特征，采集8个植烟土壤样品，分别标记为S1～S8，分析8个土壤样品中16种PAHs的含量，结果见表4。由表4可见，植烟土壤中16种PAHs的检出率很高，其中以2～4环PAHs含量较高，菲、芘和苯并[b]荧蒽的最大质量浓度分别为211.72、116.15、119.51 μg/kg，5～6环PAHs含量偏低。样品中16种PAHs 的总质量浓度为193.78～725.70 μg/kg，平均值为545.45 μg/kg，低于石化工业区周边土壤(1 032.24 μg/kg)[15]，高于苏州农田土壤(312.5 μg/kg)和嘉兴农田土壤(152.4 μg/kg)[16]。参考欧洲对农业土壤PAHs污染程度的分级(PAHs总质量浓度< 200μg/kg为无污染，200～<600 μg/kg为轻度污染，600～<1 000 μg/kg为中等污染，≥1 000 μg/kg为严重污染[17])，本研究所测定的植烟土壤样品中PAHs的污染情况总体介于轻度污染到中等污染之间。因此，应该对烟草种植过程中对土壤带来的PAHs残留负荷予以重视，同时应采取相应措施予以管控。

表2 16种PAHs的保留时间、线性关系和检出限

表3 植烟土壤中16种PAHs的加标回收率及相对标准偏差(RSD)

表4 植烟土壤样品中16种PAHs的质量浓度1)

注：1)ND为未检出或低于检出限。

3 结 论

以正己烷-二氯甲烷混合液为洗脱剂，采用四通道色谱分离仪法对植烟土壤进行洗脱净化，在最佳操作条件(洗脱剂用量2mL/次，洗脱时间50s/次)下洗脱5次后由GC—MS对16种PAHs进行检测。16种PAHs均在20～2000μg/L内呈线性关系(R>0.99)，仪器检出限为0.72～2.09μg/L，植烟土壤中16种PAHs的加标回收率为80.3%～114.4%，相对标准偏差为4.2%～12.3%。本研究构建的方法回收率高，耗时短，消耗溶剂少，成本低，且操作简便、准确度好、可重复性高，可用于植烟土壤及其他类型土壤中PAHs含量的测定，为植烟土壤中PAHs的污染特征、源解析和健康风险分析提供检测基础。

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Elutionandpurificationof16polycyclicaromatichydrocarbonsintobacco-plantingsoilandthecontentdetermination

MAJun1，2，3，TENGYing3，LUYingang2，RENWenjie3，MAWenting3.

(1.CollegeofMaterialsandChemistry，TongrenUniversity，TongrenGuizhou554300；2.CollegeofAgriculture，GuizhouUniversity，GuiyangGuizhou550025；3.KeyLaboratoryofSoilEnvironmentandPollutionRemediation，NanjingInstituteofSoilScience，ChineseAcademyofSciences，NanjingJiangsu210008)

In order to determine the content of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in tobacco-planting soil，a method for elution and purification of soil sample was established and developed. The effect of different eluent，purification method and purification conditions on purification efficiency was studied. Results showed that n-hexane-methylene chloride mixture (volume ratio 1∶1) achieved the best purification efficiency in 3 eluents. The method of using four-channel purification chromatography instrument presented the better performance in purifying effect，solvent consumption and operation time compared with silica gel column method. Eluting the soil samples under the optimum operating conditions (eluent flow rate of 2 mL/time and elution time of 50 s/time) for 5 times，and then gas chromatography (GC)-mass spectrum (MS) was applied to detect the 16 PAHs in soil. Results showed that all the 16 PAHs were well separated and purified，the calibration curves had a good linear relationships (R>0.99)between 20-2 000 μg/L. The detection limit was ranged 0.72-2.09 μg/L，the recovery rate of 16 PAHs in soil sample was 80.3%-114.4% and the relative standard deviation (RSD) was 4.2%-12.3%. The established method was convenient and efficient，which could determine the content of 16 PAHs in tobacco-planting soil accurately.

tobacco-planting soil； PAHs； four-channel purification chromatograph； GC-MS

马 军，男，1988年生，硕士，主要从事土壤环境的污染与修复研究。#

。

*环保公益性行业科研专项(No.201109018)；江苏省杰出青年基金资助项目(No.BK20150049)；贵州山地醇甜香型烟叶生产技术研究与示范项目(No.700377111206);贵州省教育厅创新人才团队项目(黔教合人才团队字[2015] 67号)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.03.007

2016-08-20)