一种快速测定土壤中总石油烃的方法

许 龙，王 佳，柳 玲，杨 峰，高晓庆，文 永， 李超翔

(1．陕西智达环保科技工程有限公司，西安 710061；2．陕西省环境科学研究院，西安 710061)

1 前 言

石油由烷烃、多环芳烃、烯烃的混合物组成[1]，主要成分为石油烃。国际上将其分为挥发性、半挥发性、可萃取性石油烃及C10～C40总石油烃(TPH)[2]。工业革命以来，作为主要能源，石油及其副产品推动着整个社会的发展和进步。随着人类对石油需求的日益增加，其在开采、冶炼、运输等过程中对环境的污染也随之增多。石油主要通过原油落地污染及含油废水灌溉两种方式进入土壤[3～5]。土壤作为石油污染的最终载体，受到的污染越来越严重[6]。目前，国内外对石油烃的分析测试方法主要为光谱法[7～9]、色谱法[10～12]及重量法[13]。传统的气相色谱测定土壤中总石油烃时主要缺点是分析效率低，由于总石油烃涉及的碳数范围广(C10-C40)，通常需要40分钟左右才能分析一个样品，每天处理样品的能力有限[14]

本文以土壤中总石油烃为研究对象，采用高压流体仪对其进行萃取，利用Agilent Intuvo 9000气相色谱仪对其进行分析。并将其测定的检出限、精密度、准确度[15]及实际土壤样品的结果与传统气相色谱的测定结果进行了对比。

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

Agilent 7890A气相色谱仪、Agilent Intuvo 9000气相色谱仪(美国安捷伦科技有限公司)；ASE350高压流体萃取仪(赛默飞世尔科技有限公司)；uisiprep TM固相萃取装置(美国Sigma-Aldrich公司)；RE-52AA旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)。

市售C10～C40正构烷烃标准溶液，每种烷烃的质量浓度均为1 000 μg/mL，溶剂为正己烷。

正己烷、丙酮、二氯甲烷均为色谱纯；石英砂、无水Na2SO4。

2.2 气相色谱条件

2.2.1 Aglient Intuvo 9000 GC仪器参数

进样口温度：300℃；不分流进样，进样量1.0 μL；Guard Chip温度：300℃；流路芯片温度：350℃；色谱柱DB-5ht(5 m×0.32 mm×0.1 μm)；升温程序：初始温度40℃,保持0.5 min,以250℃/min升温至150℃，再以100℃/min升温至300℃，最后以165℃/min升温至320℃,保持0.6 min；后运行350℃/min,2 min；FID检测器温度：300℃；氢气流速：30 mL/min；空气流速：400 mL/min；柱流量：10.0 mL/min。载气:高纯氮气(纯度≥99.999%)

2.2.2 Aglient 7890A GC仪器参数

进样口温度：320℃；不分流进样，进样量1.0 μL，进样0.75 min后分流，分流比60:1；色谱柱DB-1MS(30 m×0.25 mm×0.1 μm)；升温程序：初始温度60℃,保持1min,以8℃/min升温至 290℃,再以30℃/min升温至320℃,保持7min；FID检测器温度：330℃；氢气流速：40 mL/min；空气流速：350 mL/min；柱流量：2.0 mL/min。载气:高纯氮气(纯度≥99.999%)

2.3 样品处理

将新鲜土壤样品剔除异物(草根、石子)，备用。

称量样品20.00g于萃取池，用正己烷/丙酮混合液为萃取剂，按照载气压力：0.8 MPa；加热温度：100℃；萃取池压力：1 500 psi；预加热平衡时间：5 min；静态萃取时间：5 min；溶剂淋洗体积：60%池体积；氮气吹扫时间：60 s；静态萃取2 次。总计每个样品消耗溶剂65 mL，用时21 min。

2.4 样品净化

提取液转入分液漏斗，水洗2次，静置、分层、有机相脱水。萃取液预浓缩至1mL。正己烷/二氯甲烷、正己烷活化小柱，浓缩液过柱，正己烷洗涤收集瓶，合并收集得洗涤液后,加载至纯化柱，正己烷/二氯甲烷进行洗脱，收集洗脱液，洗脱液浓缩至1 mL待测。

3 结果与讨论

3.1 标准色谱图

土壤中总石油烃以C10-C40目标化合物定总量的方式计，即积分从n-C10H22- n-C40H82峰结束，计算C10-C40的总峰面积(扣除柱流失后的校正峰面积)。为了考察基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪对总石油烃分析方法的可行性，本工作中首先对标准样品进行了分析。依据色谱条件，通过Agilent Intuvo 9000与Agilent 7890A气相色谱仪对标准样品中石油烃C10-C40进行分析，标准样品色谱图见图1、图2。

图1 Agilent Intuvo 9000 GC测 定所得总石油烃的标准色谱图Fig.1 Standard chromatogram of TPH by agilent intuvo 9000 GC

图2 Agilent 7890A GC测定所得总石油烃的标准色谱图Fig.2 Standard chromatogram of TPH by agilent 7890A GC

由图1、图2可知，测定同样的土壤总石油烃标准物质，Agilent Intuvo 9000气相色谱极大地缩短了样品的分析时间，从常规方法的33 min减少至2.75 min，这主要得益于其使用高的升温速率(100、165、250℃/min)、5m短柱及较大的柱流量[16]。

3.2 标准曲线及检出限

为了建立基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪对总石油烃分析方法的标准曲线，本实验中配制总浓度分别为10.0、50.0、100.0、500.0、1 000.0 μg/mL的标准溶液(以峰面积对质量浓度作标准曲线)。并在考察其检出限实验中，配制浓度为5.0 mg/kg的土壤样品，平行测定9次，根据检出限=3.143×S，计算检出限。得到的线性方程、相关系数及检出限见表1。

由表1可知，使用Agilent Intuvo 9000气相色谱测得的检出限为2.70 mg/kg，约为方法要求的50%。这主要是由于基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪的分析方法所需时间更短，柱流失引起基线升高的程度更小，需要扣除柱流失的峰面积更小。因此，对测定所得的样品峰面积的影响更小[17]。

表1 Agilent Intuvo 9000 GC条件下总石 油烃的线性方程、相关系数及检出限Tab.1 Linear equations, correlation coefficients and method detection limit of TPH by Agilent Intuvo 9000 GC

3.3 精密度

为了考察基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪对总石油烃分析方法的精密度，本实验称取20.0 g石英砂样品，分别添加石油烃中间使用液(ρ=10 000 μg/mL)3、30及60 μL，配制成浓度为1.5、15.0及30.0 mg/kg，进行全程序加标实验，每种加标浓度平行测定6次，结果见表2。

表2 精密度的测定结果(n=6)Tab.2 Precision of the determination (n=6)

由表2可知，在低、中、高三个不同浓度时，使用Agilent Intuvo 9000气相色谱仪测定结果的相对标准偏差均优于传统气相色谱的测定结果。这同样得益于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪程序升温时间短，使得扣除柱流失对样品影响更小。

3.4 准确度

标准土壤样品的测定：为了进一步考察基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪的分析方法在标准土壤样品的分析适用性，本实验准确称量1.00g标准土壤6份进行提取测定，测定结果见表3。由表3可知，基于两种气相色谱仪的分析方法所测得的标准土壤结果均在可接受范围内，并且基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪的测定结果略高于基于传统气相色谱仪的测定结果。

表3 标准土壤的测定结果Tab.3 The measurement results of standard soil (mg/kg)

3.5 实际土壤加标

为了进一步考察基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪的分析方法在实际土壤样本的分析可行性，本实验选取实验室留存土壤样品进行低、中、高3个不同浓度的加标实验，实验结果见表4。由表4可知，使用Agilent Intuvo 9000气相色谱仪方法与常规气相色谱方法的加标回收效果相当。

表4 土壤样品基体加标的测定结果Tab.4 Recoveries of soil samples spiked

4 系统抗污染能力与便捷性

Agilent Intuvo 9000气相色谱仪的内部流路见图3。由图3可知，因其具有特殊预柱芯片Guard chip和全新设计的超惰流路芯片。因此，在一定程度上保护了色谱柱，减少了色谱柱的维护次数，同时也保证了数据的稳定性。由于特殊预柱的保护避免了切割色谱柱后方法重新设定的步骤[16]。同时Agilent Intuvo 9000气相色谱仪配备的是特殊的盘柱，更换色谱柱简单快捷。这些都在很大程度上减少了时间，提高了分析效率。

图3 Agilent Intuvo 9000 GC 内部流路Fig.3 The internal flow path of agilent intuvo 9000 GC

5 结 论

本文以土壤中总石油烃为研究对象，对比了基于Agilent Intuvo 9000和Agilent 7890A两种气相色谱仪及其相应条件下检出限、精密度、准确度及实际土壤样品的检测结果。结果表明：基于Agilent Intuvo 9000气相色谱仪对土壤中的总石油烃的分析方法，其检出限、精密度、准确度均优于基于常规气相色谱仪的分析方法。同时Agilent Intuvo 9000气相色谱仪特殊的预柱保护芯片Guard chip有效地降低了仪器受污染的可能，减少了仪器的维护次数，很大程度上提高了分析效率，是一种高效、稳定的新选择。