快速溶剂萃取-双ECD气相色谱法测定土壤中的23种有机氯

2021-07-16魏小华石浚哲

安徽农业科学 2021年12期

关键词：土壤

魏小华石浚哲

摘要 [目的]修正《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱法》（HJ 921—2017）中关于测定23种有机氯的错误。[方法]采用ASE快速溶剂萃取对土壤样品进行前处理，通过双柱气相色谱（ECD）法对土壤中23种有机氯农药进行监测，并用外标法定量，建立土壤中23种有机氯农药的双柱气相色谱（ECD）分析方法。[结果]该方法土壤取样量为5.0 g，23种有机氯农药标准曲线有良好的线性，决定系数（R2）在0.998以上，两柱检出限分别为0.11～0.66 μg/kg（DB-5柱）和0.09～0.53 μg/kg（DB-1701柱），相对标准偏差分别为0.87%～4.92%（DB-5柱）和0.52%～4.94%（DB-1701柱），实际样品加标回收率除狄氏剂和o，p′-DDD回收率偏低外，其他目标物为70%～120%。[结论]该方法简单高效，适合土壤中23种有机氯农药的残留分析测定。

关键词土壤;双柱双ECD;有机氯农药

中图分类号 X-833 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）12-0204-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.054

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

A Study of 23 OCPs in Soil by Accelerated Solvent Extraction with Dual Chromatographic Columns and Dual ECD

WEI Xiao hua， SHI Jun zhe

（Wuxi Environmental Monitoring Central， Jiangsu Province， Wuxi， Jiangsu 214000）

Abstract [Objective] To correct the mistakes about determining 23 OCPs in Soil and Sediment—Determination of OCPs—Gas Chromatography（HJ 921—2017）. [Method] A double column gas chromatography （ECD） method was established for the determination of 23 OCPs in soil by accelerated solvent extraction and external standard method [Result] The soil sample quantity is 5.0 g and there were good linear relationship of 23 OCPs， the coefficient of determination （R2） was greater than 0.998. The experimental results showed that the detection limits were in the range of 0.11-0.66 μg/kg （DB 5 Columns） and 0.09-0.53 μg/kg （DB 1701 Columns）， and the relative standard deviations were 0.87%-4.92% （DB 5 Columns） and 0.52%-4.94%（DB 1701 Columns）. The recovery rate of the sample was 70%-120% except dieldrin and o，p′ DDD. [Conclusion] The method is simple， efficient and high sensitivity， and suitable for the determination and analysis of residues of 23 OCPs in soil.

Key words Soil;Dual chromatographic columns and dual ECD;OCPs

有機氯农药类化合物属于持久性污染物，性质稳定，不易分解，具有生物累积性，对生态环境和人体健康有潜在威胁[1-2]。因此，加强对环境中有机氯农药类化合物的监测十分重要。

快速溶剂萃取通过高温、高压对目标化合物实现快速、高效的提取，可节省溶剂[3-6]。ASE操作简便，重现性好，双柱气相色谱（ECD）分析方法既能定性亦能通过前后柱的对比分析有效去除假阳性的干扰，分离效果好、准确度高[7-8]。因此，笔者采用ASE快速溶剂萃取对土壤中23种有机氯农药类化合物进行处理。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1

仪器。Agilent 7890 A 双ECD 气相色谱仪（Agilent 7693 Auto sampler 自动进样平台）;DB-1701毛细管色谱柱（30.0 m×0.53 mm×1.0 μm）;DB-5毛细管色谱柱（30.0 m×0.53 mm×0.88 μm）;Dionex ASE350 快速溶剂萃取仪（Thermo Scientific），配34 mL萃取池;DC12H型氮吹浓缩仪。

1.1.2

标准溶液。23种有机氯农药混合标准溶液（TMstandard，100 μg/mL），8种有机氯标准溶液（TMstandard，100 μg/mL），外环氧七氯标准溶液（TMstandard，100 μg/mL），环氧七氯标准溶液（TMstandard，100 μg/mL），异狄氏剂（O2si，100 μg/mL），异狄氏剂醛（O2si，100 μg/mL），异狄氏剂酮（O2si，100 μg/mL），灭蚁灵标准溶液（环保部标准品研究所，100 μg/mL），α-氯丹标准溶液（Anpel，100 μg/mL），γ-氯丹标准溶液（Dr.Ehrenstorfer，100 μg/mL），o，p′-DDE标准溶液（Dr.Ehrenstorfer，100 μg/mL）、o，p′-DDD标准溶液（Dr.Ehrenstorfer，100 μg/mL），硫丹Ⅰ和硫丹Ⅱ标准溶液（北京坛墨质检科技有限公司，1 000 μg/mL），狄氏剂标准溶液（北京坛墨质检科技有限公司，1 000 μg/mL），艾氏剂标准溶液（北京坛墨质检科技有限公司，1 000 μg/mL），p，p′-DDD标准溶液（北京坛墨质检科技有限公司，1 000 μg/mL），顺式九氯标准溶液（AccuStandard，100 μg/mL），反式九氯标准溶液（AccuStandard，100 μg/mL）。

1.1.3 试剂及用品。正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、甲醇均为CNW色谱纯;无水硫酸钠、硅藻土均为分析纯（450 ℃马弗炉中烘烤4 h）;实验室用水为超纯水。

1.2 色谱条件

进样口温度 220 ℃，不分流进样，进样体积 1.0 μL;色谱柱①：DB-5毛细管柱（30.0 m×0.53 mm×0.88 μm）;色谱柱②：DB-1701毛细管柱（30.0 m×0.53 mm×1.0 μm）。载气，高纯氮气;柱流量为 1.8 mL/min;隔垫吹扫，3.0 mL/min;尾吹，60.0 mL/min。柱箱初始温度 150 ℃保持 1 min，以 10 ℃/min的速率升温至 200 ℃保持 18 min，以 3 ℃/min 升温至 230 ℃保持 52 min。检测器温度 280 ℃。

1.3 样品制备

土壤样品冷冻干燥后除去异物（石头、叶片等），取5.00 g（精确到0.01 g）土壤样品，土壤样品与适量硅藻土研磨均匀后装入底部事先放一片纤维滤膜的34 mL萃取池中。ASE预热5 min，静态萃取时间5 min，冲洗体积60%，萃取温度100 ℃，压力 10.3 MPa，氮气吹扫120 s，丙酮/正己烷（V/V=1∶1）萃取，循环2次。萃取液收集于小瓶中，待浓缩净化。

1.4 土壤样品浓缩净化

在玻璃漏斗上垫一层玻璃棉，加入约5 g 无水硫酸钠，将“1.2”中的土壤萃取液经无水硫酸钠脱水后收集到氮吹管中。为避免目标化合物的吸附，用萃取溶剂充分洗涤萃取容器3次，每次约5 mL，洗涤液也经过无水硫酸钠过滤，最后用少许萃取溶剂冲洗过滤残留物。合并上述滤液，氮吹浓缩至约1.0 mL。

用10 mL正己烷洗涤Florisil硅藻土小柱，保持柱内吸附剂表面浸润，将“1.3”中浓缩后的萃取液转移到Florisil小柱上，停留1 min，让溶液流出小柱，加入约2 mL正己烷-丙酮（9∶1，V/V）并停留1 min，用10 mL浓缩管接收洗脱液，继续用正己烷-丙酮（9∶1，V/V）洗涤小柱，至接收到的洗脱液体积到10 mL為止，洗脱液经氮吹仪氮吹浓缩并定容至1.0 mL后转移至样品瓶中待上机分析。

2 结果与分析

2.1 柱条件及定性

有文献报道，异狄氏剂在高温下易分解[9]，因此进样口和柱温不宜过高。该试验比较了不同柱条件对23种有机氯农药的分离效果，由于2根色谱柱的极性不同，相同化合物在2柱上的保留时间和出峰顺序不一定相同，通过标准物质单标的出峰保留时间确定该标准物质在23种有机氯农药中的出峰顺序。该试验发现，23种有机氯的出峰顺序与《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱法》（HJ 921—2017）[10]中的出峰顺序不一致，通过单标的保留时间定性，重新确定了23种化合物在前后柱中的出峰顺序。23种目标化合物中，前柱（DB-5）中o，p′-DDT和顺式九氯出峰时间重叠无法分开;后柱（DB-1701）中α-氯丹和反式九氯出峰时间重叠，p，p′-DDD和顺式九氯出峰时间重叠。另外试验还发现，异狄氏剂的降解产物异狄氏剂醛和异狄氏剂酮亦有出峰，DB-1701柱中化合物的保留时间较DB-5柱中化合物的保留时间延后明显。考虑到异狄氏剂的降解问题，有研究者将检测器温度设定在250 ℃，该试验发现检测器温度在250 ℃的响应值较280 ℃明显偏低，300 ℃与280 ℃差异不大，故该试验设定检测器温度为280 ℃。各化合物的出峰顺序见图1和图2。

2.2 萃取溶剂的选择

传统的索氏提取法耗时过长，且干扰物质多。该试验采用加速溶剂萃取法，具有快速、简单、回收率高等优点。从土壤中提取有机氯农药残留可选用不同萃取溶剂，其中包括正己烷、丙酮/石油醚和苯/丙酮等。有机氯农药低极性，理论上在非极性溶剂中的溶解度更高，但土壤是个复杂体系，其表面带有电荷，呈极性，完全采用非极性的正己烷很难进入较小的土壤孔隙，加入一定量的丙酮可以增加提取剂的极性，可将土壤表面和孔隙中的农药提取出来，综合效果较好。有研究试验了正己烷/丙酮9∶1、8∶2、3∶7 和 1∶1（V/V）不同混合溶剂的提取效果，结果表明，正己烷/丙酮 1∶1 提取效果最佳。另外，不同体积比的正己烷/丙酮在ASE萃取过程中的萃取效果，亦得出正己烷/丙酮 1∶1（V/V）为最佳[11-13]。因此，该试验用正己烷/丙酮 1∶1（V/V）进行萃取。

2.3 循环次数和萃取温度及压力的选择

循环次数与ASE的萃取效率直接相关，该试验考察了2次循环和3次循环对萃取效率的影响，结果见表1。从表1可以看出，2次循环的萃取效率比3次循环的高，且目标化合物的总体回收率更好，分析原因可能是由于3次循环萃取时间过长，导致部分目标化合物降解，从而使得回收率下降。综合来看，选择2次循环较为合适。

ASE是一种固-液萃取模式，提高温度可以增加扩散力、提高溶解度、降低表面张力，从而加快萃取进程、提高萃取效率。有研究表明，随着温度升高，有机氯的回收率也随之增大。通过试验60、80、100、120 ℃不同温度下六六六、滴滴涕的萃取效果，结果表明，萃取温度为 100 ℃时，萃取效果最好，并趋于稳定[14]，因此确定最佳萃取温度为100 ℃。另外，试验了6.9、10.3、13.8 MPa不同压力下的萃取效果，结果表明，萃取压力对萃取效率的影响不大，推荐使用10.3 MPa。因此，该试验选择在100 ℃、10.3 MPa条件下进行萃取。

2.4 土壤净化方式和洗脱体积

由于酸、碱会破坏一些有机氯农药，浓H2SO4净化适用于性质稳定的有机氯农药类化合物的净化，但该净化方法并不适合不稳定化合物[15]，该研究采用Florisil硅藻土商品小柱进行净化，利用正相柱极性填料吸附样品溶液中的极性杂质，用弱极性的淋洗液将目标化合物洗脱[16]。理论上，在保证目标化合物回收率的前提下，采用极性小的淋洗液可达到最好的净化效果。

在Florisil小柱净化过程中，淋洗液收集越多，回收率越高，但是干扰组分被洗脱的也越多，所以需要选择合适的淋洗液回收体积。刘文长等[17]收集正己烷-丙酮（9∶1，V/V）淋洗液上机检测，计算不同体积淋洗液回收率，淋洗液超过8 mL，回收率基本不变。陈蓓蓓等[18]也研究了正己烷-丙酮（9∶1，V/V）的洗脱体积，结果表明，洗脱至9 mL时有机氯目标化合物已洗脱完全。为确保回收率，该试验选择洗脱体积为10 mL，试验结果表明回收率在70%～120%，符合预期结果。

2.5 实验室质量控制

用石英砂代替土壤样品来进行溶剂与样品空白试验。测定结果表明，试验空白未发现目标化合物。实测样品中随机抽取1个样品进行平行双样测定，平行双样测定结果的偏差应 ≤±20%，《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱法》（HJ 921—2017）中由于23种有机氯目标化合物中并没有异狄氏剂降解产物异狄氏剂醛和异狄氏剂酮的浓度，故无法测定异狄氏剂降解率，这是该方法的一大缺陷。因此，该试验采用中间浓度点进行质控，即每隔10个样品注入 1.0 μL 标准曲线中间浓度点的有机氯标准溶液，通过目标化合物的测定值与中间浓度的偏差（≤±20%）来评价样品稳定性和系统测定准确性。经测定，中间浓度点的偏差均在标准要求范围内。

2.6 假阳性的排除

根据有机氯农药标准品在双色谱柱上的保留时间定性，采用外标法以峰面积定量。由于双柱ECD同时有2套校准曲线参与计算，样品数据也相应生成2套，其中数据取舍遵循的原则如下：凡是目标化合物相应的定量值在2柱上的差异大于5倍的，则认为此化合物为假阳性;凡是小于5倍的，则认为所对应的化合物存在且以较小的数值作为最终定量值[19]。采用双柱同时进样，由于2根色谱柱的极性不同，相同化合物在2柱上的保留时间亦不同，用双柱同时判断能提高准确度，避免假阳性现象。

2.7 校准曲线、精密度和检出限

分别取适量的23种有机氯农药标准溶液，用正己烷稀释，配制23种有机氯农药类化合物的标准系列，分别为20.0、60.0、100.0、300.0、500.0、800.0、1 000.0 μg/L，在“1.2”条件下测定。以目标物浓度（X）为横坐标，目标物峰面积（Y）为纵坐标，绘制标准曲线，结果见表1，由表1可见，各目标物质相关系数均在0.998 0以上。

取 5.0 g（精确到0.01 g）石英砂，加入一定量的23种有机氯标准溶液，各目标物浓度见表1中“添加浓度Ⅰ”，同时每个浓度再做6个平行样，每个浓度7个样品，按照“1.3”“1.4”所述处理，在“1.2”条件下测定，结果显示：7次测得的目标化合物的相对标准偏差（RSD）在0.87%～4.92%（DB-5柱）和0.52%～4.94%（DB-1701柱），按照公式MDL = 3.143×S计算检出限，结果得出目标化合物的检出限在0.11～0.37 μg/kg（DB-5柱）和0.09～0.40 μg/kg（DB-1701柱）。

用硅藻土制成另外2个浓度的样品，各目标物浓度见表1中“添加浓度Ⅱ、Ⅲ”进行加标回收率和精密度试验，每个浓度测定3次，结果见表1。由表1可见，添加浓度Ⅱ（2次循环）中除DB-5柱狄氏剂和o，p′-DDD回收率偏低外，其他目标化合物的回收率为70.45%～114.65%（DB-5柱）和75.70%～108.05%（DB-1701柱）;添加浓度Ⅱ（3次循环）中DB-5柱狄氏剂和p，p′-DDD回收率也偏低，其他目标化合物的回收率为65.75%～110.30%（DB-5柱）和74.10%～106.20%（DB-1701柱）;添加浓度Ⅲ平均加标回收率为69.37%～113.96%（DB-5柱）和81.19%～117.34%（DB-1701柱）。结果表明，回收率在合理范围内，说明该方法准确可靠，能应用于实际土壤样品的分析。

2.8 实际样品分析

使用该方法对无锡地区采集的5个土壤样品分别进行测定。结果表明，土壤平行样品相对偏差 < 20%，中间浓度点的相对偏差< 20%，满足质控要求;土壤加标样品中除DB-5柱狄氏剂和o，p′-DDD回收率偏低外，其他目标化合物的回收率为70%～120%（DB-5柱）。

3 結论

该研究通过优化柱条件和试验条件，采用双柱双ECD气相色谱法测定土壤中的23种有机氯农药，结果修正了《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱法》（HJ 921—2017）中的错误。ASE快捷高效、节省溶剂、自动化程度高，适合批量检测。双柱双ECD气相色谱仪测定土壤23种有机氯可同时收集2套数据供定性和定量分析，测定结果准确度高，可有效避免误判。该方法重现性好、灵敏度高，可应用于土壤样品的检测分析。

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