超声萃取-气相色谱法测定土壤中的可萃取石油烃*

杜明月，林 勇，葛 璇，张厚勇，公华林

（山东省济南生态环境监测中心，山东 济南250102）

总石油烃（total petroleum hydrocarbons，TPH）又称矿物油，是一种含有烃类（正构烷烃、直链烷烃、芳烃、脂环烃）及少量其他有机物（硫化物、氮化物、环烷酸类等）的复杂混合物。基于碳当量将石油类划分为挥发性石油烃（C6~C9）和可萃取石油烃（C10~C40）[1，2]。石油烃已被列入我国危险废弃物名录，石油中多环芳烃类物质已确认具有较强的致癌物质，可以通过呼吸、皮肤接触、饮食摄入等方式进入人或动物体内，影响其肝、肾等器官的正常功能，甚至引起癌变[3]。

目前，土壤中石油烃的测定方法主要有重量法[4]、高效液相色谱法、荧光分光光度法[5]、红外分光光度法[6]、气相色谱法[7]、气相色谱质谱法[8，9]。重量法操作复杂、灵敏度低；高效液相色谱法只适用于测定高沸点的石油烃组分；荧光光谱法虽然灵敏度高，但只能测定芳烃类石油的含量，具有一定的局限性；红外分光光度法操作简单，能准确的测定样品中石油类的含量，但是萃取剂四氯乙烯遇水、高温会分解，保存条件要求苛刻。本文建立一种快速高效准确测定土壤中石油烃的方法——超声萃取-气相色谱法，测定结果令人满意。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

Agilent 7890 B气相色谱仪（安捷伦科技有限公司）；KQ-700DV数控超声波清洗器（昆山舒美）；MultiVap-10平行浓缩仪（北京莱伯泰科仪器股份有限公司）；HP-5（30m×0.32mm×0.25μm）。

丙酮、正己烷、二氯甲烷，均为色谱纯，TEDIA公司；石英砂、无水Na2SO4均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；C10~C40饱和烷烃标准溶液（每种物质 约 为1000mg·L-1，SiO2）；C10~C40饱 和 烷 烃 标 土（1100mg·kg-1，SiO2）。

1.2 色谱条件

进样口温度：320℃；进样方式：不分流进样；恒流模式：柱流速：2.0mL·min-1；程序升温：60℃保持1min，以18℃·min-1升至290℃，再以30℃·min-1升至320℃，保持15min；HP-5（30m×0.32mm×0.25μm）；进样量：1μL；FID检测器温度：280℃；H2流量：40.0mL·min-1；空气流量：400.0mL·min-1。

1.3 标准曲线溶液的制备

取100μL的C10~C40饱和烷烃标准溶液稀释到1.00mL的正己烷中，配制成3108.0mg·L-1的C10~C40饱和烷烃标准贮备液。

分别取10、20、40、50、60、80、100μL的C10~C40饱和烷烃标准贮备液稀释到1.00mL的正己烷中，配制成质量浓度依次为30.8、60.9、119.5、148.0、175.9、230.2、282.5mg·L-1的C10~C40饱和烷烃混合标准品系列。

1.4 样品前处理

称取两份20.0g土壤样品，一份用于测定土壤样品中干物质的含量，另一份用于石油烃的提取。具体操作：加入40mL丙酮/正己烷萃取试剂1∶1（v/v），超声萃取1h，静置，将上清液全部转移至分液漏斗中，按上述步骤振荡提取2次。用100mL纯水洗涤合并后的萃取液2次，静置，将有机相经无水Na2SO4脱水后转移至浓缩杯中浓缩至1mL，待净化。依次用10mL正己烷/二氯甲烷溶液、10mL正己烷活化硅酸镁小柱，待柱上正己烷近干时，将浓缩液及用正己烷洗涤浓缩杯的洗涤液全部转移至净化柱中，用10mL正己烷/二氯甲烷溶液进行洗脱，靠重力自然流下，收集于浓缩杯中浓缩定容至1.0mL，待测。

2 结果与讨论

2.1 萃取试剂的选择

土壤本身结构比较复杂，土壤中的胶体、大颗粒等会吸附石油类组分，形成复杂的结合体。因此，需要强极性溶剂将土壤中的石油类萃取出来。

本研究讨论了二氯甲烷、正己烷、丙酮∶正己烷（1∶1）等3种不同溶剂作为萃取剂的萃取效果。结果表明，二氯甲烷的萃取效率最好，丙酮∶正己烷（1∶1）作为萃取剂也有很好的萃取效果，正己烷萃取效果最差。但是由于二氯甲烷的极性强，能萃取基体复杂的土壤样品中更多的物质，因此，萃取液的净化过程繁琐费时；正己烷的萃取效果不能满足实验要求；丙酮∶正己烷（1∶1）的混合溶剂，强极性的丙酮与非极性的正己烷形成互补，萃取效率高且净化过程易操作；而且丙酮与水互溶，对未脱水的样品，丙酮∶正己烷（1∶1）作为萃取溶剂更为合适。因此，本实验选择丙酮∶正己烷（1∶1）作为萃取溶剂。

2.2 前处理方式的选择

土壤中总石油烃的前处理方式主要有索氏提取、超声萃取、微波萃取、超临界流体萃取、快速溶剂萃取等。其中索氏提取有机溶剂的消耗量大，萃取时间长；超临界流体萃取对极性化合物的萃取效率较低，且设备庞大，技术成本高；快速溶剂萃取快速高效，回收率高且精密度好，但所需的设备昂贵，成本高而且所使用的萃取池清洗繁琐，清洗的不彻底易导致空白值偏高；超声萃取技术成熟，所需的有机溶剂消耗量小，萃取效率高，操作简单。因此，优先选择超声萃取前处理的方法。

2.3 标准曲线，检出限，定量限

在优化条件下，将标准曲线溶液萃取分离进行气相色谱分析，以可萃取石油烃（C10~C40）的含量（mg·L-1）为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制可萃取石油烃的标准曲线，可萃取石油烃在10.0、3000mg·L-1范围内具有良好的线性关系，相关系数为0.9996，可萃取石油烃的标准色谱图见图1。

图1 可萃取石油烃（C10~C40）的标准色谱图Fig.1 Chromatogram of extractable total petroleum hydrocarbons（C10~C40）

称取20.0g石英砂，加入适量的C10~C40饱和烷烃标准溶液，在优化条件下，根据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》（HJ 168-2010）的要求，将线性范围内最低浓度点连续进样7次，按照上述仪器条件进行测定，计算7次平行测定的标准偏差s，并按照MDL=t（n-1，0.99）×S计算方法检出限，当n=7时，自由度n-1=6，置信度为99%时，t=3.143，方法的检出限为5.47mg·kg-1，定量下限为21.9mg·kg-1，结果见表1。

表1 可萃取石油烃的线性范围、检出限、定量下限、回归方程、相关系数Tab.1 Linear range,limits of detection（LODs）,limits of quantification（LOQs）,calibration equations,correlation coefficients of extractable total petroleum hydrocarbons

2.4 回收率和精密度试验

对未检出石油烃的实际土壤样品进行低、中、高3个浓度的加标回收试验，在优化条件下平行测定6次，计算加标回收率、相对标准偏差，结果见表2。

表2 石油烃的加标回收率及相对标准偏差Tab.2 Average recoveries and relatives standard deviations of extractable total petroleum hydrocarbons

由表2可知，结果表明，石油烃的加标回收率为87.2%~99.3%，相对标准偏差小于5.0%，说明该方法具有良好的准确度和精密度。

3 结论

采用超声萃取-气相色谱法测定土壤中可萃取总石油烃时，应注意：（1）对实验中用到的玻璃器皿，先用二氯甲烷和正己烷清洗两次，去除高沸点组分的残留，再用20%的HNO3溶液浸泡后，纯水冲洗后高温处理；（2）维护气相色谱仪，更换清洗进样针的溶液、进样口的隔垫、衬管，并在样品测试前进行柱流失的采集；（3）进行溶剂空白的测试，溶剂空白值低于检出限；（4）对每一批次的净化柱进行石油烃的回收率的测定，回收率不得低于80.0%；（5）对实验室空白、实际样品、20%的实际样品平行，萃取，分离并进行气相色谱分析；（6）实验过程中，可根据正四十烷的峰形和信号强度判断是否需要进行维护。本文建立的超声萃取-气相色谱法测定土壤中可萃取总石油烃的方法，具有操作简单、萃取效率高、灵敏度高、检出限低、定性定量准确等优势，适用于土壤中可萃取石油烃（C10~C40）的测定。