实验室条件下工程建设区域表土烷烃分布特征及络合效果研究

雷钢

广东水利电力职业技术学院，中国·广东 广州 510925

1 引言

烷烃组分是植物表皮叶蜡的主要组成部分，主要作用为维持叶片表面的水分平衡，保护叶片免受细菌和微生物损伤。烷烃在植物的生命周期中意义重大，当植物凋亡后，烷烃可以随腐烂植物体保存于土壤中。植物的烷烃成分一般不易发生降解，能较真实地反映植物体表皮叶蜡成分的原始烷烃分布。

在实验室条件下分析烷烃的各碳数组成时，通常采用气相色谱法对烷烃各组分进行分离，再利用气相色谱-同位素质谱仪对不同碳数烷烃的同位素进行分析。为了提高分析测试的准确度和可信度，一般需要将提取的烷烃样品进行分离、纯化、富集，以减少未分峰和共流出对仪器分析的干扰。对土壤的烷烃组分进行分离纯化实验方法通常为尿素络合法、5Å 分子筛法（1Å=10-10米），5Å 分子筛法用天然或人工沸石，分子内含有大量水分，加热脱水产生许多大小相同的孔穴，能把比它孔径小的物质吸附在孔穴中，以便与其他孔径的分子分开，并且有优良的选择吸附性，5Å 分子筛法不吸附支链烷烃和环烷烃。

分子筛法受环境因素影响较大，该法最大缺点是对浓度不高的烷烃样品的回收率低，尿素络合法的特点是，在不同碳数的烷烃组分（C17-C33）范围内适用，且实验室操作易上手[1]。尿素络合法分离富集正构烷烃在石油化工行业、古地质体研究、古环境研究等多领域均有较为广泛应用，在这些实验室条件的应用中，尿素络合法较为常见。

2 样品采集与烘干

研究样品采集于广州市从化区温泉镇附近某工程建设现场，外观为浅红棕色土壤，含粉砂质。样品送回实验室后，首先将其中小树枝、碎石等杂物挑出，然后用锡箔纸包裹放置烘箱中60℃烘干12 小时。烘干后的样品进行研磨，过200 目孔径的样品筛之后装样品袋，写好标签，待实验分析。

3 实验仪器与条件

超声波萃取仪、旋转蒸发仪、氮吹仪、气相色谱仪等。气相色谱仪器型号为Agilent 6890 气相色谱仪，FID 检测器。

试剂：甲醇、二氯甲烷、正己烷、KOH、尿素等，均为色谱纯或分析纯。

4 实验流程与方法

4.1 烷烃组分提取

称取3g 土壤样品，进行超声波抽提，加入色谱纯试剂甲醇3 次、甲醇：二氯甲烷（1 ∶1，v ∶v）3 次、二氯甲烷3 次。将三轮抽提液混合，经过旋转蒸发仪浓缩后加入质量浓度为6%的KOH 甲醇溶液，在60℃下进行6h 的水解反应。之后加入正己烷萃取上层液3 次，将萃取液进行浓缩装入2mL 小玻璃瓶。

4.2 烷烃分离及纯化

对上一步实验得到的脂类总组分进行柱分离。使用正己烷：二氯甲烷（9 ∶1，v ∶v）洗脱非极性馏分，得到烷烃组分。将烷烃组分尿素络合后，再通过气相色谱分析测试。

4.3 烷烃尿素络合

为获得成分干净的正构烷烃谱图分析，以及为后续同位素测试做准备，需要将以上得到的烷烃组分进行尿素络合分析。通常采用以下方法[2]配制尿素过饱和溶液。称取适量尿素晶体放入烧杯中，加入甲醇，边加热边摇晃使之完全溶解，然后静置至尿素溶液完全冷却结晶。倒去液相部分，重新加入甲醇，再加热溶解，冷却结晶，倒去液相部分。如此反复3 次使尿素纯化。最后加入适量甲醇，配制尿素过饱和溶液。

正构烷烃的纯化：将提取得到的烷烃组分（置于2ml小瓶）加入2ml 饱和尿素甲醇溶液，封上瓶盖后，静置48小时，待尿素逐渐结晶，长链正构烷烃分子会逐渐嵌入针形尿素晶体内；用干净针管吸掉瓶内液相部分，再加入正己烷轻轻摇晃，吸走液相，重复使用正己烷洗涤三次以上，去掉非直链烷烃组分；而后加入少量纯水，使尿素晶体完全溶解，加入正己烷萃取三次，转移至2ml 瓶中，用氮气吹干，立刻加入50μl 正己烷，样品瓶冷冻保存，待分析测试。

5 谱图及结果分析

气相色谱条件：进样口温度290℃，检测器温度290℃。色谱柱DB-5MS 硅熔融毛细柱（30m 长×0.25mm 内径）。采用无分馏模式进样。升温程序设置为：初始温度80℃，保留2min，以15℃/min 速率升至140℃，再5℃/min 升至290℃，保留15min，而后降温加准备9min，全程耗时60min。

将经过尿素络合后得到的样品进行气相色谱分析测试，谱图结果显示（见图1），工程建设区域表土抽提的正构烷烃碳数分布范围为C21～C33，以C27、C29、C31 为主，C21 及以下的短链部分非常少有，长链正构烷烃相对丰度显著高于短链，且奇偶优势明显，这是高等植物脂类的表现。通常而言，以藻类、光合细菌等低等生物为主要来源的烃类主峰分布范围为C17～C21，C23～C25 烷烃以大型沉水和浮水植物为主要来源，C27、C29、C31 烷烃来自陆生高等植物。

C27、C29、C31 峰面积为其他碳数峰面积的2 倍以上。我们发现，在采集到的多数样品中都检测到石油类烃的特征峰，谱图奇偶优势不显著，且各碳数峰面积相差不大。这表明工地附近的表层土壤可能受到工业化石能源油类污染（见图1）。

图1 尿素络合后得到的正构烷烃谱图

6 结论与展望

①采用尿素络合法对城市表土抽提的烷烃组分进行纯化，效果良好，能够大量保留C21～C33 烷烃主要组分。

②采样区域的表土所含正构烷烃以C27、C29、C31 为主，来源于陆生高等植物叶蜡，具有显著的奇偶优势特征，表现为C29、C31 双特征峰。

③多个样品出现了石油烃特征峰，各碳数峰面积相差不大，表明工地附近的表层土壤可能受到化石油类污染[3]。

工程建设区表土富含植物的叶蜡烷烃成分，且多数存在石油类污染问题，工地附近的表层土壤受人为活动污染风险大。工程建设部门应加强建设区域的油污管控，尤其是从化区作为环境保护重点区域，更应该加强相关工作力度，切实保障该区域土壤质量安全。