一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法。其步驟包括土壤樣品準(zhǔn)備、振蕩萃取、離心分離，具體是利用土壤與凈化后的無水硫酸鈉、硅藻土的混合處理達(dá)到除水、分散基質(zhì)的作用；通過疏水和親水的混合溶劑萃取來保證萃取溶劑對土壤介質(zhì)中如土壤溶液、土壤有機(jī)質(zhì)中包含的有效組分的溶解效應(yīng)；運(yùn)用機(jī)械振搖的方式來達(dá)到土壤破碎效果，提高萃取效率；運(yùn)用低溫、高速離心來完成土壤樣品與萃取溶劑的固液分離，從而快速的提取出萃取液。該前處理方法相比較傳統(tǒng)的土壤中硝基芳烴類化合物的萃取方法如索氏提取、超聲波萃取、加速溶劑萃取等方法，具有一次處理樣品量大、有機(jī)溶劑用量少、步驟簡潔、萃取效率高和設(shè)備廉價簡單等顯著優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對污染土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理萃取技術(shù)，具體的說，一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，是一種以多相混合極性有機(jī)溶劑作為提取劑、運(yùn)用機(jī)械振搖方式、高速低溫離心方式從土壤樣品中快速提取10種硝基芳烴類化合物的前處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硝基芳烴是硝基芳烴族化合物的總稱，是染料合成、油漆涂料、塑料、炸藥、醫(yī)藥及農(nóng)藥制造等的中間體。環(huán)境中的硝基芳烴類污染物主要包括硝基苯、氯代硝基苯、硝基甲苯等物質(zhì)。
[0003]大部分硝基芳烴類化合物具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、高毒性和生物富集的特點(diǎn)，屬高毒性污染物，被列入美國國家環(huán)保署(EPA)和我國的優(yōu)先監(jiān)測污染物名單中。這類化合物可經(jīng)呼吸道、消化道和皮膚造成人體中毒，主要作用于血液、肝臟以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可使血紅蛋白變?yōu)楦哞F血紅蛋白，失去運(yùn)輸氧的能力，引起缺氧。硝基芳烴化合物屬于持久毒性有機(jī)污染物，具有導(dǎo)致突變、引發(fā)癌癥、導(dǎo)致畸形的健康風(fēng)險，在印染、農(nóng)藥等行業(yè)作為中間體；氯代硝基苯是一種能導(dǎo)致突變、引發(fā)癌癥、導(dǎo)致畸形的化學(xué)物質(zhì)，在印染、農(nóng)藥等行業(yè)作為中間體；二硝基苯在水體中濃度達(dá)到10mg/L時，可造成魚類及水生生物的死亡，具有易燃、易爆，有劇毒，具有致癌性。我國當(dāng)前的土壤污染防治各項(xiàng)基礎(chǔ)性工作進(jìn)展較為滯后，環(huán)境監(jiān)督管理體系不健全、針對土壤中的高毒性有機(jī)物污染物的監(jiān)測能力薄弱，因此開展土壤中硝基芳烴類化合物的監(jiān)測技術(shù)研究對評估我國土壤環(huán)境安全風(fēng)險具有重要意義。
[0004]前處理技術(shù)是環(huán)境樣品定量分析的關(guān)鍵技術(shù)，主要的目的是將待提取的有效組分從土壤介質(zhì)中通過固液分離使其從固相體系中以較少的損失轉(zhuǎn)移至液相體系中，以便于下一步的儀器分析。比如土壤、沉積物等固體樣品中獲取難揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)組分，通常需要運(yùn)用有機(jī)溶劑對經(jīng)過處理的固體、半固體樣品進(jìn)行有效的萃取。
[0005]目前關(guān)于硝基芳烴化合物的監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，我國尚沒有針對土壤中硝基芳烴類化合物的前處理的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)，僅有關(guān)于水環(huán)境中硝基芳烴類化合物的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法，如現(xiàn)有方法標(biāo)準(zhǔn)中的《水質(zhì)硝基苯、硝基甲苯、硝基氯苯、二硝基甲苯的測定氣相色譜法》(GB13194-91);《水質(zhì)硝基苯類化合物的測定氣相色譜法》(HJ592-2010);水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水中有機(jī)物分析方法痕量硝基苯類化合物的測定樹脂吸附/氣相色譜法》(SL/T273.1-2001)，以及最新2013年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)方法《水質(zhì)硝基苯類化合物的測定液液萃取/固相萃取-氣相色譜法》(HJ648-2013)中規(guī)定的方法。
[0006]國外相關(guān)的土壤監(jiān)測技術(shù)方法主要有美國環(huán)保署發(fā)布的相關(guān)方法，前處理技術(shù)方法采用了基于索氏萃取、加速溶劑萃取和超聲波萃取技術(shù)方法:
[0007]如美國環(huán)保署發(fā)布的EPA8270C方法中使用了 GC/MS用于測定固廢、土壤、氣體、水樣的檢測，檢測目標(biāo)物包括了二硝基苯、2，4- 二硝基甲苯和2，6- 二硝基甲苯的測定，該方法中推薦了以下幾種相關(guān)的前處理萃取方法用于有機(jī)目標(biāo)化合物的萃取，如方法3540C采用了索氏提取法，方法3541采用自動索氏提取法，方法3545采用加壓流體萃取(PFE)技術(shù)，方法3550B采用了超聲波提取技術(shù)，方法3560采用超臨界流體萃取有機(jī)物如總石油烴類。
[0008]在這些前處理方法中如索氏提取，自動索氏萃取，超聲波萃取，超臨界流體萃取或加熱加壓流體萃取方法中，除索氏提取方法設(shè)備適合簡易推廣之外，其他萃取方式需要購置昂貴的大型儀器，設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用較高，方法普及存在難度。而索氏提取技術(shù)，一次萃取需要的溶劑消耗量較大，約為數(shù)百毫升以上，大量萃取樣品時也會帶來溶劑污染的問題；此外為保證有較好的萃取效果，一次樣品萃取時間約為數(shù)十小時以上，這也造成該方法的處理效率較低。因此，目前有機(jī)萃取技術(shù)的發(fā)展趨勢傾向于所使用萃取溶劑的毒性更低、用量更少、在保證較好的萃取回收率基礎(chǔ)上操作簡單易行，具有較高的萃取效率以能在短時間內(nèi)完成大批量樣品的前處理萃取工作。
[0009]關(guān)于土壤中硝基芳烴類化合物的測定方法研究報道:
[0010]1997年《山東環(huán)境》第2期17頁中介紹了一種使用示波極譜法測定土壤中硝基苯的方法，使用電化學(xué)方法進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)測，需要將土壤溶液稀釋到一定量的電解鹽溶液，但未報道該方法的方法測定限。2003年《廣州化學(xué)》第2期45-46頁中介紹了一種利用氣相色譜法測定土壤中五氯硝基苯的殘留量，此法的平均回收率為98.6%，最低檢測濃度為
0.25 μ g/kg,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%。2009年《環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)》第I期22-24頁中介紹了一種采用頂空氣相色譜法快速測定土壤中苯、苯胺和硝基苯，該方法使用石油醚-丙酮混合溶劑作為萃取劑對樣品浸泡12h后,分多次進(jìn)行萃取,方法在Omg/L?100mg/L范圍內(nèi)線性良好，苯、苯胺、硝基苯的檢出限分別為0.012mg/kg、0.22mg/kg、0.083mg/kg,實(shí)際土樣測定的RSD ( 1.4%，加標(biāo)回收率為94.0%?102%。
[0011]綜上所述，目前國內(nèi)外于土壤中硝基芳烴類化合物的監(jiān)測方法較少，選擇的測定技術(shù)主要限于電化學(xué)方法、色譜法、質(zhì)譜測定法，與之配套的前處理技術(shù)主要包括頂空進(jìn)樣技術(shù)、浸泡萃取法，這些方法中如頂空進(jìn)樣技術(shù)需要專用的價值昂貴的頂空進(jìn)樣設(shè)備來完成，浸泡萃取的方法需要對土壤樣品浸泡12h以后才能得到比較理想的回收率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題:
[0013]針對當(dāng)前土壤環(huán)境樣品中硝基芳烴類化合物定量分析過程中存在的前處理問題，本發(fā)明提供一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，采用以不同混合極性的有機(jī)溶劑體系、利用機(jī)械振搖破碎方式，運(yùn)用高速離心方法實(shí)現(xiàn)固液分離，從而快速高效萃取土壤中硝基芳烴類化合物的前處理分析技術(shù)，此技術(shù)較傳統(tǒng)的前處理技術(shù)在分析成本、分析時間、人力消耗、環(huán)境友好方面具有明顯的優(yōu)勢，可大大節(jié)省傳統(tǒng)土壤、底泥、沉積物樣品的前處理分析時間和費(fèi)用，節(jié)省了溶劑消耗，減少了有毒溶劑的環(huán)境風(fēng)險。
[0014]2.技術(shù)方案:
[0015]本發(fā)明的原理:
[0016]基于混合溶劑體系中不同極性的組分與土壤中含水、疏水組分的相似相溶特性，運(yùn)用機(jī)械振搖作用對土壤樣品進(jìn)行機(jī)械破碎后，增大固、液接觸面積，與混合溶劑充分接觸，減少目標(biāo)萃取物與樣品基體之間的作用力從而實(shí)現(xiàn)固-液萃取分離。[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0018]運(yùn)用混合溶劑體系萃取土壤、底泥、沉積物中硝基芳烴類化合物的方法，其步驟為:
[0019](A)目標(biāo)化合物選擇了 10種硝基芳烴類化合物。
[0020](B)樣品處理:稱取土壤樣品，同時加入與土壤樣品相同質(zhì)量的活化后的硅藻土或無水硫酸鈉，混合后放入潔凈玻璃瓶中；
[0021](C)樣品提取:根據(jù)土壤樣品量，按照土壤與親水性溶劑的質(zhì)量g/體積ml比例1:1?1:3的比例，加入親水性溶劑，快速振搖3?5min，使土壤破碎達(dá)到勻漿狀；再按照土壤與疏水性溶劑的質(zhì)量g/體積ml比例1:1?1: 3，加入疏水性溶劑，快速振搖30?60min，速度為200?500r/min ；
[0022](D)離心分離。將上一步振搖萃取后的樣品，放入離心機(jī)中離心3?5min (轉(zhuǎn)速為3000?5000r/min)，從上清液中提取一定量的萃取液，低溫保存或者進(jìn)氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用進(jìn)行定量、定性分析；
[0023]其中儀器分析條件，其儀器條件為:在色譜柱選擇中等或弱極性色譜柱，程序升溫40°C，保持 2min，，以 20°C /min 升溫至 220°C，再以 15°C /min 升溫至 280°C，最后以 5°C /min升溫至300°C,保持3min,進(jìn)樣口溫度250°C ;不分流進(jìn)樣IuL,載氣使用氦氣,氦氣純度> 99.999%,流速 1.2mL/min,恒流模式；
[0024]質(zhì)譜條件:電離方式為EI電離，電離電壓70eV，離子源溫度250°C，傳輸線溫度280°C，質(zhì)量掃描范圍為50?350m/z，進(jìn)行定量、定性分析。
[0025]步驟(A)中的目標(biāo)化合物為:硝基苯、鄰二硝基苯、間二硝基苯、對二硝基苯、間氯硝基苯、2，4_二硝基甲苯、1-氣_2，4_二硝基苯、2，4, 6_二硝基甲苯、鄰氣硝基苯、對氣硝基苯。信息見表I。
[0026]步驟(B)中的硅藻土或無水硫酸鈉的活化條件為:400°C烘烤6h以去除有機(jī)物質(zhì)殘留。
[0027]步驟(C)中親水性溶劑可以選擇丙酮、乙酸乙酯、甲醇或乙腈；疏水性溶劑可選正己烷、二氯甲烷或環(huán)己烷，推薦溶劑組合為:丙酮與正己烷、環(huán)己烷與乙酸乙酯、甲醇與二氯甲烷或乙腈與二氯甲烷。不同溶劑的混合比例建議為1:1體積比。
[0028]上述步驟(D)中在離心過程中推薦使用低溫離心，溫度控制4?6攝氏度，避免有機(jī)體系的揮發(fā)。
[0029]步驟(D)中色譜柱為安捷倫HP-5、DB-5、DB-5MS或DB-XLB毛細(xì)柱。
[0030]以上步驟中所涉及的范圍都是可以實(shí)際實(shí)施的范圍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件我們可以在以上的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
[0031]3.有益效果:
[0032]本發(fā)明提供了一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，使用多相混合溶劑，以振搖破碎、離心凈化方式來快速、高效提取土壤中10種硝基芳烴類化合物的前處理方法，其特點(diǎn)是利用親水性溶劑和疏水性溶劑的多相有機(jī)萃取體系組合、一定的混合比例以提高對土壤與萃取劑的固液接觸面積，提高萃取效率和提取效果。具體效果表現(xiàn)如下:
[0033](I)本發(fā)明利用不同極性溶劑對目標(biāo)化合物的萃取優(yōu)勢，對不同組合的有機(jī)溶劑的體系的萃取效率進(jìn)行了優(yōu)化，大大節(jié)省了溶劑的消耗；
[0034](2)利用溶劑的極性差異和加入的次序，增大土壤在溶劑中的溶解性質(zhì)，配合手動或電動機(jī)械快速振搖方式達(dá)到破碎、混合的效果，進(jìn)一步增加介質(zhì)中硝基芳烴類化合物在不同溶劑體系中萃取效率，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量土壤樣品快速高效的萃取分析，節(jié)省人力物力；
[0035](3)選用的溶劑體系中包括低毒的、環(huán)境友好的萃取試劑，可以替代毒性較高、對人體健康危害大的溶劑體系，具有環(huán)境友好特性；
[0036](4)從國外的技術(shù)文獻(xiàn)來看，色譜、質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以其更優(yōu)異的靈敏度和選擇性表現(xiàn)逐步作為有機(jī)分析的主要分析儀器，本發(fā)明所采用的溶劑體系具有適合的飽和蒸汽壓，可以滿足后期直接在氣相色譜、質(zhì)譜檢測的定量和定性需求。
[0037](5)目前我國關(guān)于土壤中硝基芳烴類化合物的相關(guān)監(jiān)測技術(shù)尚處于技術(shù)空白，本發(fā)明從前處理技術(shù)方面提供了一套高效、低耗萃取土壤介質(zhì)中硝基芳烴化合物的技術(shù)。
[0038]實(shí)驗(yàn)證明:運(yùn)用體積比為1:1的丙酮與正己烷、丙酮與二氯甲烷、環(huán)己烷與乙酸乙酯、甲醇與二氯甲烷、甲醇與乙酸乙酯、乙腈與二氯甲烷等混合溶劑，對土壤10種硝基芳烴類化合物的平均萃取回收率在69.6%~108.1 %之間，其中對硝基苯組分的萃取回收率在74.1%~103.7%之間，對鄰二硝基苯組分的萃取回收率在65.8%~111.7%，對間二硝基組分的萃取回收率在74.7%~106.3%之間，對二硝基苯組分的萃取回收率71.20Z0~108.0%，間氯硝基苯組分的萃取回收率在72.5%~104.5%,2, 4- 二硝基甲苯組分的萃取回收率在71.1%~ 108.5%，1-氯-2，4-二硝基苯組分的萃取回收率在69.9%~110.6%，2，4，6-三硝基甲苯組分的萃取回收率在55.3%~126.4%，鄰氯硝基苯和對氯硝基苯組分的萃取回收率在71.4%~107.2%，能滿足定量分析中50~130%的回收率要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為不同萃取溶劑體系對土壤中硝基苯的萃取回收率。
[0040]圖2為不同萃取溶劑體系對土壤中鄰二硝基芳烴的萃取回收率。
[0041]圖3為不同萃取溶劑體系對土壤中間二硝基芳烴的萃取回收率。
[0042]圖4為不同萃取溶劑體系對土壤中對二硝基芳烴在不同萃取體系中的回收率。
[0043]圖5為不同萃取溶劑體系對土壤中間氯硝基苯的萃取回收率。
[0044]圖6為不同萃取溶劑體系對土壤中2，4- 二硝基甲苯的萃取回收率。
[0045]圖7為不同萃取溶劑體系對土壤中1-氯-2，4- 二硝基苯的萃取回收率。
[0046]圖8為不同萃取溶劑體系對土壤中2，4，6-三硝基甲苯的萃取回收率。
[0047]圖9為不同萃取溶劑體系對土壤中鄰氯硝基苯&對氯硝基苯的萃取回收率。
【具體實(shí)施方式】
[0048]以下通過實(shí)施例結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅限于本實(shí)施例，表1為10種硝基芳烴類化合物的信息
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其步驟為: (A)目標(biāo)化合物選取:包括10種硝基芳烴類化合物； (B)樣品處理:稱取土壤樣品，同時加入與土壤樣品相同質(zhì)量的活化后的硅藻土或無水硫酸鈉，混合后放入潔凈玻璃瓶中； (C)樣品提取:根據(jù)土壤樣品量，按照土壤與親水性溶劑的質(zhì)量g/體積ml比例1:1?1:3的比例，加入親水性溶劑，快速振搖3?5min，使土壤破碎達(dá)到勻漿狀；再按照土壤與疏水性溶劑的質(zhì)量g/體積ml比例1:1?1: 3，加入疏水性溶劑，快速振搖30?60min，速度為 200 ?500r/min ； (D)離心分離:將步驟C完成提取的樣品，放入離心機(jī)中離心，從上清液提取萃取液，低溫保存或者直接進(jìn)氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用進(jìn)行定量、定性分析。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述的步驟(A)中10種硝基苯類化合物為硝基苯、鄰二硝基苯、間二硝基苯、對二硝基苯、間氯硝基苯、2，4-二硝基甲苯、1-氯-2，4-二硝基苯、2，4，6-三硝基甲苯、鄰氯硝基苯和對氯硝基苯。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述的步驟(B)中活化后的硅藻土為經(jīng)400°C烘烤6h后的硅藻土
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述步驟(C)中加入溶劑的次序?yàn)橄燃尤胗H水性溶劑，后加入疏水性溶劑混合；親水性溶劑選擇丙酮、乙酸乙酯、甲醇或乙腈；疏水性溶劑為正己烷、二氯甲烷或環(huán)己烷。
5.據(jù)權(quán)利要求4所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述的步驟(B)中，親水性溶劑和疏水性溶劑組合為:丙酮與正己烷、環(huán)己烷與乙酸乙酯、甲醇與二氯甲烷或乙腈與二氯甲烷。
6.據(jù)權(quán)利要求4或5所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述的步驟(B)中，親水性溶劑和疏水性溶劑體積比為1:1。
7.權(quán)利要求1所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述步驟(D)中使用離心方式作為土與萃取溶劑分離的方式，離心過程中的控制溫度在4?6°C，離心時間3?5min,轉(zhuǎn)速為3000?5000r/min。
8.據(jù)權(quán)利要求1所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述步驟(D)中直接進(jìn)氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用進(jìn)行定量、定性分析，其儀器條件為:在色譜柱選擇中等或弱極性色譜柱，程序升溫40°C，保持2min，，以20°C /min升溫至220°C，再以15°C /min升溫至280°C，最后以5°C /min升溫至300°C，保持3min，進(jìn)樣口溫度250°C ；不分流進(jìn)樣IuL,載氣使用氦氣,氦氣純度> 99.999%,流速1.2mL/min,恒流模式；質(zhì)譜條件:電離方式為EI電離，電離電壓70eV，離子源溫度250°C，質(zhì)量掃描范圍為50?350m/z，進(jìn)行定量、定性分析。
9.據(jù)權(quán)利要求8所述的快速提取土壤中10種硝基芳烴化合物的前處理方法，其特征在于，所述步驟(D)中使用的色譜柱為安捷倫HP-5、HP-5MS、DB-5或DB-5MS毛細(xì)柱，規(guī)格為30mX 0.25mmX 0.25 μ m。
【文檔編號】G01N1/28GK104034566SQ201410295370
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】趙欣, 丁寶國, 單艷紅, 馮艷紅, 應(yīng)蓉蓉, 孔令雅, 林玉鎖, 鄭麗萍, 李群, 周艷 申請人:環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所