一種檢測土壤中鄰苯二甲酸酯的方法
【專利摘要】本發明屬于環境監測領域，提供了一種氣流吹掃式微注射萃取器聯合氣相色譜檢測土壤中的鄰苯二甲酸酯的方法。本發明使用氣流吹掃式微注射器直接萃取土壤中鄰苯二甲酸酯，優化了該儀器的萃取溶劑、氮氣流速、萃取溫度、萃取時間等各項參數，確定了土壤中鄰苯二甲酸酯的最佳萃取條件：萃取溶劑為正己烷/丙酮(1:1，V:V)，氮氣流速2mL/min，加熱溫度280℃，冷凝溫度?4℃，萃取時間4min。同時結合氣相色譜對方法的檢出限、標準曲線、回收率、精密度、準確度等效能指標進行評價，并對實際樣本進行檢測。該方法萃取時間短、所需樣品少，具有快速、簡便、自動化的特點，能滿足土壤中鄰苯二甲酸酯的批量檢測。
【專利說明】
一種檢測土壤中鄰苯二甲酸酯的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于環境監測領域，涉及到環境中有機污染物的檢測，具體涉及到氣流吹 掃式微注射萃取器聯合氣相色譜檢測土壤中的鄰苯二甲酸酯。
【背景技術】
[0002] 鄰苯二甲酸酯類(PAEs)也稱酞酸酯，是一種重要的增塑劑。由于其具有性質穩定、 極性適中以及生產工藝簡單、原料易得、成本低廉等特點，因而在塑料行業和日用化工行業 得以廣泛應用。PAEs在塑料制品中并沒有與高聚物分子形成共價鍵，而是通過范德華力和 氫鍵與高聚物分子連接。隨著時間推移，PAEs可從塑料制品中慢慢泄露出來，通過生物富集 作用進入食物鏈，干擾血液中正常激素，影響機體的生長、發育甚至生殖。美國國家環保署 將鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲 酸丁基芐基酯(BBP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基）己基酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DnOP)六 種PAEs列為優先控制污染物。伴隨著工業的發展，土壤中PAEs污染問題日益突出，如何從土 壤中萃取PAEs并快速檢測尤為重要。
[0003] 傳統的前處理方法為索氏提取、超聲萃取以及層析柱萃取，由于其操作復雜，萃取 時間長，所需樣品量大，很難進行大規模、實時監測。氣流吹掃微注射器萃取器(GP-MSE)是 一種新型的樣品前處理方法，其原理與色譜的工作原理相似，置于樣品管中的待測物質，在 加熱器的作用下加熱揮發，在惰性氣體的驅使下，通過微量注射器針頭進入針筒內，最終， 通過冷凝器的冷凝，目標物被注射器里的萃取溶劑定量捕集，而惰性氣體則進入大氣環境， 實現目標物在萃取相和氣相中的分離。該萃取方法在中藥真偽鑒別、土壤中有機物的鑒定 都有小范圍應用。鑒于此，本發明依托氣流吹掃式微注射萃取器聯合氣相色譜(GC)，對土壤 中鄰苯二甲酸酯進行萃取、分析和鑒定，實現土壤中PAEs的快速、高效、大批量檢測。
【發明內容】
[0004] 本發明的任務是提供一種檢測土壤中鄰苯二甲酸酯的方法，具體是建立一種氣流 吹掃式微注射萃取器聯合氣相色譜(GP-MSE/GC)測定土壤中鄰苯二甲酸酯的方法，使其具 有萃取時間短、所需樣品少、快速、簡便、自動化的特點，能滿足土壤中PAEs的批量檢測等特 點。
[0005] 實現本發明的技術方案是:本發明提供的檢測土壤中鄰苯二甲酸酯的方法，包括 以下步驟：
[0006] 步驟一、制備空白土壤樣品：本發明中空白土壤指的是空白無污染土壤。取地下深 層土壤，自然風干后研磨過0.45mm篩，在600 °C下灼燒6h，冷卻后轉移至廣口瓶中儲存備用， 上機分析后在待測組分出峰處無干擾峰，即作為空白土壤樣品；
[0007] 步驟二:優化GP-MSE條件:精密稱取加標濃度為10mg/kg的空白土壤樣品10mg，放 入GP-MSE的樣品管中，塞上PTFE墊，將100yL氣密性注射器通過微萃取儀冷凝器刺透PTFE 墊，針尖剛好穿過PTFE墊，依次優化GP-MSE的萃取溶劑、氮氣流速、萃取溫度、萃取時間等各 項參數;優化的GP-MSE萃取條件為:萃取溶劑為正己烷/丙酮（1:1，V: V)，氮氣流速2mL/min， 加熱溫度280°C，冷凝溫度_4°C，萃取時間4min。
[0008] 步驟三:繪制鄰苯二甲酸酯校準曲線:將鄰苯二甲酸酯標準溶液及內標液(苯甲酸 芐酯），添加到空白土壤樣品中，制成一系列濃度為0.1，0.2,0.5,2.5,20,50,100mg/kg的空 白土壤加標樣本，用GP-MSE進行萃取，依據步驟二優化的條件設置儀器參數，待萃取過程結 束后，將含有萃取溶劑的微量注射器，直接插入氣相色譜儀的手動進樣口，以峰面積Y對濃 度C進行線性回歸并繪制標準曲線；
[0009] 步驟四：實際土壤中PAEs含量的檢測：以梅花狀布點，采集地表下15~20cm土壤， 去除雜物，置于棕色玻璃瓶中，土壤樣品經過自然風干后，研磨并過60目篩，分析時稱取 l〇mg樣品填裝入樣品槽中，封上進樣墊，將l〇〇yL微注射器經冷凝裝置垂直插入樣品槽中， 至隔墊下適當位置，萃取結束后進入氣相色譜檢測，得到待測物峰面積，依據步驟三所繪制 的標準曲線，獲取實際樣品中PAEs的含量。
[0010]本發明方法土壤中六種鄰苯二甲酸酯的加標回收率范圍為84.52%~94.47%，相 對標準偏差均小于15%。該方法操作簡單、省時、回收率高，可用于土壤中鄰苯二甲酸酯的 檢測分析。
[0011] 本發明使用GP-MSE直接萃取土壤中六種鄰苯二甲酸酯，優化GP-MSE的萃取溶劑、 氮氣流速、萃取溫度、萃取時間等各項參數，同時結合氣相色譜對方法的檢出限、標準曲線、 回收率、精密度、準確度等效能指標進行評價，并對實際樣本進行檢測。
[0012]本發明提供的GP-MSE聯合GC測定土壤中鄰苯二甲酸酯的方法，主要包括以下兩部 分內容：
[0013]內容一:優化GP-MSE的萃取條件。
[0014]內容二:對GP-MSE結合GC測定土壤中的PAEs進行方法學評價。
[0015]內容一中所述的對GP-MSE萃取條件的優化主要包括(萃取溶劑、氮氣流速、萃取溫 度、萃取時間）四方面。
[0016] 1.萃取溶劑對回收率的影響
[0017]六種鄰苯二甲酸酯的極性范圍廣，相互間有很大差別。其中DMP、DEP最強，BBP、DBP 為中等極性，DEHP極性最弱。為使六種物質都達到最佳的萃取效果，選擇合適的萃取溶劑致 關重要。本文根據PAEs的特性以及參考文獻推薦，以甲醇，丙酮，正己烷/丙酮（1:1，V:V)和 正己烷作為備選萃取溶劑，進行回收率比較。
[0018] 根據實驗精密稱取加標濃度為l〇mg/kg的空白土壤樣品10mg，放入樣品管中，塞上 PTFE墊。將100yL氣密性注射器通過微萃取儀冷凝器刺透PTFE墊，針尖剛好穿過PTFE墊即 可。加入10此不同組合的萃取劑，通入氮氣，設定冷凝和加熱溫度后進行萃取。不同萃取溶 劑對回收率的比較見圖1。結果表明，以正己烷/丙酮（1:1，V:V)作為萃取溶劑，得到的回收 率最高。
[0019] 2.氮氣流速對萃取回收率的影響
[0020] 氮氣流速也是影響萃取時間和萃取效率的一個重要因素。在萃取系統中通入惰性 氣體推動揮發性目標物的運動，加快了流動速度，減少了目標物向萃取溶劑轉移的運動時 間，也可以保護不穩定的目標物。GP-MSE萃取系統通入氮氣后，氮氣在高溫下吹掃樣品中的 揮發性、半揮發性目標物進入液相微萃取系統溶劑相，從而縮短萃取時間，提高萃取效率， 實現目標物的富集。為了研究氣體流量對萃取效率的影響，本實驗考察了氮氣流速在lmL/ min，1.5mL/min，2mL/min，2.5mL/min 和 3mL/min 對萃取效率的影響。結果見圖 2。
[0021]結果發現隨著氣流變化，目標物的回收率并沒隨著氣流值的增大而增大。表明微 富集系統通入氣體后，從樣品中揮發的大部分目標物幾乎徹底進入了萃取溶劑相，增大氣 流量并不能使目標回收率產生顯著變化。氣流過大反而會使萃取液會迸濺，分析物損失且 實驗精密度差。最終，本實驗選擇2mL/min作為最佳的氮氣流速條件。
[0022] 3.不同萃取溫度對回收率的影響
[0023]樣品溫度也是影響萃取效率的重要因素，改變樣品的加熱溫度也會改變樣品中目 標物的萃取效率。樣品溫度升高，樣品中分子運動加劇，目標分析物的擴散速度增大，進入 液相微萃取相的速度加快，可以縮短萃取時間。但如果溫度過高會使部分PAEs揮發，也會加 劇萃取劑的溶解損失。提高樣品的加熱溫度，可以顯著的提高目標物的富集效率，目標物的 回收率隨著樣品溫度的升高而增加。而且沸點越高的化合物，富集效果越明顯，結果見圖3 (A)。本實驗同時考察了制冷溫度對萃取效率的影響，結果見圖3(B)。最終選擇280°C為加熱 溫度，-4 °C為制冷溫度。
[0024] 4.不同萃取時間對回收率的影響
[0025]萃取時間是影響萃取效率的另一個重要因素。合適的萃取時間會使目標分析物達 到最高的萃取效率，再延長萃取時間則會導致有機溶劑的損失。本實驗考察了萃取時間為2 ~6min時對萃取效率的影響。結果顯如圖4所示，在2~4分鐘時，萃取效率隨著萃取時間的 增加而明顯增加，當萃取時間大于4min時萃取效率基本不變，甚至略有降低。可能由于時間 過長，部分PAEs揮發，萃取回收率下降。
[0026]通過對相關條件的優化，最終確定儀器的最佳參數為:萃取溶劑正己烷/丙酮（1: 1，v:v)，氮氣流速2mL/min，加熱溫度280°C，冷凝溫度-4°c，萃取時間4min。
[0027]內容二中所述的GP-MSE/GC測定土壤中PAEs的方法學評價主要包括檢獅艮、標準 曲線、回收率、準確度、精密度等各項指標。本發明以苯甲酸芐酯(BB)為加標樣品，制成一系 列濃度為〇. 1，〇. 2，0.5，2.5，20，50，100mg/kg的空白土壤加標樣本，測得六種PAEs的相關系 數(R2)在0.965~0.985之間，L0D為0.02~0.04mg/kg。采用平行加標回收率同時測量實驗 方法的準確度和精密度，證實六種鄰苯二甲酸酯在土壤中回收率的范圍為84.52 %~ 94.47%，相對標準偏差(RSD)為6.15%~11.31 %。通過與超聲萃取、索氏提取傳統方法進 行比較，證實GP-MSE操作簡單，耗時短，溶劑用量少。
[0028]本發明的優點在于:縮短了樣品的萃取時間（4min)，減少了溶劑使用量（lOyL)，減 輕對操作人員健康和環境的危害，可以減少由于不同人員操作及樣品多次轉移帶來的誤 差，具有快速、簡便、自動化的特點。
【附圖說明】
[0029] 圖1.為不同萃取溶劑對萃取回收率的影響。實驗精密稱取加標濃度為10mg/kg的 空白土壤樣品10mg，放入樣品管中，以甲醇、丙酮、正己烷和正己烷/丙酮（1:1，V:V)作為備 選萃取溶劑，進行回收率比較，結果表明，以正己烷/丙酮（1:1，V:V)作為萃取溶劑，得到的 回收率最高。
[0030] 圖2.為不同氮氣流速對萃取回收率的影響。本發明考察了氮氣流速在lmL/min， I. 5mL/min，2mL/min，2.5mL/min和3mL/min對萃取效率的影響。結果發現氣流增加，萃取效 率逐漸升高，但氣流過大反而會使萃取液會迸濺，分析物損失且實驗精密度差，最終選擇 2mL/min作為最佳的氮氣流速條件。
[0031]圖3為不同萃取溫度對萃取回收率的影響。其中A圖為加熱溫度對萃取回收率的影 響，B圖為冷凝溫度對萃取回收率的影響。最終選擇280°C為加熱溫度，_4°C為制冷溫度。 [0032]圖4為不同萃取時間對萃取回收率的影響。本研究考察了萃取時間為2~6min時對 萃取效率的影響，在2~4min時，萃取效率隨著萃取時間的增加而明顯增加，當萃取時間大 于4min時萃取效率基本不變，最終萃取時間定為4min。
【具體實施方式】：
[0033]下面結合實際土壤樣品對GP-MSE/GC測定PAEs的方法作出詳細說明。
[0034] 實施例1 .GP-MSE/GC測定土壤中PAEs標準曲線的繪制。
[0035]具體實施步驟:將六種PAEs的混標溶液及內標液添加到空白土壤樣品中。制成一 系列濃度為〇. 1，〇. 2，0.5，2.5，20，50，100mg/kg的空白土壤加標樣本。采取上述方法，用GP-MSE進行萃取，并結合GC進行檢測，以峰面積Y對濃度C進行線性回歸并繪制標準曲線。六種 鄰苯二甲酸酯所得線性范圍、回歸方程、相關系數、最低檢出限如下表1。
[0036] 表1 .GP-MSE/GC測定土壤中PAEs標準系列分析
[0037]
[0038] 實施例2 .GP-MSE/GC測定土壤中PAEs準確度和精密度的評價
[0039] 具體實施步驟:本發明采用平行加標回收率衡量實驗方法的準確度和精密度。取 空白土壤10g，加入100yg鄰苯二甲酸酯混標，則樣品的加標濃度為10mg/g。采用GP-MSE/GC 方法對鄰苯二甲酸酯的含量進行測定。萃取條件為:萃取時間4min，氮氣流速2.0mL/min，萃 取溶劑正己烷/丙酮（1:1，V:V)10yL。平行6次測定其回收率的平均值，結果見表2。六種鄰苯 二甲酸酯在土壤中回收率的范圍為84.52%~94.47%，相對標準偏差（RSD)為6.15%~ II. 31%〇
[0040] 表2.GP-MSE/GC測定土壤中鄰苯二甲酸酯的準確度和精密度
[0041]
[0043] 實施例3. GP-MSE/GC測定實際土壤中PAEs的含量
[0044] 3.1.樣本采集
[0045] 土壤樣品采集于2013年8月份，采集點位于湖北省中部某地，地勢平坦。采集地表 下15~20cm 土壤4份，去除雜物后，置于棕色玻璃瓶中，4°C保存至前處理時使用。
[0046] 為避免樣品污染，在整個采樣過程中未使用任何塑料設備。所有的玻璃器皿使用 前先用重鉻酸鉀和硫酸的混合液浸泡12h，去離子水洗凈后400 °C烘干8h，玻璃塞蓋緊，再用 鋁箱包裹嚴實。層析硅膠和脫脂棉等均用二氯甲烷進行索氏抽提12h后，烘干備用。
[0047] 3.2.樣品萃取
[0048] 土壤樣品經過自然風干后，研磨并過60目篩，分析時稱取10mg樣品填裝入樣品槽 中，封上進樣墊，將l〇〇yL微注射器經冷凝裝置垂直插入樣品槽中，至隔墊下適當位置，向注 射器中加入l〇yL正己烷/丙酮（1:1，V:V)溶劑，設置儀器的參數:氮氣流速2mL/min，加熱溫 度280°C，冷凝溫度_4°C，萃取時間4min。
[0049] 3.3氣相色譜條件
[0050] 氣象色譜儀為安捷倫7890，色譜柱為DB-5石英毛細管色譜柱(30m X 0.25mm X 0.25 μπι)，載氣為氫氣，流速為30mL/min，空氣流量400mL/min，尾吹氣流量(N2)25mL/min。進樣口 溫度280°C，檢測器溫度280°C。色譜柱升溫程序為初始溫度100°C，以10°C/min升至310°C。 [0051] 3.4測定結果及分析
[0052]根據實施例1繪制的標準曲線，四份土壤樣本的測定結果見表3。樣品中都檢測到 了 DEP，DBP，BBP和DEHP，樣品1及樣品4中未檢測出DnOP。土壤6種PAEs的平均濃度DnOP〈DMP〈 DBP〈DEP〈BBP〈DEHP，這種趨勢與臺州地區[1]及貴州地區[2]的土壤分布趨勢類似。該結果除 了與土壤的理化性質和環境條件相關外，還與鄰苯二甲酸酯化合物的性質有關。DnOP和DMP 等短鏈的PAEs水溶性較高，辛醇-水分配系數小，易被生物降解或通過揮發、淋溶、植物吸收 等途徑消失;DH1P等長鏈PAEs水溶性低，辛醇-水分配系數大，易被土壤吸附、累積，在土壤 中的含量較高 [3]，另外還可能因為DEHP是應用最廣泛的塑料添加劑。
[0053]本發明以GP-MSE為前處理方法，優化了儀器各項參數。最終確定儀器的最佳參數 為:萃取溶劑正己烷/丙酮（1:1，V: V)，氮氣流速2mL/min，加熱溫度280°C，冷凝溫度-4°c，萃 取時間4min。最后結合GC對土壤樣本中6種鄰苯二甲酸酯進行了分析。測得土壤中六種PAEs 的加標回收率范圍為84.52 %~94.47 %，相對標準偏差均小于15 %。結果證明該方法操作 簡單、省時、回收率高，可用于土壤中PAEs的檢測分析。下一階段，將對此方法進一步推廣， 使其運用到土壤樣本的批量監測中。
[0054] 表3.GP-MSE/GC測定實際土壤中的鄰苯二甲酸酯(加入內標，10mg/kg)
[0055]
[0056] 參考文獻：
[0057] 1.張中華，金士威，段晶明et al.臺州電子廢物拆解地區表層土壤中酞酸酯的污 染水平.武漢工程大學學報，2010，32(7): 28-32.
[0058] 2.李存雄，方志青，張明時et al.貴州省部分地區土壤中酞酸酯類污染現狀調查. 環境監測管理與技術，2010( 1): 33-36.
[0059] 3.蔡全英，莫測輝，李云輝et al.廣州，深圳地區蔬菜生產基地土壤中鄰苯二甲酸 酯(PAEs)研究.生態學報，2005，25(2): 283-288.
【主權項】
1. 一種檢測土壤中鄰苯二甲酸酯的方法，包括以下步驟： 步驟一、制備空白土壤樣品：取地下深層土壤，自然風干后研磨過0.45mm篩，在600 °C下 灼燒6h，冷卻后轉移至廣口瓶中儲存備用，上機分析后在待測組分出峰處無干擾峰，即作為 空白土壤樣品； 步驟二:優化GP-MSE條件:精密稱取加標濃度為1 Omg/kg的空白土壤樣品1 Omg，放入GP-MSE的樣品管中，塞上PTFE墊，將100yL氣密性注射器通過微萃取儀冷凝器刺透PTFE墊，針尖 剛好穿過PTFE墊，依次優化GP-MSE的萃取溶劑、氮氣流速、萃取溫度、萃取時間等各項參數； 步驟三：繪制鄰苯二甲酸酯校準曲線：將鄰苯二甲酸酯標準溶液及內標液（苯甲酸芐 酯），添加到空白土壤樣品中，制成一系列濃度為0.1，0.2,0.5,2.5,20,50，100mg/kg的空白 土壤加標樣本，用GP-MSE進行萃取，依據步驟二優化的條件設置儀器參數，待萃取過程結束 后，將含有萃取溶劑的微量注射器，直接插入氣相色譜儀的手動進樣口，以峰面積Y對濃度C 進行線性回歸并繪制標準曲線； 步驟四：實際土壤中PAEs含量的檢測：以梅花狀布點，采集地表下15~20cm土壤，去除 雜物，置于棕色玻璃瓶中，土壤樣品經過自然風干后，研磨并過60目篩，分析時稱取10mg樣 品填裝入樣品槽中，封上進樣墊，將l〇〇yL微注射器經冷凝裝置垂直插入樣品槽中，至隔墊 下適當位置，萃取結束后進入氣相色譜檢測，得到待測物峰面積，依據步驟三所繪制的標準 曲線，獲取實際樣品中PAEs的含量。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，優化的GP-MSE萃取條件為：萃取溶劑為正 己烷/丙酮（1:1，V:V)，氮氣流速2mL/min，加熱溫度280°C，冷凝溫度_4°C，萃取時間4min。
【文檔編號】G01N30/06GK105974007SQ201610269952
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】吳微, 周宜開, 周峰, 王月
【申請人】華中科技大學