申请日2007.09.13
公开(公告)日2010.01.27
IPC分类号G01N30/88; G01N30/60; G01N30/06
摘要
本发明是一种测定污泥中多环芳烃的方法。本发明方法是在常规的土壤中多环芳烃的分析方法——索式提取、柱层析及气相质谱测定等步骤的基础上，在柱层析后增加了一步用浓硫酸洗涤淋洗液的过程。本发明方法可以除掉污泥中大量的有机物，减少其他有机物对多环芳烃含量测定的干扰，提高了气相质谱对多环芳烃检测的灵敏度和准确度。
权利要求书
1、一种测定污泥中多环芳烃的方法，其特征在于通过索式提取、柱层析及气相质谱测定土壤 中多环芳烃，在柱层析之后用浓硫酸洗涤所收集的馏分，然后再进行气相质谱检测，具体 测定方法为：
(1)将污泥样品置于暗处自然风干，将风干后的污泥样品磨碎并过60～100目筛，收集 过筛筛分供下一步使用;
(2)取上一步污泥样品的过筛筛分，用苯/甲醇体积比2∶1～1∶2或二氯甲烷/丙酮体 积比2∶1～1∶2的混合液作为提取液以料液比1g∶3～10mL进行索氏提取，回 流18-24小时，再将溶液浓缩，得到样品萃取液;
(3)将样品萃取液上样，装入用氧化铝、硅胶和无水硫酸钠填充的层析柱，用正己烷、 正己烷∶二氯甲烷体积比4∶1～1∶1的混合液作为洗脱剂进行柱层析，收集所有 的馏分;
(4)在柱层析后收集的馏分中加入浓硫酸，振荡后静置除去浓硫酸层，多次重复，至浓 硫酸相颜色为浅色后，在有机相中加入与其等体积的含质量百分数1%～4%硫酸 钠的水溶液，洗涤至浓硫酸洗净，再加入过量的无水硫酸钠，以除去样品中的水分， 将样品旋转减压蒸发或氮气流吹干，再用二氯甲烷为溶剂溶解样品;其中，旋转减 压蒸发时的温度不要超过60℃，以防止目标物的损失;
(5)使用气相质谱连用仪，程序升温，测量样品，利用多环芳烃标准品的保留时间和质 谱数据库图片，进行样品的定性分析;
(6)用外标法和内标法进行定量分析，计算污泥中多环芳烃的含量。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于气相色谱柱为HP-5柱或DB-5柱。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于气相色谱柱为HP-5柱。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述(5)中程序升温是采用在60℃保持3min; 以10℃/min升温至180℃，保持2min;以5℃/min升至280℃，保持10min的程序升温。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于测定的多环芳烃为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、 荧蒽、芘、苯并(a)蒽、屈、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1，2，3-cd)芘、二 苯并(a，h)蒽或苯并(ghi)苝。
说明书
一种测定污泥中多环芳烃的方法
技术领域
本发明涉及污泥中多环芳烃的测定方法，经过索氏提取、柱层析分离、溶剂洗涤和气 相一质谱仪检测，就可以完成污泥中16种多环芳烃的测定，得到准确的结果。
背景技术
多环芳烃(PAH)是一类具有三致作用(致癌、致畸和致基因突变)的持久性有机污染 物，主要存在于大气、水和土壤中。多环芳烃是有机物和化石燃料不完全燃烧所产生的，造 成今天全球多环芳烃污染的原因主要有四种：(1)家庭及生活炉灶、工业锅炉等产生的烟尘; (2)各种产生和使用焦油的工业过程，如炼焦、石油裂解、煤焦油提炼、柏油铺路等;(3) 各种人为的露天燃烧及火灾;(4)各种机动车辆及内燃机排气。
由于这些化合物在环境中的含量非常低，如何从环境样品中将它们分离和富集出来并 作进一步分析，是整个分析技术中最重要的一步，因为它直接影响到最后分析结果的准确 性。
多环芳烃的分析方法主要有：柱层析及薄层色谱法、紫外吸收法、气相色谱法(GC)、 高效液相色谱法、质谱法等。柱层析及薄层色谱法有一定分离效果，但无法进行准确的定 性和定量分析;气相色谱法(GC)、高效液相色谱法及质谱法能同时进行定性和定量分析， 但对样品要求很高，需要进行预先处理，去除大量的杂质。目前，土壤中多环芳烃的分析 方法通常是采用索式提取-柱层析分离-气相质谱测定法，具体方法为土壤或沉积物样品 置于索氏提取器中，用苯/甲醇或二氯甲烷/丙酮回流18-24小时，加入铜粉，浓缩;通过 无水硫酸钠/硅胶/氧化铝柱层析，用正己烷、二氯甲烷淋洗，浓缩器浓缩，定容;采用气 相色谱/质谱连用仪(GC/MS)，利用标准品进行定性和定量测定。
但对于污泥，如果仅仅采用土壤中多环芳烃的分析方法，会存在大量的有机物质，从 而干扰了GC/MS对多环芳烃的测定结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种准确性好、检测效率高的污泥中多环芳烃测定的方法。
本发明测定污泥中多环芳烃含量的方法包括下述步骤：
1.样品风干：采集来的污泥沉积样品需要先除去其中的水分，以便精确定量并保证测 定的重复性和准确性。由于有机物受热易挥发，在样品干燥处理时避光进行自然风干。如 有特殊需要进行烘干处理时，温度不易超过40℃。
2.样品研磨、分筛：干燥后的样品进行研磨、分筛处理使其组分分布均匀，保证测定 的样品具有代表性。一般样品研磨后过60-100目即可，收集过筛筛分(筛下物)待第3步 使用。
3.有机物的提取：称取上一步的过筛筛分，将样品置于索式提取器的滤纸套筒中，在 提取器的烧瓶中以料液比1g∶3～10mL加入苯/甲醇(2∶1～1∶2)(v/v)或二氯甲烷/ 丙酮(2∶1～1∶2)(v/v)的混合液，回流18～24小时，温度控制在50～70℃，并加入少 量铜粉脱硫。提取完成后，取出提取液，将溶液减压浓缩，得到样品萃取液。
4.样品纯化：经过上述提取，样品萃取液中还含有大量共存的有机物杂质，需要对其 进行纯化处理，一般可以采用各种层析方法。准确称取层析用氧化铝、层析硅胶和无水硫 酸钠各5～20克，以正己烷为溶剂按层析用氧化铝、层析硅胶和无水硫酸钠的顺序湿法装 柱;将步骤3中得到的样品萃取液上样;洗脱液分别为正己烷、正己烷∶二氯甲烷(4∶1～ 1∶1)(v/v)的混合液60～200毫升，收集所有馏分。
5.浓硫酸洗涤：虽然经过柱层析，但收集的馏分中仍含有大量有机物杂质，对后续的 GC/MS检测存在严重干扰。本发明增加了一步浓硫酸的洗涤过程，由于多环芳烃的化学性质 比较稳定，不容易被氧化分解，而其他的有机物较容易被浓硫酸氧化，特别是酯类、醇类 等化合物。将柱层析后收集的馏分倒入分液漏斗中，加入浓硫酸4～10毫升，振荡，静置 后放掉浓硫酸层，重复洗涤至其它杂质基本去除即可(以浓硫酸相颜色变为浅色为准)。向 有机相中加入与其等体积的含1%～4%硫酸钠(质量百分比)的水溶液，反复洗涤数次， 直至将浓硫酸洗净。洗涤后的样品转移至三角烧瓶中，加入过量的无水硫酸钠，以除去样 品中的水分，得到纯化后的样品。
6.样品浓缩、定容：纯化后的样品体积通常在几十毫升，当待测物浓度低于分析方法 的检测限量时必须采取浓缩处理。采用旋转减压蒸发或氮气流吹干，再用二氯甲烷定容1～ 10mL，得到待测定的污泥浓缩样品。旋转减压蒸发时注意温度的控制，不要超过60℃，以 防止目标物的损失。
7.空白实验：空白实验分为两批，一批不加入污泥沉积样品，样品的提取、净化、洗 涤和浓缩定容与污泥沉积样品相同，作为空白分析液1，待测定;另一批不加入污泥沉积样 品，样品的提取、净化和浓缩定容与污泥沉积样品相同，只是不进行浓硫酸的洗涤，作为 空白分析液2，待测定。
8.回收实验：为了比较添加用浓硫酸洗涤步骤后，对实验结果的可靠性进行分析，验 证方法的准确度，我们将回收实验分为两批，均不加入污泥沉积样品，一批加入3μL～20 μL多环芳烃标准液(见表3)，样品的提取、净化、洗涤和浓缩定容与污泥沉积样品相同， 作为回收分析液1，待测定;另一批加入同样体积的多环芳烃标准液，样品的提取、净化和 浓缩定容与污泥沉积样品相同，只是不进行浓硫酸的洗涤，作为回收分析液2，待测定。
9.样品测定：由于多环芳烃在环境中的含量很低，一般需要使用色谱分析方法，如气 相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)。为了快速进行定 性和定量分析，GC/MS方法较为常用。
A.GC/MS条件：
进样口温度：280℃;
监测器温度：300℃;
程序升温：60℃保持3min，以10℃/min升温至180℃，保持2min，再以5℃/min 升至280℃，保持10min;
载气(高纯N2)流速：1.2mL/min;
电子轰击源：离子源(EI);
电子倍增器的电压：1800eV;
扫描质量范围：50～550amu。
B.测定：在相同的色谱条件下，分别注入相同体积(1μL～3μL)的污泥浓缩样品、 空白分析液、回收分析液和多环芳烃标准液，测定各组分的保留时间和色谱峰面积，进行 定性与定量分析。
C.定性：利用多环芳烃标准品的保留时间和质谱数据库图片与测试样品进行比对来确 认。
D.定量计算：依据色谱峰面积，利用外标和内标法由各标准溶液的回归方程计算样品 中各种多环芳烃的含量。
本发明中所有试剂均使用分析纯以上纯度的试剂，水为去离子水;所有玻璃器皿均用 去离子水荡洗3次以上;所有样品平行重复三次，所得结果相对标准偏差在4%以内，以保 证实验结果的准确。
本发明增加了浓硫酸的洗涤的步骤，通过比较回收分析液1和回收分析液2的实验结 果，见表2，可以发现浓硫酸的洗涤对多环芳烃的影响很小，而同时可以除去大量其他的有 机物，特别是酯类、醇类等化合物。该步骤不仅可达到净化样品、保护色谱柱的目的，同 时可以大大提高GC/MS检测的灵敏度和精度，并且多环芳烃的回收率基本保持不变，在50%～ 101.50%之间，与其他多环芳烃的测定方法结果一致。本发明具有准确度高，重现性好的优 点。
本发明能除去其他有机物对多环芳烃检测的干扰，适用于污泥、土壤及其他环境中多 环芳烃的测定，具有分析范围广，分析效率高等特点。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
1、样品的采集和储存
污泥样品采自上海市桃浦和曲阳2个污水处理厂，见表1，使用重力柱状采泥器采集， 样品在实验室避光自然风干，研磨过80目筛，过筛筛分置于密封袋中低温保存，待样品预 处理。
2、样品提取
准确称量20克干燥的污泥样品，将样品置于索式提取器的滤纸套筒中，在提取器的烧 瓶中加入二氯甲烷∶丙酮(1∶1)(v/v)的混合液150mL，温度控制在65℃，并加入少量铜 粉回流20小时。冷却至室温，过滤，旋转减压蒸发浓缩至1mL。
3、样品纯化
在带有砂芯的玻璃层析柱中加入40mL正己烷，依次加入10g层析氧化铝、5g层析 硅胶和5g无水硫酸钠，在装填过程中边加边敲，用正己烷淋洗，稳定层析柱;
将样品浓缩液全部转移到层析柱上，分别用30mL正己烷、30mL正己烷∶二氯甲烷(4∶ 1)(v/v)的混合液和30mL正己烷∶二氯甲烷(2∶1)(v/v)的混合液，以1mL/min的速度淋 洗样品层析柱，收集淋洗液;
将淋洗液倒入分液漏斗中，加入浓硫酸4mL，振荡，静置后放掉浓硫酸层，该酸洗过 程重复2～4次。在有机相中加入与其等体积的含2%硫酸钠的水溶液，反复洗涤数次，直 至将浓硫酸洗净。洗涤后的样品转移至三角烧瓶中，加入过量的无水硫酸钠，以除去样品 中的水分。
4、样品浓缩、定容
纯化后的样品过滤，用旋转减压蒸发浓缩，用二氯甲烷定容至5mL。
5、空白样分析
除不加污泥沉积样品外，样品的提取、净化、洗涤和浓缩定容与污泥沉积样品相同， 定容至5mL作为空白对照。
6、回收实验
不加污泥沉积样品，加入10μL多环芳烃标准溶液，样品的提取、净化、洗涤和浓缩 定容与污泥沉积样品相同，定容至5mL，作为回收实验对照。
7、GC/MS分析
色谱柱：HP-5色谱柱(30m×250μm×0.25μm);
进样口温度为280℃，监测器温度300℃，程序升温条件：60℃保持3min，以10℃ /min升温至180℃，保持2min，再以5℃/min升至280℃，保持10min;
载气(高纯N2)流速：1.2mL/min;
电子轰击源为离子源(EI);
电子倍增器的电压：1800eV;
扫描质量范围：50～550amu。
分别取污泥样品、空白分析液和回收分析液各2μL注入GC/MS仪进行分析测定，测定 各组分的保留时间和色谱峰面积;利用多环芳烃标准品的保留时间和质谱数据库图片与测 试样品比对，进行样品的定性分析;利用外标法和内标法由各标准溶液的回归方程，进行定 量分析，计算出样品中各多环芳烃的含量。
外标法采用16种多环芳烃标准样品，内标法采用芘-d10标准品。