一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法
【专利摘要】本发明提供了一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法。其步骤包括土壤样品准备、振荡萃取、离心分离，具体是利用土壤与净化后的无水硫酸钠、硅藻土的混合处理达到除水、分散基质的作用；通过疏水和亲水的混合溶剂萃取来保证萃取溶剂对土壤介质中如土壤溶液、土壤有机质中包含的有效组分的溶解效应；运用机械振摇的方式来达到土壤破碎效果，提高萃取效率；运用低温、高速离心来完成土壤样品与萃取溶剂的固液分离，从而快速的提取出萃取液。该前处理方法相比较传统的土壤中硝基芳烃类化合物的萃取方法如索氏提取、超声波萃取、加速溶剂萃取等方法，具有一次处理样品量大、有机溶剂用量少、步骤简洁、萃取效率高和设备廉价简单等显著优点。
【专利说明】一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种针对污染土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理萃取技术，具体的说，一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，是一种以多相混合极性有机溶剂作为提取剂、运用机械振摇方式、高速低温离心方式从土壤样品中快速提取10种硝基芳烃类化合物的前处理方法。
【背景技术】
[0002]硝基芳烃是硝基芳烃族化合物的总称，是染料合成、油漆涂料、塑料、炸药、医药及农药制造等的中间体。环境中的硝基芳烃类污染物主要包括硝基苯、氯代硝基苯、硝基甲苯等物质。
[0003]大部分硝基芳烃类化合物具有化学性质稳定、高毒性和生物富集的特点，属高毒性污染物，被列入美国国家环保署(EPA)和我国的优先监测污染物名单中。这类化合物可经呼吸道、消化道和皮肤造成人体中毒，主要作用于血液、肝脏以及中枢神经系统，可使血红蛋白变为高铁血红蛋白，失去运输氧的能力，引起缺氧。硝基芳烃化合物属于持久毒性有机污染物，具有导致突变、引发癌症、导致畸形的健康风险，在印染、农药等行业作为中间体；氯代硝基苯是一种能导致突变、引发癌症、导致畸形的化学物质，在印染、农药等行业作为中间体；二硝基苯在水体中浓度达到10mg/L时，可造成鱼类及水生生物的死亡，具有易燃、易爆，有剧毒，具有致癌性。我国当前的土壤污染防治各项基础性工作进展较为滞后，环境监督管理体系不健全、针对土壤中的高毒性有机物污染物的监测能力薄弱，因此开展土壤中硝基芳烃类化合物的监测技术研究对评估我国土壤环境安全风险具有重要意义。
[0004]前处理技术是环境样品定量分析的关键技术，主要的目的是将待提取的有效组分从土壤介质中通过固液分离使其从固相体系中以较少的损失转移至液相体系中，以便于下一步的仪器分析。比如土壤、沉积物等固体样品中获取难挥发性或半挥发性有机组分，通常需要运用有机溶剂对经过处理的固体、半固体样品进行有效的萃取。
[0005]目前关于硝基芳烃化合物的监测技术规范，我国尚没有针对土壤中硝基芳烃类化合物的前处理的相关技术导则和标准，仅有关于水环境中硝基芳烃类化合物的相关标准方法，如现有方法标准中的《水质硝基苯、硝基甲苯、硝基氯苯、二硝基甲苯的测定气相色谱法》(GB13194-91);《水质硝基苯类化合物的测定气相色谱法》(HJ592-2010);水利部行业标准《水中有机物分析方法痕量硝基苯类化合物的测定树脂吸附/气相色谱法》(SL/T273.1-2001)，以及最新2013年发布的标准方法《水质硝基苯类化合物的测定液液萃取/固相萃取-气相色谱法》(HJ648-2013)中规定的方法。
[0006]国外相关的土壤监测技术方法主要有美国环保署发布的相关方法，前处理技术方法采用了基于索氏萃取、加速溶剂萃取和超声波萃取技术方法:
[0007]如美国环保署发布的EPA8270C方法中使用了 GC/MS用于测定固废、土壤、气体、水样的检测，检测目标物包括了二硝基苯、2，4- 二硝基甲苯和2，6- 二硝基甲苯的测定，该方法中推荐了以下几种相关的前处理萃取方法用于有机目标化合物的萃取，如方法3540C采用了索氏提取法，方法3541采用自动索氏提取法，方法3545采用加压流体萃取(PFE)技术，方法3550B采用了超声波提取技术，方法3560采用超临界流体萃取有机物如总石油烃类。
[0008]在这些前处理方法中如索氏提取，自动索氏萃取，超声波萃取，超临界流体萃取或加热加压流体萃取方法中，除索氏提取方法设备适合简易推广之外，其他萃取方式需要购置昂贵的大型仪器，设备成本和维护费用较高，方法普及存在难度。而索氏提取技术，一次萃取需要的溶剂消耗量较大，约为数百毫升以上，大量萃取样品时也会带来溶剂污染的问题；此外为保证有较好的萃取效果，一次样品萃取时间约为数十小时以上，这也造成该方法的处理效率较低。因此，目前有机萃取技术的发展趋势倾向于所使用萃取溶剂的毒性更低、用量更少、在保证较好的萃取回收率基础上操作简单易行，具有较高的萃取效率以能在短时间内完成大批量样品的前处理萃取工作。
[0009]关于土壤中硝基芳烃类化合物的测定方法研究报道:
[0010]1997年《山东环境》第2期17页中介绍了一种使用示波极谱法测定土壤中硝基苯的方法，使用电化学方法进行相关的监测，需要将土壤溶液稀释到一定量的电解盐溶液，但未报道该方法的方法测定限。2003年《广州化学》第2期45-46页中介绍了一种利用气相色谱法测定土壤中五氯硝基苯的残留量，此法的平均回收率为98.6%，最低检测浓度为
0.25 μ g/kg,相对标准偏差小于10%。2009年《环境监测管理与技术》第I期22-24页中介绍了一种采用顶空气相色谱法快速测定土壤中苯、苯胺和硝基苯，该方法使用石油醚-丙酮混合溶剂作为萃取剂对样品浸泡12h后,分多次进行萃取,方法在Omg/L?100mg/L范围内线性良好，苯、苯胺、硝基苯的检出限分别为0.012mg/kg、0.22mg/kg、0.083mg/kg,实际土样测定的RSD ( 1.4%，加标回收率为94.0%?102%。
[0011]综上所述，目前国内外于土壤中硝基芳烃类化合物的监测方法较少，选择的测定技术主要限于电化学方法、色谱法、质谱测定法，与之配套的前处理技术主要包括顶空进样技术、浸泡萃取法，这些方法中如顶空进样技术需要专用的价值昂贵的顶空进样设备来完成，浸泡萃取的方法需要对土壤样品浸泡12h以后才能得到比较理想的回收率。
【发明内容】
[0012]1.发明要解决的技术问题:
[0013]针对当前土壤环境样品中硝基芳烃类化合物定量分析过程中存在的前处理问题，本发明提供一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，采用以不同混合极性的有机溶剂体系、利用机械振摇破碎方式，运用高速离心方法实现固液分离，从而快速高效萃取土壤中硝基芳烃类化合物的前处理分析技术，此技术较传统的前处理技术在分析成本、分析时间、人力消耗、环境友好方面具有明显的优势，可大大节省传统土壤、底泥、沉积物样品的前处理分析时间和费用，节省了溶剂消耗，减少了有毒溶剂的环境风险。
[0014]2.技术方案:
[0015]本发明的原理:
[0016]基于混合溶剂体系中不同极性的组分与土壤中含水、疏水组分的相似相溶特性，运用机械振摇作用对土壤样品进行机械破碎后，增大固、液接触面积，与混合溶剂充分接触，减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。[0017]本发明的技术方案如下:
[0018]运用混合溶剂体系萃取土壤、底泥、沉积物中硝基芳烃类化合物的方法，其步骤为:
[0019](A)目标化合物选择了 10种硝基芳烃类化合物。
[0020](B)样品处理:称取土壤样品，同时加入与土壤样品相同质量的活化后的硅藻土或无水硫酸钠，混合后放入洁净玻璃瓶中；
[0021](C)样品提取:根据土壤样品量，按照土壤与亲水性溶剂的质量g/体积ml比例1:1?1:3的比例，加入亲水性溶剂，快速振摇3?5min，使土壤破碎达到匀浆状；再按照土壤与疏水性溶剂的质量g/体积ml比例1:1?1: 3，加入疏水性溶剂，快速振摇30?60min，速度为200?500r/min ；
[0022](D)离心分离。将上一步振摇萃取后的样品，放入离心机中离心3?5min (转速为3000?5000r/min)，从上清液中提取一定量的萃取液，低温保存或者进气相色谱、气质联用进行定量、定性分析；
[0023]其中仪器分析条件，其仪器条件为:在色谱柱选择中等或弱极性色谱柱，程序升温40°C，保持 2min，，以 20°C /min 升温至 220°C，再以 15°C /min 升温至 280°C，最后以 5°C /min升温至300°C,保持3min,进样口温度250°C ;不分流进样IuL,载气使用氦气,氦气纯度> 99.999%,流速 1.2mL/min,恒流模式；
[0024]质谱条件:电离方式为EI电离，电离电压70eV，离子源温度250°C，传输线温度280°C，质量扫描范围为50?350m/z，进行定量、定性分析。
[0025]步骤(A)中的目标化合物为:硝基苯、邻二硝基苯、间二硝基苯、对二硝基苯、间氯硝基苯、2，4_二硝基甲苯、1-氣_2，4_二硝基苯、2，4, 6_二硝基甲苯、邻氣硝基苯、对氣硝基苯。信息见表I。
[0026]步骤(B)中的硅藻土或无水硫酸钠的活化条件为:400°C烘烤6h以去除有机物质残留。
[0027]步骤(C)中亲水性溶剂可以选择丙酮、乙酸乙酯、甲醇或乙腈；疏水性溶剂可选正己烷、二氯甲烷或环己烷，推荐溶剂组合为:丙酮与正己烷、环己烷与乙酸乙酯、甲醇与二氯甲烷或乙腈与二氯甲烷。不同溶剂的混合比例建议为1:1体积比。
[0028]上述步骤(D)中在离心过程中推荐使用低温离心，温度控制4?6摄氏度，避免有机体系的挥发。
[0029]步骤(D)中色谱柱为安捷伦HP-5、DB-5、DB-5MS或DB-XLB毛细柱。
[0030]以上步骤中所涉及的范围都是可以实际实施的范围，根据实验条件我们可以在以上的范围内进行选择。
[0031]3.有益效果:
[0032]本发明提供了一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，使用多相混合溶剂，以振摇破碎、离心净化方式来快速、高效提取土壤中10种硝基芳烃类化合物的前处理方法，其特点是利用亲水性溶剂和疏水性溶剂的多相有机萃取体系组合、一定的混合比例以提高对土壤与萃取剂的固液接触面积，提高萃取效率和提取效果。具体效果表现如下:
[0033](I)本发明利用不同极性溶剂对目标化合物的萃取优势，对不同组合的有机溶剂的体系的萃取效率进行了优化，大大节省了溶剂的消耗；
[0034](2)利用溶剂的极性差异和加入的次序，增大土壤在溶剂中的溶解性质，配合手动或电动机械快速振摇方式达到破碎、混合的效果，进一步增加介质中硝基芳烃类化合物在不同溶剂体系中萃取效率，能够实现大批量土壤样品快速高效的萃取分析，节省人力物力；
[0035](3)选用的溶剂体系中包括低毒的、环境友好的萃取试剂，可以替代毒性较高、对人体健康危害大的溶剂体系，具有环境友好特性；
[0036](4)从国外的技术文献来看，色谱、质谱联用技术以其更优异的灵敏度和选择性表现逐步作为有机分析的主要分析仪器，本发明所采用的溶剂体系具有适合的饱和蒸汽压，可以满足后期直接在气相色谱、质谱检测的定量和定性需求。
[0037](5)目前我国关于土壤中硝基芳烃类化合物的相关监测技术尚处于技术空白，本发明从前处理技术方面提供了一套高效、低耗萃取土壤介质中硝基芳烃化合物的技术。
[0038]实验证明:运用体积比为1:1的丙酮与正己烷、丙酮与二氯甲烷、环己烷与乙酸乙酯、甲醇与二氯甲烷、甲醇与乙酸乙酯、乙腈与二氯甲烷等混合溶剂，对土壤10种硝基芳烃类化合物的平均萃取回收率在69.6%~108.1 %之间，其中对硝基苯组分的萃取回收率在74.1%~103.7%之间，对邻二硝基苯组分的萃取回收率在65.8%~111.7%，对间二硝基组分的萃取回收率在74.7%~106.3%之间，对二硝基苯组分的萃取回收率71.20Z0~108.0%，间氯硝基苯组分的萃取回收率在72.5%~104.5%,2, 4- 二硝基甲苯组分的萃取回收率在71.1%~ 108.5%，1-氯-2，4-二硝基苯组分的萃取回收率在69.9%~110.6%，2，4，6-三硝基甲苯组分的萃取回收率在55.3%~126.4%，邻氯硝基苯和对氯硝基苯组分的萃取回收率在71.4%~107.2%，能满足定量分析中50~130%的回收率要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为不同萃取溶剂体系对土壤中硝基苯的萃取回收率。
[0040]图2为不同萃取溶剂体系对土壤中邻二硝基芳烃的萃取回收率。
[0041]图3为不同萃取溶剂体系对土壤中间二硝基芳烃的萃取回收率。
[0042]图4为不同萃取溶剂体系对土壤中对二硝基芳烃在不同萃取体系中的回收率。
[0043]图5为不同萃取溶剂体系对土壤中间氯硝基苯的萃取回收率。
[0044]图6为不同萃取溶剂体系对土壤中2，4- 二硝基甲苯的萃取回收率。
[0045]图7为不同萃取溶剂体系对土壤中1-氯-2，4- 二硝基苯的萃取回收率。
[0046]图8为不同萃取溶剂体系对土壤中2，4，6-三硝基甲苯的萃取回收率。
[0047]图9为不同萃取溶剂体系对土壤中邻氯硝基苯&对氯硝基苯的萃取回收率。
【具体实施方式】
[0048]以下通过实施例结合附图来进一步说明本发明。本发明的保护范围并不仅仅限于本实施例，表1为10种硝基芳烃类化合物的信息
[0049]
【权利要求】
1.一种快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其步骤为: (A)目标化合物选取:包括10种硝基芳烃类化合物； (B)样品处理:称取土壤样品，同时加入与土壤样品相同质量的活化后的硅藻土或无水硫酸钠，混合后放入洁净玻璃瓶中； (C)样品提取:根据土壤样品量，按照土壤与亲水性溶剂的质量g/体积ml比例1:1?1:3的比例，加入亲水性溶剂，快速振摇3?5min，使土壤破碎达到匀浆状；再按照土壤与疏水性溶剂的质量g/体积ml比例1:1?1: 3，加入疏水性溶剂，快速振摇30?60min，速度为 200 ?500r/min ； (D)离心分离:将步骤C完成提取的样品，放入离心机中离心，从上清液提取萃取液，低温保存或者直接进气相色谱、气质联用进行定量、定性分析。
2.据权利要求1所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述的步骤(A)中10种硝基苯类化合物为硝基苯、邻二硝基苯、间二硝基苯、对二硝基苯、间氯硝基苯、2，4-二硝基甲苯、1-氯-2，4-二硝基苯、2，4，6-三硝基甲苯、邻氯硝基苯和对氯硝基苯。
3.据权利要求1所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述的步骤(B)中活化后的硅藻土为经400°C烘烤6h后的硅藻土
4.根据权利要求1所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述步骤(C)中加入溶剂的次序为先加入亲水性溶剂，后加入疏水性溶剂混合；亲水性溶剂选择丙酮、乙酸乙酯、甲醇或乙腈；疏水性溶剂为正己烷、二氯甲烷或环己烷。
5.据权利要求4所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述的步骤(B)中，亲水性溶剂和疏水性溶剂组合为:丙酮与正己烷、环己烷与乙酸乙酯、甲醇与二氯甲烷或乙腈与二氯甲烷。
6.据权利要求4或5所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述的步骤(B)中，亲水性溶剂和疏水性溶剂体积比为1:1。
7.权利要求1所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述步骤(D)中使用离心方式作为土与萃取溶剂分离的方式，离心过程中的控制温度在4?6°C，离心时间3?5min,转速为3000?5000r/min。
8.据权利要求1所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述步骤(D)中直接进气相色谱、气质联用进行定量、定性分析，其仪器条件为:在色谱柱选择中等或弱极性色谱柱，程序升温40°C，保持2min，，以20°C /min升温至220°C，再以15°C /min升温至280°C，最后以5°C /min升温至300°C，保持3min，进样口温度250°C ；不分流进样IuL,载气使用氦气,氦气纯度> 99.999%,流速1.2mL/min,恒流模式；质谱条件:电离方式为EI电离，电离电压70eV，离子源温度250°C，质量扫描范围为50?350m/z，进行定量、定性分析。
9.据权利要求8所述的快速提取土壤中10种硝基芳烃化合物的前处理方法，其特征在于，所述步骤(D)中使用的色谱柱为安捷伦HP-5、HP-5MS、DB-5或DB-5MS毛细柱，规格为30mX 0.25mmX 0.25 μ m。
【文档编号】G01N1/28GK104034566SQ201410295370
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】赵欣, 丁宝国, 单艳红, 冯艳红, 应蓉蓉, 孔令雅, 林玉锁, 郑丽萍, 李群, 周艳 申请人:环境保护部南京环境科学研究所