1、固体样品中多环芳烃提取方法研究摘 要 对有机污染物分析的样品前处理技术超临界萃取、微波萃取、超声提取和索氏提取进行了对比研究。结合气相色谱/质谱测定技术比较了 4 种方法对模拟样品中 16 种多环芳烃化合物的提取效果。探讨了温度、改进剂对超临界萃取的影响，无改进剂的纯 CO2 流体对 16 种多环芳烃的低沸点化合物萃取回收率可达 80，对高沸点化合物应在加入改进剂的基础上提高萃取温度。与超临界萃取相比,微波萃取在对高沸点化合物的萃取上具有优势。关键词 样品前处理；超临界萃取；微波萃取；多环芳烃现代工业和交通的发展，带来了日益严重的环境问题。多环芳烃化合物是一类在环境介质中广泛存在的有机污染物，
2、多环芳烃化合物难降解，可以在环境介质中长期稳定地存在，是最早被确定为对人体有致癌作用的环境污染物，它可以附着在颗粒物表面直接被人体吸入或通过食物链影响人体健康。环境样品基体复杂且多环芳烃有机污染物的浓度很低（痕量、超痕量级） ，难以直接测定，样品需经预处理后才可以进行仪器分析。样品前处理目的是对被测组分进行浓缩富集，消除基体干扰，提高方法的灵敏度，降低检测限。由于全球环境污染日益严重，要求减少使用各种有机溶剂的呼声越来越高，近年来各种高效、快速、溶剂用量少的样品前处理技术发展迅速。超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction, SFE）是近年来发展很快的一种样品
3、制备技术1,2 。超临界流体的性质介于气体与液体之间，既有液体的高密度又有气体的高扩散性，能够渗透到固体内部溶解被测组分。SFE 具有样品加工方便、快速、易于控制和实现与色谱 /质谱仪器联用等优点。无毒、无污染且化学惰性的 CO2 是常用的超临界流体，它特别适用于萃取极性弱的脂溶性有机污染物，SFE 在环境有机污染物分析中有着广泛的应用3,4 。微波萃取(Microwave-Assisted Extraction, MAE)是以微波为能量的快速、高效、节能的样品制备方法，有机溶剂用量少，同时处理多个样品，应用领域广泛5,6。索氏提取(Soxhlet Extraction, SE)是一种经典的样
4、品前处理技术，在样品没有标准值的情况下经索氏提取的样品测定结果可以作为标准参考值7，但索氏提取时间长, 有机溶剂用量大。索氏提取和超声提取(Ultrasonic Extraction, UE)是目前国内实验室广泛使用的样品前处理方法。针对土壤、底泥等固体样品中 16 种多环芳烃化合物测定的样品提取方法的选择问题，本文采用模拟样品对上述 4 种样品提取方法的特点和适用性进行了考查。1 实验部分1.1 仪器与主要试剂SFXTM2-10 超临界流体萃取仪 (美国 ISCO 公司)。Mars5 高压密闭消解系统(美国 CEM 公司)。气相色谱/质谱仪GC/MS, Fisons instruments
5、GC800 series(8060)-MD800。JY92-型超声波细胞粉碎机（浙江新芝科器研究所） 。多环芳烃标准样品(SUPELCO 公司)：16 种多环芳烃化合物 (polynuclear aromatic hydrocarbons，PAHs)及编号分别为萘(1)、苊烯(2)、苊(3)、芴(4)、菲(5) 、蒽(6) 、荧蒽(7)、芘(8)、苯并(a)蒽(9) 、屈(10) 、苯并(b) 荧蒽(11)、苯并(k)荧蒽(12) 、苯并(a) 芘(13)、茚并(1,2,3-cd)芘(14)、二苯并(a,h)蒽(15) 和苯并(g,h,i)苝(16)，其中每种化合物浓度均为 2g/L,介质为
6、1:1 的二氯甲烷和苯。XAD-2 树脂(SUPELCO 公司， 0.8410.250 mm)实验用有机试剂正己烷、丙酮和二氯甲烷均为农残分析级。1.2 模拟样品制备XAD-2 是非离子型的大孔树脂，这种树脂吸附分子型有机化合物效果很好，在水中有机污染物的富集分离等环境分析方面应用广泛，以 XAD-2 为基质制备模拟样品具有实际应用价值。实验用样品是将 16 种 PAHs 添加到XAD-2 树脂中的模拟样品。样品制备方法：将树脂用二氯甲烷提取 16h，除去其中杂质。准确称取净化后的树脂 40.00g 于 150mL 的三角瓶中，将 50.00mL 浓度均为 8.00mg/L 的 16 种 PA
7、Hs 标准溶液(二氯甲烷介质) 全部倒入三角瓶中，摇匀、密封后于冰箱中放置过夜，24h 后将样品置于通风橱中使溶剂挥发，制得浓度为10.00g/g 模拟样品 A。用同样方法制得样品 B,浓度为 20.00g/g。1.3 超临界萃取对模拟样品 A、B 进行超临界动态萃取，以通过样品池的流体总体积对萃取过程进行控制。超临界流体以 CO2为主，有时需要加入 =5%的有机溶剂作为流体极性的改进剂，CO2 和改进剂分别由系统的两个泵提供。样品萃取池和萃取收集管路的温度由系统分别控制。参照 US EPA 3561 方法8对 2.000g 样品分低压和高压两步进行萃取，以二氯甲烷为溶剂对萃取物进行收集，将收
8、集液合并后进行 GC/MS 分析。第一步萃取易挥发、低沸点组分，所有样品条件相同：流体为 100%(体积分 表 1 超临界萃取条件样品 流体 t/ CO2 改进剂 萃取 收集SFE-A-C1 100 0 80 95SFE-A-C2 95 5% 甲醇 80 95SFE-A-C3 95 5% 甲醇 120 135 SFE-B-C4 100 0 80 95SFE-B-C5 95 5% 甲醇/二氯甲烷* 80 95SFE-B-C6 95 5% 甲醇/二氯甲烷 120 135 * 体积比为 1:4数 ,下同) CO2，总消耗量 20mL，萃取压力 12.1Pa，萃取温度 80，收集温度 95；第二步高压
9、萃取，压力为 33.8Pa，流体总消耗量为 120mL；其它条件各样品不同，即分别改变萃取温度和改进剂条件进行实验。1.4 微波萃取参照 US EPA 3546 方法9对样品进行微波萃取。准确称取 2.000g 样品于微波萃取罐内，加入 20mL 丙酮/正己烷混合溶剂(体积比 1:1)，在密闭系统中分别对 A、B 样品进行控制温度(100 )微波萃取，萃取功率为600W，考察了时间对萃取效果的影响。MAE-A-10、MAE-A-20 和 MAE-A-30 为对 A 样品进行 10、20、30min 萃取；MAE-B-10、MAE-B-20 和 MAE-B-30 为对 B 样品进行 10、20
10、、30min 萃取。1.5 超声提取准确称取 2.000g 样品于烧杯中，加入 50mL 丙酮/ 二氯甲烷混合液（体积比 1:1）,将细胞粉碎机的探头插入溶液中进行间歇式超声提取，提取功率 650W，每次有效提取时间为 5min，更换溶剂重复 3 次提取的总提取时间为 15min，合并提取液浓缩后进行回收率测定。1.6 索氏提取准确称取 2.000g 样品于索氏提取器中，加入丙酮 /二氯甲烷混合液 (体积比 1:1)120mL，连续提取 6h。1.7 萃取液的 GC/MS 分析样品经不同方法萃取后得到的萃取液经浓缩、净化，定容后进行 GC/MS 分析，以全扫描方式测定萃取液中 16种多环芳烃化
11、合物，扫描质量范围 35400。以保留时间和化合物的质谱图对化合物进行定性分析,16 种化合物按沸点从低到高依次流出。GC/MS 分析条件为：DB-5MS 弹性石英毛细柱（J0.25 m） 。载气 （He）99.999%。程序升温：初始温度 50保持 2min，以 10/min 升温至 280, 保持 10min；再以5/min 升温至 300,保持 2min。质谱条件：电子轰击源（EI）, 电离电压 70eV，离子源温度为 220，接口温度 270。2 结果与讨论2.1 超临界萃取超临界萃取 16 种 PAHs 的回收率如图 1、2 所示。对低浓度样品(图 1，A 样品)，不加改进剂的 10
12、0% CO2 流体(SFE-A-C1)对沸点较低的化合物 (如 1-6 号化合物) 萃取完全，回收率达 80%以上，随着化合物沸点的逐渐升高流体对其溶解能力逐渐降低(7-16 号) ；加入 5%甲醇作改进剂(SFE-A-C2)特别是在此基础上进一步提高萃取温度后(SFE-A-C3)，流体对高沸点化合物的溶解能力明显增强。萃取高浓度样品（图 2，B 样品） ，不加改进剂的流体(SFE-B-C4)对高沸点化合物的萃取回收率较低浓度样品有所改善，只对沸点较高的四种化合物(13-16 号)的溶解性不好，在加入 5%甲醇/二氯甲烷混合物作改进剂 (SFE-B-C5)特别是在此基础上提高萃取温度后(SFE-B-C6)状况明显改善。对不同的目标化合物、不同含量和不同基质的样品，超临界萃取要对样品进行条件最优化，超临界方法适宜萃取低沸点、易挥发化合物。实验结果表明超临界萃取高浓度样品好于低浓度样品；加入改进剂的流体比不加改进剂的纯 CO2 对多环芳烃的溶解能力强，甲醇/二氯甲烷作改进剂比单独使用甲醇效果好；对高沸点化合物高温萃取比低温萃取效果好。甲醇/二氯甲烷作改进剂的高温萃取为超临界萃取 16 种 PAHs 的最佳条件。
