AN352加速溶剂萃取快速测定持久性有机污染物

2018-05-31 12:01:20

AN352加速溶剂萃取（ASE）快速测定持久性有机污染物（POPs）介绍

联合国环保署（UNEP）正致力于阻止部分的持久性有机污染物（POPs）的排放。POPs存在于许多环境样品中像土壤、淤泥、固体以及半固体废物和沉淀物。POPs亦存在于生物样品中像母乳以及鱼类组织。UNEP 关注消除环境中的POPs是因为这些物质是有毒、致癌、致畸、在环境中降解缓慢，对全球的环境造成威胁。以下是被UNEP列为POPs的化合物：

杀虫剂：

艾氏剂，氯丹，DDT，狄氏剂，异狄氏剂，七氯，灭蚁灵，毒杀芬

工业化学品：

六氯苯（BNA的一种），多氯联苯（PCB）

化学副产物（二氧（杂）芑）

多氯联苯并对二恶英（PCDD）

加速溶剂萃取（ASE）等同于美国EPA3540，3541，3550以及8151中萃取有机氯杀虫剂（OCPs）有机磷杀虫剂（OPPs），半挥发性物质（BNAs），多环芳烃(PAHs)以及多氯联苯（PCBs）的方法。ASE符合EPA3545A萃取POPs的方法。ASE萃取技术显著地简化了样品前处理过程，其是通过使萃取溶剂在加温加压来增加萃取过程的动力学。高压使溶剂在高于沸点温度时仍然保持液体的状态，因此减少从样品基体中提取目标分析物所需的时间和试剂。ASE与传统的提取技术索氏提取，超声波萃取以及手动振动相比可以得到相同甚至更好的结果，因而可以取代这些萃取技术。

这篇应用注释总结了萃取上述POPs物质的方法及结果，并附表比较ASE萃取与传统萃取方法。

设备

DionexASE200加速溶剂萃取仪带有溶剂控制器（P/N048765）以下是可选的附件：

22ml不锈钢萃取池（P/N048764）

11ml不锈钢萃取池（P/N048765）

33ml不锈钢萃取池（P/N048766）

纤维素滤膜（P/N049458）

60ml收集瓶（P/N048784）或者40ml收集瓶（P/N048783）

分析天平（至少精确到0.0001g）

ASE Prep DE（硅藻土）（P/N062819）

溶剂

正己烷

二氯甲烷

丙酮

甲苯

（所有的试剂均为农残级并且都是购自fisher科学）

萃取条件

杀虫剂以及多氯联苯（8081/8082）

溶剂：正己烷/丙酮（1：1），（v/v）

温度：100℃

压力：1500psi

静态时间：5min

静态循环次数：1－2

冲洗体积：60％

吹扫时间：60－120s

六氯苯（8270）

溶剂：二氯甲烷/丙酮（1：1），（v/v）

温度：100℃

压力：1500psi

静态时间：5min

静态循环次数：1－2

冲洗体积：60％

吹扫时间：60－120s

二氧杂芑（PCDD）（8290）

溶剂：甲苯（100％），如果用盐酸预处理则用甲苯/乙酸（5％，v/v）

温度：175－200℃

压力：1500psi

静态时间：5－15min

静态循环次数：2－3

冲洗体积：60－70％

吹扫时间：60－120s

样品信息以及提取过程

杀虫剂样品信息

加标的浓度范围为5－250μg/kg。所有的加标土壤均由ERA（美国科罗拉多洲Arvada市环境资源协会）提供及认证。加标的样品同时由ASE200系统和Soxtec系统（自动索氏）萃取。低浓度的加标样要进行基体空白、基体加标以及重复基体加标的测定，所有的其它浓度都要做基体加标。ASE200中11ml的萃取池中可以得到13－15ml的萃取液，从22ml的萃取池中可以得到26－30ml的萃取液。萃取液可根据干扰物的共萃取程度决定是否要进一步纯化还是直接进行分析。在文献的应用示例中, 萃取液是采用SW－846方法8080分析。所有的萃取以及分析工作都在美国犹他洲盐湖的Mountain、州分析实验室完成。

杀虫剂的萃取过程

将样品特别尤其是混合样混合均匀。干燥的沉积物、土壤以及废弃物样品必须磨碎或者通过其它细分方法使其能过1mm的筛子。在研磨机中加入足够的样品确保碾磨后至少能得到10－20g的分析样。样品在室温的条件下置于表面皿或者使用正己烷清洗过的铝箔上风干48小时或者与硅藻土混合干燥直至没有流体存在。但风干不适合更易挥发有机氯杀虫剂的分析（例如六氯化苯），这是因为在风干过程中样品中的有机氯会存在一定程度的流失。潮湿的沉积物以及土壤尤其是黏土样品也是不能风干否则样品中挥发性分析物会损失，可以取5－10g的样品与等量的ASE Prep DE（硅藻土）置于小烧杯用刮刀混合均匀。采用ASE萃取任何固体样品都需要分散样品颗粒以使在萃取过程中样品充分与溶剂接触。

粘性、纤维状或者油性的样品不一定需要采用研磨的方法，可以通过剪、切或者是其它方式粉碎使其在提取过程中能够最大限度地与萃取溶剂接触。如果选择研磨的方式，可以将ASE Prep DE（硅藻土）与样品1：1(w/w）混合后研磨以增加研磨效率。处理这类复杂基体的样品需要专业的手段判断目标分析物。

在萃取池的出口端放置一片纤维素垫片。每个样品分别称取约10g到11ml的萃取池中，如果是22ml的萃取池则称取约20g。对于与ASE Prep DE混合的样品，要将烧杯中的全部混合物转移到萃取池中。可在合适的萃取池中加入内标物以及基体加标物。将萃取池放置在ASE200的自动转盘上并且放置好60ml的收集瓶（总共24个）。设置方法条件后开始萃取。

PCB样品信息

污水污泥来自德国Fresenius研究所，牡蛎组织样品来自美国华盛顿洲西雅图市国家海洋和大气局（NOAA）实验室。作为标准参考物质的河流沉积物来自SRM1939（美国马里兰州Gaithershurg市国家科技研究所）。作为基准参考物质的污染土壤（CRM911－050）购自资源技术公司（美国怀俄明州Laramie市）

PCB样品的提取过程

样品必须干燥并且磨碎。在样品装入萃取池前，放置一片纤维素垫片于萃取池的出口端。如果样品含水量超过10％，则需与等量的ASE Prep DE进行混合。

污水污泥、牡蛎组织样品以及河流沉积物的定量分析

ASE萃取液通过附聚有硝酸银/硫酸的硅胶或氧化铝柱纯化，将样品浓缩到1ml后用GC用进行分析。PCB采用气相色谱-电子捕获检测器进行分析；色谱柱采用30m×0.25mm的Rtx－5（美国宾夕法尼亚州，Bellefonte市Restek公司）或者等效的柱子进行分析。进样口和检测器的温度都保持在300℃。柱温箱的初始温度为100℃，以10℃程序升温至300℃保持5min。采用外标法进行校正计算。

土壤的定量分析（CRM911－050）

土壤萃取物中PCB的测定参照美国EPA SW-846的方法8080。在GC分析之前，ASE萃取液定容至25ml。色谱的进样方式是分流/不分流进样，双电子捕获检测器。用两根毛细管柱DB－608（30m×0.53mm）以及DB－1701（30m×0.53mm）进行比对实验（美国加利福尼亚洲福尔松市J&W科学）。两根柱子用Y型熔融石英连接器（Restek）连接。Y型连接器的另一端与一根充当保护柱（5m×0.53mm）的非活性熔融石英毛细管柱连接。5μL的进样就能使样品同时在两根毛细管柱上分析。进样口的温度保持在220℃，两个检测器的温度都保持在320℃。柱温箱的升温程序为:初始温度60℃，以28℃/min的速度升高到200℃保持1min，以10 ℃/min的速度升高到265℃保持20.5min。载气为氦气，流速恒定在大约30cm/s。

六氯苯样品信息

对于半挥发性有机物（BNA化合物）加标的范围为250到12500μg/kg。所有的加标土壤都由ERA（环境资源协会）制备及认证。样品研磨到100－200目（150－75μm）。湿样品可以采用与ASE Prep DE（10g：10g）混合或者风干。样品研磨后称取一定的量到11或者是22ml的萃取池中。

加标的样品同时由ASE200系统以及Soxtec（自动索氏萃取）萃取。萃取液根据SW－846方法8270A进行分析。

注：所有的萃取以及分析工作都在Mountain州立分析有限公司进行（美国犹他州盐湖城）。对于低浓度的加标样品的分析要做基体空白、基体加标及重复基体加标测定；对于所有的其它浓度要做基体加标。

六氯苯萃取过程

六氯苯的萃取过程是等同采用U.S.EPA SW-846 3545A。

将样品尤其是混合样混合均匀。干燥的沉积物、土壤以及废弃物样品必须磨碎或者通过其它细分方法使其能过1mm的筛子。在研磨机中加入足够的样品确保碾磨后至少能得到10－20g的分析样。样品在室温的条件下置于表面皿或者使用正己烷清洗过的铝箔上风干48小时或者与硅藻土混合干燥直至没有流体存在。但风干不适合更易挥发有机氯杀虫剂或半的挥发性有机物的分析（例如六氯化苯），这是因为在风干过程中样品中的有机氯会存在一定程度的流失。

粘性、纤维状或者油性的样品不一定需要采用研磨的方法，可以通过剪、切或者是其它方式粉碎使其在提取过程中能够最大限度地与萃取溶剂接触。如果选择研磨的方式，可以将ASE Prep DE（硅藻土）与样品1：1(w/w）混合后研磨以增加研磨效率。

潮湿的沉积物以及土壤尤其是黏土样品也是不能风干否则样品中挥发性分析物会损失，可以取5－10g的样品与等量的ASE Prep DE（硅藻土）置于小烧杯用刮刀混合均匀。采用ASE萃取任何固体样品都需要分散样品颗粒以使在萃取过程中样品充分与溶剂接触。

放置一片纤维素垫片于萃取池的出口端。每个样品分别称取约10g到11ml的萃取池中，如果是22ml的萃取池则称取约20g。对于与ASE Prep DE混合的样品，要将烧杯中的全部混合物转移到萃取池中。可在合适的萃取池中加入内标物以及基体加标物。

将萃取池放置到萃取池转盘上；然后将清洗干净、带盖的40ml收集瓶放置在收集传输带上，最多可放置24个收集瓶。在ASE200仪器上设置萃取条件后开始萃取。

从11ml萃取池中收集大约13－15ml的萃取物或者从22ml的萃取池中收集大约26－30ml的萃取液。萃取液根据共萃取物对分析物的干扰程度决定是否要进行再处理还是可以直接分析。

二恶英（PCDD）的样品信息

研究两组不同样品：一组来自德国，包括烟囱灰、城市灰尘以及飞尘，而另一组来自加拿大的四个沉积物样品。高浓度ng/kg（ppt）的PCDDs以及PCDFs沉积物（EC－2）来自国家水质研究所（加拿大安达略湖州伯灵顿市湖滨路867号5050信箱）。低含量的沉积物（HS－2）来自国家海洋生物科学研究理事会（加拿大新斯科舍省哈利法克斯市牛津大街1411号）。以上两个样品都作为标准参照物并且拿到后立即使用。另取自Parrots海湾以及Hamilton海港的两个沉积物作为萃取样品。这两个样品都具有高浓度的共萃取物质。

二恶英（PCDD）样品的萃取过程

表1列出了索氏以及ASE萃取烟囱砖灰以及城市灰尘中PCDD的萃取条件。

飞尘的萃取过程与其它样品的萃取过程略有不同。飞尘在溶剂萃取之前，用6M盐酸浸泡30min后用蒸馏水彻底清洗。索氏以及ASE萃取样品的条件都列在表1中。而对于新鲜灰尘样品，ASE的萃取是在甲苯中加入5％（v/v）的冰醋酸而不是用预盐酸处理，其它所有条件保持不变。

定量以及样品纯化

根据德国VDI3499，烟囱砖灰、城市灰尘以及飞尘样品的萃取液都是使用填装多层硅胶以及铝粉的色谱柱进行纯化。

沉积物样品萃取液是使用填装有改性硅胶和铝粉固定相的两端开口色谱柱进行纯化。

纯化过的萃取液可使用自动化的HPLC-碳柱去除联苯醚干扰物从而进一步纯化样品。分析的详细过程请见参考文献1。

GC/MS以及GC/MS/MS分析

烟囱灰、城市灰尘以及飞尘的萃取液都是通过带有HP5890系列II的气相色谱和HP 5972质谱检测器的GC－LRMS分析。色谱柱使用60m(长)× 0.25mm(直径)×0.15μm(膜厚)的 J&W DB Dioxin柱。

沉积物样品萃取物是通过GC/MS/MS（Varian3400气相色谱，Finnigan MAT TSQ70 三重四级杆质谱检测器以及ICIS II的数据处理系统）或者GC/HRMS(HP5890系列II气相色谱，VG Autospec-10000质谱仪以及OPUS的数据处理系统)。所有样品萃取液的分离都是在60m(长)× 0.25mm(直径)×0.15μm(膜厚)的 J&W DB-5熔融石英毛细管色谱柱。

标物

所有内标溶液都包含十种标物，对于烟囱灰、城市灰尘以及飞尘样品的内标物加入¹³C₁₂－2,3,7,8－T₄CDD。没有使用清洗标准。样品中加入100μL的回收标准溶液，使得样品中含有25ng/ml¹³C₁₂－2，3，7，8－T₄CDD。

对于沉积物样品，PCDD/PCDF的混合标准是由剑桥同位素实验室或者威灵顿实验室购买的贮备液配制获得。内标定量标准使用15¹³C₁₂－2，3，7，8－取代的PCDDs以及PCDFs。包含的同系物都列于数据表中。在萃取完后，萃取液中加入清洗标准（³⁷C_l4－2,3,7,8-T₄CDD）来测定在萃取以及清洗过程中的损失。在进样前，样品了加入10μL由壬烷配制、浓度为100pg/μL回收标准溶液¹³C₁₂－1,2,3,4-T₄CDD以及¹³C₁₂－1，2，3，7，8，9－H₆CDD。

结果与讨论

杀虫剂

表2和3列出了所选环境样品的萃取结果，包括加标和实物标样。这些样品的测定结果表明ASE技术所得到的样品回收率与索氏萃取相当。表2和表3总括了本研究中三种不同类型土壤样品中有机氯杀虫剂的3个不同浓度的加标回收率。

PCBs

表4-7是从污水污泥、牡蛎组织、河流沉积物以及土壤中萃取PCB的结果。表中列出了从这些基质中萃取PCB同系物的平均回收率以及相对标准偏差。除了萃取河流沉积物中的PCB153外，所有其它物质的回收率都高于77%的标定值或索氏萃取回收率值。河流沉积物萃取物中的干扰物质妨碍低分子量PCB同系物PCB28以及PCB52的准确定量。

实验结果证明ASE是有效的样品前处理方法。与其它萃取方法相比，ASE萃取消耗最少量的溶剂而且显著地缩短了萃取时间。ASE满足美国EPASW-846方法3545A中分析PCB的要求。