8土壤有机物的测定

土壤有机污染物检测土壤有机物污染物监测•土壤中有机污染物按降解性难易分成两类：①易分解类，如有机磷农药、酚、氰、三氯乙醛；②难分解类，如二恶因、有机氯、多环芳烃等。•近年来，由于高分子化学、分析化学、高分子化学、物理科学等科学的快速发展，使物理化学科学在有机污染物环境监测中有了较为广泛的运用，如气相色谱法法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱法等方法在土壤样品分析测试中的应用尤其对土壤中痕量有机物的测定及分析。土壤有机污染物的提取、净化、浓缩•环境保护部科技标准司土壤监测规范方法标准中公布了土壤监测领域有机物的检测方法，检测方法提供了不同土壤有机污染物提取、净化、浓缩方法和操作步骤，在实际监测工作中，可以采用上述土壤监测规范方法标准或其他标准进行相关有机物提取工作。•例：•1、索氏提取法，见“土壤和沉积物多环芳烃的测定高效液相色谱法（HJ784-2016）”•2、超声波萃取、微波萃取，见“土壤和沉积物多氯联苯的测定气相色谱-质谱法（HJ743-2015）”•3、超临界CO2萃取法，见中华人民共和国工业和信息化部超临界CO2萃取装置（JB/T20136-2011）•4、加压流体萃取法，见“土壤和沉积物有机物的提取加压流体萃取法（HJ783-2016）”•5、震荡提取法，见“土壤和沉积物挥发性芳香烃的测定顶空/气相色谱法(HJ742-2015)”索氏提取法（见视频）•常用于提取土壤样品中非挥发及半挥发有机污染物，如苯并芘、有机磷、有机氯农药和石油类等。索氏提取器是利用溶剂的回流及虹吸原理，使固体物质每次都被纯的热溶剂所萃取，因而提取效率较高。索氏提取器由蒸馏烧瓶、提取筒、回流冷凝管、虹吸管等4部分组成。该法为提取有机污染物的经典方法，被各国环境工作者广泛使用。超声提取•超声波萃取是利用超声波辐射压强产生的强烈空化应效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行。•特点：•（1）同常规萃取方法相比，超声波萃取技术萃取效率高、萃取时间短;•（2）超声波萃取不容易受使用溶剂的限制，允许添加共萃取剂，以进一步增大液相的极性，提高萃取效率;•（3）与超临界CO2萃取和超高压萃取相比，超声波萃取设备简单，萃取成本低;•（4）大多数情况下超声波萃取操作步骤少，萃取过程简单，不易对萃取物造成污染，萃取温度较低，适合热敏目标成分的萃取微波萃取•微波萃取是用微波能加热与样品相接触的溶剂，将目标化合物从样品基体中分离。在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差的萃取剂中。微波萃取技术已列为EPA的标准方法（方法编号3546），也被美国材料与试验协会（ASTM）列为标准萃取方法。超临界萃取仪•超临界流体萃取原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。特点：•1、超临界萃取可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来；•2、超临界萃取全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100%的纯天然性；•3、萃取和分离合二为一，当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取的效率高而且能耗较少，提高了生产效率也降低了费用成本；加压流体（加速）萃取法•加速流体萃取法是一种在较高温度（50℃～200℃）和较大压力（10.3～20.6Mpa）下用溶剂萃取固体或半固体的新颖的样品前处理方法，特点：该法极大地减少了进行样品前处理的时间和溶剂消耗，提取效率与索氏提取法相当，可以用于代替索氏、超声波、振摇等提取方法。震荡提取•振荡浸提法是最常用的一种有机物提取方法方法。过程如下：土壤样品放置于具塞分液漏斗中，加入一定量的提取溶剂，用振荡器振荡1~3次，每次振荡0.5~1h，过滤出溶剂后，再用溶剂洗涤滤渣一次或数次，合并提取液后进行浓缩净化。萃取液的净化净化（cleanup）是指通过物理的或化学的方法除去提取物中对测定有干扰作用的杂质的过程。主要是利用分析物与基体中干扰物质的理化特性的差异，将干扰物质的量减少到能正常检测目标残留农药的水平。主要干扰物质如下:常用净化方法柱层析法浓硫酸处理法（水解脂类和色素，如净化含有机氯类样品）低温冷冻（-80℃）法（净化动物样品，除去脂肪和某些色素）柱层析法柱层析法是应用最普遍的传统净化方法。原理是将提取液中的目标有机物和杂质一起通过一支装有吸附剂的层析柱，它们即被吸附在具有表面活性的吸附剂上，然后用溶剂进行淋洗，以达到目标物与杂质分离的目的。吸附剂的基本要求：具有较大的比表面；适宜的表面孔径和吸附活性；粒度分布范围尽量窄，并具有一定的强度。常用四种吸附剂的比较吸附剂名称主要成分活性强弱活化处理方法弗罗里硅土（Florisil)硫酸镁与硅酸钠作用生成的沉淀物适合脂肪含量高的样品的净化650℃烘烤3h，干燥器存放。使用前再于130℃活化1-2h。氧化铝(alumina)氧化铝（酸性、中性、碱性）对色素、脂肪、蜡质有较强吸附能力先550℃加热4h，用前130℃活化1-2h。加入5%~10%重量的水，混匀，放置过夜。硅胶硅酸钠溶液加入盐酸而制得的溶胶沉淀物对糖等极性杂质有较强吸附能力先110℃加热1h，再加入0%~10%重量的水，混匀后使用。活性炭炭黑对植物色素有很强的吸附能力，对脂肪、蜡质吸附不强常与弗罗里硅土或氧化铝按一定比例配合使用。柱层析法操作步骤：装柱（湿法或干法，一般2~10g）：用适当的溶剂（弱极性）预淋柱子，让柱处于湿润和适于接受溶液的状态。上样：将用溶剂稀释的样品溶液加在柱上，使样品通过柱子。洗脱：以洗脱分析物而让杂质保留的溶剂（一般为混合淋洗液）梯度洗脱柱子，回收分析物。萃取液浓缩技术萃取液浓缩的目的是使检测溶液中待测物达到分析仪器灵敏度以上的浓度。常用的浓缩方法有：减压旋转蒸发法K-D浓缩法氮气吹干法减压旋转蒸发法减压旋转蒸发法是利用旋转蒸发器在较低温度下使大体积（50~500mL）提取液得到快速浓缩的方法，操作方便，但残留农药容易损失，且样品还须转移、定容。原理是利用旋转浓缩瓶对浓缩液起搅拌作用，并在瓶壁上形成液膜，扩大蒸发面积，同时又通过减压，使溶剂的沸点降低，从而达到高效率浓缩目的。K-D浓缩法K-D浓缩法是利用K-D浓缩器直接浓缩到刻度试管中的方法，适合于中等体积(10~50mL)提取液的浓缩。特点是可有效减少浓缩过程中有机物的损失，且能直接定容测定，无需转移样品。但只适用于少量体积的的样品，且操作较烦琐。氮气吹干法氮气吹干法是直接利用氮气流轻缓吹拂提取液及提高水浴温度，加速溶剂的蒸发速度来浓缩样品，可以有效防止氧化反应但只适合于小体积浓缩。几种土壤有机污染物检测技术（1）色谱分离技术气相色谱仪法（定量）•气相色谱仪，主要由三大部分构成：载气、色谱柱、检测器。气相色谱仪中有一根流通型的狭长管道色谱柱。在色谱柱中，样品与特定的柱填充物（固定相）有着不同的相互作用而被气流（载气，流动相）以不同的速率带动。化合物柱流出，被检测器检测，产生相应的信号。不同的组分在不同的时间（保留时间）从柱的末端流出。影响物质流出柱的顺序及保留时间的因素包括载气的流速，温度等。举例：8种有机氯标液色谱峰在样品中加入一定量的标准物质，它可被色谱拄所分离，又不受试样中其它组分峰的干扰，只要测定内标物和待测组分的峰面积与相对响应值，即可求出待测组分在样品中的百分含量。（2）气相色谱-质谱联用（有视频）•GC-MS（气相色谱-质谱联用仪简称气质联用），是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析仪器。可定质定量。其检出限达ppb级，部分物质甚至可以达到ppt级的检出限。•GC-MS可用于土壤中挥发性和半挥发性的有机化学污染物的快速定性及定量分析。2017/11/27GC-MS原理--GC原理GC原理：毛细管壁上涂有固定相，当混合物与载气一起通过毛细管时，固定相会对样品分子存在吸附作用，根据不同分子吸附作用强弱不同，通过色谱柱的时间不同，在色谱柱中实现混合物的分离。2017/11/27GC-MS原理--MS原理MS原理：质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。(3)高效液相色谱法•高效液相色谱法（HighPerformanceLiquidChromatography\HPLC），以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。•百分之七十以上的有机化合物可用高效液相色谱分析，特别是高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的分离分析，显示出优势。此外高效液相色谱还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等优点，但也有缺点，与气相色谱相比各有所长，相互补充。气相色谱与液相色谱优缺点比较•气相色谱的分析对象是在校温下具有一定的挥发性、对热稳定购物质。而高效液相色谱由于以液体作为流动相，只要被分析的物质在选用的流动相中有一定的按解度，便可以分析在目前已知的有机化台物中，只有20%样品可不经化学处理而能满意地用气相色谱分离，80%的有机化合物要用高效液相色谱分析。•高效液相色谱的流动相不仅起运载作用，而且流动相对组分有一定亲合力，可以通过改变流动相种类和组成提高分离的选择性；另外，高效液相色谱样品的回收比较容易，只要开口容器放在柱子末端，就可以很容易地将所分离的各组分收集。•高效液相色谱不足的是，日前检测器的灵敏度不及气相色谱。有机污染物测定案例•背景：六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)是高效广谱杀虫剂，都属于持久性有机污染物；测定土壤中的六六六和滴滴涕经典方法是利用索式抽器提取，气相色谱法测定。这种方法准确度高、分离效果好、灵敏度高等特点被广泛使用。•某农科院采用利用自动索式提取器气相色谱法测定土壤中的八种有机氯，评估分析韶关某农田土壤中的六六六和滴滴涕含量。样品预处理•采集的样品来源于韶关某农业用地。•样品的前处理：•(1)风干：将土壤放在搪瓷盘上，摊成2~3cm的薄层，自然风干。•(2)磨样先粗磨再细磨。•粗磨：风干样品放在搪瓷板上，用木锤敲打，混均，用四分法取样，过2mm尼龙筛。•细磨：细磨样过0.25mm(60目)筛，分析农药。有机氯萃取•准确称取20.0g土壤置于滤纸筒内中，加蒸馏水2mL，充分混匀，将滤纸筒装入自动索式提取器中，加50mL浸提液(正己烷-二氯甲烷(1∶1))，在105℃恒温自动索式提取器上加热浸提3h，待冷却后，将提取液移入250mL的分液漏斗中，用10mL浸提液三次冲洗提烧瓶，将洗液并入分液漏斗中，加入100mL硫酸钠溶液(20g/L)，振荡1min，静置分层后，弃去下层水溶液，留下正己烷提取液待净化。萃取液净化•在分液漏斗中加入提取液体积的十分之一的浓硫酸，振摇1min，静置分层后，弃去硫酸层，按上述步骤重复数次，直至加入正己烷提取液两相界面清晰均呈透明时止。然后向弃去硫酸层的正己烷提取液中加入其体积量一半左右的硫酸钠溶液。振摇1min。待其静置分层后弃去水层。如此重复至提取液成中性时止。•正己烷提取液再经装有少量无水硫酸钠的筒型漏斗脱水，滤入250mL平底烧瓶中用旋转蒸发器浓缩约2~5mL，转移至10mL玻璃管中，