加壓流體萃取-氣相色譜法測定土壤中丙烯酸

鐘燦紅，虞立輝，尹明

（寧波遠大檢測技術有限公司，寧波 315100）

丙烯酸是一種簡單的不飽和羧酸，由一個乙烯基和一個羧基組成無色澄清液體，帶有特征的刺激性氣味，具有較強的腐蝕性和中等毒性。丙烯酸可與水、醇、醚和氯仿互溶，是重要的有機合成原料及合成樹脂單體，也是一種聚合速度非?？斓囊蚁╊悊误w［1-2］。隨著工業(yè)中丙烯酸的大量生產(chǎn)和使用，給周邊的土壤環(huán)境造成了污染，因此研究一種快速測定土壤中丙烯酸含量的方法，對于精準地掌握丙烯酸在土壤中的濃度、保障土壤安全具有十分重要的意義。

為了科學評估和有效控制土壤中丙烯酸的污染，需依托準確且適用的檢測方法。目前，我國尚未制定土壤中丙烯酸的檢測方法，也鮮有該方面的文獻報道?，F(xiàn)階段土壤前處理技術主要有索氏萃取法、超聲波萃取法和加壓流體萃取法［3-7］。其中，索氏萃取法萃取效率高，但自動化程度不高；超聲波萃取法高效、節(jié)省溶劑，但萃取效率不高；而加壓流體萃取法在保證了樣品萃取效率的前提下，具有環(huán)保、自動化程度高等優(yōu)點，特別適合用于大批量樣品的處理。目前測定丙烯酸的方法主要有離子色譜法和氣相色譜法［8-12］。氣相色譜法是目前應用最廣泛的有機物測定方法之一，其具有定性定量準確、靈敏度高以及干擾少等優(yōu)點。筆者采用加壓流體萃取技術處理樣品，以氫火焰離子化檢測器（FID）的氣相色譜法測定土壤中丙烯酸的含量，從而了解土壤中丙烯酸污染狀況，有助于科學評估和有效控制土壤中丙烯酸的污染。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

氣相色譜儀：GC-2010 型，配有FID 檢測器，島津企業(yè)管理（中國）有限公司。

快速溶劑萃取儀：HPSE-E 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

凝膠滲透色譜：GPC600 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

濃縮儀：M10 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

電子天平：AL204 型，感量為0.01 mg，瑞士梅特勒托利多儀器（上海）有限公司。

丙酮：HPLC 級，上海沃凱化學試劑有限公司。

乙酸乙酯：HPLC 級，美國天地有限公司。

環(huán)己烷、無水硫酸鈉：均為優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司。

硅藻土：化學純，上海奉賢奉城試劑廠。

丙烯酸：色譜純，質(zhì)量分數(shù)為99.5%，西亞化學科技（山東）有限公司。

丙烯酸標準儲備液：質(zhì)量濃度為5 g/L，稱取0.5 g 丙烯酸于100 mL 容量瓶中，用丙酮稀釋并定容至標線。

樣品：現(xiàn)場采集。

1.2 儀器工作條件

色譜柱：DB-WAX柱[30 m×0.32 mm，0.5 μm，安捷倫科技（中國）有限公司]；進樣口溫度：200 ℃；色譜柱流量：1.53 mL/min；柱箱升溫程序：初始溫度為120 ℃，保持2 min，以15 ℃/min 升溫至200℃，保持2 min；FID 檢測器溫度：250 ℃；氫氣流量：40.0 mL/min；空氣流量：400 mL/min；尾吹掃流量：30.0 mL/min；進樣方式：不分流進樣；進樣體積：1.0 μL。

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品的采集和保存

按照HJ/T 166—2004 《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》的相關要求進行樣品采集，將樣品置于潔凈的具塞磨口棕色玻璃瓶中保存，密封，避光，于4 ℃以下冷藏運輸。

1.3.2 樣品的制備

將采集的樣品放在搪瓷盤或不銹鋼盤上，混勻，除去枝棒、葉片、石子等異物，按照HJ/T 166—2004 《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》進行四分法粗分。新鮮土壤采用凍干機（約-50 ℃）下凍干4 h 左右，取適量混勻后的樣品，放入真空冷凍干燥8 h 進行脫水，將凍干脫水后樣品研磨、過篩、均化處理后，過0.42 mm（60 目）篩的細小顆粒。

1.3.3 樣品處理與分析

（1）萃取。稱取20 g 研磨好的土壤與硅藻土混合，放入快速溶劑萃取儀中進行萃取，選用丙酮萃取劑［6］。萃取條件：載氣壓力為0.8 Mpa，加熱溫度為100 ℃，萃取壓力為8.27～13.79 MPa，預加熱平衡為5 min，溶劑淋洗體積為60%池體積，氮氣吹掃時間為60 s，靜態(tài)萃取次數(shù)為1～2 次，條件設置完畢后，啟動程序，儀器自動完成萃取。

（2）過濾和脫水。如果提取液中存在明顯水分，需要進一步過濾和脫水。在玻璃漏斗上墊一層玻璃棉或玻璃纖維濾膜（使用前用丙酮清洗玻璃棉或玻璃纖維濾膜，待丙酮發(fā)干后，于具塞磨口玻璃瓶中密封保存），加入約5 g 無水硫酸鈉，將提取液過濾至濃縮器皿中。再用少量丙酮洗滌提取容器3 次，洗滌液并入漏斗中過濾，再用少量丙酮沖洗漏斗，全部收集至濃縮器皿中，待濃縮。

（3）濃縮。采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進行濃縮（水浴溫度為40 ℃），將提取液濃縮至約2 mL，停止?jié)饪s。用一次性滴管將濃縮液轉(zhuǎn)移至標線濃縮器皿，并用少量丙酮將旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶底部沖洗2 次，合并全部的濃縮液，再用氮吹濃縮至1 mL，待凈化［14-15］。

（4）凈化、定容。用凝膠滲透色譜流動相（乙酸乙酯和環(huán)己烷，體積比為1∶1）將濃縮后的提取液定容至凝膠滲透色譜儀定量環(huán)的體積，自動凈化、收集流出液，再經(jīng)氮吹將提取液濃縮定容。

（5）分析。定容后的樣品同標準曲線的氣相條件，用帶氫火焰離子化檢測器（FID）的氣相色譜儀檢測，以外標法定量。

2 結果與討論

2.1 提取方法的選擇

分別選擇加壓流體萃取法、索氏提取法和超聲波提取法對土壤中丙烯酸進行提取，3 種方法的提取步驟如下：

（1）加壓流體萃取法。步驟見1.3.3，樣品中加入60 μg 丙烯酸溶劑，同時做6 個平行樣品。

（2）索氏提取法。準確稱取6 組20 g（精確到0.001 g）已制備的樣品，置于濾紙筒內(nèi)，均加入60 μg 丙烯酸，將濾紙筒裝入索氏提取套筒內(nèi)，在500 mL 圓底燒瓶中加入200 mL 丙酮溶液、幾粒玻璃珠，加熱回流16 h，定容至200 mL。

（3）超聲波萃取法。準確稱取6 組10 g（精確到0.001 g）已制備的樣品，置于40 mL 吹掃瓶內(nèi)，加入60 μg 丙烯酸，再加入1 g 無水硫酸鈉、15 mL丙酮溶液，將樣品瓶放入超聲波中超聲30 min，取出離心后取上清液，重復超聲2～3 次，合并上清液，定容至50 mL。

上述3 種方法的萃取結果見表1。

表1 3 種方法萃取結果

由表1 可知，索氏萃取法的萃取效率高、重復性好，但耗時耗溶劑，自動化程度低；超聲波萃取法提取時時短、溶劑用量少，但萃取效率低、重復性差；而加壓流體萃取法具有萃取效率高、重復性好和自動化程度高的優(yōu)點。綜合以上，選用加壓流體萃取法對樣品進行提取。

2.2 色譜柱的選擇

分別比較了DB-1色譜柱[30 m×0.25 mm，0.25 μm，安捷倫科技（中國）有限公司]、DB-5 色譜柱[30 m×0.32 mm，0.25 μm，安捷倫科技（中國）有限公司]以及DB-WAX 色譜柱[30 m×0.32 mm，0.5 μm，安捷倫科技（中國）有限公司]的分析結果。試驗結果表明，丙烯酸在DB-WAX 色譜柱上的色譜峰響應值最高，并且峰型尖銳對稱，因此選擇DB-WAX 色譜柱。

2.3 柱溫的選擇

試驗了多種柱溫升溫程序?qū)Τ龇宓挠绊憽Ｔ囼灲Y果表明，恒溫會導致色譜峰拖尾，且分析時間過長；而升溫過快又會導致溶劑峰和雜峰在目標峰附近。最終確定柱溫升溫程序：初始溫度為120℃，保持2 min，以15 ℃/min 升溫至200 ℃，保持2 min。在該柱溫條件下的峰型尖銳對稱，且無明顯拖尾。

2.4 線性方程

取5 個5 mL 容量瓶，預先加入2 mL 丙酮溶劑，分別取適量的丙烯酸標準儲備液，采用丙酮溶劑定容后混勻，配制成丙烯酸的質(zhì)量濃度分別為20.0、50.0、100、150、200 mg/L 的系列標準工作溶液，以丙烯酸的質(zhì)量濃度（x）為橫坐標，對應的色譜峰面積（y）為縱坐標，繪制標準工作曲線，線性回歸方程為y=239.2x+10.4，相關系數(shù)（r）為0.999 7，表明丙烯酸的質(zhì)量濃度在20.0～200 mg/L 范圍內(nèi)與色譜峰面積的線性關系良好。

2.5 方法檢出限

制備11 個低質(zhì)量濃度的加標樣品，經(jīng)前處理后，在1.2 儀器工作條件下進行分析，測定結果的標準偏差（s）為0.8 μg。按照MDL=t（n-1，0.99）s進行計算［16］，當n=11 時，t=2.764 0，因此得方法的檢出限為2 μg。當取樣量為20 g 時，該方法的檢出濃度為0.1 mg/kg。

2.6 精密度和加標回收試驗

按照1.3 的實驗步驟，對同一個土壤樣品進行3 個濃度水平的加標回收試驗，加標量分別是20.0、80.0、160 μg，在1.2 儀器工作條件下進行6 次重復測定，計算測定結果的相對標準偏差和加標回收率，試驗結果見表2。

表2 精密度和加標回收試驗結果

由表2 可知，丙烯酸測定結果的相對標準偏差為7.3%～11.0%，加標回收率為78.5%～108%，表明該方法具有較高的精密度和準確度，滿足土壤中丙烯酸的測定要求。

3 結語

采用加壓流體萃取-氣相色譜法測定土壤中丙烯酸含量。該法具有高效環(huán)保、精密度高且自動化程序高等優(yōu)勢。通過該法可了解土壤中丙烯酸的含量，有助于科學評估和有效控制土壤丙烯酸的污染。