實驗室條件下工程建設(shè)區(qū)域表土烷烴分布特征及絡(luò)合效果研究

雷鋼

廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院，中國·廣東 廣州 510925

1 引言

烷烴組分是植物表皮葉蠟的主要組成部分，主要作用為維持葉片表面的水分平衡，保護葉片免受細菌和微生物損傷。烷烴在植物的生命周期中意義重大，當植物凋亡后，烷烴可以隨腐爛植物體保存于土壤中。植物的烷烴成分一般不易發(fā)生降解，能較真實地反映植物體表皮葉蠟成分的原始烷烴分布。

在實驗室條件下分析烷烴的各碳數(shù)組成時，通常采用氣相色譜法對烷烴各組分進行分離，再利用氣相色譜-同位素質(zhì)譜儀對不同碳數(shù)烷烴的同位素進行分析。為了提高分析測試的準確度和可信度，一般需要將提取的烷烴樣品進行分離、純化、富集，以減少未分峰和共流出對儀器分析的干擾。對土壤的烷烴組分進行分離純化實驗方法通常為尿素絡(luò)合法、5? 分子篩法（1?=10-10米），5? 分子篩法用天然或人工沸石，分子內(nèi)含有大量水分，加熱脫水產(chǎn)生許多大小相同的孔穴，能把比它孔徑小的物質(zhì)吸附在孔穴中，以便與其他孔徑的分子分開，并且有優(yōu)良的選擇吸附性，5? 分子篩法不吸附支鏈烷烴和環(huán)烷烴。

分子篩法受環(huán)境因素影響較大，該法最大缺點是對濃度不高的烷烴樣品的回收率低，尿素絡(luò)合法的特點是，在不同碳數(shù)的烷烴組分（C17-C33）范圍內(nèi)適用，且實驗室操作易上手[1]。尿素絡(luò)合法分離富集正構(gòu)烷烴在石油化工行業(yè)、古地質(zhì)體研究、古環(huán)境研究等多領(lǐng)域均有較為廣泛應(yīng)用，在這些實驗室條件的應(yīng)用中，尿素絡(luò)合法較為常見。

2 樣品采集與烘干

研究樣品采集于廣州市從化區(qū)溫泉鎮(zhèn)附近某工程建設(shè)現(xiàn)場，外觀為淺紅棕色土壤，含粉砂質(zhì)。樣品送回實驗室后，首先將其中小樹枝、碎石等雜物挑出，然后用錫箔紙包裹放置烘箱中60℃烘干12 小時。烘干后的樣品進行研磨，過200 目孔徑的樣品篩之后裝樣品袋，寫好標簽，待實驗分析。

3 實驗儀器與條件

超聲波萃取儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、氮吹儀、氣相色譜儀等。氣相色譜儀器型號為Agilent 6890 氣相色譜儀，F(xiàn)ID 檢測器。

試劑：甲醇、二氯甲烷、正己烷、KOH、尿素等，均為色譜純或分析純。

4 實驗流程與方法

4.1 烷烴組分提取

稱取3g 土壤樣品，進行超聲波抽提，加入色譜純試劑甲醇3 次、甲醇：二氯甲烷（1 ∶1，v ∶v）3 次、二氯甲烷3 次。將三輪抽提液混合，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮后加入質(zhì)量濃度為6%的KOH 甲醇溶液，在60℃下進行6h 的水解反應(yīng)。之后加入正己烷萃取上層液3 次，將萃取液進行濃縮裝入2mL 小玻璃瓶。

4.2 烷烴分離及純化

對上一步實驗得到的脂類總組分進行柱分離。使用正己烷：二氯甲烷（9 ∶1，v ∶v）洗脫非極性餾分，得到烷烴組分。將烷烴組分尿素絡(luò)合后，再通過氣相色譜分析測試。

4.3 烷烴尿素絡(luò)合

為獲得成分干凈的正構(gòu)烷烴譜圖分析，以及為后續(xù)同位素測試做準備，需要將以上得到的烷烴組分進行尿素絡(luò)合分析。通常采用以下方法[2]配制尿素過飽和溶液。稱取適量尿素晶體放入燒杯中，加入甲醇，邊加熱邊搖晃使之完全溶解，然后靜置至尿素溶液完全冷卻結(jié)晶。倒去液相部分，重新加入甲醇，再加熱溶解，冷卻結(jié)晶，倒去液相部分。如此反復3 次使尿素純化。最后加入適量甲醇，配制尿素過飽和溶液。

正構(gòu)烷烴的純化：將提取得到的烷烴組分（置于2ml小瓶）加入2ml 飽和尿素甲醇溶液，封上瓶蓋后，靜置48小時，待尿素逐漸結(jié)晶，長鏈正構(gòu)烷烴分子會逐漸嵌入針形尿素晶體內(nèi)；用干凈針管吸掉瓶內(nèi)液相部分，再加入正己烷輕輕搖晃，吸走液相，重復使用正己烷洗滌三次以上，去掉非直鏈烷烴組分；而后加入少量純水，使尿素晶體完全溶解，加入正己烷萃取三次，轉(zhuǎn)移至2ml 瓶中，用氮氣吹干，立刻加入50μl 正己烷，樣品瓶冷凍保存，待分析測試。

5 譜圖及結(jié)果分析

氣相色譜條件：進樣口溫度290℃，檢測器溫度290℃。色譜柱DB-5MS 硅熔融毛細柱（30m 長×0.25mm 內(nèi)徑）。采用無分餾模式進樣。升溫程序設(shè)置為：初始溫度80℃，保留2min，以15℃/min 速率升至140℃，再5℃/min 升至290℃，保留15min，而后降溫加準備9min，全程耗時60min。

將經(jīng)過尿素絡(luò)合后得到的樣品進行氣相色譜分析測試，譜圖結(jié)果顯示（見圖1），工程建設(shè)區(qū)域表土抽提的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍為C21～C33，以C27、C29、C31 為主，C21 及以下的短鏈部分非常少有，長鏈正構(gòu)烷烴相對豐度顯著高于短鏈，且奇偶優(yōu)勢明顯，這是高等植物脂類的表現(xiàn)。通常而言，以藻類、光合細菌等低等生物為主要來源的烴類主峰分布范圍為C17～C21，C23～C25 烷烴以大型沉水和浮水植物為主要來源，C27、C29、C31 烷烴來自陸生高等植物。

C27、C29、C31 峰面積為其他碳數(shù)峰面積的2 倍以上。我們發(fā)現(xiàn)，在采集到的多數(shù)樣品中都檢測到石油類烴的特征峰，譜圖奇偶優(yōu)勢不顯著，且各碳數(shù)峰面積相差不大。這表明工地附近的表層土壤可能受到工業(yè)化石能源油類污染（見圖1）。

圖1 尿素絡(luò)合后得到的正構(gòu)烷烴譜圖

6 結(jié)論與展望

①采用尿素絡(luò)合法對城市表土抽提的烷烴組分進行純化，效果良好，能夠大量保留C21～C33 烷烴主要組分。

②采樣區(qū)域的表土所含正構(gòu)烷烴以C27、C29、C31 為主，來源于陸生高等植物葉蠟，具有顯著的奇偶優(yōu)勢特征，表現(xiàn)為C29、C31 雙特征峰。

③多個樣品出現(xiàn)了石油烴特征峰，各碳數(shù)峰面積相差不大，表明工地附近的表層土壤可能受到化石油類污染[3]。

工程建設(shè)區(qū)表土富含植物的葉蠟烷烴成分，且多數(shù)存在石油類污染問題，工地附近的表層土壤受人為活動污染風險大。工程建設(shè)部門應(yīng)加強建設(shè)區(qū)域的油污管控，尤其是從化區(qū)作為環(huán)境保護重點區(qū)域，更應(yīng)該加強相關(guān)工作力度，切實保障該區(qū)域土壤質(zhì)量安全。