一、土壤样品有机污染物的提取
(一)索式提取
1.使用范围和原理
索式提取法适用于提取土壤样品中非挥发性和半挥发性有机化合物,样品制备时可用于分离和浓缩不溶于水和微溶于的有机污染物,但当物质受热易分解和萃取剂沸点较高时,不宜用此种方法。
索式提取从原理上讲属于液固萃取的一种,是利用溶剂对固体混合物中所需成分的溶解度大,对杂质的溶解度小来达到提取分离的目的。土壤中有机污染物的索式提取法是利用溶剂的回流和虹吸原理,对土壤样品中的有机污染物进行连续提取,当提取筒中回流下的溶剂的液面超过索氏提取器的虹吸管时,提取筒中的溶剂流回圆底烧瓶内,即发生虹吸。随温度升高,再次回流开始,每次虹吸前,土壤样品都能被纯的热溶剂所萃取,溶剂反复利用,缩短了提取时间,萃取效率较高。
萃取前先将土壤样品研磨成细颗粒,以增加固液接触的面积。然后将一定质量的样品放在滤纸套内,置于提取器中,提取器的下端与盛有溶剂的圆底烧瓶相连接,上面接回流冷凝管。加热圆底烧瓶,使溶剂沸腾,蒸气通过提取器的支管上升,被冷凝后滴入提取器中,溶剂和土壤接触进行萃取,当溶剂面超过虹吸管的最高处时,含有萃取物的溶剂虹吸回烧瓶,从而萃取出一部分物质,如此重复,使固体物质不断为纯的溶剂所萃取、将萃取出的物质富集在烧瓶中。
2.试剂和材料
水:除特殊说明外,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为经检验合格的去离子水或蒸馏水。
干燥剂:无水硫酸钠(Na2SO4,分析纯)或粒状硅藻土。所用干燥剂需在400℃下焙烧4h,降温至100℃后,转入干燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、环己烷或其他等效有机溶剂均为农残同等级,在使用前应进行排气。
3.方法摘要
固体样品与无水硫酸钠混合后置于提取套筒内,放入仪器中,使用合适的溶剂进行提取。萃取完成后将提取液干燥、浓缩(必要时更换溶剂,使之净化或测定步骤所用的溶剂相一致)。
(二)加速溶剂萃取
1.使用范围和原理
加速溶剂萃取法适用于土壤中有机磷农药、有机氯农药、氯代杀虫剂、多环芳烃类和氯联苯类等半挥发性和不挥发性有机物的提取。加速溶剂萃取法具有萃取溶荆用量少、萃取速度快和回收率高的优点,己成为样品前处理的最佳方法之一,并被美国国家环保局选定为推荐的标准方法。但是该方法仅适用于固态样品,对十燥细颖粒物质尤为有欢。
加速溶剂萃取的原理是选择合适的溶剂、通过提高萃取溶剂的温度(50-200℃)和压力(1500-2 000 psi ①)来加快萃取速度,提高萃取效率。提高萃取溶剂的温度可以降低萃取溶剂的黏度,加快萃取溶剂分子向样品内部的扩散,加快样品中欲分析组分在萃取溶剂中的溶解速度,提高样品中欲分析组分在萃取溶剂中的溶解度。所以,提高萃取溶剂的温度可以加快萃取速度,提高萃取效率。为提高萃取溶剂的温度,就要提高萃取体系的压力,以使萃取剂在高温下仍能保持液态。萃取体系压力的提高,也加速了萃取溶剂向样品空隙的渗透,提高了萃取效率。
样品装入萃取池后,将萃取池放到圆盘传送装置上,之后流程将按计算机设定的程序运行。传送装置将萃取池送入加热炉内,并与对应编号的收集瓶连接,输送萃取溶剂的泵将萃取溶剂输送到萃取池内,用高压氮气向萃取池内加压,与此同时萃取池被加热炉加热,达到设定的温度和压力后,保持这一温度和压力,继续静态提取一定时间,然后用泵多次少量地将清洗溶剂加入萃取池,萃取液将自动通过滤膜进入收集瓶,用氮气吹熄萃取池和管道,使萃取液全部进入收集瓶。
2.试剂和材料
水:除特殊说明外,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为经检验合格的去离子水或蒸馏水。
干燥剂:无水硫酸钠(Na2SO4,分析纯)或粒状硅藻土。所用干燥剂需在400℃下焙烧4h,降温至100℃后,转入千燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂为农药残留分析纯级,在使用前应先进行排气。
高纯氮气:纯度≥99.999%。
3.方法摘要
样品干燥后研磨成100200目粉末(150-75 }tm)的颗粒,放在萃取池中。加热萃取池到提取温度,用适当的溶剂系统加压提取适当时间后,收集提取液,冷却后进行浓缩(如需更换溶剂,须使之与净化方法或检测方法的溶剂相同)。
(三)超声波提取
1.使用范围和原理
超声波提取法适用于从土壤中提取非挥发性和半挥发性有机化合物。超声波作用过程确保了样品和提取溶剂的充分接触。按照样品浓度的高低,将方法分为两部分:低浓度方法(单个有机物浓度<20 mg/kg,所需样品量较大和提取过程严格);高浓度方法(单个有机物浓度>20 mg/kg,提取简单、快捷)。与其他土壤提取方法相比,超声波提取法不是非常严格和精确的,因而该方法主要目的是获取更高的提取效率。
超声波提取的原理是通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固一液萃取分离。
2.试剂和材料
水:除特殊说明外,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为经检验合格的去离子水或蒸馏水。
干燥剂:无水硫酸钠(Na2SO4,分析纯)。所用干燥剂需在400℃下焙烧4 h,降温全100℃后飞转入干燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂为农药残留分析纯级,在使用前应先进行排气。
3.方法摘要
(1)低浓度方法:30 g样品和无水硫酸钠混合使形成自由流动的粉末。用超声波法进行3次溶剂提取。用真空过滤法或离心法分离提取液与样品。提取液即可净化或浓缩后分析。
(2) 中等或高浓度方法:2g样品与无水硫酸钠混合使形成自由流动的粉末。用超声波提取法进行3次溶剂提取。取出部分提取液进行净化或分析。
(四)微波辅助提取
1.使用范围和原理
微波辅助提取是对土壤中的有机物(包括稠环芳香碳烃化合物、取代苯酚类化合物、邻苯二甲酸酯类化合物、有机氯农药、有机磷以及多氯联苯等)进行提取处理,适用于提取土壤中的有机物。微波辅助提取法具有萃取时间短、加热均匀、节能高效、安全无害的优点,属于绿色工程。
微波辅助提取技术是利用微波加热的特性对物质中目标成分进行选择性萃取的方法,其原理是微波射线自由透过透明的萃取介质,深入样品基体内部,由于不同物质的tanδ值不同,对微波能的吸收程度也不同,因而被加热的情况也有所不同。利用这种情况,可以通过调节微波加热的参数,选择性的加热欲分析组分,以利于目标成分从样品基体中渗出,达到与基体分离的目的。
样品装入微波专用萃取杯内,加入适量的萃取溶剂(不超过30 ml)后放到转盘中,并将其置于微波仪中,设置萃取温度和时间,加热萃取。萃取结束后冷却并取出萃取杯,将萃取液移出后经4μm有机相滤膜过滤,反复冲洗样品,合并萃取液并浓缩(如萃取液中含有水分则需用无水硫酸钠干燥后再进行浓缩)。
2.试剂和材料
干燥剂:无水硫酸钠(Na2SO4,分析纯)或粒状硅藻土。所用干燥剂需在400℃下焙烧4h,降温至100℃后,转入干燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、环己烷或其他等效有机溶剂均为农残同等级,在使用前应进行排气。
3.方法摘要
样品干燥后研磨成100^-200目粉末(150-75 μm)的颗粒,放在专用萃取杯中。加入适当溶剂后进行加热萃取。收集提取液,冷却后进行浓缩。
二、土壤样品有机污染物的样品净化
(一)吸附净化
1.氧化铝净化
(1) 使用范围和原理
氧化铝是一种高度多孔、粒状的铝氧化物。可在3个pH范围(碱性、中性、酸性)应用于柱色谱法中。它可用于从不同化学极性的干扰化合物中分离出待测物。在三种pH范围内有不同的用途和优缺点。
碱性(B): pH 9-10用于分离碱性和中性化合物,如碱、醇类、烃类、甾族化合物类和中性色素;缺点是可引起聚合、缩合和脱水反应,不能用丙酮或乙酸乙酯作为洗脱液。
中性(N):用于分离醛类、酮类、醌类、酯类、内酯类、糖苷类化合物和强酸:缺点是比碱性形式活性小很多。
酸性(A): pH 4-5用于酸性色素(天然的和合成的)、强酸类(在不同情况下对中性和碱性氧化铝有化学吸附)。
(2)试剂和材料
除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为新制备的、不含有机物的去离子水或蒸馏水。
有机溶剂;丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂均为农残同等级,在使用前应进行排气。
试剂水:定义为在与测定的化合物的方法检出限内检测不出干扰物的水。
无水硫酸钠(优级纯):粒状,在400℃下焙烧4h,降温至100℃后,转入干燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
氧化铝:①中性氧化铝:将100 g的氧化铝放入500 ml烧杯中在400℃加热16h,然后转移至500 ml的试剂瓶中,密封并冷却至室温。当冷却时加3 ml水,振摇或转动10 min使其充分混合,至少放置2h。使瓶紧密的封闭。②碱性氧化铝:将100 g的氧化铝放入500 ml烧杯中并加2 ml试剂水,振摇或转动10 min使其充分混合,至少放置2h。使瓶紧密的封闭。
(3)方法摘要
用所需量的吸附剂装填柱。上部装填吸水剂,然后负载待分析的样品。待测物的洗脱用合适的溶剂以实现,使干扰化合物留于柱上,然后浓缩洗脱液。
2.弗罗里硅土净化法
(1) 使用范围和原理
弗罗里硅土是美国Floridin公司注册的商品名,是一种带酸性的硅酸镁。在用气相色谱分析样品之前,可作为一种净化方法用于普通的柱色谱。主要应用于农药残留和其他氯代烃类样品的净化、从烃类中分离氮化合物、从脂肪族一芳香族的混合物中分离芳香化合物,对于脂肪类、油类和蜡类的也有类似应用。另外,在分离甾族化合物、酯类、酮类、甘油酯类、生物碱类和一些糖类方面,弗罗里硅土被认为是很好的柱填料。
(2) 试剂和材料
除非穷有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为新制备的、不含有机物的去离子水或蒸馏水。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂均为农药残留分析纯级,在使用前应先进行排气。
弗罗里硅土:农残级(60或100目),购买已活化的产品,储存于带磨口玻璃塞或衬箔的螺旋盖的玻璃容器中。
弗罗里硅土的活化:对于亚硝胺、有机氯农药和多氯联苯类、硝基芳香化合物卤代醚类、氯代烃类和有机磷农药的净化。在使用前,用铝箔不盖严的玻璃容器在130℃时活化各批物料至少16h。或者在130℃时于烘箱中保存弗罗里硅土。使用之前在干燥器中冷却。不同的批料或不同来源的弗罗里硅土,其吸附能力可能不同。所用的弗罗里硅土的量化标准,建议使用月桂酸值(参考方法为测定每克弗罗里硅土吸附己烷溶液中月桂酸的量,应用于各柱的弗罗里硅土的量是将此比值除以110,并乘以20来计算的)。
弗罗里硅土的脱活:用于对邻苯二甲酸酯类净化的准备。将100 g弗罗里硅土放置于500 ml烧杯中,在400℃加热约16h。加热后转移至500 ml试剂瓶中。密封并冷却至室温。冷却后加3 ml试剂水,振摇或转动10 min以充分混合均匀,放置至少2h,将瓶密封好。
无水硫酸钠(优级纯):粒状,在400℃下焙烧4h,降温至100℃后,转入干燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
(3)方法摘要
用所需量的弗罗里硅土填充柱子,然后在柱子顶端装填吸水剂,最后负载样品的提取液。用适当的溶剂洗脱分析物,使干扰物保留在吸附柱上。洗脱液在用于分析测定之前,可根据需要进一步浓缩。
固相萃取柱净化方法中使用装有弗罗里硅土颗粒的固相萃取柱。使用前立即用溶剂淋洗。将样品负载到柱子上,随后用适当的溶剂洗脱。为了得到可重现的结果,要求使用多支管真空装置。洗脱液在分析测定之前,可根据需要进一步浓缩。
3.硅胶净化法
(1) 使用范围和原理
硅胶是一种具有弱酸性的无定形二氧化硅的可再生吸附剂,可从硅酸钠和硫酸制备获得,属非晶态物质。硅胶用作柱色谱的吸附剂,用于从不同化学极性的千扰物中分离待测物,也用于含多环芳烃化合物或衍生的酚类化合物等样品的提取液的净化。
分离原理是在不同极性溶剂的流动作用下,根据物质在吸附柱上的吸附力的不同实现分离,极性较强的物质易被硅胶吸附,极性较弱的物质不易被硅胶吸附,整个层析过程是吸附、解析、再吸附、再解析的过程。
(2)试剂和材料
除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为新制备的、不含有机物的去离子水或蒸馏水。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂均为农药残留分析纯级,在使用前应进行排气。
硅胶:100或200目。将硅胶在150-160℃加热数小时进行活化处理,用于碳氢化合物的分离,然后进行脱活处理,使之含有10%-20%的水。脱活后的硅胶在使用前应在一个浅玻璃盘中于130℃再活化至少16h,活化中用金属箔覆盖。
无水硫酸钠(优级纯):粒状,在400℃下焙烧4h,降温至100℃后,转入干燥器中,冷却后装入试剂瓶密封并保存在干燥器中备用,如果受潮则需重新处理。
(3)方法摘要
在层析柱净化程序中规定:用所需量的硅胶填充柱子,然后在柱子顶端装填吸水剂,最后负载样品的提取液。用适当的溶剂洗脱分析物,使干扰物保留在吸附柱上。洗脱液在用于分析测定之前,可根据需要进一步浓缩。
固相萃取柱净化方法中使用装有1g或2g硅胶的固相萃取柱。使用前立即用溶剂淋洗。将等分量的样品提取液负载到柱子上,随后用适当的溶剂洗脱。为了得到可重现的结果,要求使用多支管真空装置。洗脱液在分析测定之前,可根据需要进一步浓缩。
4.凝胶色谱净化
(1) 使用范围和原理
凝胶色谱净化法被推荐用于除去样品中的脂类化合物、聚合物、共聚物、蛋白质、天然树脂及其聚合物、细胞组分、病毒和分散的高分子化合物等。本方法适用于包括酚类和有机酸类、邻苯二甲酸酯类、硝基芳香类、多环芳烃类、氯代烃类、碱性或中性化合物、有机磷杀虫剂、含氯除草剂等各种化合物样品提取物的净化。
凝胶色谱净化法是一种体积排阻净化过程,是利用有机溶剂和疏水凝胶的尺寸大小排阻的方法来分离合成的高分子化合物。填料凝胶是多孔的,并且以空隙的大小和排阻范围做表征。选择凝胶时,排阻体积必须大于待测分离物的分子大小。
(2)试剂和材料
除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为新制备的、不含有机物的去离子水或蒸馏水。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂均为农药残留分析纯级,在使用前应进行排气。
凝胶色谱校正标准溶液:适当浓度,保证在紫外检测器有完整明显峰形。含有玉米油(200 mg/ml,溶解于二氯甲烷中)、双((2-二乙基己基)邻苯二甲酸酯、甲氧滴滴涕、苝和硫。可直接购买有证标准溶液,也可用标准物质制备。
(3)方法摘要
用经溶胀的吸附剂填充柱子,同时在吸附剂膨胀阶段用溶剂冲洗柱子。柱子校准后,将样品提取液上柱、净化。用适当的溶剂洗脱柱子,然后浓缩洗脱液。选用不同洗脱溶剂会影响洗脱结果。
5.硫酸/高锰酸钾净化
(1) 使用范围和原理
硫酸/高锰酸钾净化法适合于在多氯联苯化合物测定之前对样品提取液进行的严格净化。只要出现基线漂移或色谱图复杂影响到多氯联苯精确定量时,就应该使用该方法。但该方法不能用于其它化合物的净化提取,因为磺化过程会破坏很多有机化合物,包括艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、硫丹、硫丹硫酸盐等。提取液转换溶剂为正己烷,然后用浓硫酸处理,瘾需要,可以再用5%的高锰酸钾溶液处理。注意操作这些腐蚀性试剂时需要小心谨慎。
(2)试剂和材料
除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为新制备的、不含有机物的去离子水或蒸馏水。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其它等效有机溶剂均为农残级,在使用前应进行排气。
硫酸/水:1:1(V/V) 。
高锰酸钾溶液:50 g/L。
(3)方法摘要
更换样品提取液的溶剂为正己烷,然后依次对正己烷溶液用以下试剂处理:浓硫酸;如果需要,5%高锰酸钾水溶液。小心处理这些高腐蚀性的试剂。
6.硫的净化
(1) 使用范围和原理
硫元素普遍存在于许多土壤样品、海洋藻类样品和一些工业废弃物中。硫在各种溶剂中的溶解度与有机氯农药和有机磷农药非常相似。因此,硫干扰会贯穿于整个农药提取和净化过程中。样品中硫和铜、汞或四丁基铵(TBA)一亚硫酸盐混合后,振荡混合物,新鲜铜粉、汞将硫氧化、破坏,从有机相中分离出来,实现对萃取物中硫的净化。
(2)试剂和材料
除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂,实验用水为新制备的、不含有机物的去离子水或蒸馏水。
有机溶剂:丙酮、正己烷、二氯甲烷或其他等效有机溶剂均为农残级,在使用前应进行排气。
试剂水:定义为在欲测定的化合物的方法检出限内不出现干扰的水。
稀硝酸:1:10(VI V)
铜粉:用稀硝酸处理以除去氧化物,用蒸馏水冲洗以除去所有的痕量酸,再用丙酮冲洗并在氮气下干燥。
汞:3次蒸馏。
四丁基铵一亚硫酸盐试剂:将3.39 g硫酸氢四丁基铵于100 ml试剂水中。为除去杂质,用20 ml一份的正己烷萃取此溶液3次。弃取次正己烷萃取液,加入25 g亚硫酸盐至水溶液中。所得的溶液,用亚硫酸钠饱和后,保存在带聚四氟乙烯衬里的螺旋盖的棕色瓶中。此溶液可在室温下保存至少1个月。
(3)方法摘要
将要净化的样品与铜粉或四丁基铵(TBA)- 亚硫酸盐混合。振摇混合物,然后从硫净化试剂中分离出提取物。