專利名稱：一種多氯聯苯類污染物的快速定性檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種多氯聯苯(PCBs)類污染物的快速定性檢測方法，具體地說是一種高通量、快速定性檢測沉積物和/或土壤中的PCBs的方法。
背景技術：
多氯聯苯(PCBs)是一類以聯苯為原料在金屬催化劑作用下，高溫氯化而生成的氯代芳烴，其分子通式可以表示為(C12Hltl)nClm，根據氯原子的取代數和取代的位置不同，一共有209種同系物。PCBs是1977年聯合國環境規劃署(UNEP)提出并在2001年簽署的《斯德哥爾摩公約》中禁止的12種持久性有機污染物(POPs)之一。它屬于內分泌干擾物，對動物和人類的神經系統、生殖系統和免疫系統具有很大的危害，甚至對致癌具有誘導作用，對人類具有潛在的致癌性。PCBs可以通過生物富集和食物鏈在高一級的生物體內富集。此外，它可以通過揮發、擴散隨大氣或洋流遷移至全球的各個角落，已經成為全球性的污染物之一。因此，PCBs污染日益受到國際上的關注，美國環保局(USEPA)和我國環保部門已經把PCBs列入優先控制的有機污染物名單。首次對PCBs環境污染的相關報道是在1966年。由于其在環境中難以降解，具有持久性，并且隨著PCBs的應用，其在環境中的積累不斷增加。雖然目前已經禁止PCBs的生產和使用，并逐步淘汰和消除目前仍在使用的含PCBs設備，但是在環境中仍然存在PCBs類的污染，對生態環境的危害不可低估。環境樣品中的PCBs —般不適用于直接進行儀器分析，需要經過一定的前處理，將其提取到儀器可以測定的溶劑中。目前常用的處理含PCBs樣品的萃取技術包括索氏提取、 固相微萃取、超聲波提取、微波輔助提取、超臨界流體萃取、加速溶劑提取等。對于沉積物和土壤等復雜基質，提取物中存在諸如色素、脂肪類化合物、硫化物等多種共萃物干擾測定， 提取物需要經過凈化后才能進行儀器分析。通常使用的凈化方法包括皂化、磺化、凝膠滲透色譜、固相萃取等。皂化和磺化是破壞性的去除脂類化合物的有效方法，但是其操作步驟繁瑣，有機溶劑消耗量大，遇到復雜樣品時目標物回收率偏低。凝膠滲透色譜和固相萃取近年來應用較多，是具有應用潛力的PCBs凈化技術。可以用于PCBs分析的儀器很多，但是目前最為常用的是氣相色譜-電子捕獲檢測儀(GC-ECD)和氣相色譜-質譜聯用(GC-MQ儀。目前，一些新的技術，比如磁式質譜儀、飛行時間質譜等高分辨率質譜也用于PCBs的分析，可是由于其儀器較為昂貴，難以用于大量的環境樣品的分析。PCBs分析的難點在于其同系物眾多，在色譜上難于定性和完全分離。對于環境介質中PCBs的分析，定性分析是定量的基礎。當前普遍使用的用正構烷烴作為參考物質測定 PCBs保留指數的方法，僅適用于火焰離子化檢測器。當用質譜作為檢測器時，得到的是氯原子數和分子量等數據，對于同分異構體的區分存在較大的困難。尤其是針對復雜環境樣品 (如沉積物、土壤等)的分析，提取時會產生大量的共萃物，對PCBs的定性與定量帶來很大的干擾，進而影響PCBs的準確定性與定量分析。此外，由于受到分析方法的限制，目前有關沉積物和土壤中PCBs的分析主要集中在某些特定的同系物上，僅僅針對某些特定的單體進行分析，忽略了其它也具有潛在危害的同系物。綜上所述，目前已有的方法多為針對特定PCBs單體的前處理方法和分析技術，使用此類方法對209種PCBs進行分析，存在分析費用高、消耗時間長的缺點；再者，現有的方法難以對環境中存在的PCBs進行廣譜的識別與篩選，容易遺漏潛在的風險污染物。不同的環境樣品的污染特征可能存在較大的差異，對所有樣品中的相同的特定單體進行分析顯然是不合理的。因此，建立一種能夠快速的定性檢測環境介質中PCBs類污染物的方法對定量評價其風險具有重要的現實意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種定性檢測土壤和/或沉積物中多氯聯苯的方法，克服已有PCBs分析技術中的分析費用高、操作耗時、只針對特定單體分析、難以同時識別與篩選 209種PCBs同系物等缺陷。本發明提供的一種定性檢測土壤和/或水體沉積物中多氯聯苯的方法，包括如下步驟(1)對待測土壤和/或水體沉積物進行加速溶劑提取得萃取液；
(2)將所述萃取液經凝膠滲透色譜進行凈化得到提取物；(3)將所述提取物經固相萃取小柱進行洗脫并收集洗脫液；(4)所述洗脫液經所述氣相色譜質譜聯用分析獲得全掃描數據，根據氣相色譜質譜聯用分析儀中的保留時間鎖定數據庫對獲得的全掃描數據進行解卷積分析，即可定性檢測待測土壤和/或水體沉積物中的多氯聯苯。上述的方法中，步驟(1)中所述加速溶劑提取的溫度可為100°C -130°C，靜態萃取時間可為5min，循環次數可為1次，吹掃體積可為60%，吹掃時間可為60s，萃取溶劑可為正己烷與二氯甲烷的混合物(體積比為1 1)、二氯甲烷或丙酮。上述的方法中，步驟O)中所述凝膠滲透色譜的凈化條件可為=Bio-Beads SX3 柱，流動相可為乙酸乙酯與環己烷的體積比為1 1的混合液，流速可為4.7mL/min，收集時間可為 9min-17min。上述的方法中，步驟(3)中所述固相萃取小柱可為Florisil固相萃取小柱；所述洗脫的溶劑可為二氯甲烷和丙酮中至少一種；所述方法還可包括對所述Florisil固相萃取小柱進行活化的步驟。上述的方法中，所述活化的溶劑可依次為甲醇和正己烷，活化過程中保持所述 Florisil固相萃取小柱濕潤。上述的方法中，步驟中所述氣相色譜質譜聯用分析的條件可為色譜柱為 Agilent HP-5MS柱(30mX0. 25mmX0. 25 μ m)；載氣為高純氦氣；恒壓模式；進樣口溫度為 250°C;保留時間鎖定使用熒蒽(AccuStandard，美國)并將其鎖定在20. 839min ；程序升溫， 70°C保持2min，以25°C /min的升溫速率升至150°C，以3°C /min的升溫速率升至200°C，以 80C /min的升溫速率升至280°C，保持lOmin。本發明提供的PCBs快速定性檢測方法，可以用于沉積物和/或土壤中PCBs的高通量、快速定性檢測。其原理在于，運用加速溶劑進行耗竭性提取沉積物和/或土壤中存在的PCBs類污染物，然后利用凝膠滲透色譜結合固相萃取的方式對提取液進行凈化，以便于樣品適合后續的儀器分析。凝膠滲透色譜根據物質的分子大小進行分離，可以有效的去除共萃物中的大分子干擾物質，保留分析關注的小分子量物質；固相萃取采用Florisil 小柱，可以有效去除其它共存的干擾物質，比如電負性物質等。通過優化洗脫溶劑組合條件，使得到污染物全部洗脫又盡可能將雜質保留在柱子上，從而達到進一步凈化樣品的效果。儀器分析使用保留時間鎖定與解卷積技術可以同時定性篩選與識別樣品中可能存在的 PCBs污染物，有效消除假陽性。與現有的PCBs分析方法相比，本發明提供的PCBs的快速定性檢測方法的優點在于(1)可以同時大量定性檢測環境樣品中潛在的PCBs類污染物，為快速定量評價其污染與風險提供了可能；(2)采用加速溶劑提取方法可以快速、高效、完全的提取沉積物和/或土壤中的PCBs，節約溶劑和處理時間；C3)凝膠滲透色譜方法結合固相萃取技術提供了高通量的凈化方法，在有效去除干擾物質的同時獲取PCBs同系物的凈化液；(4)采用保留時間鎖定與解卷積技術同時定性識別可能存在的PCBs類污染物，具有快速、準確與減少分析時間的優勢。本方法在大量環境樣品篩選與初步調查方面具有潛在應用價值。
圖1為實施例1中使用不同極性溶劑時對代表性PCBs進行加速溶劑提取的回收率；圖中，PCB28 為 2,4,4'-三氯聯苯；PCB52 為 2，2，，5，5，-四氯聯苯；PCB41 % 2,2'， 3，4_四氯聯苯；PCB99為2，2' ,4,4'，5-五氯聯苯；PCB77為3，3 ‘ ,4,4'-四氯聯苯； PCB149 為 2，2' ,3,4'，5'，6-六氯聯苯；PCB 118 為 2，3，，4，4，，5-五氯聯苯；PCB 187 為 2,2' ,3,4' ,5,5'，6-七氯聯苯；PCB156 為 2，3，3' ,4,4'，5-六氯聯苯；PCB180 為 2，2，， 3，4，4，，5，5，_ 七氯聯苯；PCB169 為 3，3' ,4,4' ,5,5'-六氯聯苯；PCB205 為 2，3，3 ‘，4， 4' ,5,5'，6-八氯聯苯；PCB209為十氯聯苯。圖2為實施例2中代表性PCBs污染物的凝膠滲透色譜淋洗曲線，漏為分子量，R 為回收率，CR為累積回收率；圖中，PCB^為2，4，4，-三氯聯苯；PCB41為2,2' ,3,4-四氯聯苯；PCB138為2，2' ,3,4,4'，5'-六氯聯苯；PCB209為十氯聯苯。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。實施例1、加速溶劑提取條件的選擇加標土壤樣品制備選擇不同氯原子取代的代表性PCBs污染物，使用采集于新疆邊境地區無PCBs污染的背景土壤(5. OOg)進行加標回收實驗，以確定加速溶劑提取條件。操作步驟如下準確稱取5. OOg上述土壤，向土壤中加入50 μ L的PCBs混標(濃度為 1. 2 μ g/mL)，加標后土壤中每個單體PCBs的濃度水平為0. 012mg/kg ；充分混勻，密閉，放置在干燥陰涼處過夜，待用。提取溶劑是影響回收率的重要因素之一，固定其它提取條件的情況下，分別采用正己烷、正己烷二氯甲烷(1 1，體積比)、二氯甲烷和丙酮四種不同極性的溶劑進行提取實驗。其它條件如下萃取溫度為100°C，靜態萃取時間為5min，循環次數為1次，吹掃體積60%，吹掃時間為60s ；結果如圖1所示；結果表明，除正己烷外，其它三種溶劑在上述條件下都可以高效得提取土壤中的PCBs類污染物；正己烷是非極性溶劑，親核性較弱，是其萃取效率較低的原因之一。二氯甲烷和丙酮的強親核性有利于與土壤顆粒競爭具有較大電子密度和強親核性的PCBs，丙酮的強溶解能力也有助于提高對PCBs類污染物的萃取效率。 因此，正己烷二氯甲烷(1 1，體積比)、二氯甲烷和丙酮在萃取溫度為100°C，靜態萃取時間為5min，循環次數為1次，吹掃體積60%，吹掃時間為60s條件下都可實現本發明的方法。實施例2、凝膠滲透色譜凈化條件的優化根據凝膠滲透色譜的凈化原理，選用玉米油(中糧集團，中國)作為凈化過程中干擾物質的標記物，四溴菊酯(AccuStandard，美國；分子量為665. 01)作為目標物的標記物， 以確定將目標物從干擾物質中分離的收集時間。選用Bio-Beads SX3柱，在乙酸乙酯與環己烷體積為1 1的混合液作為流動相和流速為4. 7mL/min的情況下，確定玉米油和四溴菊酯的出峰時間。結果表明，玉米油出峰時間為5-9. 2min，峰值出現在7. Imin,四溴菊酯的出峰時間為9. 5-13. 5min，峰值出現在11. 9min。因此，采用上述方法對污染物進行凈化時， 開始收集的時間初步設定在9min。為了進一步確認PCBs污染物的收集時間，選用了 PCB^(分子量為257.6)、 PCB41 (分子量為292. 0) ,PCB138 (分子量為360. 9)和PCB209 (分子量498. 7)作為代表性污染物進行不同時間段組分收集，繪制其淋洗曲線如圖2所示。一般而言，所有組分都在 17min之前流出，并且四種代表性PCBs的回收率均高于90%。因此，凝膠滲透色譜凈化條件確定為采用Bio-Beads SX3柱，流動相為乙酸乙酯與環己烷的混合液(1 1，體積比)， 流速為4. 7mL/min,收集時間為9min-17min。可見本發明的凈化條件可以在去除大分子干擾物質的同時，有效回收PCBs類污染物。實施例3、Florisil固相萃取凈化方式中洗脫條件的確定選用不同氯原子取代的代表性PCBs污染物，優化Florisil洗脫的條件。固相萃取小柱為Florisil萃取小柱(Supeclo，美國；500mg，6mL)，依次用6mL甲醇和6mL正己烷對固相萃取小柱進行活化，注意活化過程中要保持小柱濕潤。當小柱中正己烷液面距上層篩板Imm左右時，關閉固相萃取裝置，取50μ L的PCBs混標(濃度為1.2yg/mL)并用正己烷稀釋至大約lmL，轉移到小柱中。用不同體積、不同類型的溶劑淋洗，承接淋洗液于K-D濃縮器中，然后用柔和的氮氣吹至近干并置換溶劑，定容在0. 5mL的正己烷中。定容后的溶液用帶有電子捕獲檢測器的Agilent氣相色譜分離測定，具體的分析條件為色譜柱為HP-1701 毛細管色譜柱(30mX0. 25mmX0. 25 μ m)，載氣為高純氮氣，恒流模式為1. Oml/min ；進樣口溫度為250°C ；檢測器溫度為300°C ；以60°C為初始柱溫，并保持2min，然后以20°C /min的速率程序升溫至160°C，然后以4°C /min的速率程序升溫至260°C，保持15min ；采用無分流模式進樣1 μ L，使用Agilent Chemstation for GC Systems分析處理數據。結果如表1所示，結果表明，在溶劑量高于7mL或者達到一定極性時，各種溶劑組合均可獲得較為滿意的回收率，可以滿足本發明中高通量污染物定性篩選的需求。表1不同洗脫條件下代表性PCBs回收率
權利要求
1.一種定性檢測土壤和/或水體沉積物中多氯聯苯的方法，包括如下步驟(1)對待測土壤和/或水體沉積物進行加速溶劑提取得萃取液；(2)將所述萃取液經凝膠滲透色譜進行凈化得到提取物；(3)將所述提取物經固相萃取小柱進行洗脫并收集洗脫液；(4)所述洗脫液經所述氣相色譜質譜聯用分析獲得全掃描數據，根據氣相色譜質譜聯用分析儀中的保留時間鎖定數據庫對獲得的全掃描數據進行解卷積分析，即定性檢測待測土壤和/或水體沉積物中的多氯聯苯。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中所述加速溶劑提取的溫度為 IOO0C _130°C，靜態萃取時間為5min，循環次數為1次，吹掃體積60%，吹掃時間為60s，萃取溶劑為正己烷與二氯甲烷的混合物、二氯甲烷或丙酮。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟O)中所述凝膠滲透色譜的凈化條件為Bio-Beads SX3柱，流動相為乙酸乙酯與環己烷的體積比為1 1的混合液，流速為4. 7mL/min,收集時間為9min_17min。
4.根據權利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述固相萃取小柱為Florisil固相萃取小柱；所述洗脫的溶劑為二氯甲烷和丙酮中至少一種；所述方法還包括對所述Florisil固相萃取小柱進行活化的步驟。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于所述活化的溶劑依次為甲醇和正己烷。
6.根據權利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于步驟中所述氣相色譜質譜聯用分析的條件為色譜柱為Agilent HP-5MS柱；載氣為氦氣；恒壓模式；進樣口溫度為250°C ；保留時間鎖定使用熒蒽并將其鎖定為20. 839min ；程序升溫70°C保持2min，以 250C /min的升溫速率升至150°C，以3°C /min的升溫速率升至200°C，以8°C /min的升溫速率升至280°C，保持lOmin。
全文摘要
本發明公開了一種定性檢測土壤和/或沉積物中多氯聯苯的方法，包括如下步驟(1)采用加速溶劑提取的方法對待測土壤和/或沉積物進行提取得萃取液；(2)將所述萃取液經凝膠滲透色譜進行凈化得到提取物；(3)將所述提取物經固相萃取小柱進行洗脫并收集洗脫液；(4)所述洗脫液經所述氣相色譜質譜聯用分析獲得全掃描數據，根據氣相色譜質譜聯用分析儀中的保留時間鎖定數據庫對獲得的全掃描數據進行解卷積分析，即可定性檢測待測土壤和/或水體沉積物中的多氯聯苯。
文檔編號G01N30/02GK102279231SQ20111017714
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者卜慶偉, 張東, 王東紅, 王子健, 羅茜 申請人:上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司, 中國科學院生態環境研究中心