土壤中有机氯监测方法的研究

有机氯农药作为一类持久性有机污染物，土壤不仅污染环境，机氯监测究还对人类的土壤健康造成了很大的威胁。所以，机氯监测究采取有效的土壤方法监测土壤中的有机氯具有重要的意义。该文介绍了近年来在土壤有机氯样品的机氯监测究提取、净化和监测方法的土壤研究进展。分析比较了索氏提取、机氯监测究加压流体萃取、土壤微波萃取等前处理方法的机氯监测究优缺点，并说明利用硅酸镁柱层析方法能更好地净化土壤中有机氯样品，土壤最后阐述了气相色谱法、机氯监测究气相色谱质谱法在监测土壤中有机氯的土壤应用。

1 土壤中有机氯的机氯监测究监测意义

有机氯农药是对一类含氯有机化合物的总称，其性质稳定，土壤难于降解，又具有脂溶性，对人体和环境都造成了很大的威胁。在《关于持久性有机污染物的斯德哥摩公约》中，将9种有机氯农药列入持久性污染物的名单。我国在1983年也全面禁止使用有机氯农药。由于有机氯农药非常难于降解，即使现在已经过去三十多年的时间，土壤样品中的有机氯仍然有检出。我们国家在2018年对《建设用地土壤污染风险管控标准》与《农用地土壤污染风险管控标准》中分别对有机氯中六六六、滴滴涕风险筛选值做了规定。所以采用合适的方法准确监测土壤中的有机氯，才能了解土壤的污染程度并为后续土壤修复做好基础。下面将分别讨论土壤中有机氯前处理方法和监测方法。

2 土壤中的有机氯的提取方法

土壤基体较复杂，干扰物质较多，且有机氯的含量相对较低，所以很难直接监测，必须采用一定的前处理方法，提取土壤中的有机氯，使其达到可以监测的浓度水平，选择合适的前处理方法是准确监测土壤中有机氯的必要前提，目前较为常用的方法主要有：索氏提取，超声波提取，微波辅助萃取、加压流体萃取，超临界流体萃取等。

2.1 索氏提取法

索氏提取法又称为连续提取法、索氏抽提法，是从固体物质中萃取化合物的一种方法。其在提取前需要先将样品研磨细，来增加与液体接触的面积。然后将固体样品放在滤纸套内，放置于萃取管中进行后续的提取。索氏提取法在各类新的提取技术产生之前是最常用的提取方法，成本相对较低，一般使用相对便宜的玻璃仪器，一次上样，不需要手动操作，回收率较高是提取土壤中的半挥发性有机物较为常用的方法。但是其连续提取时间较长，例如在环保部发布的HJ 921—2017、HJ 835—2017的标准中就规定提取的时间为16 h～18 h，操作相对较复杂，需要严格控制温度，有机溶剂消耗量大，对实验人员的身体伤害较大，同时也对环境造成污染，另外，由于需要的回流提取时间较长，精密度相对较差。最先发展的自动索氏提取法在取得与传统索氏提取法一样较高的回收率时，还大大节约了提取时间，该方法第一步需要将样品抽提套管浸入沸腾的溶剂中，这样可以保证样品与溶剂充分接触，快速提取样品，这个时间一般需要1 h，第二步是将套管提升到溶剂上方，如同索氏提取法一样进行淋洗提取，这步也需要1 h，同时需要的溶剂也大大降低，但是需要相当昂贵的设备。

2.2 超声波萃取

超声萃取是利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、扰动效应、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，加大溶剂穿透力，从而提高目标物质从样品基体解析进入溶剂的速率，促进提取的进行。其特点是操作简单，耗时短，一般只需要几分钟到几十分钟之间；萃取过程相对简单，不易对萃取物造成污染。适合不耐热的目标成分的萃取；但是超声萃波在提取过程中有可能会不稳定化合物的原有结构，不适合提取不稳定的物质，例如超声波的能量会使某些有机磷类化合物发生分解，因此，在没有实际样品进行验证前，这种提取技术不应用于有机磷类化合物的提取，但是有机氯结构比较稳定，可以用超声萃取，例如王芳等利用超声波提取土壤中的有机氯农药，在优化溶剂等的实验条件下，其方法的回收率可以达到70%～110%[1]。

2.3 微波萃取法

微波是指波长在1 mm～1 m，频率为30 MHz～300 000 MHz的电磁波，，微波萃取是这种微波能的作用下，用极性溶剂溶剂或是极性溶剂和非极性溶剂的混合物将固体样品或是半固体样品中的待测组分提取到有机溶剂的过程。微波萃取法具有设备简单、萃取时间较短的优点，一般在10 min～15 min其回收率高、有机溶剂用量少、减少对环境的二次污染，重复性较高，可以同时处理多个样品。与索氏提取与超声波萃取相比，微波萃取的主要优点是耗时短，而且更有利于萃取热不稳定的物质，防止长时间的高温萃取引起样品分解，被目标化合物从样品基体中被解析出来，适合快速处理大量的样品。汪雨等利用常压微波技术萃取土壤中有机氯农药时，萃取时间为20 min，有机氯的回收率为84.3%～105%[2]。丁曦宁利用高温微波萃取土壤中有机氯农药时，利用30 m L正己烷在110℃萃取时间为10 min时，有机氯的回收率为75.3%～115%[3]，与索氏提取相比后者所用溶剂一般为200，而萃取时间一般为4 h～48 h，大大节约可溶剂与萃取时间，而且对于索氏提取回收率在50.7%～95.0%也是提高了回收率。

2.4 加压流体提取法

加压流体提取法是目前对土壤中半挥发性有机物进行提取比较先进的方法。环境标准HJ 783—2016就介绍了利用加压流体提取法提取土壤中的半挥发性有机物。环保部在最近发布的土壤中有机氯的监测标准HJ 921—2017、HJ835—2017中都提到用加压流体提取土壤中的有机氯。该方法是将处理后的土壤样品加入金属的容器中，选择合适的有机溶剂对于有机氯样品较常使用的是正己烷+丙酮，在高温、高压条件下，使有机溶剂与土壤样品充分接触，将土壤中的有机物提取到有机溶剂中。由于该方法是在高温（温度一般控制在100℃左右），高压（压力为100 Psi）的条件下，极大地缩短了样品的提取时间，一般2个循环的提取时间为30 min，而且所用的样品量比较少一般为2 g～20 g左右，有机溶剂的使用量每个样品为40 m L～100 m L，节省了有机溶剂的使用，可以减少对环境的污染和实验人员的健康危害，且回收率一般较高，例如桂建业等利用快速溶剂提取-气相色谱质谱法监测土壤中的有机氯时，六六六、滴滴涕的回收率可以达到85.1%～109.6%，该方法操作简单，可以节省人力，目前成为土壤中有机氯提取的首选方法。

2.5 超临界流体萃取法

超临界技术与上面4种提取技术相比，是比较新的一种提取技术，近年来发展迅速。最常用的超临界流体是二氧化碳，因此该方法特别适合分析在超临界CO2中具有高溶解性的非极性和弱极性化合物。与传统的提取方法相比，该方法不需要使用任何溶剂，有时为了提高回收率，需要加少许的有机溶剂为改良剂，不需要净化，并且超临界流体技术可实现在低温下提取分离，从而对一些热稳定差的化合物也可以提取，并能同时完成萃取和分离两步操作，具有分离效率高、溶剂消耗少，耗时少、选择性好等优点，刘静等利用超临界CO2流体萃取土壤中的痕量滴滴涕类有机氯农药发现，在优化萃取压力等的实验条件下，该方法滴滴涕的萃取的回收率可以达到87.5%～105%[5]，方法检出限可以达到0.053 ng/g～0.240 ng/g，相对标准偏差为0.76%～18.64%。但是，超临界流体存在装置复杂，成本高，对于极性较高物质，萃取效果不佳，在一定程度上限制了其推广应用。该文所提各类提取方法之间的对比见表1。

3 土壤中的有机氯的净化方法

对土壤样品提取物的净化主要是为了去除其中的干扰物质和高沸点化合物，这些化合物很可能会导致被测结果的定性、定量误差，例如干扰物质和被测物质的保留时间一致时会造成定性的假阳性；又或者干扰物质的存在使被测物质的保留时间发生偏移，造成定性结果的假阴性。而当干扰物质和被测组分的峰叠加，就会造成定量结果偏高，相反分析物被吸附在进样口或色谱柱头上就会造成结果偏低。另外，这些干扰物质和高沸点化合物的存在还会造成柱流失、检测器和离子源的污染等，从而导致仪器停机，清洗检测器和离子源等。除此之外，干扰物质的存在会使有机氯中滴滴涕发生降解，从而影响结果的判断。目前对于土壤中的有机氯较常用的净化方法有吸附色谱法、凝胶渗透色谱法、硫净化法、浓硫酸磺化法等对于高污染的样品还需要联合几个净化方法，例如分析有机氯农药时，可能需要凝胶渗透色谱法去除高沸点的杂质，氧化铝柱或弗罗里硅土柱去除GC/ECD检测中出峰的干扰峰。

3.1 吸附色谱法

吸附净化是利用不同性质的吸附剂将极性分布范围窄的化合物从不同极性的外来干扰物中分离开，常用的吸附剂为氧化铝、硅酸镁（也被称为弗罗里硅土）和硅胶。这些方法通常用来净化非极性类化合物，其中有机氯农药较常使用的是硅酸镁柱层析净化法，环境标准HJ 835—2017、HJ 921—2017中都做了较详细的介绍。现在比较便捷的使用商品化的硅酸镁小柱，一般填料为500 mg或是1 000 mg，但是干扰物质浓度较高时，仍需制备填料较多的标准层析柱净化。

3.2 凝胶渗透净化法

凝胶色谱技术是以多孔凝胶为固定相，利用凝胶孔的空间尺寸效应，使不同大小的分子按照由大到小的洗脱顺序达到分离的高效液相色谱（HPLC）方法，从而达到净化的目的，提高后续分析的灵敏度与准确性，延长分析仪器的使用寿命。在选择凝胶时，排阻体积必须大于待测分离物的分子大小。此外，凝胶色谱还有因为惰性微球表面对有机物吸附小所以柱污染小，以及脱盐等优点。凝胶色谱净化被用来去除样品中的油脂、高分子化合物、共聚物、蛋白质、细胞组分、病毒、类固醇等，适用于极性化合物和非极性化合物，因此它的有效净化范围很广，广泛地应用于环境检测，农产品检测，食品检测以及生命科学等领域。在环境标准HJ 835—2017中提到用凝胶渗透渗透净化法来净化土壤中的有机氯。

3.3 硫净化法

硫元素普通存在于许多沉积物样品和一些工业废弃物中。硫在各种有机溶剂中的溶解度与有机氯农药很相似。因此，硫干扰会存在于整个样品的提取与净化过程。用气相色谱分析有机氯农药时，硫的存在会导致宽锋从而掩盖从溶剂峰到艾氏剂范围内的所有信号。硫净化法通常有两种一种是利用铜粉来还原，例如在环境标准HJ 835—2017、HJ 921—2017中提到用铜粉来去除硫，实验用到的铜粉活性一定要非常高，外观光泽度特别高。但是铜粉可能会造成有机磷或有机氯农药的损失，采用四丁基铵亚硫酸盐法可以将有机氯农药的损失降到最低。

3.4 浓硫酸磺化法

在较早的国家标准GB/T 14550—2003中只测定有机氯中的六六六、滴滴涕时提到利用浓硫酸磺化法对提取样品进行净化，其氧化能力去除杂质的能力较强，可以完全去除里面含有的色素，对复杂样品净化效果很好。且对六六六、滴滴涕等化合物的回收率能达到70%以上。但该方法不能用来净化其他分析物的提取液，它有可能破坏包括艾氏剂、异狄氏剂、硫丹等在内的大多数有机化合物。其中对与狄氏剂和异狄氏剂其回收率低于20%。

4 土壤中有机氯的监测方法

目前对于土壤中有机氯比较常用的监测方法为利用电子捕获检测器（ECD）-气相色谱法和气相色谱-质谱法。下面将分别作介绍。

4.1 电子捕获检测器-气相色谱法

在已经发布的国家标准GB/T 14550—2003和环境标准HJ 921—2017中在监测土壤中的有机氯时，都是用的ECD-气相色谱法，该方法的工作原理是利用色谱柱对待测组分进行分离，利用ECD进行监测，根据保留时间来定性，根据峰面积或峰高，利用外标法来定量。其中ECD检测器方法灵敏度高，对于有机氯有很高的响应值，且线性关系好，例如HJ 921—2017对于23种有机氯的检出限，当取样量为10.0 g，其范围低至0.04ng/g～0.09ng/g。且气相色谱仪相对操作简单，监测成本低，到目前为止一直是有机氯较为普遍采用的监测手段。但是就如前面讨论的，土壤的基底比较复杂，干扰物种较多，即使采取了有效的净化手段，干扰物质有可能还会影响结果的判断。而气相色谱只能利用保留时间来定性，容易出现假阳性或是假阴性，所以在实际的实验过程中需要利用双柱定性，即利用两根极性不同的色谱柱来辅助定性，尽可能准确地定性。

4.2 气相色谱-质谱法

气相色谱质谱法是待测组分经气相色谱分离后，利用质谱来检测。根据质谱图、保留时间、碎片离子质荷比及其丰度定性。一般利用内标法来定量。气相色谱质谱法克服了气相色谱法只能用保留时间定性的局限，使定性结果更加准确。气相色谱质谱法有2种常用的扫描模式，即全扫描和选择离子扫描模式，利用全扫描模式可以准确地定性，而选择离子扫描模式只选择目标化合物的定量离子和定性离子进行扫描，一方面提高了方法的灵敏度，降低了检出限，另一方面只选择目标化合物的离子进行扫描，选择性高、干扰少，所以利用气相色谱质谱法监测土壤中有机氯越来越被国内外专家和学者认可。例如HJ 835—2017中利用气相色谱质谱法监测土壤中有机氯，当取样量是10.0 g时，利用全扫描时其检出限为0.02 mg/kg～0.09 mg/kg，而作者利用同样的方法，选择离子扫描时，其检出限可低至0.6 ng/g～0.7 ng/g。虽然气相色谱质谱法与气相色谱法相比其定性更加准确，但其灵敏度与ECD检测器相比要低，当基底更加复杂时，会产生干扰。近期有文献报道利用气相色谱串联质谱法测量土壤中的有机氯，该方法一方面克服了气相色谱法基底复杂难定性的问题，另一方面也提高了气相色谱质谱法虽然定性准确但是灵敏度不如前者的问题，宋晓娟等利用快速溶剂萃取（ASE）-气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）分析土壤中8种有机氯农药（OCPs）时，当取样量为10.0 g时，8种OCPs的方法检出限为0.02ng/g～0.04 ng/g，大大提高了气相色谱质谱法的灵敏度，又减少了基底的干扰，未来有可能成为土壤有机氯监测的常用方法[6]。

5 结语

通过该文的讨论可以看出，对于土壤中的有机氯的提取方法包括索氏提取、超声波提取、微波辅助萃取、加压流体萃取以及超临界流体萃取等，其中索氏提取虽然回收率较高，但是需要的溶剂量大，并且是所有方法中耗时最长的，其中目前较为常用的方法是加压流体萃取法，其操作简单、耗时短、回收率高且溶剂消耗低，土壤基体复杂，对于待测样品在上机分析之前必须经过净化，其中对于有机氯样品，较为常用的是硅酸镁层析柱法，该文在最后还介绍了土壤有机氯的监测方法，通过比较发现，气相色谱法具有灵敏度高、检出限低等优点，但是对于复杂的基底，定性困难，而气相色谱-质谱法虽然定性好，却灵敏度相对较低，最近新发展的气相色谱串联质谱克服了上述2个方法的缺点，具有选择性高、灵敏度高和定性准确等优点，有可能成为未来土壤中有机氯监测的常用方法。

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