土壤沉积物中的铜元素测试

引言

铜是生物所必须的元素之一，但过量的铜会对生物组织产生一定的伤害，湖水河流中，常年的沉积物可以反应该地区的污染程度。

湖底沉积物中重金属的检测可以为重金属的污染空间分布，生态风险评估提供数据支撑。

本实验参考标准HJ 491-2019对沉积物样品中的铜元素含量进行检测，得到了准确结果。

土壤检测

【参考标准】

《HJ 491-2019 土壤和沉积物 铜、锌、铅、镍、铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》

标准物质：GSS-9

日立ZA3000原子吸收分光光度计

【测试条件】

【前处理过程】

【测试结果】

配置不同浓度的铜溶液标准样品，测试标准曲线，线性相关系数为：1.0000

【结论】

测试结果稳定性好，测试RSD＜0.5%，标准曲线相关系数优（R=1.0），对于土壤和湖底沉积物达到很好的测试效果，质控样品GSS-9测试计算得到的结果为25.74和25.925，其理论值为22~28，测试结果符合质控要求。

日立ZA3000极其稳定的基线（±0.0004Abs）和塞曼扣背景技术结合双检测器的设计，使得测试结果准确可靠，数据长期稳定不偏移，适合土壤类样品中金属含量的测定。

前言 

       多氯联苯(PCBs)又称氯化联苯,是一类人 工合成有机物，是联苯苯环上的氢原子为氯所 取代而形成的一类氯化物，是首批列入“关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约”受控名单的 12 种持久性有机污染物（POPs）之一。 与常规污染物不同，PCBs 化学性质很稳定， 在环境中不可能通过水解或类似的反应以明显 的速度降解。自然界的分解作用是靠土壤中微 生物酶进行生物降解和依赖日光中紫外线进行光解，但效率不高。因此，PCBs 在环境中滞 留时间相当长，在土壤中的半衰期可长达 9～ 12a。 

       本文参考《HJ 834-2017 土壤和沉积物半挥发性有机物的测定 气相色谱-质谱法》提供的方法，使用 LabTech Flex-HPSE 全自动GX快速溶剂萃取仪、MultiVap-10 多通道平行浓缩仪和 GPC Cleanup 800 全自动凝胶净化系统，进行沉积物中多氯联苯的萃取及净化，并用气质联用仪进行检测。方法中测试的 28 种目标多氯联苯回收率在 64.6%~94.6%之间， RSD 在 4.6%~9.2%之间。 

       LabTech LabTech Flex-HPSE 全自动GX快速溶剂萃取仪、MultiVap-10 多通道平行浓缩仪和 GPC Cleanup 800 全自动凝胶净化系统很好的完成了土壤和沉积物样品的提取、浓缩和净化工作，并实现自动化，提高了实验效率，减少了人为误差。

关键词 Flex-HPSE，MultiVap-10，GPC Cleanup 800，土壤和沉积物，多氯联苯， HJ 834-2017

1、仪器设备及试剂

1.1 仪器设备

 Flex-HPSE 全自动GX快速溶剂萃取仪，莱伯泰科公司；

MultiVap-10 多通道平行浓缩仪，莱伯泰科公司；

GPC Cleanup 800 全自动凝胶净化系统，莱伯泰科公司；

 7890B-5977B 气质联用仪，安捷伦公司

1.2 试剂

丙酮，正己烷，乙酸乙酯，环己烷（色谱纯 FISHER Chemical）；

硅藻土（100~400 目）：在马弗炉 400℃烘烤 4 小时后冷却，置于玻璃瓶中

干燥器内保存；

石英砂（20~50 目）：在马弗炉 400℃烘烤 4 小时后冷却，置于玻璃瓶中干

燥器内保存；

弗罗里硅土（60~100 目）：在马弗炉 400℃烘烤 4 小时后冷却，置于玻璃

瓶中干燥器内保存；

多氯联苯混合标准液：10μg/mL，异辛烷，百灵威公司；

内标液：邻硝基溴苯，10μg/mL，丙酮，百灵威公司

2、实验过程

2.1 样品萃取

       称取 5.0g（精确记录）沉积物样品，3.5g 弗罗里硅土，3.2g 硅藻土，混合均匀填装入 22mL 萃取罐中。调用相应的方法（见图 1），进行萃取，其中萃取溶剂为丙酮正己烷混合溶剂，体积比1:1。收集到的萃取液在35℃水浴下，氮吹（3psi）浓缩至约 5mL，待 GPC 净化。

图 1 土壤和沉积物多氯联苯的加压流体萃取方法

2.2 凝胶净化过程

        按照下列条件，对 2.1 中的萃取液进行凝胶净化，收集的馏分液体，在 35℃水浴下，氮吹（3psi）浓缩至 1mL，得到待测样品，待 GC-MS 检测。浓缩过程中，用正己烷淋洗杯壁。

       凝胶净化柱：Bio-beads S-X3，20*300mm；

       流动相：乙酸乙酯：环己烷 1:1（v:v）；

       流速：5mL/min；

       进样量：5mL；

       馏分收集时间：9.6~20min。

2.3 空白样品

       用石英砂代替实际样品，进行 2.1 和 2.2 的步骤，得到空白试样。

2.4 空白加标样品

       在 2.1 中用石英砂代替实际样品，且在萃取罐装填过程中加入 10μL 的10μg/mL 多氯联苯混合标准液，然后按照 2.1 和 2.2 的步骤进行空白加标样品的萃取净化，得到空白加标样品试样。空白样品的加标浓度为 20μg/kg。

2.5 GC-MS 检测

2.5.1 气质条件

       色谱柱：HP-5ms 30m*0.25mm*0.25μm；

       进样口温度：280℃；

       柱流速：1mL/min（恒流）；

       不分流进样：吹扫流量：60mL/min，吹扫时间：1.0min；

       进样量：1μL；

       柱箱温度：50℃，保持 1min，以 25℃/min 升温至 180℃，保持 2min，以5℃/min 升温至 280℃，保持 5min。

       四极杆温度：150℃；离子源温度：280℃；传输线温度：290℃；

       扫描模式：选择离子扫描（SIM），28 种多氯联苯及内标的主要特征离子

       参见表 1；

       溶剂延迟时间：6.5min。

表 1 28 种多氯联苯及内标的主要特征离子

2.5.2 标准曲线绘制

       用 10μg/mL 多氯联苯混标配制标准系列，多氯联苯目标化合物标准系列浓度为：50ng/mL、100ng/mL、500 ng/mL、1000 ng/mL，分别加入内标溶液，使内标浓度均为 500 ng/mL。

       按照 2.5.1 气质条件进行分析，得到不同浓度各目标化合物的质谱图，记录各目标化合物的保留时间和定量离子质谱峰的峰面积。

2.5.3 测定

       分别取待测样品（2.2）、空白试样（2.3）和加标样品试样（2.4），按照与绘制标准曲线相同的分析步骤进行测定。

3、实验结果

3.1 多氯联苯标样 SIM 色谱图

       图 2 为 100ng/mL 的多氯联苯混标 SIM 色谱图。

图 2 100ng/mL 的多氯联苯混标 SIM 色谱图

3.2 标准曲线绘制结果

       采用内标法定量，以目标化合物和内标化合物的相对浓度作为横坐标，目标化合物的定量离子峰和内标化合物的特征离子峰的相对响应为纵坐标得到各目标化合物的定量标准曲线。

       28 种目标化合物得到的标准曲线相关系数 R2 ≥0.995。以 PCB8、PCB77、PCB153、PCB128、PCB170 和 PCB209 为例，标准曲线绘制结果如下：

图 3 多氯联苯目标化合物标准曲线绘制结果

3.3 空白样品

       图 4 为空白样品的 SIM 色谱图，从图 4 中可以看出，空白样品中除个别杂峰外，在目标化合物位置均未有检出，说明实验过程中所使用的溶剂、材料及仪器等均不产生干扰。

图 4 空白样品的 SIM 色谱图

3.4 样品定量结果

       图 5 为沉积物样品 SIM 色谱图。实验中做了三组样品平行，结合 3.2 标准曲线绘制结果计算出样品中各目标化合物的含量（μg/kg），结果如表 2 所示。其中 PCB81、PCB114、PCB126 在样品中未检出，而 PCB169 和 PCB170 由于在其出峰位置处存在较大干扰，无法定量。三组样品的结果RSD1.8%~12.4%。

图 5 沉积物样品 SIM 色谱图

表 2 沉积物样品的定量结果

3.5 加标回收率结果 

       图 6 为空白加标样品的 SIM 色谱图。整个实验过程的加标回收率结果如表 3 所示。28 种 PCB 的回收率在 64.6%~94.6%之间，RSD 在 4.6%~9.2%之间。

图 6 空白加标样品 SIM 色谱图

表 3 加标回收率结果

4、结果与讨论

       本方法测试的 28 种目标多氯联苯回收率在 64.6%~94.6%之间，RSD 在4.6%~9.2%之间。用本方法测试实际沉积物样品中 28 种目标多氯联苯的含量在3.3μg/kg ~501μg/kg 不等。方法中使用的 LabTech LabTech Flex-HPSE 全自动GX快速溶剂萃取仪、MultiVap-10 多通道平行浓缩仪和 GPC Cleanup 800 全自动凝胶净化系统很好的完成了土壤和沉积物样品的提取、浓缩和净化工作，并实现自动化，提高了实验效率，减少了人为误差。

参考标准

1、HJ 834-2017 土壤和沉积物 半挥发性有机物的测定 气相色谱-质谱法

（来源：北京莱伯泰科仪器股份有限公司）

前言

多氯联苯，通常简称PCBs，是12种优先控制的有机污染物之一，曾在世界范围内被广泛生产和使用。由于多氯联苯的物理、化学性质比较稳定，在使用过程中不易分解，因此大多数都被排放到环境中，环境中残留的多氯联苯通过挥发、扩散质流产生转移，污染大气、地表水体和地下水，并可通过生物富集和食物链使其在人体内富集，ZZ危害人体健康。因此，建立完善的土壤中多氯联苯监测分析方法，对了解和治理多氯联苯的污染现状具有重要的意义。微波萃取技术通过微波反应器发射微波能，使原料中的化学成分迅速溶出的技术。与传统提取方法相比，具有节省溶剂、快速、回收率高、绿色环保、批处理量大等明显优势。本实验参考标准方法HJ743-2015、HJ922-2017，使用ETHOS UP微波萃取仪提取土壤和沉积物中的多氯联苯，可在40min内完成44个土壤样品的提取，SPE1000八通道全自动固相萃取净化，并用气质联用仪进行检测。

1、实验过程

1.1仪器与试剂微波萃取仪（ETHOS UP），配置44位100mL萃取转子（意大利Milestone公司）

SFS24多通道平行快速过滤系统（意大利Milestone公司）

MultiVap-10定量平行浓缩仪（莱伯泰科公司）

SPE1000全自动固相萃取系统（莱伯泰科公司）

7890B气相色谱-5977B质谱联用仪（安捷伦公司）

标准物质LGC6115、BCR536

多氯联苯标准储备液（10μg / mL，溶剂为正己烷）

正己烷（色谱纯）；丙酮（色谱纯）

1.2标准溶液处理

移取200μL的多氯联苯标准储备液至100mL的容量瓶，用正己烷定容至刻度，配成浓度20ng/mL的溶液，作为待测标准溶液。

1.3土壤样品处理及加标

称取取研细过筛后的空白土样10.0g于萃取罐中，加入1.00mL的1.2方法所配标准溶液至萃取罐中。

1.4微波萃取

向1.3方法称量及加标后的萃取罐中，加入30mL正己烷-丙酮混合溶剂（1：1，体积比）。萃取温度110℃，微波萃取时间10min。试验完成后，过滤并收集提取液。

1.5浓缩

采用氮吹浓缩法，氮吹浓缩仪设置温度30℃，小流量氮气将提取液浓缩至1.5～2.0mL。

1.6全自动固相萃取净化

弗罗里柱用8ml正己烷洗涤，保持吸附剂表面浸润，将2.1中的萃取液转移至SPE柱上停留1min，加入2ml丙酮正己烷混合溶液（体积比1:9）润洗浓缩杯并转移上柱，继续用10ml上述丙酮正己烷混合溶液洗脱，收集流出液，在35℃水浴下，氮吹（2psi）浓缩至1mL，得到待测样品，待GC-MS检测。浓缩过程中，用正己烷淋洗杯壁。

1.7气相色谱质谱条件

色谱柱：HP-5MS，0.25mm*0.25μm*30m；进样口温度：270℃，不分流进样；柱温：40℃,以20℃/min升至280℃，保持5min；柱流速：1.0mL/min；进样量：1.0μL。

四级杆温度：150℃；离子源温度：230℃；传输线温度：280℃；扫描模式：SIM；溶剂延迟时间：5min。

2、实验结果

表1标准样品测试结果（BCR536）

表2标准样品测试结果（LGC6115）

表3样品加标回收

3、实验结论

利用微波萃取仪萃取土壤和沉积物中的多氯联苯，土壤标物的回收率在74.1%~105.3%之间，RSD为0.2%~8.9%之间，土壤样品的加标回收率在75.4%~115.3%之间，RSD为1.9%~6.4%之间，说明该方法精密度良好，回收率稳定，能够满足土壤和沉积物中多氯联苯的检测要求。

在实验中采用微波萃取的提取方法对土壤中的多氯联苯进行提取，固相萃取净化，GC-MS进行测定。微波萃取每批次40min可以萃取多达44个样品，配合快速过滤系统SFS24，可以大大提高我们的前处理效率。测试结果表明利用微波萃取来提取土壤中多氯联苯具有操作简单，加热均匀，萃取时间短，有机溶剂用量少，批处理量大，回收率高等特点，完全可以满足土壤和沉积物中多氯联苯的测定。

4、参考标准

1、HJ743-2016 土壤和沉积物  多氯联苯的测定  气相色谱-质谱法

2、HJ922-2017 土壤和沉积物  多氯联苯的测定  气相色谱法

PQ9000：高分辨率电感耦合等离子体发射光谱仪，蔡司技术光学系统，棱镜、中阶梯光栅两级色散，光学分辨率0.003nm，波长范围160～900nm，波长准确度0.0004nm。垂直炬管，双向观测，氩气反吹消除尾焰，尾焰消除彻底。轴向、轴向扩展、侧向、侧向扩展4种测量方式，适合各类（有机、高盐）样品分析，满足不同浓度的同时测量。高量子效率和紫外高灵敏度的新一代CCD检测器，像素分辨率0.002nm，同时记录元素线与其直接光谱环境，自动扣除背景。自激式、40.68MHz、0.7～1.7KW功率可调射频发生器，各路气体均用质量流量控制器（MFC）控制，等离子体强劲稳定。吹扫光室、检测器用氩气又到等离子体使用，既能持续吹扫，提高灵敏度，又不额外消耗氩气，运行成体低。组合式炬管，卡擦式定位，操作方便。仪器无需预热，开机即测。