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吹扫捕集-GC-MS测定底泥中的挥发性和半挥发性有机物

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苏州科技学院学报(工程技术版) 第19卷 第2期 J.of University of Science and Technology of Suzhou Vol_l9 No.2 2006年6月 (Engineering and Technology) Jun.2【)o6 吹扫捕集一GC—MS测定底泥中的 挥发性和半挥发性有机物 张占恩 , 张丽君 , 张 磊 (1.苏州科技学院江苏省环境科学与工程重点实验室,江苏苏州215011;2.苏州科技学院环境科学与工程系.江苏苏州 215011) 摘要:用吹扫捕集一GC—MS法测定了底泥样品中的挥发性和半挥发性有机污染物。分别考察了采用水浸提上清液 进样法、水浸提泥浆进样法和甲醇超声提取法等3种样品预处理方法结合吹扫捕集一GC—MS测定的加标回收率和 精密度。初步实验结果表明3种情况下测定的总体加标回收率和相对标准偏差分别达到75%一92%和6.7% ̄20.4%. 可满足底泥样品中挥发性有机物的测定。 关键词:吹扫捕集;GC—MS;底泥;挥发性有机物 中图分类号:X 530.2 文献标识码:A 文章编号:1672—0679(2006)02—0042-05 底泥系指水体底部的沉积物,它在水污染物的自净、降解、迁移、转化等过程中起着非常重要的作用,是 水环境的重要组成部分。通过分析测定底泥中的污染物,不仅可以了解水系污染状况,还可了解水中污染物 的沉积、迁移和转化的规律等,并由此可预测水质变化趋势及底泥对水体的潜在危害【l】。 到目前为止还没有普遍公认的测定底泥中挥发性有机物的首选方法。已报道的方法有溶剂萃取法【2l、真 空蒸馏法【31、超临界流体萃取法 、静态顶空法 和吹扫捕集法I删等。其中溶剂萃取法存在操作繁琐、样品处理 时间长、处理过程中易造成被测物的挥发损失、使用大量有机溶剂易造成二次污染等缺点,因而,近年来人 们在测定挥发性有机物时更多地是采用静态顶空和吹扫捕集法【9J。吹扫捕集法是一种非常简单而有效的样 品前处理技术,它无需使用有机溶剂,对环境不造成二次污染,而且具有需样量少、富集效率高、灵敏度高、 受基体干扰小等优点,已广泛用于液体和固体样品中挥发性有机污染物的分析【l0J。美国EPA标准方法8021、 8260和5035等均采用吹扫捕集技术测定液体和固体(土壤、底泥和固体废弃物)中的挥发性有机物…i,但目 前国内应用该方法测定固体样品中挥发性有机物的研究很少,尚未见测定底泥样品的报道。 本文采用吹扫捕集一GC—MS法测定了底泥中的挥发性和半挥发性有机物,对几种样品处理方法进行了 初步探讨和对比研究。 1 实验部分 1.1仪器与试剂 (1)仪器。HP6890—5973N气相色谱一质谱联用仪,HP一5MS石英毛细管色谱柱(30 mx0.25 mmx0.25 Ixm); Tekmar 3100吹扫捕集装置,配Tenax/Silica/Gel/Charcoal捕集柱,5 mL吹脱管和5 mL水样进样器;Milipore 纯水器。Beeker型多用途沉积物采样器(荷兰Eijkelkamp公司);CQ一50型超声波清洗器(上海华达电子研究 所)。 (2)试剂。甲醇,苯,甲苯,二甲苯,二氯甲烷,三氯甲烷,1,2一二氯乙烷,四氯乙烯,正己烷,邻二氯苯,间 二氯苯,对二氯苯,异丙苯,萘等,以上试剂均为分析纯试剂。甲醇需经重蒸馏提纯后使用。异丙苯和萘的标 【收稿日期】2006--04-27 【基金项目】江苏省教育厅自然科学基金项目(01KJD610013);江苏省普通高等学校“青蓝工程”中青年学术带头人培养 基金项目 【作者简介】张占恩(1963-),男.河南南阳人,教授,博士。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 张占恩等:吹扫捕集-GC-MS测定底泥中的挥发性和半挥发性有机物 43 准溶液:用甲醇作溶剂配置成浓度为l mg/mL的标准储备液,临用时再用甲醇稀释至所需浓度 实验用水为 去离子和去有机物水(用Milipore纯水器制得),用前用高纯氮气吹30 min以进一步去除其中的挥发性有机 成分;吹扫气体和载气为高纯He气。 1.2测定条件 (1)吹扫捕集条件。吹扫温度3O℃,吹扫捕集时间为ll min,吹脱气流速40 mL/min;解吸温度设定为 225 oC,解吸时间4 min,烘烤温度225℃,烘烤时间10 min (2)色谱条件。程序升温:40℃(2 min),以5℃/min升温到9O℃停留2 min;再以l5℃/min升温到 150℃停留2 min;气相色谱仪进样口温度为00 oC;分流进样,分流比5:1;载气流速0.6 mL/min。 (3)质谱条件。质谱采用EI离子源(电子能量69.9 eV),离子源温度230℃,四极杆l5O℃,EI电压69.9 eV,扫描范围40-300 amtl l-3样品采集及其制备与分析步骤 l-3.1样品采集本研究所测底泥样品采自运河苏州段一处曾经是某化工厂排水口附近的河段,受该化工 厂排放废水中污染物的影响,底泥中的有机污染物浓度相对较高。该化工厂现已搬迁,但底泥中仍含有与原 化工厂排放污染物有关的成分。另外该河段水流很缓,河水和底泥之间存在一定的交换,可望看到河水受底 泥影响的情况。 底泥样品采集使用荷兰Eijkelkamp公司生产的多用途沉积物采样器,采集河床上约50 em深的淤泥。 底泥采上来后先去除树枝、石块等杂物,立即于洁净的l L广口玻璃瓶中装满后密封,在4℃下保存。采样时 在相应的采样点处采集2 I 河水样,在玻璃瓶中装满、密封后在4℃下保存。底泥样品在采样后一星期内完 成测定,水样在采样的当天完成分析 lI3.2样品处理与分析步骤参考美国EPA方法5035中对高含量固体样品的处理方法以及日本产业废弃 物浸出液及全量测试液的制备方法ll2l,本研究对底泥样品采用以下3种方法进行预处理:(1)水浸提上清液 进样法:迅速称取100 g底泥样品装入预先放有搅拌子和适量氯化钠固体的500 mL具塞三角瓶中,加入经 高纯氮气吹脱30 min的纯水至近满,立即盖上瓶塞,密封(瓶内不留空气)。在室温下用磁力搅拌器连续搅拌 4 h后静置,待泥浆沉降后,用注射器抽取5 mL上清液注入吹脱管中,进行吹扫捕集一GC—MS分析;(2)水浸 提泥浆进样法:将方法(1)中连续搅拌处理4 h后的样品直接取均匀的泥浆5 mL注入吹脱管中进行吹扫捕 集和GC—MS分析;(3)甲醇超声提取法:迅速称取20 g底泥样品放入100 mL的具塞三角瓶中,加甲醇至近 满,立即加塞密封 颠倒三角瓶使样品与甲醇混匀后,用超声波提取10 min,静置后取适量甲醇超声提取液 加入一定体积的纯水中,混合均匀后取5 mL溶液注入吹脱管中进行吹扫捕集一GC—MS分析。如果要定量测 定,需同时另取泥样测定水分含量。 水样测定:直接取5 mL水样注入吹脱管中,进行吹扫捕集一GC—MS分析。 在分析样品前,要用处理样品的纯水或甲醇水溶液进行空白实验。检测到的化合物用保留时间和质谱 进行定性,部分化合物的定量分析采用外标法。 2结果与讨论 2.1 不同样品处理方法的比较 采用吹扫捕集法测定土壤、底泥及其它固体样品中的挥发性有机物大多参照美国EPA的标准方法 5035””,在EPA方法5035中对挥发性有机物含量在200 trg/kg以上和O.5~200 Ixg/kg的样品分别采用不同 的方法制备测试液。前者用甲醇提取样品(5 g土样+10 ITlL甲醇摇动2 min)后取适量的提取液加到5 mL水 中吹扫捕集;后者则是取5 g样品加5 mL水后在搅拌的情况下于40℃温度下直接吹扫捕集ll min。后者需 要使用特定的吹脱管(与测定水样的吹扫装置不同) 由于在EPA的方法中使用的样品量较少,且样品量相 对于提取剂的量又比较大,导致被测物的提取率(回收率)和精确度较差。为此,笔者在EPA方法的基础上参 考日本产业废弃物浸出液及全量测试液的制备方法制定了本研究的样品处理方法。 图1(a)、(b)分别是对同一底泥样品的水浸提上清液和甲醇超声提取液(水稀释后)进行吹扫捕集得到 维普资讯 http://www.cqvip.com

苏州科技学院学报(工程技术版) 2006矩 的底泥中VOCs的GC—MS总离子流色谱图。对各色谱峰的定性结果列于表l中。实验发现,当用水浸提样品 时,取上清液进样和取泥浆进样所检出的化合物完全相同,但取泥浆进样时得到的色谱信号(峰高或峰面 积)比上清液进样时平均高出10%-20%。说明在提取后仍有部分有机物吸附在底泥微粒上。然而泥浆进样时 测定的精密度较差,这一方面可能是受取样时泥浆的均匀程度影响;另一方面可能是吹扫过程中吹扫气流 口日Punq《 : .j \o o 8 o _o t o o o o 在泥浆中的分布不如在水溶液中均匀所致。同时,泥浆进样时吹脱管的清洗比较困难。甲醇超声提取样品所 检出的主要化合物与水浸提样品的检出物也基本相同,但甲醇超声提取时多数化合物的色谱信号比水浸提 上清液进样时要高10%-30%(折算成相同样品量),比泥浆进样时高0%-15%,说明其提取率高于水浸提法。 fR/min (a)底泥样品水浸提上清液 IR/min (b)底泥样晶甲醇提取液 T 。BF5 L) l!} ’1  ̄11 ,-j ・ , I L~.... /mill (c)河水样品 图1 吹扫捕集-GC-MS法测定底泥和水样中VOCs的总离子流色谱图 对所检出的部分化合物用外标法进行定量分析和加标回收实验,结果列于表2中。其中样品测定结果 和相对标准偏差(RSD)均为5次平行测定的结果;加标回收实验结果为两次测定的平均值。由表2可以看出. 就测定结果的精密度而言,水浸提上清液进样法精密度最好,而甲醇超声提取液进样的精密度最差;t,k ̄n标 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 张占恩等:吹扫捕集一GC—MS测定底泥中的挥发性和半挥发性有机物45 回收率看,顺序正好相反,甲醇超声提取的回收率最高,水浸提上清液进样最低。根据文献资料16'91' ̄用吹扫捕 集法测定固体样品中挥发性有机物的回收率和RSD差别很大,分别为30%-100%,和1%-30% 由此可见, 本实验的测定结果还是比较好的。 表1 底泥和水样中检出的有机化合物 表2部分检出物的定量分析结果 注:( 足邻 间、对量种二氯苯的总量;( 水样测定结粜及加标琏的单位为 g/L。 2.2河水样品测定 图l(c)是与底泥样品同时采集的水样的吹扫捕集总离子流色谱图。河水中检出的挥发性和半挥发性有 机物也列于表l中。底泥中检出的几种主要有机物大部分都可在河水中检出,说明水中的有机物与底泥的 释放有很大关系。这主要是由于采样处河水的流速很小,河水和底泥之间有足够的时间发生一定的交换作 用。同时,河水中也检出了一些在底泥中未发现的有机化合物,实验证明它们主要是上游来水中带来的。 维普资讯 http://www.cqvip.com

苏州科技学院学报(工程技术版) 2006矩 3 结论 初步实验结果表明,本实验采用的3种底泥样品预处理方法中,水浸提上清液进样法测定的回收率较 低,但重现性最好;甲醇超声提取法得到的回收率最高,但重现性最差;然而3种方法测定的总体加标回收 率和相对标准偏差分别为75%-92%和6.7%-20-4%,与有关文献资料相比结果较好,说明3种方法均可满足 底泥样品中挥发性有机物的测定。需要说明的是以上实验结果只是针对所测定样品而言的,底泥样品的测 定比较复杂,样品基质、被测物性质及实验条件等均可能影响回收率及精密度的测定结果,因此,要得出可 靠的结论,还有待于进行深入细致的研究。 参考文献: 【1】国家环境保护总局《水和废水分析监测方法》编委会.水和废水分析监测方法【M】.第四版.北京:中国环境科学出版社。2002:432. I2 I Yoshikawa S,Yamada k Nagata M,et a1.Analysis of low boiling pointed organic chlorinatd compounds in seoil and sediment by hexane extract nd GC metahed[J].Jpn J Water PoHut Res,1987,lO:196—200. I3I Hiatt M H,Youngman D R'DonneHy J R.Separation and isolation of volatile organic compounds using vacuum distillation with GC/MS detection 【J1.Anal Chem,1994,66:905-908. 【4I Levy J M,Rosselli A C.Quantitative supereritieal fluid extraction coupld teo capillary gas chromatographylJ].Chromatographia,1989,28:613- 6l6. 15 Dermi51etzel J,Strenge G.Determination of VOC contamination in ̄)rehole"sediments by headspace-SPME-GC analysislJ1.Fre ̄nius J Anal Chem, 1999.364:45—s47.6 I6】Kawata K,Tanabe A,Saito S,et 1.Screening aof volatile organic compounds in river sedimentlJ].Bull Environ Contam Toxica1.1997,58:893-900. 【71 Charles M J。Simmons M S.Recovery studies of volatile organics in sediments using purge/trap methods[J1.Anal Chem,1987,59:1217-1221. 【8】应红梅,徐能斌.朱丽波,等.吹脱捕集气相色谱法测定底质c}1的易挥发性有机物【J1.环境污染与防治,l999,21(5):43-46. I9 I R ̄mse Dewulf J'Brinkman U A Th,et a1.Measurement of volatile organic compounds in ̄diments of the Scheldt estuary and the southern North ̄alJ1.W砒Res,2001,35(6):1478-1488. I1Ol江桂斌.环境样品前处理技术[MI.北京:化学工业出版社。2004:202-229. II1】Method 8021,8260,5035,US Envionmentrl aProtcteion Agency[S]. Il2J李国刚.固体废物试验与监测分析方法IMI.北京:化学工业出版社,2003:127—130. Determination of Volatile and Semi—-volatile Organic Compounds in River Sediments by Purge and Trap-gas Chromatography-mass Spectrometry ZHANG Zhan-en。,ZHANG Li-jun ,ZHANG Lei (1.Jiangsu Province Key Laboratory of Environmental Science and Engineering,USTS,Suzhou 21 501 1,China; 2.Dept of Environmental Science and Engineering,USTS,Suzhou 21 501 1,China) Abstract:The volatile and semi—・volatile organic compounds in river sediments were determined by purge and trap—gas chromatography—mass spectrometry methods.Three methods for sample pretreatments,namely water leaching supernatant,water socking slurry,and sonieated methanol extract,coupled with purge and trap—GC—MS analysis were evaluated by their recoveries and relative standard deviations.Preliminary experimental results showed that the recoveries for all the three methods were in a range of 75%~92%.and the RSDs were in a range of 6.7%一20.4%.which indicates that all the three methods can satisfy the requirements for the determination of volatile organic compounds in sediments. Key words:purge and trap;GC—MS;river sediments;volatile organic compounds(VOCs) 

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