摘 要： 建立加速溶剂萃取-气相色谱法同时测定土壤中12种氯苯类化合物。以正己烷-丙酮为萃取溶剂，采用加速溶剂萃取处理土壤样品，萃取温度为100 ℃，压力为10.3 MPa，静态萃取5 min，淋洗10%萃取池体积，氮气吹扫60 s，萃取循环3次。采用弗罗里硅土柱净化，浓缩后经过DB-WAX色谱柱分离。12种氯苯类化合物在各自质量浓度范围内与色谱峰面积线性关系良好，相关系数均大于0.999，检出限为0.000 1～0.112 9 mg/kg，定量限为0.000 4～0.451 6 mg/kg。样品平均回收率为58.3%～111%，测定结果的相对标准偏差为5.0%～11.2%（n=6）。该方法准确、灵敏度高，能够实现对土壤中12种氯苯类化合物的检测。

关键词： 加速溶剂萃取； 气相色谱法； 土壤； 氯苯类化合物

 

氯苯类化合物具有强刺激性，通过皮肤和呼吸道接触后，能够在人体内积累，逐渐对肝脏、肾脏等器官造成损害，并可能引发致癌、致畸和致突变等效应[1-3]。该类化合物广泛应用于农药、医药、染料及日用化工等领域，相关研究已报道其在水体、空气和土壤等介质中的存在[4-9]。氯苯类污染物通过土壤渗透、农作物生长和生物富集等途径，威胁环境的可持续发展和人类健康[10-11]。

目前，我国关于土壤氯苯类分析方法标准主要包括HJ 605—2011《土壤和沉积物挥发性有机物的测定吹扫捕集/气相色谱-质谱法》、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》、HJ 835—2017《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》。这些标准中仅包含氯苯、1，4-二氯苯、1，3-二氯苯、1，2-二氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯和六氯苯7种化合物，并未专门针对土壤中12种氯苯类有机化合物的测定方法。由于氯苯在气相色谱电子捕获检测器上的响应值较低，相关研究往往将其排除在外[1,12]，然而，氯苯作为氯苯类化合物的重要组成部分，其分析不可或缺。气相色谱具有高灵敏度、快速分析和高选择性等优点，广泛应用于化学分析领域[13-14]。

笔者建立了气相色谱法同时测定土壤中12种氯苯类化合物，通过选用不同组分浓度梯度的混合标准溶液，优化了土壤样品前处理方法，解决了气相色谱法测定氯苯响应不足的问题，该方法的建立为开展土壤污染防治研究以及改善土壤环境质量提供重要参考。

 

1. 实验部分

 

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：8890型，配有电子捕获(ECD)检测器，美国安捷伦科技有限公司。

加速溶剂萃取仪：Flex-HPSE 1H型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

平行蒸发浓缩仪：BUCHI V-300型，瑞士步琦有限公司。

电子天平：AL-204型，感量为0.000 1 g，瑞士梅特勒-托利多公司。

12种氯苯类化合物混合标准溶液：含有氯苯、1，4-二氯苯、1，3-二氯苯、1，2-二氯苯、1，3，5-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，5-四氯苯、1，2，3，4-四氯苯、五氯苯、六氯苯各组分的质量浓度分别为100 000、1 000、1 000、1 000、200、200、200、50、50、50、20、20 mg/L，北京百灵威科技有限公司。

正己烷、二氯甲烷、丙酮：均为色谱纯，天津科密欧化学试剂有限公司。

C18小柱、弗罗里硅土小柱：1 000 mg（12 mL），杭州微米派科技有限公司。

石英砂：分析纯，质量分数不小于95.0%，国药化学试剂股份有限公司。

硅藻土：分析纯，质量分数为80.0%，济南名邦化工有限公司。

浓硫酸、无水硫酸钠：均为优级纯，质量分数分别为98.3%、99.0%，国药化学试剂股份有限公司。

1.2 色谱条件

色谱柱：DB-WAX型毛细管柱(60 m×0.32 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司)；载气：高纯氮气，纯度(体积分数)大于99.999%；柱流量：1.5 mL/min；进样口温度：220 ℃；进样体积：1 μL；进样方式：不分流进样；柱升温程序：程序升温，初始温度40 ℃保持4 min，以10 ℃/min的速率升至240 ℃，保持12 min；尾气流量：60 mL/min。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品采集

采集某化工园区制药厂生产车间附近土壤表层(0~20 cm)样品以及背景土壤表层(0~20 cm)样品，装满样品不留空隙保存于棕色玻璃瓶，密封瓶口并4 ℃低温冷藏保存。将样品均匀摆放在搪瓷盘中，去除叶片、石子等异物。

1.3.2 加速溶剂萃取

称取10 g新鲜土壤样品，研磨成流沙状，然后样品装入萃取池中间位置，顶部加上滤纸片，设置相应的仪器条件，分别用正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-丙酮(1∶1，体积比，下同)、正己烷-/丙酮(1∶1)4种萃取溶剂萃取。

1.3.3 萃取液净化

将收集好萃取液用平行蒸发仪浓缩至1.5～2.0 mL，分别用浓硫酸、C18小柱和弗罗里硅土小柱进行处理。新鲜样品分析时，将萃取液更换为正己烷，用适量无水硫酸钠对萃取液脱水操作。使用150 mL分液漏斗，加入约十分之一萃取液体积的浓硫酸，振摇后等待静置分层，重复数次直至两相界面清晰。使用约10 mL正己烷洗涤固相柱，保持柱吸附剂表面浸润，将萃取液转移到固相柱上停留1 min后，保持柱吸附剂表面浸润。加入约2 mL正己烷-丙酮(1∶1)混合溶剂并停留1 min，采用浓缩管接收淋洗液，继续用正己烷-丙酮溶液(1∶1)洗涤小柱，直至接收的淋洗液体积达到10 mL，收集全部淋洗液，平行蒸发浓缩至1.0 mL，静置待测。

1.3.4 样品测定

准确移取12种氯苯类化合物混合标准溶液 1.0、10.0、20.0、30.0、50.0 μL，在1.2仪器工作条件下进样测定，绘制标准工作曲线，以化合物出峰时间定性，以色谱峰面积外标法定量。

 

2. 结果与讨论

 

2.1 色谱柱选择

氯苯类化合物一般选择硝基对苯二酸改性的聚乙二醇或其他等效固定相。对比了DB-1701 (弱极性)、DB-624 (中极性)、DB-WAX (强极性)3种不同类型的色谱柱的分离情况，结果表明，同分异构体1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，5-四氯苯在DB-WAX色谱柱上的分离效果最好，同时氯苯响应值良好，其余组分也得到了有效分离，色谱峰形对称，基线平稳无拖尾现象，色谱图如图1所示。

图1   12种氯苯类化合物的标准色谱图

Fig. 1   Standard chromatogram of 12 chlorobenzene compounds

1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯

 

2.2 萃取方法选择

土壤样品处理常用的索氏提取、加速溶剂萃取(ASE)和超声波萃取方法，在诸多研究文献中报道过[15-16]。索氏提取是一种通过回流和虹吸条件对样品反复萃取的方法，但其耗时长且溶剂用量大；超声波萃取则通过增加物质分子运动频率和速度，提高溶剂穿透力，加速目标组分进入溶剂，但控制条件不易掌握；相比之下，加速溶剂萃取利用高温、高压条件将有机组分从不锈钢萃取池中萃取出，萃取效率及自动化程度高，是目前土壤前处理的首选方法。对空白土壤(不含氯苯类化合物)样品进行加标处理，采用加速溶剂萃取，选择合适的萃取池，按照以下3种条件进行萃取，ASE (1)：萃取温度为100 ℃，压力为10.3 MPa，静态萃取时间为5 min，淋洗体积为60%萃取池体积，氮气吹扫时间为60 s，萃取循环次数为2次；ASE (2)：萃取温度为100 ℃，压力为10.3 MPa，静态萃取时间为5 min，淋洗体积为20%萃取池体积，氮气吹扫时间为60 s，萃取循环次数为2次；ASE (3)：萃取温度为100℃，压力为10.3 MPa，静态萃取时间为5 min，淋洗体积为10%萃取池体积，氮气吹扫时间为60 s，萃取循环次数为3次。不同萃取条件样品回收率结果如图2所示。ASE (1)、ASE (2)、ASE (3)的回收率分别为72.2%～89.5%、69.6%～90.0%、74.9%～96.8%。表明减少淋洗体积，增加萃取次数可以提高样品回收率，其中三氯苯回收率显著提高；萃取液体积减少，可以进一步降低氯苯在浓缩步骤的损失。

图2   不同加速溶剂萃取条件下的样品回收率

Fig. 2   Sample recoveries under different accelerated solvent extraction conditions

1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯

 

2.3 萃取溶剂选择

二硫化碳、石油醚、二氯甲烷、正己烷、丙酮、乙酸乙酯等是有机化合物萃取过程中常用的溶剂。对空白土壤样品进行加标处理，分别考察4种不同溶剂对氯苯类化合物提取效率的影响，选用的萃取溶剂包括正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-丙酮(1∶1)以及正己烷-丙酮(1∶1)，并将实验分为单一溶剂组和混合溶剂组，以比较不同溶剂的萃取效果。不同萃取溶剂对样品回收率的影响如图3所示。

图3   使用不同萃取溶剂时的样品回收率

Fig. 3   Effects of different extraction solvents on sample recoveries

1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯

 

从图3中可以看出，正己烷、二氯甲烷的萃取率分别为48.1%～84.7%、53.2%～80.7%，二氯甲烷-丙酮(1∶1)、正己烷-丙酮(1∶1)萃取率分别为61.3%～92.6%、69.8%～103%。由于非极性的正己烷、二氯甲烷难以有效提取样品中极性较强的目标化合物，因此单一溶剂的萃取效率明显低于混合溶剂，而正己烷和丙酮的联合使用，可以将样品中目标化合物高效提取出。

2.4 净化方法选择

由于土壤基质的复杂性，提取过程中易产生脂肪、色素等杂质，直接进入色谱分析会出现较多的干扰色谱图，影响方法的精密度和准确性[17]。称取10.0 g土壤样品，准确加入20 μL氯苯类化合物混合标准溶液，加速溶剂萃取后分别用浓硫酸净化、C18小柱和弗罗里硅土柱进行处理，固相萃取洗脱剂为正己烷/丙酮(1∶1)。不同净化方法对样品回收率的影响结果如图4所示，从图4中可以看出，3种净化方式的回收率分别为37.1%～70.4%、46.3%～81.6%、55.3%～88.6%。浓硫酸净化回收率低于固相柱回收率，弗罗里硅土柱净化效果优于C18小柱。

图4   不同净化方法对样品回收率的影响

Fig. 4   Effect of different purification methods on sample recoveries

1—氯苯；2—1，4-二氯苯；3—1，3-二氯苯；4—1，2-二氯苯；5—1，3，5-三氯苯；6—1，2，4-三氯苯；7—1，2，3-三氯苯；8—1，2，3，5-四氯苯；9—1，2，4，5-四氯苯；10—1，2，3，4-四氯苯；11—五氯苯；12—六氯苯

 

2.5 线性范围、检出限和定量限

在1.2仪器工作条件下，对12种氯苯类化合物混合标准工作溶液进行测定，以待测目标化合物峰面积(y)为纵坐标，以相应质量浓度(x)为横坐标进行线性回归，得到回归方程及相关系数。按照HJ 168—2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》规定，以石英砂为基质，按照样品分析的全部步骤，对含量为估计方法检出限值3～5倍的样品进行连续7次平行测定，计算出标准偏差，以3倍标准偏差作为检出限，以4倍检出限作为定量限。12种氯苯类化合物的线性范围、线性方程、相关系数、检出限及定量限见表1。

表1   12种氯苯类化合物的线性范围、线性方程、相关系数、检出限及定量限

Tab. 1   Linear range，linear equation，correlation coefficient，detection limit and quantitation limit of 12 chlorobenzenes

 

由表1可知，12种氯苯类化合物在各自质量浓度范围内与色谱峰面积线性关系良好，相关系数均大于0.999，检出限为0.000 1～0.112 9 mg/kg，定量限为0.000 4～0.451 6 mg/kg。

2.6 加标回收与精密度试验

准确称取10 g均匀空白土壤样品，将样品分为三组(每组6份)，准确加入一定量的12种氯苯类混合标准工作溶液，分别制得低、中、高三组浓度水平的土壤加标样品，采用建立的测定方法，进行加标回收率和精密度试验。加标回收和精密度试验结果见表2，空白及加标土壤样品色谱图如图5所示。由表2可知，样品的平均回收率为58.3%～111%，测定结果的相对标准偏差(RSD)为5.0%～11.2%(n=6)。

表2   加标回收与精密度试验结果

Tab. 2   Results of spiked recoveries and precision test

图5   空白及加标土壤样品色谱图

Fig. 5   Chromatogram of blank and labeled soil samples

 

1—丙酮；2—正己烷；3—氯苯；4—1，4-二氯苯；5—1，3-二氯苯；6—1，2-二氯苯；7—1，3，5-三氯苯；8—1，2，4-三氯苯；9—1，2，3-三氯苯；10—1，2，3，5-四氯苯；11—1，2，4，5-四氯苯；12—1，2，3，4-四氯苯；13—五氯苯；14—六氯苯

 

3. 结语

 

建立了气相色谱法同时测定土壤中12种氯苯类化合物，依据氯苯类化合物理化性质，选用不同浓度梯度的混合标准溶液，以平衡各组分的仪器响应值，对色谱柱、萃取溶剂、萃取净化方式进行了选择和优化。该方法选择性强、精密度及准确度高，可以满足土壤中12种氯苯类化合物检测要求，为土壤污染防治提供技术支持。

 

参考文献：

1 刘彬，王璠，熊晶，等.加速溶剂萃取-气相色谱法测定土壤中11种氯苯类化合物［J］.理化检验（化学分册），2021，57（2）：120.

    LIU Bin，WANG Fan，XIONG Jing，et al. GC determination of 11 chlorobenzene　compounds in soil with accelerated solvent extraction［J］. Physical Testing and Chemical Analysis （Part B：Chemical Analysis），2021，57（2）：120.

 

2 臧蒙蒙，刘俊，刘瑞，等.复杂基质中氯苯类化合物前处理方法研究进展［J］.应用化工，2021，50（9）：2 594.

    ZANG Mengmeng，LIU Jun，LIU Rui，et al. Prospect of pretreatment of chlorobenzene compounds in complex substrates［J］. Applied Chemical Industry，2021，50（9）：2 594.

 

3 王桂珍，王金花，张飞，等.固相萃取-气相色谱-质谱法测定地表水中的氯苯类化合物［J］.化学分析计量，2024，33（2）：40.

    WANG Guizhen，WANG Jinhua，ZHANG Fei，et al. Determination of chlorobenzenes in surface water by solid phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry［J］. Chemical Analysis and Meterage，2024，33（2）：40.

 

4 周翠，贾海舰，朱仁庆，等.三重四级杆气相色谱质谱联用法检测水中11种氯苯类化 合物［J］.给水排水，2023，49（S1）：595.

    ZHOU Cui，JIA Haijian，ZHU Renqing，et al. Triple quadrupole gas chromatography-mass spectrometry was used to detect 11 chlorobenzene compounds in water［J］. Water and Wastewater Engineering，2023，49（S1）：595.

 

5 张婉莹，朱清禾，杨洁.强化氧化后污染源浅层地下水中氯苯类污染物的自然衰减与微生物群落演化［J］.环境工程学报，2023，17（8）：2 674.

    ZHANG Wanying，ZHU Qinghe，YANG Jie. Natural attenuation and microbial community evolution of chlorobenzene pollutants in shallow groundwater after enhanced oxidation［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering，2023，17（8）：2 674.

 

6 刘彬，王璠，吴昊，等.土壤和沉积物中氯苯类化合物残留现状及分析技术研究进展［J］.化学分析计量，2020，29（4）：129.

    LIU Bin，WANG Fan，WU Hao，et al. Chlorobenzene compounds residues status in soil and sediment and analysis technologies［J］. Chemical Analysis and Meterage，2020，29（4）：129.

 

7 黄文军，翁慧琳，张凯凯.土壤和沉积物中氯苯类和硝基苯类化合物分析技术研究进展［J］.天津化工，2021，35（6）：13.

    HUANG Wenjun，WENG Huilin，ZHANG Kaikai，et al. Research progress in analytical techniques for chlorobenzene and nitrobenzene compounds in soil and sediment［J］. Tianjin Chemical Industry，2021，35（6）：13.

 

8 黄莉玲，董娴，梁隆超，等. NTD和气质联用快速测定汽车喷漆空气中氯苯类化合物［J］.化学研究与应用，2023，35（6）：1 493.

    HUANG Liling，DONG Xian，LIANG Longchao，et al. Rapid determination of chlorobenzenes in automotive paint air by NTD and GC-MS［J］. Chemical Research and Application，2023，35（6）：1 493.

 

9 时佩，尹俊富.气相色谱法测定废气中10种氯苯类方法验证研究［J］.煤炭与化工，2024，47（1）：143.

    SHI Pei，YIN Junfu. Validation of gas chromatography for the determination of 10 chlorobenzenes in waste gas［J］. Coal and Chemical Industry，2024，47（1）：143.

 

10 李佳斌.北京某染料厂污染地块土壤和地下水6种氯苯类化合物的分布特征及迁移转化分析［J］.环境工程学报，2022，16（7）：2 296.

    LI Jiabin. Distribution，migration and transformation of six chlorobenzene compounds in soil and groundwater of a dye factory in Beijing［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering， 2022， 16（7）：2 296.

 

11 李昌林，胡林锐，郭辰琦，等.浙江省典型污水处理厂中氯苯类化合物的赋存特征及风险评估［J］.环境化学，2024，43（2）：416.

    LI Changlin，HU Linrui，GUO Chenqi，et al. Occurrence characteristics and risk assessment of chlorobenzenes in typically wastewater treatment plants from Zhejiang Province［J］. Environmental Chemistry，2024，43（2）：416.

 

12 何娟，乐小亮.区域土壤中氯苯类化合物测定及分布研究［J］.干旱环境监测，2014，28（1）：18.

    HE Juan，LE Xiaoliang. Determination and distribution study of chlorobenzenes in soil［J］. Arid Environmental Monitoring，2014，28 （1）：18.

 

13 牛静静，王世平，杜亚珍.气相色谱法测定聚异丁烯丁二酸酐中游离酸酐［J］.化学分析计量，2024，33（3）：65.

    NIU Jingjing，WANG Shiping，DU Yazhen. Determination of free anhydride in polyisobutylene succinic anhydride by gas chromatography［J］. Chemical Analysis and Meterage，2024，33（3）：65.

 

14 潘凤梅，臧昆鹏，温军，等.顶空平衡-气相色谱法测定水中溶解氢气及其应用［J］.环境化学，2025，44（1）：1.

    PAN Fengmei，ZANG Kunpeng，WEN Jun，et al. Determination of dissolved hydrogen and air-water hydrogen flux using headspace-gas chromatography and its applications［J］. Environmental Chemistry，2025，44（1）：1.

 

15 王少伟，刘乔芳，于虎，等.气相色谱法测定土壤中有机氯农药的分析［J］.四川环境，2022，41（6）：213.

    WANG Shaowei，LIU Qiaofang，YU Hu，et al. Determination of organochlorine pesticides in soil by gas chromatography［J］. Sichuan Environment，2022，41（6）：213.

 

16 黄雪琳，杨丽，李菊，等.氯苯类化合物及其检测方法研究进展［J］.环境科学与技术，2015，38（z2）：236.

    HUANG Xuelin，YANG Li，LI Ju，et al. Research progress in the detection methods of chlorobenzenes［J］. Environmental Science and Technology，2015，38（z2）：236.

 

17 王昭申，胡玉星.土壤中总石油烃（C10-C40）检测过程中影响结果因素探讨［J］.干旱环境监测，2023，37（4）：145.

    WANG Zhaoshen，HU Yuxing. Discussion on the influencing factors of total petroleum hydrocarbons （C10-C40） detection in soil［J］. Arid Environmental Monitoring，2023，37（4）：145.

 

引用本文： 杨开放，李双双，周旭平，等 . 加速溶剂萃取-气相色谱法测定土壤中12种氯苯类化合物［J］. 化学分析计量，2024，33（11）：40. (YANG Kaifang, LI Shuangshuang, ZHOU Xuping, et al. Determination of 12 chlorobenzene compounds in soil by gas chromatography with accelerated solvent extraction[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(11): 40.)