荧光光谱法快速检测土壤中荧光烃类污染物

荧光光谱法快速检测土壤中荧光烃类污染物 中水溶性有机物也可指示出一些有机物的地域分异 [14]。本研究采用超声波萃取土壤中荧光烃类污特征 荧光光谱法快速检测土壤中染物与荧光光谱法测定相结合来探讨土壤中总荧光 烃类污染物的空间分异特征，不仅缩短了检测时间，荧光烃类污染物 而且节省了大量经费，具有较好的适用性。 1 实验方法 1.1 仪器及试剂 摘要:探讨了正己烷、石油醚及二氯甲烷?正己烷(1?2， 仪器:OFA石油荧光分析仪(中国石油勘探开体积比)混和液三种溶剂浸泡或超声波萃取与荧光光谱相结 发研究院);Finnigan SSQ710型色谱质谱仪(GC-MS，合测定土壤中荧光烃类污染物的方法，并为了验证方法有效 美国);超声波发生器(上海超声波仪器厂)。 性，对典型煤矿区93个土壤样品中的荧光烃类进行了快速 检测。结果明，采用二氯甲烷?正己烷(1?2，体积比)试剂:二氯甲烷(分析纯，经重蒸);正己烷(分混和液超声波萃取土壤中荧光烃类，耗时短，萃取能力较强。析纯，经重蒸);石油醚(分析纯，经重蒸)。 对于具有大量土壤样品的研究区域，超声波萃取与荧光光谱GC-MS检测条件:采用Finnigan SSQ710型气法相结合可大大缩短土壤样品中总荧光烃类污染物的检测相色谱-质谱联用仪。色谱测试条件:载气为99.999%时间，进而可快速获知某一研究区内土壤环境中荧光烃类污氦气;进样口温度300 ?，传输线温度280 ?;色染物的空间分异规律及相对污染程度，具有一定的应用价谱柱为HP-5MS弹性石英毛细柱(60 m×0.25 值。 mm×0.25 ,m);50 ?保持1 min，15 :C/min升至120 关键词:荧光光谱法;超声波萃取;荧光烃;土壤;空间:C，再以3 :C/min升至300 ?，保持30 min;载气分异特征 流速1 mL/min。质谱分析条件:EI源，70 eV;灯非均一性与连续变化性决定了土壤特性在不同丝电流100 ,A;倍增器电压1200 V;全扫描分析。 [1-4]空间尺度上均存在差异，那么基于此空间异质性1.2 正己烷、石油醚及二氯甲烷对土壤荧光烃类萃的外源污染物的分布特征就变得更为复杂;快速、取性能试验 便捷地掌握某一区域重点污染物的总量及其分布格具体萃取方法为:称取过80目筛土壤样品局无疑将为进一步深入研究奠定坚实的基础。荧光10.00 g于50 mL带盖碘量瓶中，分三次分别加入光谱法在天然有机物结构特征研究方面具有操作简正己烷、石油醚及二氯甲烷?正己烷(1?2，体积便、灵敏度高、所需样品量少等优点，因而在地质、比)混和液15 mL，立即盖上盖子，通过浸泡和超生物、环境等诸多领域得以广泛应用。在环境科学[15, 16]声波萃取土壤中烃类，以荧光烃萃取平衡时间研究中，荧光光谱法多用于水环境样品中单一或两和相对荧光强度判断萃取方法对土壤中荧光烃的萃[5-8]种污染物的直接测定，如用于酚类、十二烷基磺取能力，具体萃取性能见表1。 [9-11]酸钠、农药类等，对于多环芳烃类污染物多采用从表1可以看出，采用二氯甲烷:正己烷(1?[11-13]间接荧光分析法或同步荧光光谱法测定，而对2，体积比)混和液超声波萃取土壤中荧光烃类，萃于样品中混和有机物的直接测定却因其光谱特征难取平衡耗时短，相对荧光强度大，其荧光烃的萃取于定性判断而较少应用。已有研究表明，土壤、地能力最强。其中每次超声波萃取时间分别为10 min, 表水体及海水中天然有机物的荧光光谱特征对其来5 min和5 min。 源、类型以及宏观结构具有较好的指示作用，土壤 表1 土壤荧光烃类萃取性能试验 Table 1 Experiment on extraction capability of fluorescence hydrocarbon in soil 相对荧光强度 用量 萃取 萃取平 萃取剂 (INT, 荧光峰(mL) 方法 衡时间 面积) 正己烷 45 浸泡 3 d 8530 石油醚 45 浸泡 3 d 5259 二氯甲烷?正己烷 45 浸泡 3 d 52910 (1?2, 体积比) 二氯甲烷?正己烷 45 超声 20 min 70200 (1?2, 体积比) 2 1.3 土壤荧光烃类的荧光光谱特征 将萃取出的样品转移到1 cm石英池中，在254 nm激发波长下，对200 ~ 600 nm波长范围进行扫 描，获得荧光光谱图，以荧光光谱峰面积值大小判 断荧光烃的相对荧光强度。荧光光谱峰面积愈大， 荧光烃的相对荧光强度愈强。 典型土壤样品中荧光烃类的荧光光谱图(图 1和图2)显示，该研究区土壤荧光烃中主要以发 射波长在300 ~400 nm的萘、菲、屈、芘、芴、 图2 土壤样品荧光烃荧光光谱 Fig. 2 Fluorescent spectra of fluorescence hydrocarbon in soil 联苯等荧光烃类为主，同时，将荧光待测样品进 行色谱,质谱(GC-MS)定性定量分析(表2)， 根据标样的保留时间、化合物质谱特征及NIST 质谱数据库检索确定多环芳烃化合物，采用内标 法计算土壤样品中多环芳烃的质量分数。结果表 明，萘、菲、屈、芘、芴、联苯等多环芳烃系列 化合物是土壤样品的重要组成部分。故荧光光谱 图1 二氯甲烷?正己烷(1?2, 体积比)荧光光谱 一定程度上能够指示土壤中同一类荧光烃的相对Fig. 1 Fluorescent spectra of mix methane and hexane-hydrocarbon 含量分布特征。 表2 GC-MS测定土壤样品中的多环芳烃 Table 2 PAHs concentration in soil by GC-MS -1-1-1化合物 w(多环芳烃)/(μg?kg) 化合物 w(多环芳烃)/(μg?kg) 化合物 w(多环芳烃)/(μg?kg) 萘 0.04 1-甲基菲 15.17 4-甲基屈 0.80 2-甲基萘 0.05 乙基菲 0.92 6-甲基屈 0.31 1-甲基萘 0.04 9+2-乙基菲 2.75 苯并荧蒽 0.52 2-乙基萘 0.01 1-乙基菲 2.08 苯并[E]芘 6.95 1-乙基 0.01 3,5+2,6-二甲基菲 5.59 苯并[A]芘 0.00 2,6+2,7-二甲基萘 0.09 2,7-二甲基菲 4.42 北 0.00 1,3+1,7-二甲基萘 0.15 1,3+3,9+2,10+3,10二甲基菲 11.38 芴 1.88 1,6-二甲基萘 0.15 1,6+1,9+2,5-二甲基菲 7.01 2-甲基芴 1.55 1,4+2,3-二甲基萘 0.11 1,7-二甲基菲 7.04 1-甲基芴 4.94 1,5-二甲基萘 0.05 2,3-二甲基菲 3.17 甲基芴 1.12 1,2-二甲基萘 0.06 1,9-二甲基菲 2.70 联苯 0.03 1,3,7-三甲基萘 1.29 1,8-二甲基菲 1.43 2-甲基联苯 0.58 1,3,6-三甲基萘 2.70 1,2-二甲基菲 1.64 4+3-甲基联苯 0.31 1,3,5+1,4,6-三甲基萘 2.46 惹烯 0.73 二苯并呋喃 0.96 2,3,6-三甲基萘 2.97 荧蒽 6.67 二甲基联苯 0.88 1,2,7+1,6,7-三甲基萘 2.47 芘 8.90 二甲基联苯 1.87 2,3,5-三甲基萘 2.41 甲基荧蒽 1.94 二甲基联苯 1.71 1,2,4-三甲基萘 0.27 苯并[B]芴 4.20 甲基二苯并呋喃 7.24 1,2,5-三甲基萘 5.77 苯并[A]芴 0.00 甲基二苯并呋喃 8.01 1,4,5-三甲基萘 0.58 2-甲基芘 3.35 甲基二苯并呋喃 4.89 菲 55.57 4-甲基芘 4.69 二苯并噻吩 3.97 蒽 0.30 1-甲基芘 2.95 4-甲基二苯并噻吩 2.85 3-甲基菲 21.27 苯并[A]蒽 0.59 3-甲基二苯并噻吩 1.54 2-甲基菲 26.58 屈 3.54 1-甲基二苯并噻吩 0.36 甲基蒽 0.50 3-甲基屈 2.03 9-甲基菲 16.45 2-甲基屈 0.52 荧光光谱法快速检测土壤中荧光烃类污染物 3 对同一个土壤样品中的荧光烃进行6次平相关系数R,0.9251，表明土壤样品中荧光烃的峰行测定, 表明本方法的相对标准偏差<4.5%。称面积值与样品中总有机物的质量分数存在着较好的取烃含量接近空白的土壤样品，超声萃取后测正相关关系，且总有机物的质量分数愈大，相关性定得本方法荧光光谱峰面积强度的检出限为愈好。因此，可通过样品中荧光烃的峰面积值间接1353 INT。 计算出该样品中总有机物的质量分数，进而判断不1.4 荧光烃峰面积与总有机物质量分数的关系 同土壤样品中总有机污染物的相对污染程度，这对 称取10.00 g不同土壤样品各两份，均用二氯甲于大量土壤样品的有机污染特征快速测定具有一定烷?正己烷(1?2，体积比)混和液超声萃取，其的应用价值。 中一份样品如前所述，测定其荧光光谱峰面积;另综上所述，对于大量土壤样品的研究区域，采一份样品则将萃取后的上清液浓缩至干后准确称重, 用超声波萃取与荧光光谱法结合方法测定土壤中荧以重量法计算得土壤中总有机物的质量分数，并与光烃类污染物，可以根据样品中荧光烃的峰面积值平行样荧光光谱峰面积值比较(见图3)。 直接判断该研究区内土壤环境中荧光烃类的相对污 图3中荧光烃峰面积值与总有机物质量分数的染程度，也可通过荧光烃峰面积值间接计算该样品 中总有机物的质量分数，进而对其在空间上的分布70特征进行快速分析。 602 方法应用 50为了验证该方法的有效性，现应用上述超声波40 萃取与荧光光谱法结合方法，对典型煤矿区——河30 南省平顶山市石龙区93个土壤样品中的荧光烃类y = 0.0005x + 7.9305202R = 0.8559进行了快速检测，并采用Surfer 8.0进行Kriging插10 0值，在arcview3.0下与研究区边界叠加得到区域土w(总有机物)/(×10-4mg•g-1)020000400006000080000100000120000壤中荧光烃的等值线图(见图4)。由于该研究区 荧光峰面积强度 INT西部的青草岭海拔480 m，位于该区上风口，除受 大气环境污染外，其它人为污染较弱，因此将青草图3 荧光烃峰面积与总有机物质量分数关系 Fig. 3 The relation between peak area of fluorescence hydrocarbon 岭作为该研究区的对照点，分析研究区内其它区域 and total mass fraction of organic compound 的有机污染状况。 图4 平顶山市石龙区土壤中的荧光烃类荧光峰面积等值线 Fig. 4 Isoline of peak area of Fluorescence Hydrocarbon in soil at shilong District of pingdingshan 4 troscopy Laboratory, 1999, 16(5): 586-589. 该区土壤环境中的荧光烃空间分异规律如下: [7] 张文伟, 辛长波, 李晓辉, 等. 荧光光度法直接测定环境水中的苯总荧光烃类污染强度在南部与北部大型厂矿区域构酚和苯胺[J]. 分析试验室, 2000, 19(5): 37-39. 成典型的点源污染格局，其污染程度远远高于中间ZHANG Wenwei, XIN Changbo, LI Xiaohui, et al. Direct deter-带状无矿区和小矿区。与青草岭对照点相比，该区mination of phenol and anilin in environmental water by fluores- 总荧光烃类污染强度为对照区的2~80倍，其中近cenc spectrophotometry [J]. Chinese Journal of Analysis Laborato- 2/3的区域总荧光烃类污染强度为对照区的2~10倍;ry, 2000, 19(5): 37-39. [8] 宋社娟, 沈珠琴, 田桂英, 等. 荧光光谱法测定油气化探土壤样品但有近1/3区域总荧光烃类污染强度为对照区10倍 中的烃[J]. 铀矿地质, 1996, 12(4),: 234-237. 以上，最高达80倍;在棉纺厂、焦炉群、高庄矿、SONG Shejuan, SHEN Zhuqin, TIAN Guiying, et al. Spectrofluo-大庄矿矸石堆及水泥厂等主要污染物排放地段土壤rimetric determination of hydrocarbon in soil samples of oil and 总荧光烃类强度均达对照区强度的20倍以上。 gas geochemical exproration[J]. Uranium Geology, 1996, 12(4): 上述分析表明，本方法的测定结果可以较好地234-237. [9] 刘文莉. 荧光光谱法检测除草剂萘氧丙草胺[J]. 农药, 2006, 45(1): 反映土壤总荧光烃类污染物的空间分布特征，并与 40-42. 该区土地利用状况及功能分区具有高度的一致性。 LIU Wenli. Determination of napropamide by spectrofluorime-3 结论 try[J]. Chinese Journal of Pesticides, 2006, 45(1): 40-42. (1)采用二氯甲烷?正己烷(1?2，体积比)[10] 张勇, 慕俊泽, 朱亚先, 等. 荧光光谱法研究有机污染物的环境行混和液超声波萃取土壤中荧光烃类，耗时短，萃取为[J]. 环境科学增刊, 2004, 25: 82-85. 能力较强。 ZHANG Yong, MU Junze, ZHU Yaxian, et al. Environmental Be- havior of Organic Pollutants by Molecular Luminescence [J]. En-(2)对于大量土壤样品的研究区域，荧光光谱 vironmental Sciences, supplement, 2004, 25: 82-85. 法可以指示土壤环境中荧光烃类污染物的相对污染 [11] 吴志皓, 唐尧基, 李桂敏, 等. 荧光分析法在环境有机污染物分析程度，也可通过荧光烃峰面积值间接计算该样品中中的应用[J]. 分析仪器, 2005(3): 13-19. 总有机物的质量分数，进而对其在空间上的分布特WU Zhiahao, TANG Yaoji, LI Guimin, et al. Applications of flu-征进行快速分析，具有一定的应用价值。 orescence analysis methods in the analysis of environmental or- ganic pollutants[J]. Analytical Instrument, 2005(3): 13-19. [12] ANDRADE EIROA A, VA?ZQUEZ BLANCO E, LO?PEZ MAHIA 参考文献: P, et al. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in [1] CAMBARDELLA C A, MOORMAN T B, NOVAK J M, et al. a complex mixture by second-derivative constant-energy synchronous Field-scale variability of soil properties in central lowa soils [J]. 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Direct determina-drocarbons in airborne particles with different sizes[J]. Environ-tion of phenol and o-hydroxybenzoic acid in environmental water mental Sciences, 2005, 26(2): 40-44. by fluorescence spectrophotometry [J]. Chinese Journal of Spec- 荧光光谱法快速检测土壤中荧光烃类污染物 5 Determination of hydrocarbon pollutant in soil samples by fluorescence spectrum Abstract: A method for the determination of hydrocarbon in soils by combining different extractant solvents, hexane, petroleum ether and dichloromethane : hexane (1?2, V/V) with spectrofluorimetry is described, and to get the validity of the method, Hydro-carbon pollutant in 93 soil samples of typical coal mine was determined quickly by ultrasonic wave extraction and fluorescence spec- trum. Comparison experiments show that, dichloromethane : hexane(1?2, V/V) can be used as a favorite extractant for the hydro-carbon. The method can increase the determination speed of total Hydrocarbon in soil when the samples quantity is massive, which will provide the relative pollution level and conclude the spatial variation of hydrocarbon in local area. The method is of value to some extent in environmental geochemistry. Key words: fluorescence spectrum; ultrasonic wave extraction; hydrocarbon; soil; spatial variation