多环芳烃的超临界流体萃取法

1、方法3561多环芳烃的超临界流体萃取法1.0 适用范围1.1方法3561描述了从土壤、沉积物、粉煤灰、固相萃取物等难以用常规溶剂萃取的固体材料中萃取多环芳烃的超临界流体萃取法，本方法适合应用于任何超临界流体萃取装置，通过改变萃取条件（压力、温度、流量等），可以把样品中多环芳烃的不同组分萃取出来。本方法可以测定下列化合物：化合物名称 苊 二氢苊 蒽苯并a蒽 苯并b荧蒽 苯并k荧蒽 苯并g,h,i苝 苯并a芘 屈二苯并a,h蒽、 荧蒽 芴茚并1,2,3-c,d芘 萘 菲 芘aCAS 号a 83-32-9 208-96-8 120-12-7 56-55-3 205-99-2 207-08-9 191

2、-24-2 50-32-8 218-01-9 53-70-3 206-44-0 86-73-7 193-39-5 91-20-3 85-01-8 129-00-0化学文摘服务注册号1.2方法3561不能直接用于从液体样品中萃取多环芳烃，一般情况下液体样品会直接通过超临界流体萃取装置而不被萃取。液体样品必须进行预处理，可按照方法3535描述的步骤得到固相萃取片，然后再通过超临界流体萃取程序萃取。 1.3 萃取条件和数据采集设备分别参见7.5节和9.2节。其他萃取条件和实验设备，只要能通过示范实验，显示出具有同等的性能，那么均可以使用。请注意，示范实验必须基于标准样品，或者使用本方法和索氏提取法比

3、较所用的环境污染的多环芳烃样品，使用时必须遵循8.0节和方法3500提供的实验室预处理操作，使用处理后的样品，而不是采集的土壤/固体样品。1.4本方法限于专门分析员使用或在其监督下使用，每位分析员必须具有出具可验收结果的能力。2.0方法概述2.1本方法分为三个分离步骤，前两个步骤中采用合适的萃取条件尽量分离出多环芳烃内各挥发性组分，第三步用于清除改性剂。请注意，下述步骤中多环芳烃的挥发性分类只是一个粗略的分类，每种多环芳烃根据它们在样品中的含量在这两类中都有一定的分布，最终结果是在这两类中含量的总和。2.1.1 步骤一：用于萃取高挥发性多环芳烃。本步骤使用纯CO2萃取，保持中低密度和温度，多环

4、芳烃最终在ODS阱中冷凝，再生后装入自动取样瓶，每瓶0.8mL。2.1.2 步骤二：用于萃取低挥发性多环芳烃。本步骤使用CO2、水和甲醇混合物作为萃取液，萃取相中保持较高的温度和密度，然后在更高的温度下使用ODS阱收集。本步骤获得的多环芳烃不直接再生。2.1.3 步骤三：除使用纯CO2外，本步骤与第二步条件相同。本步骤和上一步得到的分析物合并后再生，装入第一步的自动取样瓶，同样每瓶0.8mL。通过以上步骤，所有提取的分析物合并在一起，可进行液相色谱分析。2.2 为了更有利于进行GC或GC/MS分析，可以使用其它的有机溶剂和超临界流体萃取条件。3.0干扰3.1分析员必须进行空白实验（步骤按照7.

5、4节所述）扣除超临界流体萃取系统本身的影响，在与实际萃取实验相同的条件下，使用空萃取器和已知含量的二氧化碳进行模拟实验，根据空白实验结果作为背底对实际实验进行修正。3.2萃取器、收集瓶、喷嘴（节流器）、多端口阀等，在进行高浓度样品萃取实验后，往往会保留部分溶质。因此，这类实验后应清洗整个萃取系统。一旦空白实验结果发生漂移，应更换可疑的部件。装置正常使用中每日应至少进行一次空白实验，并且在每次进行高浓度样品萃取（高ppm或mg/kg量级）后进行一次额外空白实验。如果空白实验持续异常，而更换萃取器（如果使用了混合节流系统，则还应更换节流器）无效，则必须清洗多端口阀。操作时应格外警惕溶液和二氧化碳本

6、身的杂质，不得使用任何涂抹了润滑油的仪器、阀门、电磁阀及其他器具，也不要使用可以作为背景污染物来源的氟氯烷材料。3.3使用改性剂时，应注意到收集区域温度低于改性剂沸点，因此改性剂会冷凝进入收集区域。这样在特定的装置上，当改性剂的用量过多时，收集区域存在溢出的风险，从而导致分析物的损失。如果超临界流体设备使用（压缩）固体阱收集并浓缩萃取产物，则通常在萃取过程中可以把收集阱看成一个压缩的GC柱（CO2和改性剂为气态流动相），而在再生步骤中可把收集阱看成一个压缩的LC柱，应尽量缩短“类GC柱”步骤的萃取时间（通过阱温度、填充物的化学活性、扩展流动速率等参数控制），而精确控制“类LC柱”步骤的洗脱时间

7、（通过再生液流动速率、组成、阱温度等参数控制）。3.4常规萃取的干扰指南请参考方法3500方法的3.0节。4.0实验器材4.1超临界流体萃取及相关硬件：可使用满足本方法的萃取条件和性能细节的任何超临界流体萃取设备。图1描述了一个典型的超临界流体萃取系统，包括用二氧化碳源、泵系统（液态二氧化碳）、萃取套管、节流装置、分析收集装置、各分区的温度控制系统和全面系统控制器。图1左下角是提供用作萃取剂的二氧化碳气瓶，二氧化碳以液气混合物形式提供，其中液态密度较大而沉积在气瓶下方。气瓶中插有一根喷射管，一直插入到容器底部。二氧化碳以液态形式通过泵和压缩区，经过金属细管到达萃取套管。有的系统在萃取区的前部装

8、有预热区，从而能够直接直接控制萃取套管内的超临界温度、压强、密度等。分析物收集装置位于节流器出口端收集，可以是一个冲击吸收表面（小的压缩阱），也可以是一个空的或装有合适吸收液的吸收瓶。警告：萃取器必须安装过压保护装置，当设备在高压下发生故障时用以保护实验室人员和仪器。4.1.1 萃取器皿：由超临界萃取装置的生产商提供。器皿可采用不锈钢、聚醚醚酮或其它合适的材料。萃取器皿及相关配件必须能安全承受高达4900psi（参见7.5节）的高压。必须在制造商提供的最大工作压力和温度下检查系统配件，因为有的器皿或配件在本方法描述的萃取压力和温度下可能不能充分发挥性能。4.1.2 节流器：本方法适于使用连续可

9、变喷管节流器。这种节流器与固定喷管节流器相比，不易被样品中水分凝结成的冰堵塞。此外，推荐适于高效液相色谱法分析的萃取液包括二氧化碳混合物、有机溶剂和水。因此，如果使用其他节流器（如锥形渐变节流器、静态小孔节流器、玻璃熔体节流器、可变孔口节流器、卷曲的金属或聚醚醚酮管等），分析员必须确认在此处描述的萃取和收集条件下能够从感兴趣的基质中获得感兴趣的分析物。相关的示范证明在方法8000第8节中描述。4.1.3收集装置：本方法使用固体阱，可通过设置在低于或高于环境温度下工作。当然，也可以使用液体阱（参见第9.0节）4.1.3.1使用溶剂收集分析物时，必须考察收集方法是否有效，因为前八个多环芳烃化合物（

10、按照方法8310给出的洗脱次序排序）在液态阱中的回收率往往较低。内管装有玻璃纤维塞的收集容器可提高其回收率。为减少溶剂的挥发，流速必须控制不能太高。推荐使用15mL的收集溶剂量。4.1.3.2 当分析物被吸附剂吸附后，一般使用ODS进行固相萃取（ODS柱比常规固体吸收柱具有更高的性能）。其它阱材料，如二醇等，也具有满意的效果。但是如果使用其它的材料，必须提供其与ODS等效的证据。4.2二氧化碳气瓶液面控制系统（可选）：可使用White Associates分类号30、Scott特种气体模型5588D或者其他的等效模型，监控液体的使用。本装置很有用，因为用于超临界萃取的二氧化碳气瓶没有安装调节器

11、，这样使用时很难确定何时必须予以更换。4.3放置在样品两端的滤纸片：可选择Whatman定性滤纸（分类号1003-055）或其等价品，也可以使用Baxter玻璃纤维滤纸（0.5m，分类号F232,2-21）或其等价品。5.0试剂5.1二氧化碳CO2：满足超临界流体色谱或超临界流体萃取等级的CO2，但前者因含有更多的杂质而不适合微量分析。铝气瓶比不锈钢瓶好。根据特定的仪器需要，气瓶可插入喷射管，并能加压到1500 psi。5.2用于低温制冷的二氧化碳（CO2）：萃取器的特定部分（如高压泵顶和分析物阱）在使用中必须进行冷却。用于此目的的二氧化碳必须保持干燥，并需在放置有全尺寸的喷射管的气瓶中使用。

12、5.3改性剂（共溶剂）：改性剂包括甲醇、水、二氯甲烷（高校液相色谱等级），通过独立的高校液相色谱泵（位于二氧化碳泵后，萃取容器之前）引入二氧化碳流体，按照CO2/甲醇/水体积比95/1/4（用于高效液相色谱分析）或CO2/甲醇/二氯甲烷体积比95/1/4（用于GC或GC / MS分析测量）组成萃取液。由于4%的水可能会残留在收集阱而影响到气相色谱分析，因此建议将CO2/甲醇/水体积比95/1/4修改为CO2/甲醇/二氯甲烷体积比95/1/4，同时第7.0节的参数也要做相应调整。5.4再生液：使用固相阱的超临界流体萃取设备中使用的再生液与液体阱成分相同。本方法只用于低于环境温度的固体阱。使用相同

13、溶剂配制内外标准溶液，高校液相色谱分析法使用体积比50/50的乙腈/四氢呋喃（均为高校液相色谱等级）混合液，GC/MS分析测量法采用体积比75/25的二氯甲烷/异辛烷混合液。来自于不同的实验室中用液体阱可参阅9.3节。5.5代用品：推荐的代用品是溴苯（初次提取液）或p-四连苯（后提取液，可以从ChemService, West Chester, PA获取）。配制浓度10g/L的体积比50/50的乙腈/四氢呋喃的混合物原液，取将150L等分为若干份滴加到土壤样品中，并通过萃取装置提取。实验表明，非常少（10L）的代用品混合物（浓度100-1000g/L）常给出较低的回收率，而体积较大但较稀的代用

14、品溶液能给出满意回收率。5.6铜粉（电解级）：用于含硫的样品。必须经过以下预处理：每20g铜粉依次使用150mL去除有机试剂的水、150mL丙酮、150mL环己烷处理，然后用旋转式蒸发器干燥，在氩气中保存。铜粉必须有发亮的外观，被氧化变暗后则不可使用。5.7无水硫酸钠（12-60目）：Baker Analyzed产品或其等效品。6.0样品收集、保存和处理6.1请参阅有机分析物，第4.1节。6.2本过程中使用的固体样品的收集和储存方法与其他包含半挥发性有机物的固体样品相同。7.0操作程序7.1样品处理：澄清，倾去水层，将样品充分混匀，弃去外来物，如木头、玻璃、木棍、叶子和石头等。7.2测定样品%

15、干重：在某种时候，需要基于样品干重提供分析结果，此外GC/MS萃取法在样品含水量10-50%时效率最高。在这些情况下，应取出少量样品测量%干重。警告：烘箱中应有通风装置，否则干燥严重受污染的样品时，可能会对实验室产生严重的污染。7.2.1样品称重后，立即称取5-10g到坩埚中，加热到105oC干燥后再次称重，从而确定%干重。样品干燥后称重前可以保存在干燥器中冷却。7.2.2 %干重按如下公式计算：干燥后样品质量%干重 = ×100% 样品质量7.3 安全注意事项：在进一步操作之前请阅读第11.0节，“安全”。7.4 样品研磨均匀化。注：样板研磨是超临界流体萃取过程中关键的一步。样品必

16、须充分研磨成细小颗粒，才能进行有效萃取。7.4.1至少100克样品与等体积萃取级的二氧化碳固体（干冰）混合，放入一个小食品切碎机中研磨约1分钟，把切碎的样品放在干净的表面上让二氧化碳升华。待升华完成后立即对样品称重并放入萃取器中。本步骤确保样品混合均匀，在不流失挥发性分析物的同时，也保留样品原有的水分。 7.4.2 样品的称重在干净的铝盘中进行，一般称取2.03.0g（本步骤可用于不超过10克样品的萃取操作）。如果样品含水量超过50%，则在萃取容器的出口处加入一块（1-2g）无水硫酸钠（参见5.7节），不要直接将任何干燥剂直接加到样品中，本方法全程需要水作为可控的添加物。7.4.3若样本含硫，

17、使用铜粉（电解级）将样品和二氧化碳提取液的硫清除。清除被解散的脱硫eluant样品和二氧化碳。铜粉（每份样品1-2克）放在单独的位于萃取容器和节流器之间的容器中，也可以直接放在样品中，或者放在远离样品但在萃取容器尾管前的地方。7.4.4称重后，将一半样品转入萃取容器，滴加150L代用品，然后再加入剩下的样品。为确保有效提取，萃取容器应完全装满，避免任何死角。如果存在死角，应使用惰性多孔性材料（如玻璃纤维、硅藻土等）填补。 7.5样品萃取：本节包含同时适用于高效液相色谱法和GC分析法（包括GC/MS）的参数。注：用于GC 或GC/MS分析法的CO2/改性剂在土壤含水率在10-50%效率最高。如果

18、样品含水量低于10%，则应在样品放入萃取容器前按0.5mL水/g样品比例加水。7.5.1以下条件适用于分离步骤一（收集高挥发性多环芳烃） 7.5.1.1萃取压力： 密度： 萃取室温度： 萃取剂组分： 静置平衡时间： 动态萃取时间： 萃取剂流速：1750 psi（120巴） 0.30g/mL 80 CO2 10分钟 10分钟 2.0 mL/min再生套管体积损失=9.1（相当于20mL或19.2g的液体CO2，参考温度4.0，密度0.96 g/mL）7.5.1.2收集（与萃取同时进行）阱填充物： 阱温度： 喷口温度： 7.5.1.3再生HPLC方法再生液： GC方法再生液： 收集体积： 阱温度：

19、ODS -580（可变节流器） 50/50体积比四氢呋喃/乙腈 75/25体积比CH2Cl2/异辛烷 0.8mL 60喷口温度： 再生液流速：45（可变节流器） 1.0mL/min萃取物必须按体积和瓶号进行标注。7.5.2以下条件适用于分离步骤二（收集低挥发性多环芳烃） 7.5.2.1萃取压力： 密度： 萃取室温度： HPLC萃取剂组分： GC萃取剂组分： 静置平衡时间： 动态萃取时间： 萃取剂流速：4900 psi（338巴） 0.63g/mL 12095/1/4体积比CO2/甲醇/水 95/1/4体积比CO2/甲醇/CH2Cl2 10分钟 30分钟 4.0 mL/min再生套管体积损失=2

20、5（相当于120mL或127g的液体CO2，参考温度4.0，密度1.06 g/mL）7.5.2.2收集（与萃取同时进行）阱填充物： 阱温度： 喷口温度： 7.5.2.3不需再生7.5.3以下条件适用于分离步骤三（清除改性剂） 7.5.3.1萃取压力： 密度： 萃取室温度： 萃取剂组分： 静置平衡时间： 动态萃取时间： CO2流速：4900 psi（338巴） 0.63g/mL 120 CO2 5分钟 10分钟 4.0 mL/min ODS 8080（可变节流器）再生套管体积损失=8（相当于40mL或42.4g的液体CO2，参考温度4.0，密度0.96 g/mL）7.5.3.2收集（与萃取同时进

21、行）阱填充物： 阱温度： 喷口温度： 7.5.3.3再生HPLC方法再生液：ODS 8080（可变节流器）注：这三个步骤中用消耗CO2 188.6g。50/50体积比四氢呋喃/乙腈GC方法再生液：收集体积：HPLC阱温度：GC阱温度：喷口温度：再生液流速： 75/25体积比CH2Cl2/异辛烷 0.8mL 80 60 45（可变节流器） 1.0mL/min萃取物必须按体积和瓶号进行标注。7.5.4合并后萃取物体积1.6mL，随后可以按方法8310（HPLC）、8270（GC）或8100（GC/FID）进行分析。注意，目前缺乏使用方法8100对超临界流体多环芳烃萃取物分析的有效数据。此外，以上处

22、理过程可能会受到复杂的样品的干扰。7.5.5 当使用GC或GC/MS分析法时如遇到硫的干扰，可参考方法3660以除去萃取物中的硫。7.6系统维护7.6.1系统减压操作是应遵循产品说明书。7.6.2萃取油性样品后，如果发现经正常清理后，在正常的萃取液流速下，系统管路压损过大，则应更换萃取容器的尾管。另外，非常细微的颗粒物可能会堵塞出口管，这时也必须予以更换。在出口管前放置一层惰性材料，如次硅藻土、海沙等（同时在惰性材料上放置滤纸片），可延长其使用寿命。7.6.3每次萃取完成后应清洗萃取容器，具体的清洗程序依样品类型而不同。首先移去大块已萃取的样品基质，然后使用清洗剂、水和硬刷刷洗容器内壁和尾管，

23、也可使将容器泡在放有洗涤剂的温水中用超声波清洗。清洗完成后用水冲洗，若用超声波清洗，则还必须用甲醇或丙酮（或二者并用）重复清洗操作。最后在空气中晾干。8.0品质控制8.1特定的品质控制程序可参考第一章和方法8000，样品准备的品质控制参考方法3500。8.2每次样品萃取后，如果试剂发生变化，都应进行空白实验，以消除实验室污染的影响。任何空白实验、加标样品、平行样品应和实际样品一样运用相同的分析方法（第7.4节）。8.3所有仪表操作情况和相关参数应记录备查。9方法性能9.1使用方法8310的高效液相色谱法测定，运用紫外/可见或荧光检测，其最低检出限与实际的分析物和检测器有关，一般在0.010-1

24、mg/kg之间，相应定量限在0.10-10mg/kg之间。使用方法8270的GC/MS分析法，最低检出限大约为0.70mg/kg，定量限约7mg/kg。以上列出的数据是基于3g样品作出的。9.2基于本方法（使用可变节流器和固体阱）的实验精确度数据通过对两份参考材料（一份是加拿大环境部提供的湖泊沉积物，另一份是加拿大国家科学和工程研究委员会提供的的海洋沉积物，两份样品中都含有天然的多环芳烃）的萃取实验作出。超临界流体萃取设备是惠普公司的7680样机，分析方法采用GC/MS，数据来自参考文献2。对湖泊沉积物样品的六次重复萃取实验的平均回收率在85148%（以标准值为准，对于1个缺乏标准值的分析物，

25、以索氏提取法结果为准），总平均100%；对海洋沉积物样品的三次重复实验的平均回收率为73133%（以标准值为准），总平均92%。这些数据列在方法8270的表中。9.3基于本方法（使用固定节流器和液体阱）的实验精确度数据通过Fisher科技提供的十二份标准材料（均为含有多环芳烃的土壤）的萃取实验作出。超临界流体萃取设备是Dionex公司的703-M样机，分析方法采用GC/MS。四次重复实验的平均回收率在60122%（以标准值为准），总平均89%。典型实验数据和反应条件如下：样品3.4g，压强300atm，时间60分钟，萃取液CO2，改性剂10%的1:1（体积比）甲醇/二氯甲烷，烘箱温度80，节流

26、器温度120，液体阱为氯仿（部分实验中采用二氯甲烷）。相关数据表同样列在方法8270的表中。9.4基于本方法（使用可变节流器和固体阱）的实验室精确度数据通过对一份已被广泛表征的包含被多环芳烃污染的样品的萃取实验作出。超临界流体萃取设备是惠普公司的7680样机，分析方法采用HPLC。三次重复实验的平均回收率在85.7153%（以索氏提取法为准），总平均107%。这些数据列将在方法8270的修订版本中列出。10.0参考文献1. D.R. Gere, C.R. Knipe, P. Castelli, J. Hedrick, L.G. Randall, J. Orolin, H. Schulenber

27、g-Schell, R. Schuster, H.B. Lee, and L. Doherty "Bridging the Automation Gap between Sample Preparation and Analysis: SFE, GC, GC/MSD and HPLC Applied to Environmental Samples", J. Chromatographic Science 31(7) 245-258 (July 1993).2. H.B. Lee, T.E. Peart, R.L. Hong-You, and D.R. Gere, "Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Sediments", J. Chromatography, A 653 83-91(1993).3. W. Beckert, "An Overview of the EPA's Supercritical Fluid Extraction (SFE) Methods Development Program," ACS Sy