全 文 ：土壤、植物样品中多环芳烃( PAHs)
分析方法研究*
宋玉芳 区自清 孙铁珩 (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
A. Yediler , G. Lorinci, A . Kettrup (德国环境与辐射研究中心生态化学研究所)
【摘要】 土壤、植物和籽实样品分别用四氢呋喃、甲醇、乙酸乙酯以超声技术提取. 提取液
经旋转浓缩蒸发仪浓缩,经硅胶柱净化后,由高效液相色谱 ( HPLC)分离, 萤光检测分析.
对于土壤、植物和籽实样品,其方法回收率根据各个 PAH 化合物的理化性质不同分别为
45. 68- 93. 42、77. 59- 108. 13 和 79. 11- 98. 96% . 结果表明, 二氯甲烷、四氢呋喃适合作
为土壤样品的提取剂; 甲醇、乙酸乙酯分别适合于植物和籽实样品的提取剂.本分析方法
简单、快速、灵敏、可靠,可用于土壤-植物系统多环芳烃的研究.
关键词 高效液相色谱 土壤、植物分析 多环芳烃
Analytical method of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soil and plant samples.
Song Yufang , Ou Ziqing and Sun T ieheng ( I nstitute of App lied E cology , Acad emia S ini-
ca, Shenyang 110015) , A . Yediler , G. Lo rinci and A . Kettr up ( Forschungsz entrum f r
Umw elt und Gesundheil GmbH , I nstitute of Ecological Chemistry , N urherberg , Germany
D-85758) . -Chin. J . App l. E col. , 1995, 6( 1) : 92- 96.
Soil, plant and seed samples ar e respect ively ex tr acted by tetr ahydrafur an, methanol and
ethy l acetate ult rasonically. T he ex tr acts ar e evapor ated by r ot ary evapor ator , cleaned up
on silica g el co lumn and analysed on HPLC w ith fluor escence detecto r. T he recover y of
PAHs is 45. 68- 93. 42% for so il, 77. 59- 108. 13% fo r plant, and 79. 11- 98. 96% fo r
seed, depending on the phy sico-chemical proper ties of indiv idual PAH compounds.
Dichlor omet hane and t etrahydrafuran ar e t he suitable ext racting agents fo r soil, and
methanol and et hy l acet ate for plant and seed, r espectively. This method has the char ac-
ter istics of simplicit y, rapidity , sensitiv ity and reliance, and can be used fo r the study of
PAHs in soil-plant system.
Key words HPLC, Soil and plant analy sis, P olycyclic ar omatic hydro carbons.
* 中-德生态合作(C ERP)研究项目.
1994年 7月 7日收到, 8月 3日改回.
1 引 言
多环芳烃是一组列于美国 EPA 黑名
单上的优先有机污染物. 其中一些因其具
有致畸、致癌和致突变的作用受到广泛重
视[ 2, 6, 7] . 有关环境样品中多环芳烃污染的
报导较多[ 1, 3, 8, 9] . 关于土壤、植物样品中多
环芳烃的分析方法早在 60年代就已开始
建立,并逐渐趋于完善. 然而, 多数方法因
操作步骤较为复杂或因实验所用材料、设
备较为昂贵等原因, 不能完全满足实际工
作的需要. 本研究在前人研究工作基础
上 [ 1, 4] , 选择超声提取技术, 配合高效液相
色谱分离、萤光检测等分析技术, 进行了土
壤、植物样品中某些多环芳烃分析方法研
究,旨在为环境中优先有机污染物多环芳
烃的研究提供一种简单、准确的分析手段.
2 材料与方法
2. 1 试剂与设备
2. 1. 1 有机溶剂 二氯甲烷、四氢呋喃、甲醇、乙
酸乙酯、环己烷、甲苯、正己烷、乙腈(高效液相色
应 用 生 态 学 报 1995 年 1 月 第 6 卷 第 1 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Jan. 1995, 6( 1)∶92—96
谱纯) .
2. 1. 2 试剂 无水硫酸钠(分析纯) , 层析硅胶(分
析纯) .
2. 1. 3 标准样品 多环芳烃标准储备液 (美国
EPA 监制 NBS SRM 1647b) , 多环芳烃标准参考
样品(加拿大国家研究中心监制 HS -6) .
2. 1. 4 设备 超声水浴, 旋转浓缩蒸发仪, 离心
机, 食品粉碎机,均浆机, Fisher Pasteur 玻璃管.
2. 1. 5 预处理柱 采用 Fisher Pa st eur 玻璃管,将
1. 0g 层析硅胶( 60- 230 目)于 10m l正己烷中浸
泡 15min 后,湿法装柱.
2. 2 色谱条件
惠普 1090-II 型高效液相色谱仪, 配有 1046
程序萤光检测器. 色谱柱为 250mm ( id)×0. 5l
大孔烷基 C18柱.
2. 3 分析条件
流动相为乙腈/水 ( 50∶ 50) , 梯度淋洗 32
min, 由液相色谱高压泵控制. 进样量 10l. 实验以
PAHs 混合标准液为外标, 二甲基菲为内标 (图
1) ,用保留时间直接对照法定量计算 PAHs 含量.
图 1 PAHs标准样品的色谱图
Fig. 1 Ch romatogram of PAH stan dards .
1.芑 Acen aphth ene, 2. 芴 Fluorene, 3.菲 Phenanthren e,
4.蒽 An th racene, 5. 萤蒽 Flu oranthene, 6.芘 Pyr ene, 7.
内标 DIM-二甲基菲 Dimethylphen anthr ene, 8. 苯并 ( a)
蒽 Benzo( a) anthr acene, 9.艹屈 Chrys en e, 10.苯并 ( b)萤蒽
Benzo( b ) f luoranthene, 11.苯并( k )萤蒽 Benzo ( k) f luo-
ran th ene, 12.苯并( a)芘 Benzo( a) pyren e, 13. 二苯并( a,
h ) 蒽 Dibenzo ( a, h ) an th racene, 14. 苯并 ( gh i) 艹北 Benzo
( ghi) perylene. (下同)
2. 4 样品采集与处理
2. 4. 1 土壤 采自沈阳西部污水土地处理系统稻
田地. 样品经风干后, 将稻根用镊子拣掉,于研钵
研磨后过 1mm 筛, 储存在-80℃冷冻箱中待用.
2. 4. 2 植物 灯芯草采自德国生态化学所人工气
候室, 样品经均浆处理后,冷冻干燥. 稻叶采自沈
阳西部污水土地处理系统稻田区,样品风干后,粉
碎处理, 过 1mm 筛.所有样品均储存在-80℃的冷
冻箱中待用.
2. 5 样品提取与净化
2. 5. 1 土壤 取 5g 上述土壤样品于 25ml玻璃离
心管中, 加入 15ml 有机提取剂(四氢呋喃或二氯
甲烷)并盖紧,于超声水浴中连续提取 2h. 超声水
浴中的温度通过加冰控制在 40℃以下. 提取后,将
离心管放在离心机内, 以 4000 转·m in-1离心
5m in, 记下提取液体积 , 将上清液转移到蒸发瓶
中, 于旋转浓缩蒸发仪上在 30℃、135m bar 真空
条件下将样品浓缩至干, 用环己烷定容至 2ml.取
500l 定溶液转移至装有 1. 0g 硅胶的预处理柱
中, 再用正己烷/二氯甲烷( 1∶1)混合液洗脱. 弃
去第 1 组份 1ml 洗脱液, 收集第 2 组份 2ml 洗脱
液于容量瓶中, 再以氮气吹脱, 乙腈定容至 2ml,
待 HPLC 分析.
2. 5. 2 植物 取一定量制备好的植物样品于 25m l
的玻璃离心管中, 加入 15ml有机提取剂(甲醇、乙
酸乙酯) ,于超声水浴中提取 15min 后将离心管放
在离心机内,以 4000 转·min-1离心 5min, 将上清
液转移到一个装有玻璃纤维棉和无水硫酸钠漏斗
的 150ml蒸发瓶中,再于离心管中加入 15ml有机
提取剂, 重复 4 次, 合并有机相. 然后进行样品浓
缩和净化, 其浓缩与净化步骤与 2. 5. 1 相同.
2. 6 溶剂提取效率比较试验
取一定量的标准参考样品供试验, 以二氯甲
烷、四氢呋喃、乙酸乙酯和甲苯为供试提取剂, 进
行土壤中 PAHs 提取的溶剂提取效率比较, 具体
提取步骤与 2. 5. 1 相同.
以稻叶、稻米为供试样品 ,以甲醇、乙酸乙酯
为供试有机提取剂 ,进行植物中 PAHs 提取的溶
剂提取效率比较, 具体提取与净化步骤与 2. 5. 2
相同.
2. 7 方法回收率试验步骤
分别取 5g 土壤、10g 稻米及 0. 5g 灯芯草 (人
工气候室采集)置于 25ml 玻璃离心管中,各加入
1. 0ml稀释比为 1∶8. 3 的 PAHs 混合标准( NBS
SRM 1647B)乙腈液. 同时进行本底空白试验. 将
上述样品于暗处放置过夜, 使有机溶剂挥发至干,
然后进行样品的提取. 其中土壤 PAHs 的回收率
按 2. 5. 1 中的提取步骤提取, 植物 PAHs 的回收
率按 2. 5. 2 提取步骤进行.
931 期 宋玉芳等: 土壤、植物样品中多环芳烃 ( PAHs)分析方法研究
3 结果与讨论
3. 1 方法的准确度与精密度
为了评价方法的准确度, 分别选用了
较为洁净的土壤、植物和稻米为供试样品,
按上述方法测定土壤、植物和籽实样品本
底,各做 5个重复. 同时取上述样品分别加
入用乙腈稀释的 PAHs 混合标准液, 进行
上述 3种样品 PAHs 的方法回收率实验,
结果见表 1. 对于上述样品, PAHs 的回收
率因单一化合物的理化性质不同而有所差
异. 其中土壤样品 PAHs 回收率分别为
45. 68 - 93. 42%, 相 对 标 准 偏 差 <
10. 11% , 平均值为 3. 60%, ; 植物样品
PAHs 回收率分别为 71. 57- 108. 13%, 相
对标准偏差< 19. 4%, 平均值为 14. 77%;
稻米样品 PAHs 的回收率分别为 79. 11-
98. 96%, 相对标准偏差< 8. 38% , 平均值
为3. 91%. 应用本方法,可以将样品提取时
间从采用索氏提取通常的 12h 以上[ 10, 11]减
少到 2h,每个样品所需溶剂的量只有 10-
20m l,从而提高了工作效率.土壤样品中低
分子多环芳烃芑和芴的回收率较低, 分别
为45. 68%和 59. 90%,相对标准偏差较大.
3. 2 硅胶柱净化处理的定量评价
表 1 土壤、植物样品多环芳烃分析方法回收率( % )
Table 1 Recovery of PAHs in soi ls and plants ( air dried, n= 5)
多环芳烃
PAH
加标 量
( g)
Total
amoun t
spiked
土壤 S oil s
回收率
Recovery
相对标准偏差
RSD
稻米 Gr ains
回收率
Recovery
相对标准偏差
RSD
植物叶 Leaves
回收率
Recover y
相对标准偏差
RSD
芑 2. 39 45. 68 10. 11 79. 11 8. 38 77. 59 19. 40
Acenaphthene
芴 0. 58 59. 90 9. 35 82. 48 5. 46 75. 86 13. 59
Fluorene
菲 0. 42 68. 98 2. 31 92. 39 9. 69 100. 22 6. 39
Phenanthren e
蒽 0. 09 73. 06 3. 16 81. 87 2. 11 84. 44 13. 39
Anthr acene
萤蒽 0. 93 89. 62 1. 85 85. 50 3. 68 101. 58 8. 53
Fluoranthene芘 1. 01 70. 66 2. 53 83. 13 7. 60 80. 88 18. 15
Pyrene
苯并( a)蒽 0. 47 84. 33 2. 78 98. 00 1. 80 108. 13 9. 89
Ben zo( a) anthracene艹屈 0. 44 83. 59 2. 63 89. 25 2. 10 105. 13 5. 54
Ch rysene
苯并( b)萤蒽 0. 50 88. 59 2. 52 98. 96 4. 51 93. 05 4. 60
Ben zo( b) f luoranthen e
苯并( k)萤蒽 0. 56 93. 42 2. 36 81. 18 2. 45 98. 91 12. 37
Ben zo( k) f luoranthene
苯并( a)芘 0. 59 77. 83 2. 92 90. 59 2. 17 104. 16 11. 66
Ben zo( a) pyrene
二苯并( a, h)蒽 0. 44 80. 91 3. 49 83. 32 2. 48 102. 82 12. 47
Diben zo( a, h )anthracene
苯并( ghi )艹北 0. 45 69. 00 3. 38 95. 81 2. 04 71. 57 14. 66
Ben zo( ghi) perylene
实验选择 5ml Fisher Pasteur 玻璃
管制备成 1. 0g 硅胶净化柱,对样品进行净
化处理,得到了满意的结果. 该净化柱有 2
个特点: 1)它避免了以往使用硅胶净化柱
时需高温活化,加水脱活的繁杂处理,硅胶
在装柱前只需置于 10m l 正己烷中浸泡
15min 即可使用,使实验简化; 2)收集的洗
脱液体积小, 避免了样品需进一步浓缩的
麻烦.实验表明,本方法适合环境样品的净
化处理.经对不同样品检验,均得到很好的
分离.图 2- 4为土壤、植物、稻米提取液经
硅胶柱处理后收集的第 2组份 2. 0ml洗脱
94 应 用 生 态 学 报 6 卷
液的色谱图.
3. 3 溶剂提取效率比较
目前, 有关环境样品 PAHs 的提取,
所用有机提取剂较多[ 10, 11] . 然而, 对不同
图 2 土壤样品 PAHs的色谱图
Fig. 2 Ch romatogram of PAHs in soil samples .
图 3 稻叶样品 PAHs的色谱图
Fig. 3 Ch romatogram of PAHs in rice leaves .
图 4 稻米样品 PAHs的色谱图
Fig. 4 Ch romatogram of PAHs in rice g rains .
样品,提取剂的提取效率可能受样品及溶
图 5 有机提取剂对土壤样品中 PAHs提取效率比较
Fig. 5 Comparison of ext ract ion eff iciency of PAHs f rom
soils .
a.菲 Phenan th rene, b.蒽 Anthracene, c.苯并( a)蒽 Ben-
zo( a) anthracene, d .苯并( a)芘 Benzo( a) pyren e, e.苯并
( b) 萤蒽 Benzo ( b ) f luoranthene, f .苯并( k ) 萤蒽 Benzo
(k ) fluoranthene.
剂的性质影响而有所差异, 为此分别 以
PAHs 浓度已知的标准参考样品, 稻叶和
稻米为供试样, 采用 2. 5. 1 和 2. 5. 2中所
述的土壤、植物 PAHs 的提取方法,选择 4
种常用的提取剂 [ 3, 5, 12]——二氯甲烷、四氢
呋喃、乙酸乙酯和甲苯, 进行了土壤中
PAHs 提取效率比较, 同样,对植物样品,
选择了 2种常用提取剂——甲醇和乙酸乙
酯. 结果表明, 二氯甲烷、四氢呋喃比甲苯
和乙酸乙酯更适合作为土壤样品中 PAHs
的提取剂. 用前两种提取剂所得结果与标
准参考样品给出的数值相比,结果更吻合
(图 5) . 甲醇适合为植物根、茎、叶类样品
PAHs 的提取剂, 与乙酸乙酯相比其提取
效率可提高约 34- 46% .以菲、萤蒽、芘为
例, 以甲醇和乙酸乙酯为提取剂提取稻叶
中的 PAHs,实验测得结果分别为 1204. 7
和 646. 3g·kg-1 (菲)、608. 6 和 444. 0g
·kg-1 (萤蒽)、450. 9 和 297. 8g·kg -1
(芘) (图 6) .同样, 以稻米为供试籽实样品
951 期 宋玉芳等: 土壤、植物样品中多环芳烃 ( PAHs)分析方法研究
的比较结果表明, 两种提取剂之间无明显
差异,总体上,乙酸乙酯更适合为籽实类样
品 PAHs的提取剂(图 6) .
图 6 有机提取剂对植物样品中 PAHs提取效率比较
Fig. 6 Com paris on of ex tract ion ef f iciency of PAHs from
plants.
a.稻叶Rice leaves , b.稻米 Rice grain s.
1.甲醇 MEOH, 2.乙酸乙酯 EE.
AC: 芑 Acenaphthen e, FLU: 芴 Fluorene, PHE : 菲
Phenanth rene, AN: 蒽 Anthr acene, FA: 萤蒽 Fluoran-
thene, PY: 芘 Pyrene, BaA: 苯并 ( a) 蒽 Benzo ( a ) an-
thracen e, CHY:
艹屈 Chrysene, BbFA:苯并( b )萤蒽 Benzo
( b ) fluoranth ene, BkFA:苯并( k )萤蒽 Benzo( k ) fluoran-
thene, BaP:苯并( a)芘 Benzo ( a) pyr ene, DBahA:二苯并
( a, h )蒽 Dibenzo ( a, h) an th racene, Bgh iP:苯并 ( ghi )艹北
Benzo(g hi) per ylene.
4 结 论
4. 1 超声技术配合 HPLC分离和萤光检
测,为土壤、植物样品中多环芳烃的分析提
供了一种简单、快速、灵敏、准确的方法.
4. 2 在上述条件下,对土壤类样品,以二
氯甲烷、四氢呋喃为提取剂可获得最佳的
提取效率;对植物根、茎、叶类样品,以甲醇
为提取剂可获得理想的提取效率; 对籽实
类样品, 乙酸乙酯可获得与甲醇同样甚至
更高的提取效率.
4. 3 本实验中对硅胶柱的处理方法及对
洗脱液的配比方式为样品的净化提供了新
的、快速、简便的手段.
致谢 参加本项工作的还有张丽珊、李培军、张
海荣、任丽萍、龚 平. 联合国教科文组织、联邦
德国科学技术部为本项研究提供了经费资助,在
此表示感谢.
参考文献
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96 应 用 生 态 学 报 6 卷