功能化磁性材料结合全二维气相色谱-质谱技术用于石油污染土壤中含氮杂环化合物的分析检测

Nitrogenous heterocyclic compounds (NHCs) in petroleum polluted soil have the features of high toxicity, high environmental mobility and refractory. The analysis of NHCs has important value in the risk assessment of polluted soil. However, there are some drawbacks in previous reports for the analysis of NHCs in soil, including tedious sample preparation procedure and serious matrix interferences. This project intends to introduce magnetic materials with the ability of magnetic separation into analysis of NHCs. Functionalized magnetic materials will be designed and prepared with high specificity for NHCs. Two extraction techniques, including magnetic solid phase extraction and magnetic particles-assisted dispersive liquid-liquid microextraction, will be used to rapid extraction of NHCs. Besides, comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry (GC×GC-TOFMS) is a powerful analytical technique with high peak capacity, high resolution and high sensitivity, which has remarkable tolerance for the matrix interference of complex samples. Therefore, combination of the advantages of magnetic materials and GC×GC-TOFMS for analysis of NHCs is a promising method to achieve more comprehensive and precise results on the information of NHCs in petroleum polluted soil.

石油污染土壤中的含氮杂环化合物（NHCs）具有高毒性、易迁移和难降解的特点，对NHCs的分析检测在受污染环境风险评估中有重要参考价值。目前文献报道的土壤中NHCs分析检测方法普遍存在样品前处理操作操作繁琐耗时和基质干扰严重的问题。本项目拟利用磁性材料的磁分离特点，针对样品基质和NHCs结构特征合成功能化磁性材料，采用磁性固相萃取法、磁性材料辅助分散液液微萃取法对NHCs进行快速分离。此外，全二维气相色谱-飞行时间质谱技术（GC×GC-TOFMS）具有高峰容量、高分辨率和高灵敏度的特点，在复杂样品分析中有很好的抗基质干扰能力。因此，将基于功能化磁性材料的样品前处理方法与GC×GC-TOFMS结合用于NHCs分析，有望从复杂的石油污染土壤样品中鉴定出更全面、更准确的NHCs信息。

含氮杂环化合物是石油污染物中一类难降解的有毒成分，其含量往往较低，从复杂的石油污染土壤中对其进行分离分析是一个挑战。针对此分离分析问题，我们设计和开展了一系列工作。首先，我们提出了双加热系统索氏提取法用于土壤中有机物的提取，相比传统索氏提取法在提取效率上有了显著改善。接着，为了从土壤提取液中分离含氮杂环化合物，我们发展了磁性液滴分散萃取法，将酸性萃取剂涂覆于磁性纳米颗粒表面用于提取液中含氮杂环化合物的分离，利用磁性硅胶作为载体避免非特异吸附和实现载体的重复利用，采用水相/有机相复合萃取剂避免乳化现象和提高萃取回收率，对萃取实验进行了系统优化，完成了含氮杂环化合物的高效萃取。最后，我们利用全二维气相色谱-飞行时间质谱对分离后的样品进行分析，对分析条件进行系统优化，充分发挥全二维气相色谱-质谱分析复杂样品的优势，实现了含氮杂环化合物的精准分析。我们将建立的方法用于江汉油田受石油污染土壤中含氮杂环化合物的检测，检出35种不同含氮杂环化合物信号，并对8种典型含氮杂环化合物进行了定量分析，在此基础上探讨了研究区受污染土壤中含氮杂环化合物的分布特征。本项目研究建立的分析方法可为石油污染土壤的环境评估提供数据支撑。同时，本项目研究提出的双加热系统索氏提取法和改进的磁性液滴分散萃取法有望用于其他污染物分析的样品前处理。