1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал аналитической химии
  4. T. 78, № 9, 2023

Журнал аналитической химии, 2023, T. 78, № 9, стр. 821-836

Извлечение пау из почв и донных отложений различного состава по технике QuEChERS с последующим хроматографическим определением

З. А. Темердашев a, *, С. К. Овсепян a, Т. Н. Мусорина a, Л. В. Васильева a, А. М. Васильев a, И. Г. Корпакова a

a Кубанский государственный университет
350040 Краснодар, ул. Ставропольская, 149, Россия

* E-mail: TemZA@kubsu.ru

Поступила в редакцию 21.03.2023
После доработки 12.04.2023
Принята к публикации 12.04.2023

Аннотация

Изучены особенности извлечения ПАУ с применением техники QuEChERS при подготовке проб почв и донных отложений различного состава с последующим их хромато-масс-спектрометрическим анализом. Объектами исследования были почвы песчаного, супесчаного, суглинистого, глинистого типов и донные отложения супесчаного типа. На основании изучения минералогического состава исследуемых образцов и установленного содержания в них органического вещества спрогнозирован характер удерживания ПАУ исследуемыми образцами почв и донных отложений, оценено влияние УЗ-воздействия на извлечение аналитов для последующего хроматографического определения. Показано, что при извлечении и определении всех ПАУ (до 100%) в почвах песчаного и супесчаного типов, а также низкомолекулярных ПАУ в исследуемых образцах проведение УЗ-обработки не требуется. Для извлечения и определения высокомолекулярных ПАУ в образцах почвы глинистого типа и донных отложениях супесчаного типа с техникой QuEChERS потребовалась 10-минутная УЗ-обработка, при этом степени извлечения аналитов составили более 87 и 90% соответственно. Наиболее трудно анализируемым объектом оказался образец почвы суглинистого типа с большим содержанием органического вещества. Для извлечения более 70% высокомолекулярных ПАУ из образца данного типа по технике QuEChERS использовали вместо общепринятого ацетонитрила бинарный экстрагент ацетонитрил–ацетон (1 : 1) и одновременное 15-минутное УЗ-воздействие.

Ключевые слова: накопление ПАУ, QuEChERS, почва, донные отложения, хроматографическое определение.

Список литературы

  1. Johnsen A.R., Wick L.Y., Harms H. Principles of microbial PAH-degradation in soil // Environ. Pollut. 2005. V.133. № 1. P. 71. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.04.015

  2. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.

  3. Chefetz B., Xing B., Relative role of aliphatic and aromatic moieties as sorption domains for organic compounds: A review // Environ. Sci. Technol. 2009. V. 43. № 6. P. 1680. https://doi.org/10.1021/es803149u

  4. Chen W., Wang H., Gao Q., Chen Y., Li S., Yang Y., Werner D., Tao Sh., Wang X., Association of 16 priority polycyclic aromatic hydrocarbons with humic acid and humin fractions in a peat soil and implications for their long-term retention // Environ. Pollut. 2017. V. 230. P. 882. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.07.038

  5. Lu Z., Zeng F., Xue N., Li F. Occurrence and distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in organo-mineral particles of alluvial sandy soil profiles at a petroleum-contaminated site // Sci. Total Environ. 2012. V. 433. P. 50. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.06.036

  6. Saeedi M., Li L.Y., Grace J.R. Efect of organic matter and selected heavy metals on sorption of acenaphthene, fuorene and fuoranthene onto various clays and clay minerals // Environ. Earth Sci. 2018. V. 77. № 305. P. 1. https://doi.org/10.1007/s12665-018-7489-0

  7. Zhu D., Herbert B.E., Schlautman M.A., Carraway E.R., Hur J. Cation–π Bonding: A new perspective on the sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to mineral surfaces // J. Environ. Qual. 2004. V. 33. P. 1322. https://doi.org/10.2134/jeq2004.1322

  8. Müller S., Totsche K.U., Kögel-Knabner I. Sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to mineral surfaces // Eur. J. Soil Sci. 2007. V. 58. № 4. P. 918. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2007.00930.x

  9. Wang L., Niu J., Yang Z., Shen Z., Wang J. Effects of carbonate and organic matter on sorption and desorption behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons in the sediments from Yangtze River // J. Hazard. Mater. 2008. V. 154. P. 811. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.10.096

  10. Lau E.V., Gan S., Ng H.K. Extraction techniques for polycyclic aromatic hydrocarbons in soils // Int. J. Anal. Chem. 2010. V. 2010. № 398381. https://doi.org/10.1155/2010/398381

  11. Hawthorne S.B., Grabanski C.B., Martin E., Miller D.J. Comparisons of Soxhlet extraction, pressurized liquid extraction, supercritical fluid extraction and subcritical water extraction for environmental solids: Recovery, selectivity and effects on sample matrix // J. Chromatogr. A. 2000. V. 892. P. 421. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(00)00091-1

  12. Ling W., Rui S., Yongxin L., Sun C. Sample preparation and analytical methods for polycyclic aromatic hydrocarbons in sediment // Trends Environ. Anal. Chem. 2019. V. 24. № e00074. https://doi.org/10.1016/j.teac.2019.e00074

  13. Темердашев З.А., Мусорина Т.Н., Червонная Т.А., Арутюнян Ж.В. Возможности и ограничения методов твердофазной и жидкостной экстракции при определении полициклических ароматических углеводородов в объектах окружающей среды // Журн. аналит. химии. 2021. Т. 76. № 12. С. 1059. https://doi.org/10.31857/S0044450221120136 (Temerdashev Z.A., Musorina T.N., Chervonnaya T.A., Arutyunyan Z.V. Possibilities and limitations of solid-phase and liquid extraction for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in environmental samples // J. Anal. Chem. 2021. V. 76. № 12. P. 1357. )10.31857/S0044450221120136

  14. Федотов П.С., Малофеева Г.И., Савонина Е.Ю., Спиваков Б.Я. Твердофазная экстракция органических веществ: нетрадиционные методы и подходы // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 3. С. 163. https://doi.org/10.1134/S0044450219030046 (Fedotov P.S., Malofeeva G.I., Savonina E.Y., Spivakov B.Y. Solid-phase extraction of organic substances: Unconventional methods and approaches // J. Anal. Chem. 2019. V. 74. № 3. P. 205.) https://doi.org/10.1134/S1061934819030043

  15. Portet-Koltalo F., Tian Y., Berger-Brito I., Benamar A., Boulang’e-Lecomte C., Machour N. Determination of multi-class polyaromatic compounds in sediments by a simple modified matrix solid phase dispersive extraction // Talanta. 2021. V. 221. № 121601. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121601

  16. Santana-Mayor A., Socas-Rodríguez B., Herrera-Herrera A.V., Rodríguez-Delgado M.A. Current trends in QuEChERS method. A versatile procedure for food. environmental and biological analysis // Trends Anal. Chem. 2019. V. 116. P. 214. https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.04.018

  17. Perestrelo R., Silva P., Porto-Figueira P., Pereira J.A.M., Silva C., Medina S., Câmara J.S. QuEChERS – fundamentals, relevant improvements, applications and future trends // Anal. Chim. Acta. 2019. V. 1070. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.02.036

  18. Темердашев З.А., Мусорина Т.Н., Овсепян С.К., Корпакова И.Г. Хромато-масс-спектрометрическое определение полициклических ароматических углеводородов в почвах и донных отложениях с пробоподготовкой по технике QuEChERS // Журн. аналит. химии. 2022. Т. 77. № 5. С. 462. https://doi.org/10.31857/s0044450222050164 (Temerdashev Z.A., Musorina T.N., Ovsepyan S.K., Korpakova I.G. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils and bottom sediments by gas chromatography–mass spectrometry with QuEChERS sample preparation // J. Anal. Chem. 2022. V. 77. № 5. P. 595. )10.31857/s0044450222050164

  19. Huang Y., Wei J., Song J., Chen M., Luo Y. Determination of low levels of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil by high performance liquid chromatography with tandem fluorescence and diode-array detectors // Chemosphere. 2013. V. 92. P. 1010. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.03.035

  20. Manousi N., Zachariadis G.A. Recent advances in the extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from environmental samples // Molecules. 2020. V. 25. № 2182. https://doi.org/10.3390/molecules25092182

  21. Gimeno R.A., Altelaar A.F.M., Marcé R.M., Borrull F. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons and polycylic aromatic sulfur heterocycles by highperformance liquid chromatography with fluorescence and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry detection in seawater and sediment samples // J. Chromatogr. A. 2002. V. 958. P. 141. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(02)00386-2

  22. Yamada T.M., Souza D.A., Morais C.R., Mozeto A.A. Validation of a method for the analysis of PAHs in bulk lake sediments using GC-MS // J. Chromatogr. Sci. 2009. V. 47. № 9. P. 794. https://doi.org/10.1093/chromsci/47.9.794

  23. Темердашев З.А., Мусоринa Т.Н., Червонная Т.А. Хромато-масс-спектрометрическое определение полициклических ароматических углеводородов в почвах и донных отложениях с применением техники дисперсионной жидкостно-жидкостной микроэкстракции // Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. С. 702. https://doi.org/10.31857/s0044450220080150 (Temerdashev Z.A., Musorina T.N., Chervonnaya T.A. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil and bottom sediments by gas chromatography–mass spectrometry using dispersive liquid–liquid microextraction // J. Anal. Chem. 2020. V. 75. № 8. P. 1000. )10.31857/s0044450220080150

  24. ГОСТ 26213-2021 Почвы. Методы определения органического вещества. М.: ФГБУ “РСТ”, 2021. 11 с.

  25. ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. М.: Стандартинформ, 2019. 19 с.

  26. ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. М.: Стандартинформ, 2016. 21 с.

  27. ГОСТ 33850-2016 Почвы. Определение химического состава методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии. М.: Стандартинформ, 2019. 16 с.

  28. ГОСТ 21216-2014 Сырье глинистое. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2015. 43 с.

  29. Белицина Г.Д., Васильевская В.Д., Гришина Л.А. Почвоведение. Ч. 1. Почва и почвообразование. М.: Высшая школа, 1988. 400 с.

  30. USS Working Group WRB: World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports. FAO, Rome, 2015. 203 p.

  31. Hwang S., Ramirez N., Cutright T.J., Ju L.-K. The role of soil properties in pyrene sorption and desorption // Water Air Soil Pollut. 2003. V. 143. P. 65. https://doi.org/10.1023/A:1022863015709

  32. Földvári M. Handbook of Thermogravimetric System of Minerals and Its Use in Geological Practice. Budapest, 2011. 180 p.

  33. Neilson A.H. The Handbook of Environmental Chemistry V. 3 Part I. PAHs and Related Compounds. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1998. 385 p.

  34. Mackay D., Shiu W.Y., Ma K.C., Lee. S.C. Handbook of Physical-Chemical Properties and Environmental Fate for Organic Chemicals. CRC Press, 2006. 840 p.

  35. Kim K.-H., Jahan S.A., Kabir E., Brown R.J.C. A review of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their human health effects // Environ. Int. 2013. V. 60. P. 71.

  36. Baek S.O., Field R.A., Goldstone M.E., Kirk P.W., Lester J.N., Perry R. A review of atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons: Sources, fate and behavior // Water Air Soil Pollut. 1991. V. 60. P. 279. https://doi.org/10.1007/BF00282628

  37. Purcaro G., Moret S., Conte L.S. Polycyclic aromatic hydrocarbons / Encyclopedia of Food and Health / Eds. Caballero B., Finglas P., Toldrá F. Elsevier Ltd., 2016. P. 406. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-384947-2.00550-x

  38. Voutsas E. Estimation of the Volatilization of Organic Chemicals from Soil. Thermodynamics, Solubility and Environmental Issues. Elsevier B.V., 2007. P. 205. https://doi.org/10.1016/b978-044452707-3/50013-6

  39. Delle Site A. Factors affecting sorption of organic compounds in natural sorbent/water systems and sorption coefficients for selected pollutants. A review // J. Phys. Chem. Ref. 2001. V. 30. № 1. P. 187. https://doi.org/10.1063/1.1347984

  40. Nanuam J., Zuddas P., Sawangwong P., Pachana K. Modeling of PAHs adsorption on Thai clay minerals under seawater solution conditions // Procedia Earth Planet. Sci. 2013. V. 7. P. 607. https://doi.org/10.1016/j.proeps.2013.03.004

  41. Zemanek J. Low-resistivity hydrocarbon-bearing sand reservoirs // SPE Form Eval. 1989. V. 4. P. 515. https://doi.org/10.2118/15713-pa

  42. Пиковский Ю.И., Коротков Л.А., Смирнова М.А., Ковач Р.Г. Лабораторно-аналитические методы при определении углеводородного состояния почв (обзор) // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1165. https://doi.org/10.7868/S0032180X17100070

  43. Lau E.V., Gan S., Ng H.K. Extraction techniques for polycyclic aromatic hydrocarbons in soils // Int. J. Anal. Chem. 2010. V. 2010. № 398381. https://doi.org/10.1155/2010/398381

  44. Чекмарев А.С., Скворцов А.В., Сулейманова А.З., Хацринов А.И., Байгузин Ф.А., Петухова Е.А. Ультразвуковая обработка глинистого сырья // Вестн. Казанского технолог. ун-та. 2010. № 8. С. 277.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал аналитической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал