沉积物中二恶英检测前处理净化柱选择及使用方法

沉积物作为二恶英的重要环境汇，其基质含大量有机质、重金属及颗粒物，而二恶英多以痕量（pg级）存在，前处理中的净化环节是去除干扰、保证检测准确性的核心。净化柱作为净化的关键工具，其选择合理性与使用规范性直接影响目标物回收率与样品纯度——选不对柱型会导致干扰物残留，用不好则可能造成目标物损失或穿透。本文结合沉积物检测的实际需求，系统梳理净化柱的选择逻辑与使用要点，为实验室操作提供可落地参考。

沉积物中二恶英检测前处理的核心需求

沉积物的基质干扰主要来自三方面：一是有机质中的腐殖酸、脂类物质，会通过疏水作用吸附二恶英，若不去除会导致色谱峰拖尾或基线噪音；二是共存的多环芳烃、多氯联苯（PCB）等结构相似污染物，会在质谱中产生离子抑制或假阳性；三是无机颗粒物（如黏土），虽不直接干扰，但可能阻塞净化柱或吸附目标物。

前处理的核心是“选择性分离”——既要让二恶英（氯代二苯并-对-二恶英/呋喃，PCDD/Fs）保留在净化柱上，又要彻底洗脱干扰物。净化柱的作用，就是通过填料的物理化学性质（极性、比表面积、官能团）实现这一分离。

净化柱选择的核心依据

首先是目标物性质。二恶英为非极性/弱极性化合物（logKow>6），疏水性强，需选用正相填料（如硅胶、氧化铝）——这类填料表面的极性基团（如硅羟基）可结合极性干扰物（如酚类），而二恶英因非极性更易被选择性保留。

其次是基质复杂度。高有机质沉积物（如河口沉积物，有机质含量>5%）需更强净化能力：含脂类的样品用酸化硅胶柱（去除脂类）；含PCB的样品用活性炭-硅胶复合柱（分离PCDD/Fs与PCB）。低有机质沉积物（如深海沉积物，<0.1%）可选用简单多层硅胶柱。

最后是检测方法要求。二恶英常用HRGC-HRMS检测，对样品纯度要求极高（杂质<1ng/g）。若样品中PCB含量高，需用复合柱分离，避免共流出干扰。

常见净化柱类型及适用场景

1、多层硅胶柱：由中性、酸化、碱性硅胶层叠而成，是经典柱型。酸化硅胶（10%硫酸-硅胶）去除脂类，碱性硅胶（5%氢氧化钠-硅胶）去除酸性杂质。适用于有机质含量1%-3%的湖泊、河流沉积物。

2、氧化铝柱：分中性、酸性、碱性三种。中性氧化铝（pH7）去除极性杂质（如羧酸），适用于深海低有机质沉积物；碱性氧化铝（pH10）去除酸性干扰物，适合含酚类的样品。

3、活性炭柱：以石墨化炭黑（GCB）为填料，通过π-π作用吸附芳香族化合物（如二恶英、PCB）。需搭配“反冲”步骤——先让样品流过柱，干扰物被吸附，再用甲苯反冲洗脱二恶英。适用于需分离PCDD/Fs与PCB的电子垃圾拆解区沉积物。

4、复合净化柱：将硅胶、氧化铝、活性炭层叠（如“硅胶-氧化铝-活性炭”三层），实现一步净化，简化流程。适用于高通量批量样品（如环境监测），回收率稳定在70%-90%。

净化柱参数的关键考量

1、填料粒度：100-200目为宜——粒度小净化效果好，但流速慢；100-200目可平衡效果与流速（控制在1-2ml/min），避免沉积物颗粒物堵塞。

2、柱床高度：与样品量匹配。处理10g干沉积物，多层硅胶柱总高度≥15cm（酸化硅胶层≥5cm）；20g样品需增至20cm，避免目标物穿透。

3、键合相类型：正相填料是基础，硅胶适合多数场景，氧化铝适合高极性杂质，活性炭需搭配其他填料（单独用会降低回收率）。反相填料（如C18）不适用——会将二恶英与干扰物一起保留。

4、柱容量：每克硅胶约吸附50ng二恶英，需保证柱容量大于样品中目标物量（如10g样品含100pg二恶英，用2g硅胶即可）。

净化柱的标准使用步骤

1、柱活化：用3-5倍柱体积的活化溶剂冲洗（如多层硅胶柱用正己烷），去除填料残留杂质，湿润填料。10ml柱体积需用30ml正己烷，流速2ml/min。

2、样品加载：提取液浓缩至1-2ml（旋转蒸发，≤40℃），沿柱壁缓慢滴加（≤1滴/秒），避免冲散柱床。柱顶可铺石英棉防止样品液飞溅。

3、干扰物洗脱：用弱极性溶剂冲洗——多层硅胶柱用10倍柱体积的正己烷-二氯甲烷（9:1），去除脂类、多环芳烃；氧化铝柱用5倍柱体积正己烷，去除极性杂质。

4、目标物洗脱：用强极性溶剂——多层硅胶柱用5倍柱体积甲苯（置换硅胶吸附的二恶英）；活性炭柱倒置用10ml甲苯反冲（GCB对甲苯吸附力强于二恶英）。洗脱液收集于棕色瓶（防光解）。

5、浓缩定容：氮吹浓缩至0.5-1ml（≤30℃），避免吹干（目标物会吸附瓶壁）。转移至进样小瓶待分析。

使用中的常见问题及解决方法

1、目标物穿透：流出液中检测到二恶英，因柱床不足或流速太快。解决：增加柱床高度（如15cm增至20cm）、降低加载流速（1滴/秒）。

2、回收率低（<60%）：若活化不充分，增加活化溶剂体积（3倍增至5倍）；若洗脱不足，增加洗脱溶剂体积（5ml增至10ml）；若浓缩吹干，氮吹时保留0.1ml溶剂。

3、柱堵塞：因样品未过滤，提取液需用0.7μm玻璃纤维滤膜过滤；堵塞后用注射器反向冲洗（活化溶剂）或更换柱顶石英棉。

4、杂质残留：溶剂不纯或柱未洗净，需用HPLC级溶剂并过滤（0.22μm膜），使用前用50ml甲醇冲洗柱子。

净化柱的维护与保存

使用后及时清洗：用5倍柱体积洗脱溶剂（如甲苯）冲残留目标物，再用5倍活化溶剂（如正己烷）恢复填料状态。清洗后垂直晾干，避免阳光直射。

未使用的柱子密封保存：硅胶、氧化铝柱易吸水，需用铝箔密封存干燥器（变色硅胶干燥剂）；活性炭柱避免受潮，否则吸附空气中有机物。

注意保质期：硅胶柱未开封2年，开封1年内用；氧化铝柱18个月；活性炭柱1年。过期柱填料老化，吸附能力下降，需更换。