頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法分析土壤中多環芳烴含量

岳瑞江 邱自兵 王志苗 何姝 張從鈴 葉文婷 李凌文 何婷

（深圳市宇馳檢測技術有限公司 廣東深圳 518055）

頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法分析土壤中多環芳烴含量

岳瑞江 邱自兵 王志苗 何姝 張從鈴 葉文婷 李凌文 何婷

（深圳市宇馳檢測技術有限公司 廣東深圳 518055）

建立了頂空固相微萃?。℉ead -space Solid phase microextraction，HS-SPME)與氣相色譜-質譜（Gas chromatog-raphy and mass spectrometer，GC-MS）聯用測定土壤中16種多環芳烴的快速分析方法。考察了萃取溫度、萃取時間和加水量等因素對萃取效率的影響。結果表明，最佳萃取溫度40℃，萃取時間30m in，加水量3:5（m L/g）。同時對該方法的檢出限、精密度、回收率等進行了評價，結果表明，該方法精密度良好，相對標準偏差小于5.05%，16種組分的回收率在82.8%～101.6%，檢出限0.001～0.023μg/kg。該方法前處理步驟簡單，靈敏度高，為土壤中的多環芳烴的檢測提供了一種簡便、快捷、可靠的測定方法。

固相微萃?。粴庀嗌V-質譜；多環芳烴；土壤

多環芳烴（polycyclic aromtichydrocarbon，PAHs）是指分子中含有兩個或兩個以上苯環的化合物。根據苯環的連接方式分為聯苯類、多苯代脂肪烴和稠環芳香烴三類。多環芳烴是一類惰性較強的碳氫化合物，由于這種較強的惰性致使它們比較穩定，能廣泛地存在于環境、水和土壤中。目前研究表明，其中有16種具有較強的致癌、致畸和致突變性，已被美國環保局（EPA）列入優先控制和檢測的有毒有機污染物的黑名單中[1-3]，我國第一批68種優先控制污染物也將7種多環芳烴列入其中[4]。目前已對2000多種化合物做了致癌試驗，發現有致癌作用的有500余種，其中200余種系芳香烴類[5]。在這些致癌物中多環芳烴是最重要的一類。

多環芳烴不易溶于水，極易附著在固體顆粒上，所以一般來說，大氣、土壤中的大多數多環芳烴處于吸附態[6]。在土壤中，多環芳烴將發生一系列的物理、化學和生物行為，其中一部分污染物降解或轉化為無害物質；一部分通過揮發等途徑進入其它相中；還有一部分會長期存在于土壤環境中，進而對環境產生長期和深遠的影響。

目前土壤樣品萃取技術主要有：索氏萃取[7]，超聲萃取[8,9]，微波輔助萃取[10-12]，加速溶劑萃取[13-16]，超臨界流體萃取[17]。其中索氏萃取最為經典，成為其它萃取方法的參照萃取方法。土壤樣品中有機物提取最經典的方法是使用索氏萃取器進行溶劑連續抽取法，但是萃取時間長，溶劑的使用量大。其它方法在萃取時間和溶劑使用量上有所改進，但是存在著各自的缺點：超聲萃取易使穩定性較差的有機物分解（如菲）；微波輔助萃取時弱極性或非極性有機物在萃取時所用的非極性萃取劑對微波能利用率不高；加速溶劑萃取所用設備價格昂貴；超臨界萃取是近年來發展很快的一種樣品制備技術。超臨界流體的性質介于氣體與液體之間，既有液體的高密度又有提起的高擴散性，能夠滲透到固體內部溶解被測組分，但是對高沸點化合物的萃取效果差等等。

固相微萃?。⊿olid-PhaseMicroextraction,SPME）技術是由加拿大Waterloo大學的Pawliszyn等[18]人于1989年提出來的（Smedes and Boer，1997;Arthur and Pawliszyn,1990;Potter and pawliszyn, 1992)。它是以固相萃取為基礎發展起來的新方法。它最突出的優點就是集萃取、濃縮、進樣為一體[19]，不需要溶劑。屬于非溶劑型選擇性萃取法。

目前，運用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜法（HS-SPME-GC-MS）測定大氣、水中PAHs的文獻較多，而關于土壤中PAHs測定的文獻較少。本實驗采取頂空固相微萃取-氣相色譜質譜法（HS-SPME-GC-MS）對土壤中的16種多環芳烴進行了分析，取得較理想的檢測結果。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質譜聯用儀，GCMS-QP2010Ultra（日本島津公司）；毛細管色譜柱，Rtx-5MS，30m×0.25mm(i.d.)×0.25μm（日本島津公司）；固相微萃取裝置，包括SPME手柄及100μmPAMS萃取頭（均為美國Supelco公司）；頂空進樣器，DANI HSS86.50。

16種 PAH標準 （AccuStandard,Inc）：苊（Acenaphthene，200.8μg/mL），二氫苊（Acenaphthylene，199.8μg/mL），蒽（Anthracene，199.6μg/mL），1,2-苯并蒽（1,2-Benzanthrancene，198.2μg/mL），苯并[a]芘（Benzo(a)pyrene，199.6μg/mL），苯并[b]熒蒽（Benzo(b)fluoranthen，199.0μg/mL），苯并[g,h,i]芘（Benzo(g,h,i)perylene，198.0μg/mL），苯并[k]蒽（Benzo(k)fluoranthene，200.1μg/mL），屈（Chrysene，199.0μg/mL），二苯蒽（Dibenz(a,h)anthracene，198.6μg/mL），熒蒽（Fluoranthene，200.4μg/mL），芴（Fluorene，199.6μg/mL），茚（1,2,3-cd）芘（Indeno (1,2,3-cd)pyrene，199.4μg/mL），萘（Nahpthalene,198.2μg/mL），菲（Phenanthrene，199.0μg/mL），芘（Pyrene，201.4μg/mL），溶劑為50%甲醇和50%二氯甲烷；實驗室用水為去有機質的二次蒸餾水；甲醇（色譜純）；二氯甲烷（色譜純）。

1.2 GC-MS條件

1.2.1 氣相色譜條件

載氣：高純He，純度大于99.999%。

進樣口溫度：250℃；進樣模式：不分流。

進樣量：1μL，柱流量：1.01ml/min。

柱溫：70℃（2min）→10℃/min→320℃（5.5min）。

1.2.2 質譜條件

電子轟擊（EI）離子源；電子能量70eV。

掃描模式：選擇離子（SIM）模式；質量掃描范圍m/z:50～650。離子源溫度：230℃；接口溫度：280℃；溶劑延遲時間：6.00min。

1.3 標準樣品準備

將采集的土壤樣品經自然風干后，除去土樣中石子和動植物殘體等異物，用研缽研磨，過20目篩混勻后，置烘箱內150℃烘8h，以除去水分及其他揮發性有機物，再用研缽研磨后過100目篩，混勻后置干燥器中備用。取30mL頂空瓶若干只，各加入10g上述處理過的土樣，加入6mL二次蒸餾水，蓋緊瓶蓋，加適量標準溶液，于混勻器上混勻。置頂空進樣器中平衡30min，然后進行分析。

1.4 實際樣品測試

稱取待測土樣10g，置于30mL頂空瓶中，加入6mL二次蒸餾水，蓋緊瓶蓋，按標準試樣測試條件進行分析。

2 結果與討論

2.1 固相微萃取條件的優化

2.1.1 萃取溫度對測定結果的影響

對于頂空固相微萃取處理過程來說，溫度在分析中起著重要的影響作用[7]，一方面，隨著溫度的升高，亨利常數和擴散系數增大；另一方面，組分在萃取相上的分配系數卻隨著溫度的升高而降低。擴散系數的增大可以加快分析物的傳質速度，亨利常數的增大可以提高分析物在樣品頂空的濃度，從而降低萃取達到平衡的時間；萃取相分配系數的降低會導致平衡時被萃取組分的量減少，從而降低了萃取效率。不僅如此，長時間處于過高的溫度下，會降低涂層的使用壽命。因此要綜合考慮萃取溫度對HS-SPME的影響。分別在30、40、50、60、70、80℃進行試驗，萃取時間30min，從圖1中可以看出在30℃～80℃，萘隨著溫度上升峰面積呈下降趨勢，芴、菲及熒蒽等隨溫度上升萃取量增加，綜合考慮選取60℃為最佳萃取溫度。

圖1 萃取溫度對多環芳烴萃取效果的影響

2.1.2 萃取時間對測定結果的影響

圖2為不同萃取時間段中16中PAHs被萃取的效率，可見隨著萃取時間的延長，16種PAHs被萃取的效率均呈逐漸上升趨勢，但時間越長萃取量增加越慢。在分析的30min內大多數PAHs均未達到萃取平衡，依據SPME的非平衡理論，并且考慮實際分析中GC-MS分析時間為28min，本文選擇30min作為萃取時間。

圖2 萃取時間對多環芳烴萃取效率的影響

2.1.3 加水量對測定結果的影響

對土壤樣品進行HS-SPME-GC-MS分析，需要在土壤樣品中加入一定量的水分，利于有機物從土壤中脫附出來[20]，在加入相同標準溶液的情況下，分別加入30%，40%，50%，60%，70%，80%（水體積/土樣重）的二次蒸餾水。結果如圖3所示，加水量在30%～60%時，被分析組分的峰面積均隨著加水量的增大而增大。當加水量達到60%時，峰面積達到最大，加水量超過60%，峰面積開始降低。因此本實驗選擇60%的加水量。

通過以上對HS-SPME萃取條件的實驗，得到的優化萃取條件是：萃取溫度60℃，萃取時間30min，加水量60%（V/m）。

圖3 加水量對多環芳烴萃取效率的影響

2.2 方法的檢出限、線性范圍、相關系數、準確度試驗

在優化的萃取條件下，測定16種多環芳烴化合物的線性范圍與線性相關系數、檢出限（S/N=3）和回收率，從表1中可以看出該方法的重現性好RSD＜5.05%，現行范圍0.05～100μg/kg，回收率在82.8%～101.6%之間。

表1 多環芳烴的檢出限、線性范圍和回收率（n=7）

2.3 實際樣品檢測

將建立的方法應用于樣品1（哈爾濱）、樣品2（長春）、樣品3（西安）、樣品4（合肥）土壤樣品中多環芳烴含量和回收率的測試，結果見表2。

表2 土壤樣品中多環芳烴含量和回收率

3 結語

本文采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜法（HS-SPME-GC-MS）對土壤中16種多環芳烴進行了測試，并對萃取條件進行了優化，本方法不僅準確度和精密度高，而且還有快速、簡單、經濟的特點。

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深圳市科技研發資金（GGJS20140421160918350）。

岳瑞江（1981—），男，山東濰坊人，本科，助理工程師，主要從事環境檢測工作。