微波輔助-微固相在線萃取/氣相色譜質譜聯用法對污泥中19種多氯聯苯的測定

張　艷，江志彬，焦　哲，呂斯濠，范洪波，黃衛清

(東莞理工學院　化學與環境工程學院，廣東　東莞　523808)

?

微波輔助-微固相在線萃取/氣相色譜質譜聯用法對污泥中19種多氯聯苯的測定

張艷，江志彬，焦哲*，呂斯濠，范洪波，黃衛清

(東莞理工學院化學與環境工程學院，廣東東莞523808)

建立了微波輔助-微固相在線萃取/氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)測定污泥中19種多氯聯苯(PCBs)含量的分析方法。對微波輔助-微固相在線萃取條件進行優化，得出最優萃取條件為：萃取溫度60 ℃，萃取時間25 min，解吸溶劑為乙酸乙酯，解吸劑用量150 μL，解吸時間25 min。在優化條件下，方法的檢出限為0.2～2.5 ng/g,相對標準偏差(RSD) 小于14%，回收率為81.4%～102.1%。與傳統的微波萃取、微固相萃取、超聲萃取等方法相比，該方法集萃取、凈化和濃縮于一體，極大地縮短了分析時間，適合于復雜環境樣品體系中痕量PCBs的分析檢測。

微波輔助-微固相在線萃取；氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)；多氯聯苯(PCBs)；環境分析；污泥

污泥是城市生活污水及工業廢水在處理過程中產生的固體廢棄物。城市污泥的處置方式主要有填埋、焚燒和農業利用等。前兩種方法由于場地的限制、費用昂貴、造成二次污染等因素而難以為繼或被禁止。由于污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機質，在農用資源化方面前景廣闊，但污泥中存在的重金屬和有機污染物限制了其農業利用。多氯聯苯(PCBs)是環境中一種人工合成的、典型的、廣泛分布的持久性有機污染物[1]，是當今危害人類健康的重要有機污染因子，易于在土壤、底泥、污泥中富集。PCBs是聯苯苯環上的若干氫原子被氯取代而形成的一類含209種弱極性有機氯化同系物的化合物的總稱[2]。通常情況下，PCBs的化學性質非常穩定，不易分解，不易與酸、堿、氧化劑等發生反應，在自然界中很難降解，具有高富集、高致癌和高致畸等特性，已成為全球性的污染物之一，其對動物和人類構成的威脅成為環境科學領域研究的新熱點[3-4]。因此，對環境中的PCBs進行研究、檢測和監管具有非常重要的意義。復雜樣品中PCBs的樣品前處理方法主要有固相萃取[5-7]、加速溶劑萃取[8-9]、微波輔助萃取[10]等，但上述方法存在耗時長、試劑用量大、步驟繁瑣等缺點。

近年來，微萃取方法(如液相微萃取、固相微萃取、固液微萃取)的發展使得分析方法更加省時省力和節省溶劑，因此得到了廣泛應用[11]。其中微固相萃取是將固相萃取裝置微型化的新型樣品前處理技術[12-17]。在微固相萃取中分析物被固相吸附而無法返回萃取液，因此萃取液中的分析物濃度始終低于樣品，從而促使微波萃取平衡向增大提取率的方向移動，因此提高了提取率和凈化效果。常見的微萃取模式中分析物是以靜態吸附或被動擴散方式進入萃取相，其傳質速率低、平衡時間長，且分析物無法快速從樣品基體中游離出[18-20]。因此，本課題組借助微波萃取先提取出目標物，然后再被微固相萃取相移走，變靜態分配平衡為動態平衡，在樣品提取過程中實現了凈化和富集，有望同時提高萃取率和分析速度，目前已將該方法用于環境中四環素類抗生素、鄰苯酯類塑化劑的提取[21-22]。本文擬建立微波輔助-微固相在線萃取(MAE-μ-SPE)/氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)分析方法，對污泥樣品中殘留的19種PCBs進行分析檢測。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

加熱攪拌器(IKAC-MAG HS7 digital)；CW-2000A超聲微波協同萃取儀(上海新拓分析儀器科技有限公司)；超純水機(Heal ForeNW，上海)；Agilent 7890A GC/5975C MS(美國Agilent 公司)；DZF-6021真空干燥箱(上海齊欣科學儀器有限公司)；氮吹儀(美國Organomation Associates 公司)。異煙酸、NaOH、Cu(NO3)2(分析純，天津大茂化學試劑廠)；甲醇、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯(色譜純，Merck公司)；含有PCB-1，PCB-5，PCB-18，PCB-31，PCB-52，PCB-44，PCB-66，PCB-101，PCB-87，PCB-110，PCB-151，PCB-153，PCB-141，PCB-138，PCB-187，PCB-183，PCB-180，PCB-170，PCB-206的19種PCBs混合標準溶液(濃度為100 μg/mL，純度為98%，美國Restek公司)。

1.2實驗方法

1.2.1不同萃取方法的研究取污泥樣品1.00 g加入5 μg/L的PCBs標準溶液10.0 mL，用于各種萃取方法的對比研究(表1)。其中微波功率為250 W，微波溫度60 ℃，微波萃取時間25 min，超聲時間25 min。吸附劑異煙酸銅的用量為60 mg，解吸溶劑為乙酸乙酯，用量150 μL，解吸時間25 min。平行3組實驗。

表1　不同萃取方法的操作流程Table 1　The procedures of different extraction methods

1.2.2GC-MS檢測條件DB-5MS 色譜柱(30 m×0.25 mm I.D.,膜厚0.25 μm，美國Agilent公司)。以流速為1.0 mL/min的氦氣(純度為99.9999%)為載氣，不分流模式下注入待測樣品1 μL(取樣時間3 min，3 min后，分流出口流量為50 mL/min)。進樣口溫度為250 ℃，接口溫度為280 ℃，離子源溫度為290 ℃。氣相色譜柱的升溫程序：以25 ℃/min從70 ℃升至200 ℃，再以4 ℃/min升至280 ℃，然后在300 ℃下運行2 min。離子源為EI，采用選擇離子模式進行定量分析。

2　結果與討論

2.1微波輔助微固相萃取條件的優化

2.1.1萃取時間的影響采用空白加標樣品(加標濃度為5 ng/mL)對不同分析方法進行研究。在萃取溫度50 ℃，140 μL乙酸乙酯為解吸溶劑，解吸時間20 min的條件下，考察了萃取時間對萃取效果的影響。結果表明，隨著萃取時間的增加，PCBs的響應值增大，萃取效率提高。當萃取時間分別為20，25，30 min時，溶液中PCBs的萃取效果基本相同。因萃取20 min不能保證PCBs被完全吸附，而萃取30 min雖可保證PCBs被完全吸附，但吸附時間太長。綜合考慮選取25 min為最佳萃取時間。

2.1.2微波萃取溫度的影響實驗發現，隨著萃取溫度的升高，PCBs的響應值增大，萃取效率提高(圖1)。當萃取溫度達60 ℃和70 ℃時，PCBs的萃取效果基本相同。因PCBs標準溶液是用甲醇配制，甲醇的沸點為64.5 ℃，在70 ℃下萃取，溶液氣化揮發，不易操作，萃取過程中損失較大。而60 ℃接近甲醇的沸點，萃取效果最好。綜合考慮選取60 ℃為最佳萃取溫度。

2.1.3解吸劑種類的影響在萃取時間25 min，萃取溫度60 ℃，解吸劑體積140 μL，解吸時間20 min條件下，考察了甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯和正己烷4種解吸劑的解吸溶解效果。結果顯示，乙酸乙酯和正己烷對PCBs的解吸溶解效果較好且相近。因乙酸乙酯性質較穩定且熔沸點較高，在使用過程中不易揮發損失，易操作，且解吸溶解效果好，綜合考慮選取乙酸乙酯為最佳解吸溶劑。

2.1.4超聲解吸時間的影響考察了超聲解吸時間的影響，結果顯示，隨著超聲解吸時間的延長，PCBs的響應值增大，解吸效果變好。當解吸時間在20～30 min范圍時，PCBs的解吸效果基本相同。由于解吸時間為30 min時響應值呈略微下降的趨勢，綜合考慮，選取25 min為最佳解吸時間。

2.1.5解吸劑用量的影響在萃取時間25 min，萃取溫度60 ℃，解吸時間20 min條件下,考察了解吸劑乙酸乙酯用量的影響。結果表明，隨著解吸劑用量逐漸增加，PCBs的響應值增大，解吸效果越來越好。當解吸劑的用量達到140 μL和150 μL時，PCBs的解吸效果基本相同。因150 μL用量既可保證對PCBs的完全解吸溶解，又可避免因解吸劑用量太大而導致經萃取袋萃取富集后的PCBs被再次稀釋，因此選取150 μL為解吸劑的最佳用量。

2.2線性范圍、檢出限、回收率及精密度

將空白污泥樣品按照MIP-SPE 方法凈化后進行基質配標，配制濃度分別為2，5，20，50，100 μg/kg 的PCBs溶液，在優化條件下進行測定。結果顯示，在2～100 μg/kg范圍內，19種PCBs的濃度(X，μg/kg)與其相應的峰面積(Y)具有良好的線性關系，相關系數均不小于0.991(見表2)。根據最小濃度響應的信噪比(S/N=3) 計算出方法的檢出限(LOD)為0.2～2.5 ng/g，定量下限(LOQ)為0.7～8.3 ng/g。配制加標濃度分別為5，10，20 μg/kg的樣品，測得回收率為81.4%～102.1%，相對標準偏差(RSD，n=3) 均小于14%。

表2　PCBs的GC-MS分析方法參數Table 2　Analytical method parameters of GC-MS for the determination of PCBs

2.3與常見萃取方法的比較

研究了微波萃取(方法1)、微波-超聲-微固相萃取在線聯用(方法2)、微波超聲萃取(方法3)、微波-微固相在線聯用(方法4，即本方法)、微波萃取后-微固相萃取(方法5)、超聲萃取(方法6)、超聲后-微固相萃取(方法7)等不同方法在提取污泥中多氯聯苯中的差異。從圖2可以看出，微固相萃取可以在傳統的微波萃取法、超聲萃取法和微波超聲聯合萃取法的基礎上，再次實現對目標物的富集濃縮，因此方法2，4，5，7比傳統方法1，6，3的萃取效率高。在方法2，4，5和7中，雖然均結合了微固相萃取方法，但由于結合的方式不同，萃取效率也有差異。方法4省略了離線方法中的過濾步驟，減少了過程中目標物的損失，同時也大大縮短分析時間，因此方法4的效果最好。方法2和方法4并未使萃取效率增加，分析原因是由于超聲本身有洗脫和解吸的作用，因此削弱了異煙酸銅對PCBs的富集效果。研究表明，微波萃取和微固相萃取在線聯用的方法(方法4)不僅結合了傳統微波萃取的優勢，且在此基礎上實現了在線富集濃縮，同時減少了過濾等步驟，因此該方法在提取污泥中痕量多氯聯苯中具有很大的優勢。

3　結　論

本文建立了MAE-μ-SPE/GC-MS聯用測定污泥中19種PCBs的分析方法。研究表明:MAE-μ-SPE結合了微波輔助提取效率高和微固相萃取富集效果好的優點，通過在線聯用，可以同步實現萃取、凈化和濃縮。19種PCBs的檢出限為0.2～2.5 ng/g，對污泥加標樣品的回收率為81.4%～102.1%，RSD小于14%。與傳統的微波輔助萃取、超聲萃取和微固相萃取方法相比，該方法操作簡單，試劑消耗量少，前處理時間短，適合在復雜環境樣品體系中提取痕量PCBs。

[1]Olea N,Pazos P,Exposito J.Eur.J.CancerPrevent.,1998,7(1):S17-S24.

[2]Yang J J,Wu S Q,Tong L.RockMiner.Anal.(楊佳佳，吳淑琪，佟玲.巖礦測試)，2009，28(5):444-451.[3]Haddaoui I,Mahjoub O,Mahjoub B,Boujelben A,Bella G D.Chemosphere,2016，146:195-205.

[4]Waller C L,Minor D L,Mckinney J D.Environ.HealthPerspect.,1995,103(7/8):702.

[5]Jiang W J,Pang W,Zhu Y T,Zhou S C.Environ.Chem.(蔣雯菁，龐偉，祝艷濤，周淑春.環境化學)，2012，31(9):1458-1459.

[6]Ai L F,Li W,Wang J,Ma Y S,Chen R C,Guo C H.J.Instrum.Anal.(艾連峰，李瑋，王敬，馬育松，陳瑞春，郭春海.分析測試學報)，2015，34(5):570-575.

[7]Chen M Y,Zhang X L,Yu L H,Luo X J,Mai B X.J.Instrum.Anal.(陳滿英，張秀藍，余樂洹，羅孝俊，麥碧嫻.分析測試學報)，2012，31(6):651-657.

[8]Yang J J,Wu S Q,Tong L,Song S L,Tian Q.J.Instrum.Anal.(楊佳佳，吳淑琪，佟玲，宋淑玲，田芹.分析測試學報)，2011，30(4):374-380.

[9]He X L,Xia N,Zhang Y Y,Wang J T.J.Instrum.Anal.(賀行良，夏寧，張媛媛，王江濤.分析測試學報)，2011，30(2):152-160.

[10]Ottonello G,Ferrari A,Magi E.FoodChem.,2014，142:327-333.

[11]Lee T P,Saad B,Khayoon W S,Salleh B.Talanta,2012，88:129-135.

[12]Basheer C,Alnedhary A A,Rao B S M,Valliyaveettil S，Lee H K.Anal.Chem.,2006，78(8):2853-2858.

[13]Zhang H,Low W P,Lee H K.J.Chromatogr.A,2012，1233:16-21.

[14]Kanimozhi S,Basheer C,Narasimhan K,Liu L,Koh S,Xue F,Choolani M,Lee H K.Anal.Chim.Acta,2011，687(1):56-60.

[15]Wang Z M,Zhao X,Xu X,Wu L J,Su R,Zhao Y J,Jiang C F,Zhang H Q,Ma Q,Lu C M,Dong D M.Anal.Chim.Acta,2013，760:60-68.

[16]Xu L,Lee H K.J.Chromatogr.A,2008，1192(2):203-207.

[17]Huang J G,Liu J J,Zhang C,Wei J J,Mei L,Yu S,Li G,Xu L.J.Chromatogr.A,2012，1219:66-74.

[18]Gu Z Y,Yang C X,Chang N,Yan X P.AccountsChem.Res.,2012，45(5):734-745.

[19]Zhou Y Y,Zhang C Y,Yan Z G,Li K J,Wang L,Xie Y B,Li F S,Liu Z,Yang J.Anal.Chim.Acta,2012，747:36-41.

[20]Ge D D,Hian K L.J.Chromatogr.A,2012，1257:19-24.

[21]Jiao Z,Guo Z N,Zhang S L,Chen H W.Int.J.Environ.Anal.Chem.,2015，95(1):82-91.

[22]Jiao Z,Guo Z N,Zhang S L,Chen H W,Xie H Q,Zeng S H.Anal.Lett.,2015，48(8):1355-1366.

Determination of 19 Polychlorinated Biphenyls in Environmental Sludge Samples by Microwave-assisted Micro-solid Phase Extraction Combined with Gas Chromatography-Mass Spectrometry

ZHANG Yan,JIANG Zhi-bin，JIAO Zhe*,Lü Si-hao，FAN Hong-bo，HUANG Wei-qing

(College of Chemistry and Environmental Engineering,Dongguan University of Technology,Dongguan523808，China)

A microwave assisted micro-solid phase extraction(MAE-μ-SPE) combined with gas chromatography-mass spectrometric(GC-MS) method was developed for the determination of 19 polychlorinated biphenyls(PCBs) in environmental sludge sample.Target PCBs compounds were extracted from the sludge sample into extraction solvent enhanced by microwave field,followed by adsorption with adsorbent in the micro-solid phase extraction device.The copper(Ⅱ) isonicotinate(Cu(4-C5H4N-COO)2(H2O)4) coordination polymer was prepared and used as the adsorbent.Variables affecting extraction procedures were systematically investigated,and the experimental conditions of MAE-μ-SPE were optimized.The major optimized parameters were as follows:extraction temperature:60 ℃,extraction time:25 min,desorption time:25 min,desorption solvent:150 μL ethyl acetate.Then,a GC-MS method for determination of 19 PCBs was studied.The detection limits(S/N=3) of the method ranged from 0.2 ng/g to 2.5 ng/g,and the relative standard deviations(RSD) were lower than 14%.The mean recoveries were in the range of 81.4%-102.1%.The experimental results demonstrated that the developed MAE-μ-SPE/GC-MS method combining extraction,cleanup,and concentration in one step,was suitable for analysis of trace PCBs in complex samples.

microwave-assisted micro-solid phase extraction;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS);polychlorinated biphenyls(PCBs);environmental analysis；sludge

2016-01-04；

2016-03-03

國家自然科學基金項目(21305013)；廣東省自然科學基金(2015A030310235)；廣東省教育廳青年創新人才項目(2014KQNCX218)

焦哲，博士，副教授，研究方向：復雜樣品前處理方法，Tel：0769-22861232，E-mail：jiaoz@dgut.edu.cn

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.08.019

O657.63;O625.13

A

1004-4957(2016)08-1036-05