氣相色譜—三重四級桿串聯質譜法測定土壤中多環芳烴的方法研究

王愛霞　陳國通　邵家麗　羅建民

摘要[目的]建立索氏抽提、固相萃取凈化、氣相色譜-三重四極桿串聯質譜法同時測定土壤及沉積物中16種多環芳烴（PAHs）的方法。[方法]對萃取、凈化及儀器分析條件進行了優化。[結果]優化條件為：1+1的二氯甲烷+正己烷提取16 h，硅膠凈化或不凈化方法，PAHs濃度在0.25～5.00 μg/mL時線性相關系數（R2）為0.990 3～0.999 9；PAHs方法檢出限為0.002～0.020 mg/kg；加標回收率為61.2%～117.0%。[結論]試驗結果為土壤中多環芳烴的測定提供了理論依據。

關鍵詞多環芳烴；索氏抽提；凈化；氣相色譜-串聯質譜

中圖分類號S-03文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）33-0001-03

Abstract[Objective] The aim was to establish a method for the simultaneous extraction，cleanup，determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs） in soil by using Soxhlet extraction method and solid phase extration （SPE） cleanup coupled with capollary gas chromatographytriple quadrupole mass spectrometry （GCQqQMS/MS）. [Method] The conditions of extraction，cleanup，and instrumental operation were optimized. [Result] The optimal conditions of Soxhlet extraction method were extracted by dichloromethane+nhexane（1+1） for 16 hours， and the Silicagel column was chosen as column of purification or nonpurification method was chosen. The correlation coefficient （R2） for PAHs were 0.990 3-0.999 9 in the range of 0.25-5.00 μg/mL， and the limits of detection of PAHs were in the range of 0.002-0.020 mg/kg；the recoveries of the samples ranged from 61.2%-117.0%. [Conclusion] The results provide reference for the determination of PAHs in soil.

Key wordsPolycyclic aromatic hydrocarbons；Soxhlet extraction；Purification；Gas chromatographytriple quadrupole mass spectrometry

多環芳烴（PAHs）是環境中普遍存在的一類持久性有機污染物，其由2個及2個以上苯環連接而成，具有致癌、致畸、致突變作用[1-2]，其中的16種無支鏈PAHs被美國環境保護署（USEPA）確定為環境優先控制污染物[3]，而我國環保部優先控制的有機污染物中，包括其中7種多環芳烴。除少部分PAHs來自自然源排放，如：森林火災和火山噴發，大部分PAHs來源于人類的生產和生活，如機動車尾氣排放、秸稈燃燒、工業排放等[4]。產生的多環芳烴會直接進入土壤，或者通過降雨、降雪和降塵進入土壤，金相燦[5]報道由土壤進入人體的PAHs數量要高于大氣和水，因此，土壤作為 PAHs積累的重要介質，承擔了90%以上的環境負荷，關于土壤中PAHs的研究越來越受到人們的關注[6-8]。有關土壤中多環芳烴的提取凈化方法多樣[7-8]。筆者以索氏抽提法提取土壤中PAHs，通過加標回收率對前處理及儀器分析環節進行質量控制，以建立準確、可靠的土壤中PAHs的分析方法，為測定土壤中多環芳烴提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1主要儀器。

氣相色譜-三重四級桿質譜聯用儀（TSQ 8000 EVO 美國熱電公司）；DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。

1.1.2試劑與材料。正己烷、二氯甲烷（色譜純）；

索氏抽提濾筒：經過二氯甲烷+正己烷（1+1）浸提，溶劑揮干后于105 ℃烘箱烘干2 h；

16種PAHs混合標準品：萘（Na）、苊（Acy）、二氫苊（Ace）、芴（Flu）、蒽（An）、菲（Ph）、熒蒽（Fl）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、艸屈（Chrys）、苯并[b]熒蒽（BbF）、苯并[k]（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1，2，3-c，d]芘（IP）、二苯并[a，h]蒽（dBanA）、苯并[g，h，i]苝（BghiP），2 000 mg/L，均購自德國Dr.Ehrenstorfer公司。

替代物：對三聯苯、2-氟聯苯，購自德國Dr.Ehrenstorfer公司。

內標物：萘-D8、苊-D10、菲-D10、苝-D12，購自德國Dr.Ehrenstorfer公司。

無水硫酸鈉（GR）：400 ℃下純化4 h，以除去可能的干擾物質。

硅膠凈化柱：6 mL，1.0 g，直接購置；氟羅里凈化柱：6 mL，1.0 g，直接購置。

1.2方法

1.2.1樣品采集與保存。

樣品采集后裝入經400 ℃烘焙6 h的1 L清潔棕色瓶中，盡快運回實驗室于-20 ℃冰箱中保存。樣品分析前于-40 ℃下真空冷凍干燥48 h，研磨，過100目篩，裝于100 mL棕色瓶中保存備用。

1.2.2標準溶液、替代物、內標物的配制。

內標儲備液：稱取0.25 g內標物于25 mL容量瓶中，用正己烷定容，將其配制成濃度約為1 mg/mL的標準儲備液。

替代物儲備液：稱取0.25 g內標物于25 mL容量瓶中，用正己烷定容，將其配制成濃度約為1 mg/mL的標準儲備液。

1.2.3樣品的提取。

稱取10 g樣品，加入到處理過的索氏抽提筒中，加入10 μL 5 μg/mL替代物，加入提取液，以1 h不少于4次的速度提取16 h。回流提取完畢，冷卻至室溫，取出底瓶，濃縮凈化。如不過固相萃取柱，則以正己烷定容至1 mL。

1.2.4樣品的凈化。

1.2.4.1硅膠層析柱凈化。

用5 mL二氯甲烷、5 mL正己烷活化層析柱，加入樣品溶液，棄去流出液，用5 mL正己烷洗脫層析柱，棄去流出液，用5 mL二氯甲烷+正己烷（1+1/1+3）混合液洗脫，接收洗脫液，濃縮至1 mL以下，加入10 μL 250 μg/mL內標液，以正己烷定容至1 mL。

1.2.4.2氟羅里硅土層析柱凈化。

用5 mL二氯甲烷、10 mL正己烷活化層析柱，加入樣品溶液，棄去流出液，用5 mL正己烷洗脫層析柱，棄去流出液，用5 mL二氯甲烷+正己烷（1+1/1+3）混合液洗脫，接收洗脫液，濃縮至1 mL以下，加入10 μL 250 μg/mL內標液，用正己烷定容至1 mL。

1.2.5試驗設計。

采用索氏提取法提取，溶劑為按不同比例混合的正己烷+二氯甲烷，凈化方法為硅膠與氟羅里硅土不同凈化方法，通過加標回收率尋找樣品最佳提取凈化方法，試驗方案見表1。

1.2.6樣品分析。

1.2.6.1氣相色譜儀條件。

載氣：氦氣。載氣流量：1.0 mL/min。進樣口溫度：250 ℃。色譜柱溫度：70 ℃保持2 min，然后以10 ℃/min速度升溫至320 ℃，并保持5.5 min，進樣方式：不分流，1 min。進樣量：1 μL。

1.2.6.2質譜條件。

離子源：EI源；離子源溫度：280 ℃；傳輸線溫度：280 ℃；離子化能量：70 eV。

1.2.6.3標準溶液、替代物標準溶液和內標溶液的制備。

將多環芳烴標準溶液及替代物溶液稀釋成濃度為100 μg/mL的中間液，用微量注射器分別移取多環芳烴標準溶液及替代物溶液中間液25、50、100、250、500 μL于5個10 mL容量瓶中，再分別加入100 μL濃度為250 μg/mL的內標溶液，用正己烷稀釋定容，得到多環芳烴標準系列及替代物標準系列，濃度為0.25、0.50、1.00、2.50、5.00 μg/mL，內標濃度為2.50 μg/mL。

2結果與分析

2.1氣相色譜質譜條件的優化

將PAHs標準溶液、替代物溶液（100 μg/mL）及內標溶液（250 μg/mL）混合，用全掃模式（Scan）進行初步分析，根據目標化合物的分離和峰形情況，確定氣相色譜分析條件（見“1.2.6.1”氣相色譜儀條件）。在Scan的基礎上確定每種化合物的特征母離子，然后通過產物離子掃描確定相應的子離子及碰撞能量，建立氣相色譜-三重四級桿串聯質譜分析方法，混合標準溶液的圖譜見圖1。掃描方式為auto SRM，各化合物選擇母離子、子離子及碰撞能量見表2。

2.2提取凈化條件優化

采用不同混合試劑進行索氏抽提，以不同型號固相萃取小柱進行凈化，通過加標回收率對結果進行評價，其加標回收結果見表3。

由表3可見，加標-3回收率普遍大于加標-1，加標-4回收率普遍大于加標-2，則以加標量為200 μL、濃度為5.0 μg/mL的標準溶液及替代物溶液為宜；通過加標-3、加標-4、加標-5、加標-6的數據比較可知，易揮發組分萘（Na）、苊（Acy）、二氫苊（Ace）、芴（Flu）、蒽（An）、菲（Ph）、熒蒽（Fl）加標-3回收率普遍大于加標-4，加標-5回收率普遍大于加標-6，則提取溶劑以二氯甲烷+正己烷（1+1）為宜；加標-5回收率普遍大于加標-3，則樣品污染不大的條件下，選擇不凈化的方式可增大回收率。萘的回收率偏低，可能是由于萘易升華的化學性質造成，試驗中是否可以通過濃縮過程及凈化過程消除始終有溶劑存在，還有待于驗證。

2.3方法回收率和精密度

標準溶液及替代物溶液濃度為0.25、0.50、1.00、2.50、5.00 μg/mL，內標濃度為2.50 μg/mL，制作標準曲線，PAHs濃度在0.25～5.00 μg/mL時呈良好的線性關系，以信噪比為3時的對應濃度作為方法的檢出限（LOD），以信噪比為10的對應濃度作為方法的定量限（LOQ），

以二氯甲烷+正己烷（1+1）為提取試劑索氏抽提16 h，硅膠凈化，內標法定量，平行測定6次樣品，計算回收率和精密度。結果顯示，檢出限為0.002～0.020 mg/kg，定量限為0.007～0.070 mg/kg，回收率為61.2%～117.0%，相對標準偏差為0.5%～16.8%（n=6），相關系數（R2）為0.990 3～0.999 9，表明該方法能夠滿足土壤樣品中多環芳烴的分析要求。

45卷33期王愛霞等氣相色譜-三重四級桿串聯質譜法測定土壤中多環芳烴的方法研究

3結論

通過索氏提取法，二氯甲烷+正己烷不同比例混合的提取方法比較，硅膠凈化、氟羅里硅土凈化、不凈化方法的比較，以加標回收率對方法進行評價，得出采用二氯甲烷+正己烷（1+1）提取，硅膠凈化或者不凈化的前處理方法，氣相色譜-三重四極桿串聯質譜分析方法萃取凈化效果較好，準確度較高，重復性、加標回收率均滿足試驗要求，可同時測定土壤中16種多環芳烴。

參考文獻

[1] HONG H S，YIN H G，WANG X H，et al.Seasonal variation of PM10bound PAHs in the atmosphere of Xiamen，China[J].Atmospheric research，2007，85（3/4）：429-441.

[2] TAN J H，BI X H，DUAN J C，et al.Seasonal variation of particulate polycyclic aromatic hydrocarbons associated with PM10 in Guangzhou，China[J].Atmospheric research，2006，80（4）：250-262.

[3] WHO.Environmental Health Criteria 202：Seletede nonheterocyclic polycyclic aromatic hydrocarbons[S].Geneva：World Health Organization/International Program on Chemical Safety，1998.

[4] LIU Y，LIU L B，LIN J M，et al.Distribution and characterization of polycyclic aromatic hydrocarbon compounds in airborne particulates of East Asia[J].China particuology，2006，4（6）：286-292.

[5] 金相燦.有機化合物污染化學：有毒有機物污染化學[M].北京：清華大學出版社，1990.

[6] 曹云者，柳曉娟，謝云峰，等.我國主要地區表層土壤中多環芳烴組成及含量特征分析[J].環境科學學報，2012，32（1）：197-203.

[7] 張枝煥，盧另，賀光秀，等.北京地區表層土壤中多環芳烴的分布特征及污染源分析[J].生態環境學報，2011，20（4）：668-675.

[8] 苑金鵬，王曉利，周家斌，等.濟南市表層土壤中PAHs的分布、來源及風險分析[J].環境化學，2015，34（1）：166-171.