加速溶劑萃取－串聯質譜法測定土壤中8種有機氯農藥和16種多環芳烴

王海棠， 于 佩

（徐州市環境監測中心站， 江蘇 徐州 221006）

0 引言

2014年4月17日公布的全國土壤污染狀況調查公報顯示，全國土壤有機類污染物主要是滴滴涕和多環芳烴（PAHs），由于其難于生物降解、易發生生物累積以及長距離遷移性引起了人們廣泛的關注。目前土壤中這2類物質的前處理方法主要是索氏提取法[1]、超聲波提取法[2]、微波法[3]和加速溶劑萃取法（ASE）[4－5]。 索氏提取法雖然效率較高，但由于提取時間較長，而且在提取過程中需用到大量的有機溶劑，對人員傷害較大，對環境也會造成二次污染；超聲波提取法和微波法雖然縮短了提取時間，但提取效率不高，而且超聲容易導致玻璃器皿破碎，微波法會導致土壤中大量雜質被提取，降低了方法的準確度和靈敏度；而加速溶劑萃取可以通過在高溫、高壓條件下實現快速、高效的提取，已成為土壤中有機物提取的一個重要手段。

土壤中有機氯農藥（OCPs）的監測方法主要是氣相色譜－電子捕獲法（GC－ECD）和氣相色譜質譜法 （GC－MS）[6]，GC－ECD 分析靈敏度和 GC－MS/MS法相當，但是只通過保留時間定性，容易出現假陽性的結果，而GC－MS相比于GC，能夠得出分析物的化學結構信息，但其分辨率較低，而檢出限相對較高，這2種方法均影響目標化合物的準確定性定量；對于土壤中的PAHs，目前大都采用高效液相色譜法[7]和氣相色譜－質譜法[8]，液相色譜法由于需要用到PAHs專用柱，而且其分析時間較長，效率較低，而氣相色譜－質譜法由于其檢出限較低，在監測環境中PAHs時往往結果不盡如人意。因此尋找到一種通用的監測儀器同時分析土壤中的OCPs和PAHs具有重要意義。

GC－MS/MS是目前農殘和PAHs監測的先進技術，與單級質譜相比，它的多重反應監測模式可有效消除儀器監測中的背景干擾、基質干擾等，降低儀器的檢出限[9]。本文利用ASE提取，Florisil柱凈化的前處理方法，建立同時測定土壤中8種OCPs和16種PAHs的方法，將GC－MS/MS技術應用到土壤調查中，考察其在復雜樣品、低含量環境樣品分析方法的優勢；提高土壤調查效率，為提供高水平的土壤調查數據提供參考。

1 試驗

1.1 主要儀器與試劑

GC7890B—7000C氣相色譜－質譜聯用儀（美國安捷倫公司）；色譜柱：Agilent HP－5MS （30 m× 0.25 mm×0.25 um）毛細柱；ASE350加速溶劑萃取儀（美國DIONEX公司），配置66 mL萃取池；自動氮吹濃縮儀（Caliper公司）。

正己烷、丙酮、二氯甲烷均為HPLC級，購自Merck公司；無水硫酸鈉（優級純）在400℃下加熱6 h；Florisil 柱（Angilent，6 mL，100 mg）；硅藻土（Thermo Fisher Scientific）：超純水（屈臣氏公司）；載氣：高純氦氣（純度大于99.999%），碰撞氣：高純氮氣（純度大于 99.999%）；8 種 OCPs（100 mg/L，百靈威公司）；16 種 PAHs混合標準溶液（PAHs，200 mg/L，V（甲醇）：V（二氯甲烷）=1︰1溶解，200 mg/L(Accu Standard，Inc，美國)。

1.2 樣品提取

干燥、研細的樣品對提取不揮發、非極性的有機物有較好的提取效果，因此將測試土壤樣品避光風干后，研磨并過 0.15 mm孔徑尼龍篩，并準確稱取10 g過篩的土壤樣品，與硅藻土按照質量比為1︰2混合后，裝入ASE萃取罐中，按照測定的ASE條件（壓力10.3 MPa，爐溫100℃，加熱時間 5 min，靜態時間5 min，沖洗體積60%，循環次數2，溶劑：正己烷/丙酮（1︰1，V/V）進行萃取，收集萃取液進行濃縮、凈化。

1.3 樣品凈化

土壤經ASE350提取后，提取液經無水Na2SO4脫水，氮吹濃縮至1 mL以下。Florisil柱經4 mL二氯甲烷沖洗后，再用10 mL正己烷平衡凈化柱，浸潤5 min后，將樣品轉入Florisil柱并用25 mL正己烷分3次移入柱內后用V（正己烷）︰V（二氯甲烷）為4︰1的20 mL淋洗接收，淋洗液收集后氮吹濃縮至小于1 mL(不蒸干)，將其轉入刻度進樣瓶中，以正己烷定容至 1 mL，GC－MS/MS測定該樣品。

1.4 分析條件

色譜條件進樣口溫度：250℃，柱流速1.2 mL/min；進樣量1μL；不分流進樣；程序升溫：50℃保持4 min，以8℃/min升至110℃，保持2 min，以10℃/min升至310℃，保持4 min。

質譜條件：全掃描（Scan）；掃描離子范圍（m/z）為50～450；采集方式為MRM；EI源；離子化能量為70 eV；離子源溫度為280℃；接口溫度為280℃；溶劑延遲3 min。

2 結果與討論

2.1 GC－MS/MS條件優化

通過對氣相色譜和質譜2方面的參數優化，提高儀器靈敏度。首先用質量濃度為2.0 mg/L的OCPs和PAHs混合溶液進行全掃描分析，獲得全掃描質譜圖，確定每個組分的保留時間，并考察各化合物的碎片離子及相對豐度，選擇質荷比大豐度高的離子作為母離子，利用二級質譜選擇特性，從復雜的一級質譜中選出不同化合物的特征母離子進行二次裂分，對產生的子離子碎片進行檢測，通過對碰撞能量的優化，選擇響應最強的子離子對分別作為樣品的定量和定性離子，建立起MRM參數，達到排除基體干擾、準確定性的目的。24種組分的出峰順序、保留時間、定量和定性離子對及碰撞電壓見表1。

表1 24種化合物串聯質譜定性和定量性能參數

2.2 凈化條件的選擇

OCPs和PAHs是弱極性化合物，適用正相固相萃取吸附劑[10]。本文將質量濃度為50μg/L的OCPs和PAHs混合標準溶液按照1.3條件轉入Florisil柱，分別用20 mLV（正己烷）︰V（二氯甲烷）為10︰ 0（A），8︰2（B），6︰4（C）的組合進行凈化，并比較其淋洗效果，3種比例淋洗液對50μg/L的標準混合溶液回收率見表2。

表2 不同溶劑對標準品的凈化回收率

由表2可見，采用Florisil柱凈化，僅用正己烷溶液進行洗脫時，OCPs回收率高于PAHs，隨著二氯甲烷在混合溶劑中比例增加，PAHs的回收率相對提高；僅用正己烷對PAHs洗脫效果較差，像二苯并(a,n)蒽、苯并(ghi)北等化合物幾乎沒有被洗脫；而用體積比為3︰2的正己烷和二氯甲烷洗脫時，所有化合物回收率都較高，部分PAHs比如芘的回收率甚至達到266%，當用體積比為4︰1的正己烷和二氯甲烷洗脫時，各化合物的回收率在80.5～119%。因此，采用體積比為4︰1的正己烷和二氯甲烷對8種OCPs和16種PAHs進行洗脫。

2.3 方法檢出限、精密度和準確度測試

將1.1中OCPs和PAHs配置成質量濃度為2.0 mg/L的混合標準中間液，分別取不同體積的中間液，稀釋到1.0 mL正己烷溶劑中，配置成質量濃度為 2.0，5.0，10，20，50 μg/L 的混合標準系列，以峰面積為縱坐標、濃度為橫坐標繪制標準曲線，在1.4及表1的條件下測定。以定量離子峰面積（y）和標準溶液質量濃度（x）繪制校準曲線。

表3 24種化合物的標準曲線、相關系數、最低檢出限及加標回收率

以硅藻土為空白基體，加標質量分數為0.5μg/kg，依據HJ 168—2010《環境監測析方法標準制修訂技術導則》的規定，平行測定7次各目標化合物的空白加標樣品，并計算標準偏差s，按MDL=t(n－1,0.99)×s計算方法檢出限（其中，t(n－1,0.99)為置信度 99%、自由度（n－1)時的t值，n為重復測定的次數）。當n=7 時，t(n－1,0.99)取值 3.143。 結果見表 3。

由表3可見，方法在各線性范圍內線性良好，r均大于0.990，各目標化合物的方法檢出限為0.01～0.22μg/kg，硅藻土空白基體加標回收率在71.2%～118%之間，基本滿足回收率指標要求，6次平行測定的RSD＜7.3%。

2.4 實際樣品測試

為了驗證方法的實用性，本研究選用6份分別標記為（S1，S2……S6）徐州某地農村土壤樣品，按已建立的方法進行OPCs和PAHs的檢測。在整個樣品分析過程中,任何樣品均未出現前處理和分析異常（如色譜峰變形、保留時間偏移、定性和定量離子比率異常等）。S6樣品MRM模式下色譜圖見圖1。

圖1 實際土壤樣品S6的MRM圖譜

由圖1可以看出，樣品經過ASE－Florisil柱凈化處理后，利用GC－MS/MS的MRM方式進行分析，可顯著減少基質干擾的影響。各樣品分析結果見表4。在所有檢測樣品中,OPCs中滴滴涕的檢出率較高，而且滴滴伊和滴滴涕的含量略高于滴滴滴，濃度范圍為ND～2.5μg/kg，六六六未被檢出，OPCs質量分數為2.9～5μg/kg；對于PAHs，除了苊、苊烯2種化合物未檢出外，其他14種化合物均有檢出，質量分數范圍為ND～2.8μg/kg，PAHs質量分數為10.2～20.3μg/kg；這和江蘇蘇州某典型生態示范區內PAHs總量相當[11]，遠低于淮安某垃圾堆放場周邊農田土壤中PAHs總量[12]。對于，基本農田和原地的OPCs和PAHs總量略低于工礦企業、工業廢渣周邊，均低于GB 15618—1995《土壤環境質量標準》[13]二級標準的限值要求。

表4 某地農村土壤樣品測試結果

3 結論

建立了氣相色譜－三重四級桿串聯質譜同時檢測土壤中的痕量OCPs和PAHs的方法，土壤樣品先經快速溶劑提取和Florisil柱凈化后經GC－MS－MS在多級反應監測模式下進行檢測與分析。經驗證，該方法靈敏度高，標準品工作曲線線性關系良好，方法檢出限低于國標規定的OCPs及PAHs的方法檢出限，并且通過某地農村土壤樣品的監測，排除了復雜基質干擾的影響，并且通過氣相色譜－MRM模式下母離子對和子離子對的一一對應的定性定量分析上克服了一些物質難以識別的難點。該方法穩定性和精密性可靠。使用該方法能夠實現同時將土壤中的OCPs和PAHs精確定性和定量，提高了土壤監測效率。