串聯質譜法測定土壤中多環芳烴和多氯聯苯的分析

陳園園　李勝生

摘要：本文采用快速溶劑萃取聯合氣相色譜一串聯質譜法檢測了16種多環芳烴（polycyclic aromatic hy-drocarbons，PAHs）和15種多氯聯苯（polychlorinatedbiphenyls，PCBs）。純化方法、色譜條件和碰撞能量在本研究中得到優化。該方法的準確性和精確度很高。實際樣品測定表明，該方法檢測限低，抗干擾能力強，可滿足土壤中PAHs和PCBs的檢測要求。

關鍵詞：串聯質譜法；土壤；多環芳烴；多氯聯苯

1.前言

多環芳烴和多氯聯苯是典型的持久性有機污染物，具有持久性，半揮發性，生物累積性和劇毒性，主要來自生物能源和化石燃料以及其他工業廢水的燃燒。由于多環芳烴具有致畸，致癌和誘變作用，因此受到人們的廣泛關注，被歐盟和世界衛生組織等多個國際組織列為最有害的持久性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）之一。土壤是各種有機污染物被接受的地方。土壤污染由于其隱蔽性，積累性和不可逆性而變得越來越嚴重。作為典型的污染物，多環芳烴多氯聯苯和已成為土壤遷移轉化研究的熱點。多環芳烴多氯聯苯定量分析方法的發展為研究多環芳烴環境行為提供了前提條件。目前，土壤提取方法中的多環芳烴包括超聲提取、索氏提取、微波輔助提取、超臨界流體提取等，研究表明，在各種提取方法中，快速溶劑萃取PAHs的提取效率最高。常用的分析土壤中多環芳烴多氯聯苯的方法是液相色譜法（HPLC）和氣相色譜一質譜法（GC-MS）。近年來，GC-MS/MS由于其靈敏度和分辨率高于其他方法，特別是多反應監測模式（MRM），已逐漸應用于土壤中多環芳烴的檢測，以更有效地消除其他雜質的干擾，不僅可以避免誤報，還可以降低該方法的檢測限度。

2.實驗部分

2.1實驗儀器與實驗藥品

Agilent 7890A-5975C三重四極桿質譜儀（美國Agilent公司）；DB-5柱（0.25μn，30m×250μm）；固相萃取儀（美國Labtech公司）；快速溶劑萃取儀（ASE350，美國Thermo公司）；旋轉蒸發儀（德國BUCHI公司）；氮吹儀（上海安譜公司）。

16種組成的多環芳烴：萘（Nap）、苊（Ace）、二氫苊（Acv）、芴（FI）、菲（Phe）、蒽（An）、熒蒽（Flu）、芘（Pvr）、苯并[a]蒽（BaA）、苊（Chr）、苯并[b]熒蒽（BhF）、苯并[k]熒蒽（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1，2，3-cd]芘（InP）、二苯并[a，h]蒽（DiA）和苯并[ghi]苝（BghiP）；15種組分的多氯聯苯：PCB18，PCB20，PCB28，PCB31，PCB52，PCB44，PCB101，PCB149，PCB118，PCB153，PCB105，PCB138，PCB170，PCB180，PCB194和四種氘化多環芳烴苊-d10，菲-d10，fu-d12和茈-d12。上述標準溶液均購自Accustand公司，正己烷、二氯甲烷和丙酮，為農藥級色譜純（美國TEDIA公司）；硅藻土（美國Thermo公司）。

2.2樣品的制備

稱取20g土壤樣品在研缽中粉碎并與硅藻土混勻，置于萃取池中，用正己烷：丙酮（體積比1：1）混合溶劑進行萃取，具體條件見表1。提取液經旋轉蒸發近2mL后，用固相萃取儀進行凈化，收集洗脫液再濃縮，加入內標，正己烷定容至1mL，制備好樣品再進行儀器分析。所有的玻璃器皿都用超聲波清洗器清洗干凈后，在450%的馬弗爐中烘烤5h。在溶劑空白和實驗空白中檢測到少量目標多環芳烴，Nap是空白樣品中發現最多的，不影響樣品中多環芳烴的分析，同時對樣品的測定進行空白比對和扣除。

2.3實驗條件

色譜條件：采用不分流進樣模式脈沖，進樣量1μL，進樣口溫度280℃；高純氦氣作為載氣，流速1mL·min-1，梯度升溫的程序設置為：70℃保持2min，25℃·min^-1至150%，然后3℃·min^-1至200℃，隨后以8℃·min^-1至280℃持續10min。

質譜條件：使用電子轟擊的離子源（EI），離子源溫度為230%，四極桿溫度是150%，驟冷氣體（高純氦氣）流量為2.2mL·min^-1，碰撞氣體（高純氮氣）流量為1.5mL·min^-1。

3.結果與討論

3.1PAH和PCB的標準譜圖

通過調節升溫程序，可在40min內完成16種多環芳烴和15種多氯聯苯的測定，實現了16個多環芳烴目標化合物和15個多氯聯苯和4個內標化合物的峰實現了基線分離，各組分具有良好的分離度和響應性。標準譜圖如圖1所示，顯示色譜峰形良好，分辨率滿足采用方法要求。

3.2MS對特征離子對的篩選

MS/MS特征離子對的選擇對所有樣品進行所有分析物（包括PAHs，PCBs和混合內標物）的全面掃描，以確定每種化合物的保留時間并篩選待測物質的特征離子作為前體離子。質譜后面跟著一個子離子掃描模式。在離子掃描模式下，MS1是SIM模式，只允許選定的前體離子通過MS1進入碰撞室。MS2處于全掃描模式（SCAN）通過子離子后產生的碰撞池掃描特征離子后，篩選出更豐富，質量更多且更穩定的子離子。MSM是MSM中的選擇性離子檢測模式（SIM）。篩選出的前體離子只能通過MS1進入碰撞池。MS2也是SIM，只允許選定的離子通過MS2進入檢測器，通過優化碰撞離子可以獲得最高的信噪比，從而最終確定MRM信號采集參數中的各種目標，見表2。

3.3固相萃取純化方琺的優化

提取和純化步驟包括活化SPE柱，裝載樣品，沖洗雜質和洗脫目標化合物。用6mL正己烷對固相萃取柱進行活化，先裝入1mL樣品，后用3mL正己烷淋洗除去油脂。用10mL正己烷：二氯甲烷（1：1）混合溶劑洗脫柱以洗脫目標化合物。結果顯示，樣品加載后保持SPE柱上表面濕潤對于實驗的良好恢復非常重要。此外，在洗脫之前用3mL正己烷沖洗樣品可有效去除樣品中的雜質。消除樣品中的干擾，增加分析的準確性。

3.4方法的線性方程，回收率和檢測限度

以標準溶液濃度與內標濃度的比值（x）為橫坐標，標準溶液與內標濃度的比值（y）為縱坐標，得到回歸方程。樣品的檢測限（LOD）通過測量3倍空白樣品濃度的標準偏差來計算。16種PAHs和15種PCBs在20ng·mL^-1～500ng·mL^-1范圍內線性關系良好，相關系數（r）大于0.999。線性方程組和檢出限列于表3。待空白土樣加入不同量的混合標準溶液后，再測定加標土PAHs濃度，控制目標量前后的加標樣，計算出多環芳烴和多氯聯苯的平均回收率見表3。

4.結論

采用串聯質譜法建立了土壤中16種多環芳烴（PAHs）和15種多氯聯苯（PCBs）的分析方法。經優化固相萃取和純化條件后，16種多環芳烴和15種多氯聯苯內標物峰尖銳且分離度好，該方法快速高效，準確，適用于土壤中多環芳烴和多氯聯苯的測定。