基質固相分散-快速溶劑萃取-GC/MS法同時測定土壤中有機氯農藥和多環芳烴

王 偉

1.太原市環境監測中心站，山西 太原 030002 2.太原理工大學環境科學與工程學院，山西 太原 030024

有機氯農藥(OCPs)和多環芳烴(PAHs)是具有致癌、致畸、致突變效應的持久性有機污染物[1]。六六六、滴滴涕(DDT)、滴滴滴(DDD)等是典型的有機氯農藥，曾是廣泛使用的殺蟲劑，主要用于農業、環境以及衛生方面，但由于該類農藥具有半衰期長、不易分解和親脂性等特點，使用中易造成富集，從而污染環境[2-4]。多環芳烴主要來源是各種礦物燃料(如煤)、石油以及垃圾、木材等的不完全燃燒，由于其低溶解性及脂溶性，比較容易進入生物體內，進而通過“食物鏈”或其他途徑進入到人體內，對人體健康構成危害[5-6]。

測定土壤中OCPs和PAHs的傳統方法是索氏提取[7]，該方法存在提取時間長、溶劑用量大[8]、提取液處理過程復雜等缺點。快速溶劑萃取(ASE)[9-10]是近年來發展起來的在高溫高壓下快速提取固體或半固體樣品中目標物的一種新方法，該方法操作簡單，提取速度快，目標物的提取效率高。但同時對于一些雜質的提取效率也同樣得到增強，使得提取液中含有大量雜質，提取液的凈化步驟較多，過程繁瑣費時。采用基質固相分散(MSPD)[11-12]輔助ASE提取，土壤樣品在萃取池中提取與凈化一步完成，改變了傳統的樣品先提取后凈化的流程，從而大大提高了土壤樣品的分析效率[13-14]。本實驗采用硅藻土結合弗羅里硅土作為分散劑輔助ASE提取土壤中8種有機氯農藥和16種多環芳烴，提取液只需脫水濃縮后即可通過GC/MS法進行測定，方法快速、簡單。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質譜聯用儀，7890B-5977A型，美國；色譜柱，DB-5ms石英毛細管柱，30 m×250 μm×0.25 μm；加速溶劑萃取儀，ASE350型，配34 mL不銹鋼萃取池，美國；全自動定量濃縮儀，DryVap型，美國；天平，萬分之一天平，AB204-E型。

1.2 土壤樣品制備

采集的土壤樣品混均后，將其中混雜的石子、樹枝等雜物除去，研碎后過尼龍篩，過篩后的樣品混勻備用。如暫不分析可保存在-18 ℃冷凍箱中。

1.3 土壤樣品處理

1.3.1 土壤樣品提取

準確稱取10.0 g土壤樣品置于研缽中，加入1.0 g硅藻土，研磨混勻，再加入5.0 g弗羅里硅土，充分研磨混勻，轉入底部鋪有玻璃纖維濾膜和5.0 g弗羅里硅土的34 mL不銹鋼萃取池中，蓋好頂蓋并擰緊，將萃取池垂直放入快速溶劑萃取儀樣品盤后運行儀器進行提取，提取溶劑為丙酮-正己烷(體積比1∶1)。快速溶劑萃取儀的提取條件：加熱溫度100 ℃；加熱時間5 min；靜態萃取時間5 min；循環次數2次；沖洗體積60%；吹掃時間100 s。

1.3.2 樣品提取液濃縮

收集瓶中加入適量無水硫酸鈉脫水后，將提取液全部轉入DryVap濃縮杯中，再用10 mL正己烷分3次沖洗收集瓶，洗液同樣轉入濃縮杯中，在全自動濃縮儀中濃縮至0.9 mL左右，再轉入氮吹管中氮吹濃縮至約0.5 mL，加入內標溶液后，用正己烷定容至1.0 mL，通過GC/MS進行測定。

1.4 氣相色譜條件

進樣方式為不分流進樣；進樣體積為1.0 μL；進樣口溫度280 ℃；程序升溫時起始溫度50 ℃，保持2.0 min，以20 ℃/min升溫至180 ℃，并保持5.0 min，再以10 ℃/min升溫至250 ℃，以5 ℃/min升溫至300 ℃保持5.0 min；載氣流速1.0 ml/min，恒定流速。

1.5 質譜條件

電離方式EI，70 eV；離子源溫度230 ℃；四級桿溫度150 ℃；傳輸線溫度300 ℃；溶劑延遲5 min；掃描方式為全掃描Scan定性，質量掃描范圍45～450 amu；選擇離子SIM定量。

2 結果與討論

2.1 目標化合物的分離結果

采用全掃描Scan方式，對8種有機氯農藥和16種多環芳烴以及2種內標物進行定性。標準溶液中目標化合物和內標物的全掃描總離子流(TIC)色譜圖見圖1。

1．萘；2. 苊烯；3. 苊；4. 芴；5. α-六六六；6. β-六六六；7. γ-六六六；8. 氘代菲(內標1)；9. 菲；10. 蒽；11. δ-六六六；12. 熒蒽；13. 芘；14. p,p′-DDE；15. p,p′-DDD；16. o,p′-DDT；17. p,p′-DDT；18. 苯并(a)蒽；19. 氘代(內標2)；20. ；21. 苯并(b)熒蒽；22. 苯并(k)熒蒽；23. 苯并(a)芘；24. 茚并(123-c,d)芘；25. 二苯并(a,h)蒽；26. 苯并[g,h,i]苝圖1 目標化合物和內標物全掃描TIC色譜圖Fig.1 The full scan TIC of target compounds and internal markers

在這些目標化合物中，有多種同分異構體，物質對的定性離子和定量離子都相同，只有分離好才能實現結果測量準確。由圖1可見，在該色譜條件下，目標化合物以及內標物得到較好的分離，能夠滿足實驗要求。

為降低目標物的檢出限，采用選擇離子方式SIM進行定量。圖2為目標化合物和內標物的選擇離子掃描TIC色譜圖。各目標化合物和內標物的保留時間、定量離子和定性離子見表1。

1．萘；2. 苊烯；3. 苊；4. 芴；5. α-六六六；6. β-六六六；7. γ-六六六；8. 氘代菲(內標1)；9. 菲；10. 蒽；11. δ-六六六；12. 熒蒽；13. 芘；14. p,p′-DDE；15. p,p′-DDD；16. o,p′-DDT；17. p,p′-DDT；18. 苯并(a)蒽；19. 氘代(內標2)；20. ；21. 苯并(b)熒蒽；22. 苯并(k)熒蒽；23. 苯并(a)芘；24. 茚并(123-c,d)芘；25. 二苯并(a,h)蒽；26. 苯并[g,h,i]苝圖2 目標化合物和內標物選擇離子掃描TIC色譜圖Fig.2 The SIM TIC of target compounds and internal markers

序號化合物定量離子定性離子保留時間/min線性方程相關系數1萘128127、1297.398Y=1.702 2X-0.068 50.998 32苊烯152151、1539.452Y=0.747 0X-0.009 20.999 63苊154153、1529.763Y=0.842 8X-0.003 40.999 64芴166165、16710.777Y=0.837 0X-0.002 50.999 75α-六六六183181、10912.367Y=0.146 7X-0.003 50.999 46β-六六六181183、10913.258Y=0.115 4X-0.002 60.999 27γ-六六六183181、10913.522Y=0.139 9X-0.006 50.999 28氘代菲(內標1)188189、16013.823//9菲178179、17613.909Y=1.366 0X-0.011 50.999 610蒽178179、17614.097Y=0.629 3X-0.019 80.999 411δ-六六六183181、10914.392Y=0.111 9X-0.003 40.999 212熒蒽202200、20318.199Y=0.791 1X-0.013 30.999 213芘202200、20318.848Y=1.028 4X-0.055 10.998 314p,p′-DDE246248、17619.594Y=0.330 8X+0.026 40.999 515p,p′-DDD235237、16520.529Y=0.261 5X+0.028 80.999 416o,p′-DDT235237、16520.604Y=0.206 3X+0.002 70.999 817p,p′-DDT235237、16521.361Y=0.148 9X+0.015 40.999 018苯并(a)蒽228226、22922.438Y=0.514 0X+0.025 60.998 319氘代艸屈(內標2)240236、23822.487//20艸屈228226、22922.557Y=1.189 5X+0.000 80.999 821苯并(b)熒蒽252253、25025.891Y=0.564 7X+0.033 90.998 222苯并(k)熒蒽252253、25025.966Y=0.752 7X+0.002 30.997 823苯并(a)芘252253、25126.888Y=0.377 5X+0.010 10.999 324茚并(123-c,d)芘276277、27530.411Y=0.349 6X+0.004 80.997 525二苯并(a,h)蒽278276、27930.547Y=0.483 7X-0.001 60.998 426苯并[g,h,i]苝276275、27431.174Y=0.689 0X-0.016 10.997 7

注：“/”表示內標物不進行線性回歸。下同。

2.2 分散劑的選擇

在基質固相分散萃取中，分散劑起著分散、支持、吸附和凈化的作用。本實驗分別考察了硅藻土、弗羅里硅土以及硅藻土結合弗羅里硅土作為分散劑對土壤的分散和凈化效果。結果表明，硅藻土對土壤有良好的分散性，但對土壤提取液的凈化能力有限；弗羅里硅土對土壤提取液有較強的凈化能力，但對較潮濕的新鮮土壤的分散能力較差；硅藻土結合弗羅里硅土則能夠較好實現土壤分散和凈化效果。因此，本實驗使用硅藻土結合弗羅里硅土作為土壤的分散劑。

2.3 硅藻土結合弗羅里硅土輔助ASE萃取

在萃取池底部鋪一層弗羅里硅土，再將土壤混合樣品置于弗羅里硅土上層，如圖3所示。這樣，提取時順著溶劑的流向，提取液中的脂肪、色素等的干擾物會被弗羅里硅土吸附留在萃取池內，而目標化合物則隨提取液進入收集瓶中，從而達到一步提取和凈化的效果。提取液只需脫水濃縮后即可通過GC/MS進行檢測，與傳統的先萃取再凈化的方法相比，能明顯節省時間、人力，減少試劑及材料的消耗。

圖3 硅藻土結合弗羅里硅土輔助ASE萃取圖Fig.3 Diatomaceous earth and Florisil-assisted ASE extraction system

考察了不同用量的弗羅里硅土對凈化效果的影響。在污染較輕土壤和污染較重土壤中分別加入3、4、5 g弗羅里硅土，對提取液進行對比。結果發現，分別加入3、4、5 g弗羅里硅土的污染較輕土壤的提取液均為無色透明，雜峰較少；而污染較重的土壤隨弗羅里硅土加入量的增加，提取液的顏色逐漸變淺。結果表明，對未受污染或污染較輕的農田土壤等，可適當減少弗羅里硅土的用量；而對污染較重的土壤需適當增加弗羅里硅土用量，以達到更好的凈化效果。

2.4 繪制校準曲線

2.5 方法檢出限

依據檢出限的計算方式，連續分析7個接近于檢出限濃度的空白加標樣品，計算其標準偏差(S)，按MDL=S×t(n-1，0.99)(t6,0.99=3.143)計算方法檢出限。本實驗以石英砂為空白基體，加入六六六、DDT混合溶液和多環芳烴標準溶液，配制7個有機氯農藥質量分數為5 μg/kg、多環芳烴質量分數為2 μg/kg的空白加標樣品，經提取和濃縮后上機測定，計算得出各化合物組分的方法檢出限，結果見表2。

表2 各化合物組分的方法檢出限、精密度及加標回收率Table 2 The detection limit, precision and recovery of compounds

2.6 方法精密度及準確度

本實驗以石英砂為空白基體，加入六六六、DDT混合溶液和多環芳烴標準溶液，制成3組不同加標濃度的空白加標樣品。濃度1：有機氯農藥5 μg/kg，多環芳烴2 μg/kg；濃度2：有機氯農藥20 μg/kg，多環芳烴10 μg/kg；濃度3：有機氯農藥40 μg/kg，多環芳烴16 μg/kg，經提取和濃縮后上機測定，計算得出各組分的精密度，結果見表2。由表2可知，空白加標樣品的相對標準偏差(RSD)小于20%，精密度良好。

本實驗以實際土壤樣品作為基體，加入六六六、DDT混合溶液和多環芳烴標準溶液，制成2組不同加標濃度的土壤加標樣品。濃度1：有機氯農藥20 μg/kg，多環芳烴10 μg/kg；濃度2：有機氯農藥40 μg/kg，多環芳烴16 μg/kg，經提取和濃縮后上機測定，計算得出各組分的加標回收率，結果見表2。由表2可知，實際土壤樣品的加標回收率為60.6%～125%，相對標準偏差小于15%。

2.7 對土壤質控樣品的測定

本實驗對SQCO-003土壤有機氯農藥質控樣品和017土壤多環芳烴質控樣品進行了測定，結果見表3。由表3可知，各組分測定結果均在質控范圍內，本方法準確可靠。

表3 土壤質控樣品和實際土壤樣品測定結果Table 3 The results of soil QC sample and actual sample μg/kg

注：ND表示未檢出。

2.8 對實際土壤樣品進行測定

應用本方法對城市周邊典型的農業、畜牧業、工業用地的實際土壤樣品進行測定，結果見表3。由表3可知，有機氯農藥和多環芳烴在農業、畜牧業、工業用地土壤中均有不同程度的檢出，其中該工業用地土壤污染物檢出較為顯著。

3 結論

通過實驗建立了基質固相分散-ASE提取-GC/MS法同時測定土壤中8種有機氯農藥和16種多環芳烴的方法，本方法在線性范圍內具有良好的相關系數、較低的檢出限以及較好的精密度、準確度，通過對土壤有機氯農藥質控樣品和土壤多環芳烴標準樣品以及實際土壤加標樣品的測定，說明本方法準確可靠。本方法操作簡單、自動化程度高，土壤樣品在萃取池中提取與凈化一步完成，縮短了樣品的處理步驟和時間，從而提高了樣品分析效率，能夠實現土壤樣品的快速檢測，適合大批量樣品的處理分析。