氣相色譜-質譜法同時測定資源化利用畜禽糞污中16種多環芳烴

周大穎，程化鵬，張 慧，黃富林，鄧 帆，鐘宏波*

（1.貴州省產品質量檢驗檢測院，貴州 貴陽 550016；2.中化化肥有限公司，北京 100031）

多環芳烴（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是由2至7個不等的苯環組成的芳香族化合物，廣泛分布于大氣、水、土壤等環境及生物體內，是一類重要的全球性環境污染物，具有致癌、致畸、致突變性，任何有機物加工、廢棄、燃燒或使用的地方都有可能產生PAHs。PAHs的物理化學性質穩定，難以降解，已成為許多國家優先監測的污染物［1-4］。

近年來，貴州省產品質量檢驗檢測院對不同廠家生產的肥料開展了多環芳烴的檢測，結果表明復混肥料、過磷酸鈣、磷酸一銨等無機產品中多環芳烴含量很低，而有機肥料中多環芳烴含量普遍較高。對含量高的有機肥料的原料進行分析，普遍含有雞糞、豬糞、牛糞、羊糞等畜禽糞污。畜禽糞污是最主要的有機肥原料來源，長期施用多環芳烴含量超標的有機肥，將對土壤、水體和農產品質量安全帶來威脅［5-7］。目前，我國缺乏資源化利用畜禽糞污中多環芳烴測定的國家標準、行業標準及地方標準，而且畜禽糞污結構和性質也較復雜，準確測定具有一定困難。因此，建立資源化利用畜禽糞污中多環芳烴的測定方法，是提高資源化利用安全水平和增強監管能力的重要途徑。

目前，檢測PAHs最廣泛的分析方法有液相色譜法、氣相色譜法、氣相色譜-質譜法、熒光分光光度法、超臨界流體色譜等［8-12］，其中以液相色譜法、氣相色譜-質譜法較為常用。與液相色譜法相比，氣相色譜-質譜法抗干擾性強、定性準確可靠、檢測靈敏度高，在同時分析多組分多環芳烴方面定性定量優勢明顯。因此，本文建立氣相色譜-質譜法測定16種多環芳烴含量的方法，為畜禽糞污資源化安全利用和監管提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料采集于貴州省肥料企業及養殖場，主要包括雞糞、豬糞、牛糞、羊糞等畜禽糞污。

16種多環芳烴標準物質（萘、苊稀、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并［a］蒽、屈、苯并［b］熒蒽、苯并［k］熒蒽、苯并［a］芘、茚并［1，2，3-cd］芘、二苯并［a，h］蒽、苯并［g，h，i］苝）濃度均為0.1 g/L、氘代內標標準物質苊-D10濃度為4 g/L、苝-D12濃度為2 g/L，均購于壇墨質檢標準物質中心。準確移取適量的多環芳烴標準物質和內標標準物質混合后配制成6個濃度點的標準溶液，濃度分別為0.02、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mg/L，內標濃度均為0.50 mg/L。

環己烷、丙酮、正己烷、二氯甲烷等有機溶劑均為色譜純；無水硫酸鈉為優級純，在馬弗爐中400℃烘4 h，冷卻后裝入磨口玻璃瓶中密封，于干燥器中保存。

1.2 儀器及工作條件

1.2.1 儀器

氣相色譜—質譜聯用儀，配有電子轟擊源（7890A/5975C）；超聲波恒溫清洗機（SBL-30DT）；離心機（Allegra X-30R）；電子天平（BS124S）；自動氮吹儀（Turbo VapLv）；渦旋混勻器（SK-1）；硅膠固相萃取柱（硅膠填料2 g，柱體積6 mL）。

1.2.2 工作條件

1.2.2.1 色譜條件 色譜柱：HP-5MS石英毛細管柱，30 m（長）×0.25 mm（內徑）×0.25 μm（膜厚）；載氣：氦氣（純度≥99.999%），恒流模式，流速為1.0 mL/min；進樣口溫度：290℃；升溫程序：初始溫度70℃，保待2 min，以25℃/min速率升溫至150℃，然后以3℃/min速率升溫至200℃，再以8℃/min速率升溫至280℃，保持10 min；進樣量：1μL；進樣方式：不分流進樣；溶劑延遲：4 min。

1.2.2.2 質譜條件 離子源：EI源，70 eV；質譜接口溫度：280℃；離子源溫度：230℃；四級桿溫度：150℃；質量掃描方式：選擇離子監測模式（SIM）。

1.3 實驗方法

圖1 不同提取時間對多環芳烴回收率的影響

1.3.1 樣品提取準確稱取1～5 g（精確至0.01 g）畜禽糞污樣品于研缽中，加入適量無水硫酸鈉，研磨至均化成流沙狀。置于50 mL具塞棕色離心管中，準確加入含內標的環己烷-丙酮提取溶劑30 mL，密封后避光超聲提取60 min，以4500 r/min離心10 min。準確吸取上清液10 mL，于氮吹管中，氮吹（水浴溫度控制在30℃以下）至約1 mL，待凈化處理。

1.3.2 樣品凈化

依次用5 mL二氯甲烷和5 mL正己烷對硅膠固相萃取柱進行活化。將濃縮后的樣品溶液轉移至固相萃取柱中，用2 mL正己烷洗滌氮吹管中殘留的多環芳烴，并將洗滌液轉移至固相萃取柱中，控制流速為0.5滴/s，棄去以上過柱液。用8～10 mL正己烷-二氯甲烷混合溶液進行洗脫，控制流速為0.5滴/s，收集洗脫液。于30℃水浴氮吹緩慢吹至略少于2 mL，用正己烷準確定容至2 mL，渦旋振蕩15 s，過0.22 μm聚四氟乙烯濾膜，待氣相色譜—質譜聯用儀測定。

當測定樣品無雜質干擾時，可以不經過固相萃取凈化處理，直接將1.3.1中濃縮后的溶液定容至2 mL，待測。

1.4 數據處理

采用Minitab 17、Excel 2007軟件對所得的實驗數據進行分析、處理。

2 結果與分析

2.1 提取時間對多環芳烴回收率的影響

以環已烷+丙酮為提取溶劑體系，分別在30、40、50、60、70、80、90 min 7個時間進行加標回收實驗（加標量為1.0 mg/kg），結果見圖1。

提取時間決定目標化合物在固液相間達到平衡的效果。從圖1可以看出，提取時間為60 min時，多環芳烴加標回收率最高，提取效果最佳。提取時間小于60 min時，PAHs組分未得到充分提取，但提取時間過長則雜質含量增加，目標化合物含量隨之下降。因此，本方法選擇60 min時為最佳提取時間。

2.2 16種多環芳烴和2種內標的選擇離子色譜圖

采用選擇離子監測模式，16種多環芳烴和2種內標的選擇離子色譜圖結果見圖2。

圖2 16種多環芳烴和2種內標的選擇離子色譜圖

從圖2可以看出，通過優化升溫程序中的溫度、保持時間、升溫速率等參數使16種多環芳烴的測定可在40 min內完成，16種多環芳烴的目標化合物和2種內標離子峰實現了基線分離，各組分具有良好的分離度及響應值，排除了雜質干擾，提高了分析的準確性。

2.3 本方法的準確性和精密度

以縱坐標Y為多環芳烴與內標定量離子的峰面積比，橫坐標X為多環芳烴的濃度繪制標準曲線。其中，萘、苊烯、苊、芴以苊-D10為內標，其余的多環芳烴以苝-D12為內標。根據標準曲線求得樣品溶液中多環芳烴的濃度。以3倍信噪比（S/N）計算16種多環芳烴的方法檢出限。在相同的實驗條件下，取已知目標物含量的同一樣品3份，按照低濃度、中濃度、高濃度3個加標水平對目標物進行加標回收實驗，每個加標水平重復實驗3次，內標法定量，結果見表1。

由表1可知，16種多環芳烴在0.02～2.00 mg/L范圍內線性濃度關系良好，相關系數≥0.9985，方法檢出限0.005～0.046 mg/kg，相對標準偏差為2.0%～9.8%，加標回收率為67.5%～111.6%，均滿足定量分析的要求。可見，該方法所得的標準曲線線性關系良好，檢出限低，準確度高，精密度好，可在畜禽糞污多環芳烴檢測中推廣應用。

表1 16種多環芳烴標準曲線、相關系數、方法的回收率和精密度

3 結論

本文明確了超聲提取的最佳時間，通過優化升溫程序實現了16種多環芳烴目標化合物的基線分離，建立了氣相色譜-質譜法同時測定資源化利用畜禽糞污多種多環芳烴的新方法，并進行了準確性和精密度的驗證和評價，均滿足定量分析的要求。該方法操作簡單、檢測范圍寬、定性定量結果準確，填補了對資源化利用畜禽糞污中多種多環芳烴測定的空白，利于生產控制與產品快速檢測，可為禽畜糞污資源安全利用和管理提供技術依據。