氣相色譜-質(zhì)譜法測定土壤中15種多環(huán)芳烴

謝 沙，魏 鳳，畢軍平，朱瑞瑞，秦迪嵐，劉 沛，劉荔彬

(湖南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，國家環(huán)境保護(hù)重金屬污染監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410019)

1 引言

多環(huán)芳烴(PAHs)是指分子中含有多個苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物，其作為普遍存在于環(huán)境中的一類持久性有機(jī)污染物之一，具有難降解、累積性、半揮發(fā)性等特點(diǎn)，已被列入建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值的基本項(xiàng)目及農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值其他項(xiàng)目[1,7]。目前常用的多環(huán)芳烴色譜法檢測技術(shù)有HPLC、GC、GC-MS、GC-MS/MS等[8]。高效液相色譜法(HPLC)分析多環(huán)芳烴時(shí)不需要高溫汽化，進(jìn)樣時(shí)不會被分解破壞，缺點(diǎn)是干擾存在時(shí)定性不準(zhǔn)確；氣相色譜(GC)檢測多環(huán)芳烴時(shí)，相對于氣相色譜/質(zhì)譜(GC-MS)，儀器便宜，但同樣干擾存在時(shí)定性不準(zhǔn)確；三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜(GC-MS/MS)具有抗干擾能力強(qiáng)和高選擇性的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴；氣相色譜/質(zhì)譜(GC-MS)是定性定量分析多環(huán)芳烴類物質(zhì)的重要手段，優(yōu)勢是定性準(zhǔn)確，在不能完全將干擾物分離的情況下仍可以準(zhǔn)確定量，掃描可采用全掃描和選擇離子兩種模式，抗干擾較強(qiáng)，已成為一種重要的檢測手段[9,15]。本文對 GC-MS 參數(shù)的采集參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，樣品經(jīng)加壓流體提取后經(jīng)硅酸鎂小柱凈化，內(nèi)標(biāo)法定量，建立了土壤中15種多環(huán)芳烴的氣相色譜-質(zhì)譜法分析方法。

2 材料與方法

2.1 儀器、試劑與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

儀器：氣相色譜-質(zhì)譜儀(7890-5975C ，美國 Agilent公司)；快速溶劑萃取儀(ASE350，賽默飛公司)；氮吹儀(8125，瑞士步琪公司)等。

試劑：正己烷(HPLC，TEDIA)；丙酮(HPLC，TEDIA)；硅藻土(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；無水硫酸鈉(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；弗羅里硅土SPE凈化小柱(Agela Technologies)。

標(biāo)準(zhǔn)物資：15 種多環(huán)芳烴混標(biāo)(2.0 mg/mL，AccuStandard)；5 種氘代多環(huán)芳烴內(nèi)標(biāo)(4.0 mg/mL，AccuStandard)；2種多環(huán)芳烴替代物(10.0 mg/mL，AccuStandard)。

2.2 色譜條件

色譜柱：DB-5MS，長60 m,內(nèi)徑0.25 mm，膜厚0.25 um；進(jìn)樣量：1.0 μL

程序升溫：初始溫度80 ℃，保持2 min后以20 ℃/min速度升溫至180 ℃，保持5 min，再以,10 ℃/min速度升溫至290 ℃，保持5 min。具體的氣相方法參數(shù)列于表1。

表1 氣相色譜參數(shù)

2.3 校準(zhǔn)曲線的繪制

配制多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為：10.0 μg/L、50.0 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、500 μg/L、1000 μg/L、2000 μg/L，分別加入內(nèi)標(biāo)使用液，使其濃度均為1000 μg/L。按照2.2參考條件進(jìn)行分析，得到不同濃度各目標(biāo)化合物的質(zhì)譜圖。以目標(biāo)化合物濃度與內(nèi)標(biāo)化合物濃度的比值為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)化合物定量離子的響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)化合物定量離子響應(yīng)值的比值為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

2.4 試樣的制備

將所采土壤樣品置于搪瓷中，除去枝棒、葉片、石子等異物，充分混勻，采用真空冷凍干燥儀對樣品進(jìn)行脫水，將冷凍后的樣品進(jìn)行充分研磨、均化成1 mm左右的細(xì)小顆粒。采用加壓流體萃取方式對樣品進(jìn)行提?。哼x擇34 mL的萃取池裝填10 g試樣，并將替代物一并加入試樣中，采用丙酮-正己烷混合液(1/1,V/V)對樣品進(jìn)行萃取提取，具體的萃取條件見表2。

表2 萃取參數(shù)

采用氮吹濃縮儀對提取液進(jìn)行濃縮，濃縮時(shí)注意液體表面避免形成氣渦宜，用正已烷少量多次洗滌濃縮器管壁。若不需凈化，直接濃縮至約0.5 mL，加入適量內(nèi)標(biāo)中間液使內(nèi)標(biāo)濃度和校準(zhǔn)曲線中內(nèi)標(biāo)濃度保持一致，并用丙酮-正已烷混合溶劑定容至1.0 mL，待測。需凈化，直接將提取液濃縮至約2 mL，待凈化。

濃縮后的提取液顏色較深時(shí)，須進(jìn)行脫硫：活化好的硅酸鎂小柱上端加入約2 g銅粉。將硅酸鎂小柱經(jīng)4 mL二氯甲烷淋洗后，再用10 mL正已烷分兩次平衡小柱，每次浸潤 5 min，并棄去流出液。將待凈溶液無損失的的轉(zhuǎn)移至小柱中，用2 mL正已烷分少量多次洗滌濃縮器皿，洗液全部轉(zhuǎn)入小柱中 (若須脫硫，應(yīng)將此溶液浸沒在銅粉中約5 min)。然后用10 mL二氯甲烷-正己烷(1/9，v/v)混合溶劑分兩次洗脫，并收集全部洗脫液，凈化后的試液再次按照氮吹濃縮步驟進(jìn)行濃縮、加入內(nèi)標(biāo)中間液，并定容至1.0 mL，待測。

注意：在凈化過程中，避免填料或銅粉暴露于空氣中。

3 結(jié)果與討論

3.1 15種PAHs標(biāo)準(zhǔn)樣品譜圖

全掃描方式(Scan )是對被測化合物所有的分子離子及碎片離子進(jìn)行掃描，得到完整的質(zhì)譜圖，可進(jìn)行譜庫檢索，具有掃描離子信息多、靈敏度不高、檢出限低等特點(diǎn)，主要用于定性分析。選擇離子方式(SIM)是只對設(shè)定的特征離子進(jìn)行掃描，得到是不完整的質(zhì)譜圖，不能進(jìn)行譜庫檢索，具有掃描離子信息少、靈敏度高、檢出限高等特點(diǎn)，主要用于定量分析。

采用全掃描 Scan 方式 , 對 15種 PAHs 的標(biāo)準(zhǔn)樣品、2 種替代物、5種內(nèi)標(biāo)物首先進(jìn)行定性分析，優(yōu)化建立選擇離子分析方法。然后采用選擇離子方式 (SIM )進(jìn)行定量分析，選擇離子標(biāo)準(zhǔn)譜圖(圖1)。

圖1 多環(huán)芳烴(SIM)總離子流

圖1中化合物按保留時(shí)間排列依次為：1-萘，2- 2-氟聯(lián)苯(替2)，3-苊烯，4-苊，5-芴，6-菲，7-蒽，8 -熒蒽，9 -芘，10 -4,4′-三聯(lián)苯-d14(替3)，11 -苯并(a)蒽，12 -屈，13 -苯并(b)熒蒽，14 -苯并(k)熒蒽，15 -苯并(a)芘，16 -茚并(123-c,d)芘，17 -二苯并(a,h)蒽，18 -苯并[g,h,i]芘。

3.2 檢出限

稱取7份空白石英砂(10.0 g左右)樣品，加入標(biāo)準(zhǔn)品，使其濃度為5 μg/kg；按照2.4的操作條件對樣品進(jìn)行前處理，定容前加入內(nèi)標(biāo)，使內(nèi)標(biāo)的濃度為1000 μg/L；按照2.2的色譜-質(zhì)譜條件對樣品進(jìn)行進(jìn)樣分析。計(jì)算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算方法檢出限，當(dāng)自由度為6，置信度為99%時(shí)，t值為3.143，方法檢出限及測定下線見表3。

從表3可以看出，土壤中15種多環(huán)芳烴的方法檢出限范圍為0.61～1.9 μg/kg，測定下限范圍為2.4～7.6 μg/kg，能滿足建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值的基本項(xiàng)目及農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值中多環(huán)芳烴的檢測要求。

3.3 方法精密度

取耕作土(10.0 g左右)，加入標(biāo)準(zhǔn)品，使目標(biāo)化合物含量分別為12 μg/kg、100 μg/kg和500 μg/kg，各濃度平行制備6份，測定精密度，具體結(jié)果見表4～6。

表3 方法檢出限、測定下限匯總結(jié)果 μg/kg

表4 實(shí)驗(yàn)室12 μg/kg耕作土加標(biāo)測定的精密度測試原始數(shù)據(jù)

表5 實(shí)驗(yàn)室100 μg/kg耕作土加標(biāo)測定的精密度測試原始數(shù)據(jù)

表6 實(shí)驗(yàn)室500 μg/kg耕作土加標(biāo)測定的精密度測試原始數(shù)據(jù)

從表4～6可以看出，對耕作土壤中添加15 種多環(huán)芳烴混合標(biāo)樣，其濃度分別為12 μg/kg、100 μg/kg和500 μg/kg ，并按照2.4中樣品的制備過程對樣品進(jìn)行制備和測定，相對偏差范圍分別為：8.4%～28%、0.17%～1.9%和5.1%～8.0%，均小于30%，表明采用該方法對耕作土壤中的15 種多環(huán)芳烴進(jìn)行測定時(shí)，重復(fù)性較好，能滿足要求。

3.4 方法正確度

取耕作土(10.0 g左右)，加入標(biāo)準(zhǔn)品，使目標(biāo)化合物含量分別為12 μg/kg、100 μg/kg和500 μg/kg，各濃度平行制備6份，計(jì)算其回收率，具體結(jié)果見表7～9。

表7 土壤加標(biāo)測定的正確度原始測試數(shù)據(jù)

表8 土壤加標(biāo)測定的正確度原始測試數(shù)據(jù)

續(xù)表8

表9 土壤加標(biāo)測定的正確度原始測試數(shù)據(jù)

從表7～9可以看出，對耕作土壤中添加15 種多環(huán)芳烴混合標(biāo)樣，其濃度分別為12 μg/kg、100 μg/kg和500 μg/kg ，并按照2.4中樣品的制備過程對樣品進(jìn)行制備和測定，加標(biāo)回收率范圍分別為：65%～114%，58.6%～90.0%，76.9%～86.8%，均大于60%，表明采用該方法對耕作土壤中的15 種多環(huán)芳烴進(jìn)行測定時(shí)，回收率較高，能滿足要求。

3.5 實(shí)際樣品測定

對實(shí)際土壤樣品按照2.4中樣品的制備過程對樣品進(jìn)行制備和測定，其測定結(jié)果見表10。

表10 實(shí)樣測定值

土壤樣品按照樣品分析的全部步驟平行測定兩次后，樣品測定值介于ND-11.6 μg/kg之間，相對偏差介于0%～5.7%之間，相對偏差均小于10%，表明采用該方法對實(shí)際土壤中的15種多環(huán)芳烴進(jìn)行測定時(shí)，其實(shí)用性強(qiáng)。

4 結(jié)論

樣品經(jīng)加速溶劑提取硅酸鎂小柱凈化后，采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定土壤中15種多環(huán)芳烴，土壤中15種多環(huán)芳烴的方法檢出限范圍為0.61～1.9 μg/kg，測定下限范圍為2.4～7.6 μg/kg；對耕作土壤中添加15 種多環(huán)芳烴混合標(biāo)樣，其濃度分別為12 μg/kg、100 μg/kg和500 μg/kg，其相對偏差范圍分別為：8.4%～28%、0.17%～1.9%和5.1%～8.0%，加標(biāo)回收率范圍分別為：65%～114%，58.6%～90.0%，76.9%～86.8%；表明該方法檢出限低，重現(xiàn)性好，適用于土壤中多環(huán)芳烴的測定。