渦旋-超聲萃取-氣相色譜/質譜聯用法測定土壤中11種半揮發性有機物（SVOCs）

＊洪毅鴻

（中國檢驗認證集團福建有限公司 福建 350007）

引言

苯胺類、苯酚類、硝基苯類、多環芳烴類物質是廣泛分布在環境土壤中的半揮發性有機污染物。多環芳烴類物質例如：苯并（a）芘、苯并（a）蒽等都是致癌物質，苯胺類、硝基苯類、苯酚類物質都是有毒物質[1-2]。這些半揮發性有機污染物通過淋溶、揮發、沉降等過程在土壤、水體和大氣等環境介質中不停地遷移，并最終在土壤形成積累[3]。

硝基苯、苯胺、2-氯酚、苯并（a）蒽等11種半揮發性有機污染物已經被列入建設用地土壤污染風險的基本項目[4]。目前土壤中半揮發性有機物的提取方式有索氏提取、加壓溶劑萃取、超聲提取等方式[5-6]。本文利用渦旋-超聲萃取[7-9]-氣相色譜/質譜法同時測定11種半揮發性有機物，對萃取方式進行比對并且對溶劑種類、溶劑用量、萃取次數等工藝條件進行研究。該方法具有操作簡便、效率快、成本低等特點，適用于環境實驗室土壤樣品中半揮發性有機物的大批量檢測。

1.實驗部分

(1)儀器、試劑及材料

儀器：氣相色譜-質譜聯用儀（Agilent 7890B-5977B），EI源，帶分流/不分流進樣器，Agilent質譜工作站；HP-5MS+DG（40m×0.25mm×0.25μm）毛細管柱；數控超聲波清洗器（型號：KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司）[10]；多管渦旋混合儀（型號：HD-2500，杭州佑寧儀器有限公司）；離心機（型號：LXJ-11B，上海安亭科學儀器廠）；加速溶劑萃取儀（型號：E-916，瑞士步琦）；旋轉蒸發儀（型號：N-1300V-W，日本東京理化）；智能馬弗爐（型號：5E-MF6000，長沙開元儀器股份有限公司）。

試劑：半揮發性標準溶液（1000mg/L）、半揮發內標混標（1000mg/L）、苯胺標準溶液（1000mg/L），上海安譜實驗科技股份有限公司；二氯甲烷、丙酮、正己烷（HPLC）；無水硫酸鈉、狀粒硅藻土（60～100目）、石英砂（100～20目），400℃烘烤4h。

(2)GC-MS分析條件

HP-5MS+DG毛細管柱，柱溫35℃保持2min，以15℃/min的速率升至150℃保持5min，再以3℃/min的速率升至180℃，最后以9℃/min的速率升至300℃保持7min；分流模式：不分流進樣；進樣口溫度：250℃；載氣：高純氦氣（99.999%），流速1mL/min；離子源溫度：280℃；傳輸線溫度：280℃；四極桿溫度：150℃；電離方式EI源，電離能量70eV；溶劑延遲：4.30min；數據采集方式：全掃描離子檢測（SCAN），掃描范圍：35～450amu，掃描速度：3.5scans/s。

(3)樣品前處理

稱取土壤新鮮樣品約5g于玻璃研缽中，加入適量無水硫酸鈉，混勻、脫水并研磨，充分拌勻直到散粒狀，全部轉移至50mL離心管中。加入20mL二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）,渦旋混勻，樣品放入超聲波清洗儀超聲提取10min；把樣品放置多管渦旋混合儀上以2500r/min渦旋5min，再將樣品置于離心機中以4000r/min，離心3min，將上層提取液轉移至收集瓶內；再加入20mL二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）重復萃取1次，混合提取液。用旋轉蒸發儀濃縮至1mL，加入適量內標溶液，混勻后過0.22μm有機濾膜至1.5mL樣品瓶中，待測。

2.結果和討論

(1)樣品萃取方式的對比

稱取2份空白土壤樣品各5g分別加入11種半揮發性有機物標準溶液，加標水平為1.00mg/kg進行加標回收率實驗（重復兩次）。加壓溶劑萃取法和渦旋-超聲萃取法比對實驗，結果見表1。

表1 兩種萃取方式對比

結果表明：渦旋-超聲萃取法對11種半揮發性有機物的回收率高于加壓溶劑萃取法。渦旋-超聲萃取法有機溶劑用量40mL相比加壓溶劑萃取法用量80mL少。渦旋-超聲萃取法提取效率為30個/小時，加壓溶劑萃取法提取效率為12個/小時。渦旋-超聲萃取法具有設備成本低、試劑用量少、提取效率高、對環境污染少的特點，適合大批量的土壤樣品處理。因此選擇渦旋-超聲萃取法。

(2)萃取溶劑的選擇

稱取4份空白土壤樣品5g加入11種半揮發性有機物標準溶液，加標水平為0.40mg/kg。分別用丙酮、二氯甲烷、正己烷、二氯甲烷-丙酮（1:1）溶劑按照方法做對比實驗，結果見圖1。

圖1 不同萃取溶劑對回收率的影響

結果表明，在所選用的幾種溶劑中二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）的回收率最高為67.9%～108.3%。因此確定二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）作為萃取溶劑。

(3)溶劑用量選擇

分別選取空白土壤樣品與萃取溶劑體積比例為1:1、1:2、1:3、1:4和1:5五個梯度進行加標回收率實驗。加標水平為0.40mg/kg，結果見圖2。

圖2 不同溶劑用量對回收率的影響

結果表明，隨著溶劑體積的增加，萃取效率也隨之提高。在達到樣品與萃取溶劑體積比例（1:4）時，回收率隨著溶劑體積的增加無明顯變化。考慮到試劑成本、環境污染問題，選擇樣品與萃取溶劑比例為（1:4）進行萃取。

(4)萃取循環次數選擇

分別稱取4份空白土壤樣品5g，萃取次數為1、2、3、4次進行加標回收率實驗。加標水平為0.40mg/kg，結果見圖3。

圖3 萃取循環次數對回收率的影響

結果表明：隨著萃取次數的增加，萃取效率也隨之提高。在萃取次數為2次時，再增加萃取次數回收率無明顯變化。萃取次數的增加只會增加實驗消耗時間及有機溶劑的用量。所以選擇萃取循環次數為2次。

(5)標準曲線、線性范圍、檢出限

將適量的100mg/L的11種半揮發性有機物標準混合溶液和內標混合溶液用二氯甲烷定容后混勻。11種半揮發性有機物的濃度為2.0mg/L、4.0mg/L、6.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L，內標物濃度均為4.0mg/L。按照1.2中的儀器條件進行分析。各組分的總離子流圖，見圖4。以目標物濃度與內標物濃度的比值為橫坐標；以目標物與內標物定量離子響應值的比值為縱坐標，繪制校準曲線。

圖4 11種半揮發性有機物總離子流圖

結果表明，11種半揮發性有機物在2.0～10.0mg/L時，呈良好的線性關系。連續分析7份實驗室空白加標樣品，根據公式MDL=S×t（n-1,0.99）計算方法的檢出限（MDL）。式中，S為n次測定的標準偏差；t為自由度n-1；可信度為99%的t分布；n為樣品平行測定次數（n=7），其中t（6,0.99）=3.143。11種半揮發性有機物線性方程、相關系數、檢出限見表2。

表2 11種半揮發性有機物的線性關系及檢出限

(6)方法精密度和準確性

稱取空白土壤樣品5g，分別加入11種半揮發性有機物標準溶液，加標水平為0.40mg/kg、0.80mg/kg、1.20mg/kg。按照1.3中前處理步驟處理平行測定6次，計算平均回收率和相對標準偏差（RSD），結果見表3。結果表明，該方法測定的平均回收率為67.1%～99.1%，相對標準偏差為0.63%～5.70%。該方法的精密度和準確度能滿足土壤環境監測要求。

(7)實際污染樣品分析

為驗證方法在實際土壤樣品測定中可行性。分別按照渦旋-超聲萃取方式和加壓溶劑萃取方式對福建省某企業周邊土壤進行測定。樣品平行測定3次，測定結果見表4。采用渦旋-超聲萃取方式測定污染土壤，其中苯并（a）芘的平均測定含量為4.06mg/kg，其余10個目標化合物未檢出。采用加壓溶劑萃取方式測定污染土壤，其中苯并（a）芘平均測定含量為3.95mg/kg,其余10個目標化合物未檢出。結果表明，渦旋-超聲萃取效率高于加壓溶劑萃取效率，能夠保證實際土壤樣品定量的準確性。

表4 實際樣品分析結果

3.結論

本文對前處理步驟中萃取環節進行深入研究，通過加壓流體萃取與渦旋-超聲萃取的比對發現，渦旋-超聲萃取法在有機溶劑使用量和提取效率兩個方面都大大優于加壓流體萃取，溶劑使用量減少了50%。提取效率提高了150%。本文對渦旋-超聲萃取步驟中的溶劑選擇、溶劑使用量和萃取循環次數都進行了研究實驗。通過實驗得到，使用氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）作為萃取溶劑，樣品與萃取溶劑比例（1:4），萃取循環次數2次開展萃取工作，方法準確度、精密度和靈敏度均能符合土壤環境監測要求。該方法具備提取效率高、設備成本低、溶劑用量少等特點，能為土壤中11種半揮發性有機物的測定提供了快速、穩定和準確的分析手段。