近海海洋生物體中多環(huán)芳烴的GC-MS分析

降升平，馬若欣，劉文嶺，王學(xué)魁

(1. 天津科技大學(xué)現(xiàn)代分析技術(shù)研究中心，天津 300457；2. 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；3. 天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457)

近海海洋生物體中多環(huán)芳烴的GC-MS分析

降升平1，馬若欣2，劉文嶺3，王學(xué)魁3

(1. 天津科技大學(xué)現(xiàn)代分析技術(shù)研究中心，天津 300457；2. 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300457；3. 天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457)

建立了氣相色譜–質(zhì)譜–定性離子掃描法測定近海海洋生物體中10種多環(huán)芳烴的方法．探討了掃描方式對(duì)方法檢出限的影響，以及定性離子強(qiáng)度比的匹配度對(duì)定性結(jié)果的影響．10種多環(huán)芳烴測定方法的檢出限為0.10～0.61 μg/kg，方法線性關(guān)系良好，加標(biāo)回收率為63.1%～98.1%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.9%～15.2%．此方法適用于海洋生物體中多環(huán)芳烴的分析．

海洋生物；多環(huán)芳烴；GC-MS

多環(huán)芳烴(PAHs)是指含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)，以線狀、角狀或簇狀排列的稠環(huán)型化合物，是世界公認(rèn)的持久性難降解半揮發(fā)性有機(jī)化合物，有致癌、致畸、致突變等危害[1]．這些污染物容易被水體中的懸浮顆粒物吸附，并且進(jìn)入沉積物中，進(jìn)而通過生物體的積累[2]，對(duì)近岸海域生態(tài)系統(tǒng)及人群造成極大危害．目前沉積物或土壤中多環(huán)芳烴的提取及檢測方法主要有超聲波–層析柱凈化–氣相色譜質(zhì)譜法[3]、索式提取–層析柱凈化–高效液相色譜–熒光–紫外串聯(lián)法[4]，而生物體中多環(huán)芳烴的檢測報(bào)道較少．本文樣品前處理方法采用索式提取–硅膠氧化鋁柱凈化法，然后分別用氣相色譜–氫火焰離子化法(GC-FID)和氣相色譜–選擇離子質(zhì)譜法(GC-MS-SIS)檢測，結(jié)果顯示GC-FID法中檢測的是樣品中全部有機(jī)物在氫火焰中燃燒產(chǎn)生的微電流，所以在樣品基質(zhì)較為復(fù)雜的情況下抗干擾能力弱，特別是硫化物嚴(yán)重干擾基線，增大噪音，在目標(biāo)物保留時(shí)間左右干擾峰較多，很難實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物和干擾組分的完全分離，造成測定結(jié)果偏高，出現(xiàn)假陽性結(jié)果．而質(zhì)譜能夠?qū)崿F(xiàn)特征離子的選擇性掃描，具有極高的選擇性，通過對(duì)目標(biāo)物特征離子的選擇掃描可以去除大量干擾信號(hào)，同時(shí)根據(jù)特征離子的強(qiáng)度比值和峰面積，對(duì)目標(biāo)物實(shí)施可靠的定性、定量分析．因此，本文采用GC-MS-SIS法測定生物體中多環(huán)芳烴的含量，抗干擾能力強(qiáng)、定性定量結(jié)果可靠．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

GC–2010型氣相色譜儀，日本島津，F(xiàn)ID檢測器；Varian 4000MS 型氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國瓦里安公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海雅榮生化設(shè)備儀器有限公司；索氏提取器；具塞玻璃層析柱．

正己烷、丙酮、二氯甲烷，色譜純；無水Na2SO4，分析純，400,℃下烘干4,h；中性氧化鋁，層析純，100～200目，400,℃下烘干4,h，加4%的水去活化；硅膠，層析純，60～100目，140,℃下烘干4,h；高純銅粉，99.8%．

多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：萘、菲、蒽、熒蒽、屈、苯并(a)芘，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；芴、芘、苯并(a)蒽、苯并(e)芘，美國AccuStandard公司．上述標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均用正己烷稀釋成0.1、0.5、1.0、2.0、5.0,μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液．氘代多環(huán)芳烴：二氫苊-d10、菲-d10、屈-d12、苝-d12，美國AccuStandard公司，作為回收率指示物．

1.2 試樣的制備、提取和凈化

將海洋生物體樣品(紅狼蝦虎魚、口蝦蛄、鱸魚、日本鱘、長蛸、廣大扁玉螺、紅螺、毛蚶、矛尾復(fù)蝦虎魚、牡蠣、四角蛤蜊)用海水洗滌，除去雜物和殼，取其組織，勻漿處理，風(fēng)干后收集備用；然后稱取20,g與20 g無水Na2SO4混勻，用正己烷處理過的濾紙筒包好放入索氏提取器中加100,mL正己烷–丙酮(體積比1∶1)浸泡12,h，在75～80,℃水浴中回流提取16,h，冷卻至室溫，用250,mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的Na2SO4溶液洗滌，收集有機(jī)相到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮瓶中，濃縮至5,mL，濃縮液通過活化的氧化鋁/硅膠/無水硫酸鈉(5,g氧化鋁、5,g硅膠、1,g無水硫酸鈉)層析柱后，加入5,mL正己烷淋洗，再加入80,mL體積比1∶4的二氯甲烷–正己烷溶液，收集淋洗液，濃縮定容至1,mL，加1,g高純銅粉，超聲振蕩5,min，作為樣品凈化液進(jìn)行GC-MS分析．

1.3 色譜條件

VF-5,ht毛細(xì)管柱(30,m×0.25,mm×0.10,μm)；進(jìn)樣口溫度290,℃；初始柱溫150,℃，以4,℃/min升到270,℃，然后保持16,min；分流比5∶1；以高純氦氣為載氣，流量1,mL/min；進(jìn)樣量1,μL；離子源為EI源，離子阱溫度220,℃，傳輸線溫度280,℃；溶劑延遲時(shí)間3,min．

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)物的分離檢測

將10種多環(huán)芳烴及其異構(gòu)體配制成各組分質(zhì)量濃度為2.0,μg/mL的多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液與處理好的樣品溶液分別進(jìn)行色譜分離和質(zhì)譜檢測，檢測結(jié)果如圖1所示．

圖1 PAHs與樣品的色譜圖和總離子流圖Fig.1 Chromatogram and total ion chromatogram of Fig.1漾 PAHs and sample

從圖1可以看出，樣品的色譜圖背景值高，雜峰多，在目標(biāo)物保留時(shí)間附近有許多干擾峰出現(xiàn)，甚至掩蓋了目標(biāo)物的信號(hào)，原因是FID檢測器為通用型檢測器，樣品中背景基質(zhì)與目標(biāo)物不能完全分離，且產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)于目標(biāo)物，嚴(yán)重影響分析結(jié)果；而GCMS-SIS法可以通過選擇離子掃描的方式去掉背景基質(zhì)產(chǎn)生的影響，得到的譜圖分離度高，峰形規(guī)整，干擾峰較少，能得到準(zhǔn)確、可靠的分析結(jié)果．

2.2 目標(biāo)物定性離子的選擇及質(zhì)譜的識(shí)別

利用單一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)10種目標(biāo)物及其異構(gòu)體進(jìn)行GC-MS-SIS分析，得到總離子流圖(見圖2)，每種目標(biāo)物中離子相對(duì)強(qiáng)度比值和特征定性離子的質(zhì)荷比數(shù)值見表1．特征定性離子的選擇原則是：(1)在基質(zhì)干擾較小的情況下首選基峰離子和強(qiáng)度較大的離子；(2)在考慮低質(zhì)量區(qū)的情況下盡量選取質(zhì)荷比較大的離子；(3)選取分子離子峰．從表1可以看出，多苯環(huán)化合物的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定．離子源發(fā)射的電子不易破壞其分子的骨架，只能使分子失去一個(gè)電子形成分子離子．所以該類化合物的基峰離子均為分子離子．

在定性離子數(shù)較少的情況下，被測物定性離子與該標(biāo)準(zhǔn)物定性離子間豐度比的匹配度顯得尤其重要．歐盟規(guī)定了在應(yīng)用EI-GC-MS法對(duì)試樣中痕量殘留物定性時(shí)相對(duì)離子強(qiáng)度的最大公允參考范圍[5]，見表2．表1中的離子強(qiáng)度比是和基峰離子相比得到的，基峰離子的強(qiáng)度為100%．在分析樣品時(shí)，不僅要在標(biāo)準(zhǔn)物的保留時(shí)間出峰，而且質(zhì)譜圖中的每個(gè)定性離子之間的強(qiáng)度比也要符合表2給出的公允范圍才能確認(rèn)是該目標(biāo)物．

圖2 14種多環(huán)芳烴組分的GC-MS-SIS總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of 14 PAHs

表1 14種多環(huán)芳烴的保留時(shí)間、定性離子及相對(duì)離子強(qiáng)度比Tab.1 Retation time，qualitative ions and relative ion intensities of 14 PAHs

表2 應(yīng)用質(zhì)譜技術(shù)相對(duì)離子強(qiáng)度最大公允范圍Tab.2 Maximum permitted tolerances for relative ion intensities using a range of mass spectrometric techniques

2.3 檢出限、相關(guān)系數(shù)、回收率及精密度

分別取1.00,μL的0.01、0.02、0.05、0.08,μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行GC-MS-SIS分析，得到線性方程、相關(guān)系數(shù)．0.01,μg/mL的標(biāo)樣連續(xù)測定3次，進(jìn)樣量1,μL，取其標(biāo)準(zhǔn)偏差s，儀器檢出限為3sm/A[6]，m為每種PAHs實(shí)際進(jìn)入儀器的質(zhì)量，A為每種PAHs的平均峰面積．平行分析3個(gè)基質(zhì)加標(biāo)樣品，即在樣品前處理時(shí)不加生物體樣品，在20,g無水Na2SO4中混入1,mL,0.05,μg/mL,的10種PAHs標(biāo)樣和相同濃度的4種回收率指示物，得到回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，方法檢出限為3sc/A，c為已知加標(biāo)濃度，A為每種PAHs的平均峰面積．結(jié)果見表3．為了保證測定結(jié)果的可靠性，在每個(gè)樣品的處理過程中都加入二氫苊-d10、菲-d10、屈-d10、苝-d104種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為指示物，結(jié)果表明：4種指示物二氫苊-d10、菲-d10、屈-d10、苝-d10的回收率分別為108%、82.6%、63.9%、77.2%，RSD分別為9.3%、6.5%、11.8%、11.4%．

2.4 海洋生物樣品分析

用上文所建立的方法對(duì)11種海洋生物樣品中多環(huán)芳烴的含量進(jìn)行檢測，結(jié)果見表4．4種指示物的回收率在59%～112%之間，表明樣品中的多環(huán)芳烴目標(biāo)物在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中回收良好，適用于實(shí)際樣品的檢測．

表3 方法的相關(guān)系數(shù)、檢出限、回收率及精密度Tab.3 Correlation coefficient，detection limits，recoveries and precision of the method

表4 樣品分析結(jié)果Tab.4 Results from analysis of samples (ng·g-1)

3 結(jié) 論

本研究采用索式提取–硅膠氧化鋁柱凈化，GCMS-SIS檢測的方法定量分析了近海海洋生物體內(nèi)10種PAHs，回收率在63.1%～98.1%之間，RSD為3.9%～15.2%，方法檢出限小于0.61 ng/g，該方法適用于海洋生物體中PAHs的分析．

［1］陳皓，劉穎，劉海玲，等. 超高效液相色譜法檢測土壤中的多環(huán)芳烴[J]. 色譜，2008，26(6)：769–771.

［2］薛荔棟，郎印海，劉愛霞，等. 黃海近岸日照段表層沉積物中多環(huán)芳烴的來源解析研究[J]. 海洋學(xué)報(bào)，2008，30(6)：164–170.

［3］黎曉霞，蔡河山，張珞平. 廈門西海域表層沉積物中多環(huán)芳烴含量分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 熱帶海洋學(xué)報(bào)，2008，27(5)：43–46.

［4］饒竹，李松，何淼，等. 高效液相色譜–熒光–紫外串聯(lián)測定土壤中16種多環(huán)芳烴[J]. 分析化學(xué)，2007，35(7)：954–958.

［5］The European Communities. 2002/657/EC [S]. Europe：Official Journal of the European Communities，2002.

［6］田強(qiáng)兵. 分析化學(xué)中檢出限和測定下限的探討[J]. 化學(xué)分析計(jì)量，2007，16(3)：72–73.

Analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Marine Organisms from Coastal Waters by Chromatography-Mass Spectrometry

JIANG Sheng-ping1，MA Ruo-xin2，LIU Wen-ling3，WANG Xue-kui3
(1. Research Center of Modern Analysis Technology，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China；2. Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry，Tianjinn 300457，China；3. College of Marine Science and Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

An analytical method for polycyclic aromatic hydrocarbons in marine organisms from coastal waters by chromatography-mass spectrometry was developed. The effects of scan type on method detection limit were studied. Meanwhile，the correlation between the scale of intensity of qualitative ions and the qualitative result was evaluated. The detection limits for ten PAHs were 0.10-0.61 μg/kg，the linear relations was good，the most of recoveries for PAHs ranged from 63.1% to 98.1%，the relative standard deviations(RSDs)ranged from 3.9% to 15.2%. Finally，the developed analytical method has been successfully applied to the determination of PAHs in organism samples.

marine organisms；polycyclic aromatic hydrocarbons；GC-MS

O657.63

：A

：1672-6510(2010)04-0025-04

2010-03-05；

2010-04-29

天津市908專項(xiàng)近岸海域海洋化學(xué)調(diào)查資助項(xiàng)目(908-TJ-09)

降升平（1977—），男，山西靈石人，工程師，jiangshengping@tust.edu.cn.