頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法分析土壤中多環(huán)芳烴含量

岳瑞江 邱自兵 王志苗 何姝 張從鈴 葉文婷 李凌文 何婷

（深圳市宇馳檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣東深圳 518055）

頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法分析土壤中多環(huán)芳烴含量

岳瑞江 邱自兵 王志苗 何姝 張從鈴 葉文婷 李凌文 何婷

（深圳市宇馳檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣東深圳 518055）

建立了頂空固相微萃取（Head -space Solid phase microextraction，HS-SPME)與氣相色譜-質(zhì)譜（Gas chromatog-raphy and mass spectrometer，GC-MS）聯(lián)用測(cè)定土壤中16種多環(huán)芳烴的快速分析方法?？疾炝溯腿囟取⑤腿r(shí)間和加水量等因素對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明，最佳萃取溫度40℃，萃取時(shí)間30m in，加水量3:5（m L/g）。同時(shí)對(duì)該方法的檢出限、精密度、回收率等進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，該方法精密度良好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.05%，16種組分的回收率在82.8%～101.6%，檢出限0.001～0.023μg/kg。該方法前處理步驟簡(jiǎn)單，靈敏度高，為土壤中的多環(huán)芳烴的檢測(cè)提供了一種簡(jiǎn)便、快捷、可靠的測(cè)定方法。

固相微萃?。粴庀嗌V-質(zhì)譜；多環(huán)芳烴；土壤

多環(huán)芳烴（polycyclic aromtichydrocarbon，PAHs）是指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的化合物。根據(jù)苯環(huán)的連接方式分為聯(lián)苯類(lèi)、多苯代脂肪烴和稠環(huán)芳香烴三類(lèi)。多環(huán)芳烴是一類(lèi)惰性較強(qiáng)的碳?xì)浠衔铮捎谶@種較強(qiáng)的惰性致使它們比較穩(wěn)定，能廣泛地存在于環(huán)境、水和土壤中。目前研究表明，其中有16種具有較強(qiáng)的致癌、致畸和致突變性，已被美國(guó)環(huán)保局（EPA）列入優(yōu)先控制和檢測(cè)的有毒有機(jī)污染物的黑名單中[1-3]，我國(guó)第一批68種優(yōu)先控制污染物也將7種多環(huán)芳烴列入其中[4]。目前已對(duì)2000多種化合物做了致癌試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有致癌作用的有500余種，其中200余種系芳香烴類(lèi)[5]。在這些致癌物中多環(huán)芳烴是最重要的一類(lèi)。

多環(huán)芳烴不易溶于水，極易附著在固體顆粒上，所以一般來(lái)說(shuō)，大氣、土壤中的大多數(shù)多環(huán)芳烴處于吸附態(tài)[6]。在土壤中，多環(huán)芳烴將發(fā)生一系列的物理、化學(xué)和生物行為，其中一部分污染物降解或轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)；一部分通過(guò)揮發(fā)等途徑進(jìn)入其它相中；還有一部分會(huì)長(zhǎng)期存在于土壤環(huán)境中，進(jìn)而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期和深遠(yuǎn)的影響。

目前土壤樣品萃取技術(shù)主要有：索氏萃取[7]，超聲萃取[8,9]，微波輔助萃取[10-12]，加速溶劑萃取[13-16]，超臨界流體萃取[17]。其中索氏萃取最為經(jīng)典，成為其它萃取方法的參照萃取方法。土壤樣品中有機(jī)物提取最經(jīng)典的方法是使用索氏萃取器進(jìn)行溶劑連續(xù)抽取法，但是萃取時(shí)間長(zhǎng)，溶劑的使用量大。其它方法在萃取時(shí)間和溶劑使用量上有所改進(jìn)，但是存在著各自的缺點(diǎn)：超聲萃取易使穩(wěn)定性較差的有機(jī)物分解（如菲）；微波輔助萃取時(shí)弱極性或非極性有機(jī)物在萃取時(shí)所用的非極性萃取劑對(duì)微波能利用率不高；加速溶劑萃取所用設(shè)備價(jià)格昂貴；超臨界萃取是近年來(lái)發(fā)展很快的一種樣品制備技術(shù)。超臨界流體的性質(zhì)介于氣體與液體之間，既有液體的高密度又有提起的高擴(kuò)散性，能夠滲透到固體內(nèi)部溶解被測(cè)組分，但是對(duì)高沸點(diǎn)化合物的萃取效果差等等。

固相微萃?。⊿olid-PhaseMicroextraction,SPME）技術(shù)是由加拿大Waterloo大學(xué)的Pawliszyn等[18]人于1989年提出來(lái)的（Smedes and Boer，1997;Arthur and Pawliszyn,1990;Potter and pawliszyn, 1992)。它是以固相萃取為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的新方法。它最突出的優(yōu)點(diǎn)就是集萃取、濃縮、進(jìn)樣為一體[19]，不需要溶劑。屬于非溶劑型選擇性萃取法。

目前，運(yùn)用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法（HS-SPME-GC-MS）測(cè)定大氣、水中PAHs的文獻(xiàn)較多，而關(guān)于土壤中PAHs測(cè)定的文獻(xiàn)較少。本實(shí)驗(yàn)采取頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法（HS-SPME-GC-MS）對(duì)土壤中的16種多環(huán)芳烴進(jìn)行了分析，取得較理想的檢測(cè)結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，GCMS-QP2010Ultra（日本島津公司）；毛細(xì)管色譜柱，Rtx-5MS，30m×0.25mm(i.d.)×0.25μm（日本島津公司）；固相微萃取裝置，包括SPME手柄及100μmPAMS萃取頭（均為美國(guó)Supelco公司）；頂空進(jìn)樣器，DANI HSS86.50。

16種 PAH標(biāo)準(zhǔn) （AccuStandard,Inc）：苊（Acenaphthene，200.8μg/mL），二氫苊（Acenaphthylene，199.8μg/mL），蒽（Anthracene，199.6μg/mL），1,2-苯并蒽（1,2-Benzanthrancene，198.2μg/mL），苯并[a]芘（Benzo(a)pyrene，199.6μg/mL），苯并[b]熒蒽（Benzo(b)fluoranthen，199.0μg/mL），苯并[g,h,i]芘（Benzo(g,h,i)perylene，198.0μg/mL），苯并[k]蒽（Benzo(k)fluoranthene，200.1μg/mL），屈（Chrysene，199.0μg/mL），二苯蒽（Dibenz(a,h)anthracene，198.6μg/mL），熒蒽（Fluoranthene，200.4μg/mL），芴（Fluorene，199.6μg/mL），茚（1,2,3-cd）芘（Indeno (1,2,3-cd)pyrene，199.4μg/mL），萘（Nahpthalene,198.2μg/mL），菲（Phenanthrene，199.0μg/mL），芘（Pyrene，201.4μg/mL），溶劑為50%甲醇和50%二氯甲烷；實(shí)驗(yàn)室用水為去有機(jī)質(zhì)的二次蒸餾水；甲醇（色譜純）；二氯甲烷（色譜純）。

1.2 GC-MS條件

1.2.1 氣相色譜條件

載氣：高純He，純度大于99.999%。

進(jìn)樣口溫度：250℃；進(jìn)樣模式：不分流。

進(jìn)樣量：1μL，柱流量：1.01ml/min。

柱溫：70℃（2min）→10℃/min→320℃（5.5min）。

1.2.2 質(zhì)譜條件

電子轟擊（EI）離子源；電子能量70eV。

掃描模式：選擇離子（SIM）模式；質(zhì)量掃描范圍m/z:50～650。離子源溫度：230℃；接口溫度：280℃；溶劑延遲時(shí)間：6.00min。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)樣品準(zhǔn)備

將采集的土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，除去土樣中石子和動(dòng)植物殘?bào)w等異物，用研缽研磨，過(guò)20目篩混勻后，置烘箱內(nèi)150℃烘8h，以除去水分及其他揮發(fā)性有機(jī)物，再用研缽研磨后過(guò)100目篩，混勻后置干燥器中備用。取30mL頂空瓶若干只，各加入10g上述處理過(guò)的土樣，加入6mL二次蒸餾水，蓋緊瓶蓋，加適量標(biāo)準(zhǔn)溶液，于混勻器上混勻。置頂空進(jìn)樣器中平衡30min，然后進(jìn)行分析。

1.4 實(shí)際樣品測(cè)試

稱(chēng)取待測(cè)土樣10g，置于30mL頂空瓶中，加入6mL二次蒸餾水，蓋緊瓶蓋，按標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)試條件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 固相微萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取溫度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

對(duì)于頂空固相微萃取處理過(guò)程來(lái)說(shuō)，溫度在分析中起著重要的影響作用[7]，一方面，隨著溫度的升高，亨利常數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)增大；另一方面，組分在萃取相上的分配系數(shù)卻隨著溫度的升高而降低。擴(kuò)散系數(shù)的增大可以加快分析物的傳質(zhì)速度，亨利常數(shù)的增大可以提高分析物在樣品頂空的濃度，從而降低萃取達(dá)到平衡的時(shí)間；萃取相分配系數(shù)的降低會(huì)導(dǎo)致平衡時(shí)被萃取組分的量減少，從而降低了萃取效率。不僅如此，長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)高的溫度下，會(huì)降低涂層的使用壽命。因此要綜合考慮萃取溫度對(duì)HS-SPME的影響。分別在30、40、50、60、70、80℃進(jìn)行試驗(yàn)，萃取時(shí)間30min，從圖1中可以看出在30℃～80℃，萘隨著溫度上升峰面積呈下降趨勢(shì)，芴、菲及熒蒽等隨溫度上升萃取量增加，綜合考慮選取60℃為最佳萃取溫度。

圖1 萃取溫度對(duì)多環(huán)芳烴萃取效果的影響

2.1.2 萃取時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

圖2為不同萃取時(shí)間段中16中PAHs被萃取的效率，可見(jiàn)隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，16種PAHs被萃取的效率均呈逐漸上升趨勢(shì)，但時(shí)間越長(zhǎng)萃取量增加越慢。在分析的30min內(nèi)大多數(shù)PAHs均未達(dá)到萃取平衡，依據(jù)SPME的非平衡理論，并且考慮實(shí)際分析中GC-MS分析時(shí)間為28min，本文選擇30min作為萃取時(shí)間。

圖2 萃取時(shí)間對(duì)多環(huán)芳烴萃取效率的影響

2.1.3 加水量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

對(duì)土壤樣品進(jìn)行HS-SPME-GC-MS分析，需要在土壤樣品中加入一定量的水分，利于有機(jī)物從土壤中脫附出來(lái)[20]，在加入相同標(biāo)準(zhǔn)溶液的情況下，分別加入30%，40%，50%，60%，70%，80%（水體積/土樣重）的二次蒸餾水。結(jié)果如圖3所示，加水量在30%～60%時(shí)，被分析組分的峰面積均隨著加水量的增大而增大。當(dāng)加水量達(dá)到60%時(shí)，峰面積達(dá)到最大，加水量超過(guò)60%，峰面積開(kāi)始降低。因此本實(shí)驗(yàn)選擇60%的加水量。

通過(guò)以上對(duì)HS-SPME萃取條件的實(shí)驗(yàn)，得到的優(yōu)化萃取條件是：萃取溫度60℃，萃取時(shí)間30min，加水量60%（V/m）。

圖3 加水量對(duì)多環(huán)芳烴萃取效率的影響

2.2 方法的檢出限、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、準(zhǔn)確度試驗(yàn)

在優(yōu)化的萃取條件下，測(cè)定16種多環(huán)芳烴化合物的線性范圍與線性相關(guān)系數(shù)、檢出限（S/N=3）和回收率，從表1中可以看出該方法的重現(xiàn)性好RSD＜5.05%，現(xiàn)行范圍0.05～100μg/kg，回收率在82.8%～101.6%之間。

表1 多環(huán)芳烴的檢出限、線性范圍和回收率（n=7）

2.3 實(shí)際樣品檢測(cè)

將建立的方法應(yīng)用于樣品1（哈爾濱）、樣品2（長(zhǎng)春）、樣品3（西安）、樣品4（合肥）土壤樣品中多環(huán)芳烴含量和回收率的測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 土壤樣品中多環(huán)芳烴含量和回收率

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法（HS-SPME-GC-MS）對(duì)土壤中16種多環(huán)芳烴進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化，本方法不僅準(zhǔn)確度和精密度高，而且還有快速、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

[1]楊若明.環(huán)境中有毒有害化學(xué)物質(zhì)的污染與監(jiān)測(cè)[M].北京：中央民族大學(xué)出版社,2001:21-178.

[2]Wang JZ，Zhu C Z，Chen T H.PAHs in the Chinese environment: Levels，inventorymass，source and toxic potency assessment[J].EnvironmentScience Processes&Impacts，2013,15(6):1104-1112.

[3]Hellmann H.A recent contamination trend:polycyclic aromatic hy-

drocarbons(PAHs)in aquatic and terrestrialsediments[J].Acta Hydrochimica etHydrobiologica,2003,31(2):85-96.

[4]周文敏,傅德黔,孫宗光.中國(guó)水中優(yōu)先控制污染物黑名單的確定[J].環(huán)境科學(xué)研究,1991,4（6）：9-12.

[5]王連生.環(huán)境健康化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,1994.

[6]Freeman D J,and Cattell FCR.Woodburning as a source ofatmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons.Environ Sci Technol, 1990,24:1581-1585.

[7]Wenchuan Q,Dickman M,SuminW.Evidence for an aquatic plant origin ofketonesand found in Taihu lake sediments[J].Hydrobiologia, 1997,397:149-154.

[8]褚亮亮，薛文平，徐恒振，等.超聲提取液相色譜測(cè)定環(huán)境固體樣品中多環(huán)芳烴[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,28（6）：448-451.

[9]張曉梅，張竹春，黃文鵬.超聲萃取-高效液相色譜測(cè)定土壤中多環(huán)芳烴[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010,35（7）：124-127.

[10]徐暉,呂麗麗,丁宗慶,等.微波輔助萃取-高效液相色譜法測(cè)定土壤中的多環(huán)芳烴 [J].華中師范大學(xué)：自然科學(xué)版,2008,42（4）：565-568.

[11]楊杰.微波萃取-高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定土壤中16種多環(huán)芳烴的研究[J].干旱環(huán)境監(jiān)測(cè)，2006,20（1）：5-7.

[12]林琳,王海,繆麗娜.微波提取高效液相色譜法測(cè)定土壤中15種痕量多換芳烴[J].2009,25(2):86-89.

[13]Majors R E.An overview of sample preparationmethods for solids [J].LC-GC,1997,17(6):8-13.

[14]黃東勤,王盛才,陳一清,等.加速溶劑萃取-高效液相色譜法測(cè)定土壤中16中多環(huán)芳烴[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2008,24（3）：26-29.

[15]鄒輝,羅岳平,陳一清,等.加速溶劑萃取-氣相色譜法測(cè)定土壤中16種多環(huán)芳烴[J].分析實(shí)驗(yàn)室，2008,27（5）：37-39.

[16]王娟,張躍進(jìn),趙輝,等.ASE-HPLC測(cè)定土壤中多環(huán)芳烴的方法研究[J].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,21（6）：5-9.

[17]周長(zhǎng)利,崔兆杰,高連存,等.土壤中烴類(lèi)污染物的超臨界萃取[J].分析化學(xué),1997,7（25）：796-799.

[18]ARTHUR CL,PAWLISZYN J.Solid phase-with thermal desorption using fused optical fibers[J].And chem,1990,62(19):2145-2148.

[19]周珊,趙立文,馬騰蛟,等.固相微萃?。⊿PME）技術(shù)基本理論及應(yīng)用進(jìn)展[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2006,2:86-90.

[20]張道寧,吳采櫻,艾飛.固相微萃取中高分子涂層研究[J].色譜，1999,17（1）：10-13.

深圳市科技研發(fā)資金（GGJS20140421160918350）。

岳瑞江（1981—），男，山東濰坊人，本科，助理工程師，主要從事環(huán)境檢測(cè)工作。