氣相色譜-質(zhì)譜法測定土壤中多環(huán)芳烴及有機氯農(nóng)藥

(紅河哈尼族彝族自治州環(huán)境監(jiān)測站，紅河 蒙自 661100)

多環(huán)芳烴(Polycyclicaromatichydrocarbons,簡稱PAHs)是指由兩個或兩個以上苯環(huán)以線狀、角狀或簇狀排列的化合物[1]。它多數(shù)具有較大的共軛體系，因此，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易水解。有機氯農(nóng)藥(Organochlorine Pesticides，OCPs)是一類由人工合成的化學(xué)殺蟲劑，其蒸氣壓低，疏水性和毒性強，不易揮發(fā)且難降解，通過食物鏈作用或生物富集等積累，對人體和環(huán)境的破壞作用顯著[2]。

土壤的組成成分較多，其有機污染物含量較少，濃度低，一般很難直接測定，所采集的土壤樣品需經(jīng)過處理以后才能夠進行分析測定。土壤樣品前處理包括待測物的提取、凈化和濃縮[3]。本文主要對土壤兩種前處理方法—超聲提取和快速溶劑萃取儀萃取方法進行對比優(yōu)化?？焖偃軇┹腿x中使用的基質(zhì)分散劑：60目硅藻土，100目硅藻土。萃取溶劑：正己烷，丙酮，正己烷∶丙酮(1∶1)。研究了提取方法、基質(zhì)分散劑、萃取溶劑等對待測物的提取影響，以及弗羅里硅土柱凈化對待測物的回收率情況。針對土壤樣品，采用質(zhì)譜聯(lián)用的方法，同時測定土壤中16種多環(huán)芳烴及8種有機氯農(nóng)藥，并通過比較方法的回收率、精密度、準(zhǔn)確度、靈敏度、檢出限等指標(biāo)來確定其條件。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-QQQ)7000C，美國安捷倫公司；快速溶劑萃取儀(APLE-3000)，北京吉天儀器有限公司；定量濃縮儀(DRYVAP)，美國Horizon公司；智能馬弗爐，長沙開元儀器股份有限公司；電光分析天平(BS 224S)，德國賽多利斯；超聲雙頻清洗機，昆山舒美超聲儀器有限公司。

1.2 材料和標(biāo)準(zhǔn)品

1.3 實驗方法

1.3.1 快速溶劑萃取儀

選擇載氣壓力130psi；萃取池壓力1450psi；預(yù)熱時間30s；加熱和萃取時間300s；加熱溫度100℃；淋洗體積99%；氮吹時間120s；清洗和循環(huán)次數(shù)分別為1次和4次。

1.3.2 色譜、質(zhì)譜條件(表2)

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

內(nèi)標(biāo)中間液：取10μL內(nèi)標(biāo)儲備液(2.0mg/mL)溶于1mL棕色樣品瓶，最終配得濃度為20μg/mL的內(nèi)標(biāo)中間液。

替代物中間液：取10μL2-氟聯(lián)苯(2.0mg/mL)和對三聯(lián)苯-d14(2.0mg/mL)溶于1mL棕色樣品瓶，最終配得濃度為20μg/mL的替代物中間液。

多環(huán)芳烴中間液標(biāo)液：取10μL多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)液(2.0mg/mL)溶于1mL棕色樣品瓶，最終配得濃度為20μg/mL的多環(huán)芳烴中間液。

有機氯農(nóng)藥中間液標(biāo)液：取10μL有機氯標(biāo)準(zhǔn)溶液(2.0mg/mL)溶于1mL棕色樣品瓶，最終配得濃度為20μg/mL的有機氯中間液。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：取10 μL的多環(huán)芳烴中間液和有機氯農(nóng)藥中間液溶于1mL棕色樣品瓶，最終配得濃度為200μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

分別取2.5μL,5μL,10μL,25μL,50μL的多環(huán)芳烴中間液標(biāo)液、有機氯農(nóng)藥中間液標(biāo)液、替代物中間液標(biāo)液，加入10μL的內(nèi)標(biāo)中間液，用正己烷定容至1.0mL，得到濃度分別為50μg/L,100μg/L,200μg/L,500μg/L，1000μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。標(biāo)液現(xiàn)配現(xiàn)用。

表1 試劑及原料

注：多環(huán)芳烴標(biāo)液：萘；苊烯；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；二苯并[a,h]蒽；苯并[g,h,i]苝； 茚并[1,2,3-cd]芘。有機氯農(nóng)藥標(biāo)液：Alpha-六六六； Bata-六六六； Gamma-六六六； Delta-六六六； P,P′-DDE；P,P′-DDD； O,P′-DDT；P,P′-DDT。內(nèi)標(biāo)儲備液：萘-d8；苊-d10；菲-d10；屈-d10；苝-d12。

表2 色譜、質(zhì)譜條件

1.5 樣品處理

1.5.1 土壤待測物的提取

稱取15.0000g土壤樣，5.0000g 60目硅藻土 (看土壤干濕情況，可適當(dāng)增加硅藻土含量，但一定要能全部裝入33mL萃取池內(nèi))，研磨，攪拌均勻，填入33mL萃取池，加入濃度為20μg/mL的替代物中間液10μL，蓋好蓋子，擰緊，上機萃取。

1.5.2 凈化及濃縮

第一次濃縮：將萃取完成后萃取瓶中的萃取液看萃取液情況，適當(dāng)加入無水硫酸鈉，以除去多余的水分，保證能夠正常過弗羅里硅土柱子。

萃取瓶內(nèi)的萃取液全部轉(zhuǎn)移至定量濃縮杯里，同時用少量正己烷潤洗萃取瓶3次，潤洗液也全部轉(zhuǎn)移到定量濃縮杯里，將定量濃縮杯轉(zhuǎn)到定量濃縮儀，最終濃縮至3～5mL。

預(yù)淋洗凈化小住(此步驟在第一次濃縮快要結(jié)束時進行)：往弗羅里硅土小柱中加入少量無水硫酸鈉，按順序用二氯甲烷5mL潤洗弗羅里硅土小柱，再用正己烷5+5mL潤洗弗羅里硅土小柱(目的是最大程度除去干擾物)。

凈化：將第一次濃縮的濃縮液過預(yù)淋洗過的弗羅里硅土小柱(上樣前弗羅里硅土小柱一定要保持濕潤，最好預(yù)淋洗剛結(jié)束就上樣)，小柱下部接第二次的濃縮杯，依次用正己烷2mL洗脫3次、正己烷∶二氯甲烷(1∶1)5mL洗脫1次(將被測物質(zhì)洗脫下來)。收集全部濾液進行第二次濃縮。

第二次濃縮定容：將收集的濾液轉(zhuǎn)到定量濃縮儀，濃縮至1.0mL， 加入內(nèi)標(biāo)中間液10μL，待上機檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取方法及溶液的選擇

從圖1中可以看出，提取方法為超聲提取時，在相同條件下，提取溶劑為正己烷，回收率為41.52%～79.53%；提取溶劑為丙酮時回收率為42.94%～83.51%；提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)時回收率為40.81%～101.71%。提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)時測定的物質(zhì)大部分回收率比其余兩種提取溶劑的回收率高，所以超聲提取法選擇溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)。

從圖2中可以看出提取方法為快速溶劑萃取時，在相同條件下，提取溶劑為正己烷，回收率為46.94%～79.76%；提取溶劑為丙酮時回收率為57.6%～88.73%；提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)時回收率為57.56%～113.37%。提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)時測定的物質(zhì)大部分回收率比其余兩種提取溶劑的回收率高，所以快速溶劑萃取法選擇提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)。

對比圖1、圖2，可以看出兩種提取方法中提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)時回收率高，但超聲提取相對于快速溶劑萃取其萃取效率低，且在實驗過程中，超聲提取法提取自動化低，容易導(dǎo)致三角燒瓶破碎，所以選擇快速溶劑萃取儀萃取，提取溶劑為正己烷∶丙酮(1∶1)。

從圖3可以看出，基質(zhì)分散劑為60目硅藻土和100目硅藻土對提取回收率影響不大，但由于100目硅藻土相對60目硅藻土太細，有時在萃取過程中會出現(xiàn)堵塞管路的現(xiàn)象，導(dǎo)致萃取液體積不一致的情況。為避免因接受液體積引起誤差，實驗選擇60目硅藻土的分散劑。

2.2 混合標(biāo)樣的色譜圖、定量離子、保留時間、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)及方法最小檢出限

將配制好的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行分析，采集色譜圖，采用內(nèi)標(biāo)法定量，定容體積為1mL，進樣量為1.0μL，以各組分的峰面積(Y)對質(zhì)量濃度(X, μg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。按空白樣取樣量(石英砂)為8.0000g，根據(jù)《HJ168-2010環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂導(dǎo)則》[4]附錄A中檢出限計算公式(見附錄式B1)算出測定的24種組分的檢出限，最低檢出限的信號值為儀器信號噪音的3倍。

表3 多環(huán)芳烴及有機氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)的定量離子和保留時間

色譜峰：1.萘-D8；2.萘；3.2-氟聯(lián)苯；4.苊烯；5.苊-D10；6.苊；7.芴；8. Alpha-六六六；9. Bata-六六六；10. Gamma-六六六；11.菲-D10；12.菲；13.蒽；14. Delta-六六六；15.熒蒽；16芘；17.P,P′-DDE；18.對三聯(lián)苯-D14；19.P,P′-DDD；20.O,P′-DDT；20.P,P′-DDT；22.苯并(a)蒽；23.屈-D12；24.屈；25.苯并[b]熒蒽；26.苯并[k]熒蒽；27.苯并[a]芘；28.苝-D10；29.茚并[1,2,3-cd]芘；30.二苯并[a,h]蒽；31.苯并[g,h,i]苝

圖4 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖

表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)及方法最小檢出限

2.3 方法驗證結(jié)果

從圖5可以看出，水稻田土壤添加回收率為52.46%～128.28%，一般農(nóng)田土壤1添加回收率為49.92%～95.06%，一般農(nóng)田土壤2添加回收率為67.72%～119.83%。從圖6可以看出，水稻田土壤精密度為1.05%～6.79%，一般農(nóng)田土壤1精密度為1.45%～6.82%，一般農(nóng)田土壤2精密度為1.89%～7.21%。所以，該方法的回收率為49.92%～128.28%，精密度為1.05%～7.21%。從圖5、 圖6可以看出含水分多，提取不完全，導(dǎo)致提取效率低，實驗室為了除去水分，增加除水過程，因前處理步驟多，目標(biāo)物在處理過程中的損失就多，進而導(dǎo)致整體的回收率偏低。水分含量較低的土壤得到的回收率較好。

2.4 樣品測定結(jié)果

從圖7中可以看出耕地、林地、茶葉地等均有少部分多環(huán)芳烴檢出，無有機氯農(nóng)藥檢出。根據(jù)《GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5]中二級標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，六六六、滴滴涕的限值為0.50mg/kg，本文中所測定4種土壤樣品六六六、滴滴涕均未檢出。

3 結(jié)論

本文通過研究確定土壤中多環(huán)芳烴及有機氯農(nóng)藥同時分析的方法，對比了超聲萃取和快速溶劑萃取儀兩種萃取方法及兩種不同目數(shù)土壤分散劑的回收率，最終確定了以快速溶劑萃取為基礎(chǔ)，60目硅藻土作為基質(zhì)分散劑，并用丙酮∶正己烷(1∶1)作為萃取液，體積比為99%時萃取4次后，經(jīng)弗羅里硅土柱凈化，氣相色譜-三重四級桿質(zhì)譜的檢測方法。方法回收率為49.92%～128.28%，檢出限為0.00109～0.00651mg/kg，滿足實際分析要求。該方法具有簡便、快速的特點，縮短了前處理及分析時間，對于土壤中多環(huán)芳烴及有機氯農(nóng)藥檢測具有一定的借鑒作用。