串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤中多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯的分析

陳園園 李勝生

摘要：本文采用快速溶劑萃取聯(lián)合氣相色譜一串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)了16種多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hy-drocarbons，PAHs）和15種多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）。純化方法、色譜條件和碰撞能量在本研究中得到優(yōu)化。該方法的準(zhǔn)確性和精確度很高。實(shí)際樣品測(cè)定表明，該方法檢測(cè)限低，抗干擾能力強(qiáng)，可滿足土壤中PAHs和PCBs的檢測(cè)要求。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)質(zhì)譜法；土壤；多環(huán)芳烴；多氯聯(lián)苯

1.前言

多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯是典型的持久性有機(jī)污染物，具有持久性，半揮發(fā)性，生物累積性和劇毒性，主要來(lái)自生物能源和化石燃料以及其他工業(yè)廢水的燃燒。由于多環(huán)芳烴具有致畸，致癌和誘變作用，因此受到人們的廣泛關(guān)注，被歐盟和世界衛(wèi)生組織等多個(gè)國(guó)際組織列為最有害的持久性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）之一。土壤是各種有機(jī)污染物被接受的地方。土壤污染由于其隱蔽性，積累性和不可逆性而變得越來(lái)越嚴(yán)重。作為典型的污染物，多環(huán)芳烴多氯聯(lián)苯和已成為土壤遷移轉(zhuǎn)化研究的熱點(diǎn)。多環(huán)芳烴多氯聯(lián)苯定量分析方法的發(fā)展為研究多環(huán)芳烴環(huán)境行為提供了前提條件。目前，土壤提取方法中的多環(huán)芳烴包括超聲提取、索氏提取、微波輔助提取、超臨界流體提取等，研究表明，在各種提取方法中，快速溶劑萃取PAHs的提取效率最高。常用的分析土壤中多環(huán)芳烴多氯聯(lián)苯的方法是液相色譜法（HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）。近年來(lái)，GC-MS/MS由于其靈敏度和分辨率高于其他方法，特別是多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（MRM），已逐漸應(yīng)用于土壤中多環(huán)芳烴的檢測(cè)，以更有效地消除其他雜質(zhì)的干擾，不僅可以避免誤報(bào)，還可以降低該方法的檢測(cè)限度。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)藥品

Agilent 7890A-5975C三重四極桿質(zhì)譜儀（美國(guó)Agilent公司）；DB-5柱（0.25μm，30m×250μm）；固相萃取儀（美國(guó)Labtech公司）；快速溶劑萃取儀（ASE350，美國(guó)Thermo公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國(guó)BUCHI公司）；氮吹儀（上海安譜公司）。

16種組成的多環(huán)芳烴：萘（Nap）、苊（Ace）、二氫苊（Acy）、芴（FI）、菲（Phe）、蒽（An）、熒蒽（Flu）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、（艸+屈）（Chr）、苯并[b]熒蒽（BhF）、苯并[k]熒蒽（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1，2，3-cd]芘（InP）、二苯并[a，h]蒽（DiA）和苯并[ghi]苝（BghiP）；15種組分的多氯聯(lián)苯：PCB18，PCB20，PCB28，PCB31，PCB52，PCB44，PCB101，PCB149，PCB118，PCB153，PCB105，PCB138，PCB170，PCB180，PCB194和四種氘化多環(huán)芳烴苊-d10，菲-d10，（艸+屈）-d12和苝-d12。上述標(biāo)準(zhǔn)溶液均購(gòu)自Accustand公司，正己烷、二氯甲烷和丙酮，為農(nóng)藥級(jí)色譜純（美國(guó)TEDIA公司）；硅藻土（美國(guó)Thermo公司）。

2.2樣品的制備

稱取20g土壤樣品在研缽中粉碎并與硅藻土混勻，置于萃取池中，用正己烷：丙酮（體積比1：1）混合溶劑進(jìn)行萃取，具體條件見表1。提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)近2mL后，用固相萃取儀進(jìn)行凈化，收集洗脫液再濃縮，加入內(nèi)標(biāo)，正己烷定容至1mL，制備好樣品再進(jìn)行儀器分析。所有的玻璃器皿都用超聲波清洗器清洗干凈后，在450℃的馬弗爐中烘烤5h。在溶劑空白和實(shí)驗(yàn)空白中檢測(cè)到少量目標(biāo)多環(huán)芳烴，Nap是空白樣品中發(fā)現(xiàn)最多的，不影響樣品中多環(huán)芳烴的分析，同時(shí)對(duì)樣品的測(cè)定進(jìn)行空白比對(duì)和扣除。

2.3實(shí)驗(yàn)條件

色譜條件：采用不分流進(jìn)樣模式脈沖，進(jìn)樣量1μL，進(jìn)樣口溫度280℃；高純氦氣作為載氣，流速1mL·min^-1，梯度升溫的程序設(shè)置為：70℃保持2min，25℃·min^-1至150℃，然后3℃·min^-1至200℃，隨后以8℃·min^-1至280℃持續(xù)10min。

質(zhì)譜條件：使用電子轟擊的離子源（EI），離子源溫度為230℃，四極桿溫度是150℃，驟冷氣體（高純氦氣）流量為2.2mL·min^-1，碰撞氣體（高純氮?dú)猓┝髁繛?.5mL·min^-1。

3.結(jié)果與討論

3.1 PAH和PCB的標(biāo)準(zhǔn)譜圖

通過(guò)調(diào)節(jié)升溫程序，可在40min內(nèi)完成16種多環(huán)芳烴和15種多氯聯(lián)苯的測(cè)定，實(shí)現(xiàn)了16個(gè)多環(huán)芳烴目標(biāo)化合物和15個(gè)多氯聯(lián)苯和4個(gè)內(nèi)標(biāo)化合物的峰實(shí)現(xiàn)了基線分離，各組分具有良好的分離度和響應(yīng)性。標(biāo)準(zhǔn)譜圖如圖1所示，顯示色譜峰形良好，分辨率滿足采用方法要求。

3.2 MS對(duì)特征離子對(duì)的篩選

MS/MS特征離子對(duì)的選擇對(duì)所有樣品進(jìn)行所有分析物（包括PAHs，PCBs和混合內(nèi)標(biāo)物）的全面掃描，以確定每種化合物的保留時(shí)間并篩選待測(cè)物質(zhì)的特征離子作為前體離子。質(zhì)譜后面跟著一個(gè)子離子掃描模式。在離子掃描模式下，MS1是SIM模式，只允許選定的前體離子通過(guò)MS1進(jìn)入碰撞室。MS2處于全掃描模式（SCAN）通過(guò)子離子后產(chǎn)生的碰撞池掃描特征離子后，篩選出更豐富，質(zhì)量更多且更穩(wěn)定的子離子。MSM是MSM中的選擇性離子檢測(cè)模式（SIM）。篩選出的前體離子只能通過(guò)MS1進(jìn)入碰撞池。MS2也是SIM，只允許選定的離子通過(guò)MS2進(jìn)入檢測(cè)器，通過(guò)優(yōu)化碰撞離子可以獲得最高的信噪比，從而最終確定MRM信號(hào)采集參數(shù)中的各種目標(biāo)，見表2。

3.3固相萃取純化方法的優(yōu)化

提取和純化步驟包括活化SPE柱，裝載樣品，沖洗雜質(zhì)和洗脫目標(biāo)化合物。用6mL正己烷對(duì)固相萃取柱進(jìn)行活化，先裝入1mL樣品，后用3mL正己烷淋洗除去油脂。用10mL正己烷：二氯甲烷（1：1）混合溶劑洗脫柱以洗脫目標(biāo)化合物。結(jié)果顯示，樣品加載后保持SPE柱上表面濕潤(rùn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的良好恢復(fù)非常重要。此外，在洗脫之前用3mL正己烷沖洗樣品可有效去除樣品中的雜質(zhì)。消除樣品中的干擾，增加分析的準(zhǔn)確性。

3.4方法的線性方程，回收率和檢測(cè)限度

以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與內(nèi)標(biāo)濃度的比值（x）為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)溶液與內(nèi)標(biāo)濃度的比值（y）為縱坐標(biāo)，得到回歸方程。樣品的檢測(cè)限（LOD）通過(guò)測(cè)量3倍空白樣品濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)計(jì)算。16種PAHs和15種PCBs在20ng·mL^-1～500ng·mL^-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)（r）大于0.999。線性方程組和檢出限列于表3。待空白土樣加入不同量的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液后，再測(cè)定加標(biāo)土PAHs濃度，控制目標(biāo)量前后的加標(biāo)樣，計(jì)算出多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯的平均回收率見表3。

4.結(jié)論

采用串聯(lián)質(zhì)譜法建立了土壤中16種多環(huán)芳烴（PAHs）和15種多氯聯(lián)苯（PCBs）的分析方法。經(jīng)優(yōu)化固相萃取和純化條件后，16種多環(huán)芳烴和15種多氯聯(lián)苯內(nèi)標(biāo)物峰尖銳且分離度好，該方法快速高效，準(zhǔn)確，適用于土壤中多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯的測(cè)定。