索氏提取-全二維氣相色譜法測定化工區(qū)江灘沉積物中20種有機氯農(nóng)藥和7種多氯聯(lián)苯的含量

呂愛娟，時 磊，沈小明，劉 嬌，蔡小虎

(中國地質(zhì)調(diào)查局 南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京210016)

有機氯農(nóng)藥(OCPs)和多氯聯(lián)苯(PCBs)是目前關(guān)注度較高的2 種持久性有機污染物(POPs)[1]。其理化性質(zhì)的高度穩(wěn)定性、難降解性和憎水性，使其在環(huán)境中表現(xiàn)出較高的殘留性，能通過食物鏈進入生物體內(nèi)并富積、濃縮和放大，進而影響人類及其他生物的生殖、免疫力、神經(jīng)等系統(tǒng)的生理功能[2]。目前，土壤中有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯的檢測和監(jiān)測工作已被列入國家土壤狀況詳查的范疇。

目前，土壤中有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯的檢測方法主要有氣相色譜法[3]和氣相色譜-質(zhì)譜法[4]。采用的提取方法主要有索氏提取[5]、加速溶劑萃取(ASE)[6]和超聲波提取[7]，對于污染嚴重的土壤須額外采取凈化措施，如層析柱凈化[8]、凝膠滲透色譜法(GPC)凈化[9]、QuEChERS法[10]等，這幾種凈化方法雖然可以去掉部分雜質(zhì)，但難以除去化學(xué)性質(zhì)與目標物高度相似的雜質(zhì)，而土壤樣品中含有的目標化合物同分異構(gòu)體使得樣品中組分變得十分復(fù)雜，使用柱峰容量有限的普通一維色譜分離時峰重疊現(xiàn)象非常嚴重，無法實現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)土壤中多種有機氯農(nóng)藥及多氯聯(lián)苯的同時測定。全二維氣相色譜法是20世紀90年代發(fā)展起來的一種分析方法，是利用兩根不同的色譜柱之間的極性差異，實現(xiàn)目標化合物的正交分離，能夠很好地解決復(fù)雜樣品的分離和定性問題。該方法憑借其高峰容量、高分辨率和高靈敏度等特點，近幾年被廣泛應(yīng)用于各類復(fù)雜樣品的分析，如土壤[11]、植物油[12]和石油類產(chǎn)品[13]等。電子捕獲檢測器(ECD)對有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯具有很高的靈敏度，但其專屬性較差，全二維氣相色譜法的優(yōu)異性能可以彌補其專屬性不足。近年來，將全二維氣相色譜法與ECD 聯(lián)用，應(yīng)用于分析復(fù)雜基質(zhì)樣品的研究越來越多[14]。

本工作在前人研究的基礎(chǔ)上，以化工區(qū)江灘沉積物為研究對象，利用全二維氣相色譜法結(jié)合ECD技術(shù)的分離、鑒定優(yōu)勢，對20種有機氯農(nóng)藥和7種多氯聯(lián)苯進行了測定。本方法操作簡便、靈敏度高，可以滿足復(fù)雜基質(zhì)樣品中20種痕量有機氯農(nóng)藥和7種多氯聯(lián)苯的定性與定量分析。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 6890N 型氣相色譜儀，配ECD;Canvas SSM1800型全二維氣相色譜儀;250 m L 的索氏抽提器;HH-1-6型恒溫水浴鍋;KL512J型數(shù)控氮吹濃縮儀;LSB-10/20型低溫冷卻液循環(huán)泵;WH-3型旋渦振蕩儀;弗羅里硅土固相萃取小柱(1 000 mg/6 mL)。

20 種有機氯農(nóng)藥的混合標準儲備溶液:2 000 mg·L－1，介質(zhì)為甲苯-正己烷(1＋1)溶液。

7種多氯聯(lián)苯的混合標準儲備溶液:10.0 mg·L－1，介質(zhì)為環(huán)己烷。

無水硫酸鈉為分析純，在400 ℃下烘烤4 h保存?zhèn)溆?正己烷和丙酮均為色譜純;高純氮氣(純度為99.999%);經(jīng)15%(體積分數(shù)，下同)硝酸溶液活化的銅片。

1.2 色譜條件

一維TG-35MS 色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25μm);二維DB-1 色譜柱(0.80 m×0.18 mm，0.18μm);進 樣 口 溫 度 為250 ℃;ECD 溫 度 為300 ℃;載 氣 為 氮 氣，純 度 為99.999%;流 量 為1.0 m L·min－1;進樣量為1.0μL;不分流進樣。柱升溫程序:初始溫度為150 ℃，以3 ℃·min－1的速率升溫至258 ℃;再以4 ℃·min－1的速率升溫至280 ℃。

1.3 試驗方法

將新鮮沉積物樣品置于搪瓷盤中，除去枝片、石子等異物，充分混勻。稱取10.00 g樣品進行脫水，加入適量處理過的無水硫酸鈉，摻拌均勻，研磨成細粒狀。同時另取土壤樣品一份，用于含水率的測定。將研磨均勻的樣品全部裝入濾紙?zhí)淄仓校糜谒魇咸崛∑鲀?nèi)，加入體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合溶液250 m L，提取8～12 h，回流速率控制為10次·h－1，冷卻后收集所有提取液待凈化。將活化后的銅片置于提取液中，放置4～6 h 除去硫化物，如果銅片全部變黑需補加銅片，直至銅片不變色為止。過濾、濃縮，濃縮后約0.5 m L 的提取液經(jīng)弗羅里硅土固相萃取小柱凈化，加入體積比為9∶1的正己烷-丙酮混合溶液15 m L 進行洗脫，洗脫液于40 ℃吹氮濃縮，用正己烷定容至1.0 m L，按儀器工作條件進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按照儀器工作條件對20.0μg·L－1的20種有機氯農(nóng)藥及7種多氯聯(lián)苯的混合標準溶液進行測定，色譜圖見圖1。

圖1 混合標準溶液的氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatogram of mixed standard solution

2.2 提取方法的選擇

由于試驗選擇的化工區(qū)江灘沉積物的含水率較高，在加入無水硫酸鈉混合均勻后，如果采用常規(guī)的超聲或振蕩方式對樣品進行提取，可能出現(xiàn)基體極易結(jié)塊的現(xiàn)象，嚴重影響提取效率。試驗比較了索氏提取法、加速溶劑提取法和超聲波提取法等3種提取方法對化工區(qū)江灘沉積物的提取效率。選擇空白樣品3份，分別加入1 000μg·L－1的混合標準溶液100μL，以體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合溶液為提取溶劑，按上述3種提取方法進行提取。結(jié)果發(fā)現(xiàn):索氏提取法、加速溶劑提取法和超聲波提取法對各目標物的回收率分別為83.1%～104%，81.6%～102%，77.5%～94.3%。試驗選擇的提取方法為索氏提取法。

試驗進一步考察了索氏提取時間和提取效率之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn):以10次·h－1的回流速率對樣品進行提取8～12 h時，提取含量基本達到飽和。樣品只需提取過夜就能滿足要求，適用于批量樣品的測定。

2.3 調(diào)制周期的選擇

全二維氣相色譜儀的調(diào)制器主要起到濃縮、聚焦和再進樣的作用，合適的調(diào)制周期有利于目標化合物更好的分離，降低目標化合物的檢出限。如果調(diào)制周期過短，會使第一維流出的組分未能在同一周期內(nèi)完成調(diào)制就進入下一周期，影響目標化合物的定性和定量;如果調(diào)制周期過長，減少了一維峰的切割次數(shù)，易出現(xiàn)共流出現(xiàn)象，從而導(dǎo)致一維色譜分辨率下降。因此，在滿足分離度的條件下，試驗應(yīng)選擇盡可能短的調(diào)制周期。試驗考察了調(diào)制周期分別為1，2，3，4 s時的分離效果，發(fā)現(xiàn)當調(diào)制周期為4 s時，全部目標化合物均能在同一周期內(nèi)流出且分離度良好。試驗選擇調(diào)制周期為4 s。

2.4 色譜柱的選擇

20種有機氯農(nóng)藥和7種多氯聯(lián)苯雖然存在極性和沸點的差異，但由于物質(zhì)較多、樣品基質(zhì)復(fù)雜，完全分離的難度依然很大，因此選擇極性色譜柱與非極性色譜柱搭配的方式進行分析。目標化合物在極性一維色譜柱上，按目標化合物的沸點規(guī)律進行分離，而流出物經(jīng)調(diào)制器聚焦后迅速升溫送至二維色譜柱，并在二維色譜柱上按目標化合物的極性差異進行分離。試驗比較了多組色譜柱組合方式，其中 一 維TG-35MS 色 譜 柱(30 m×0.25 mm，0.25μm)和二維DB-1 色譜柱(0.8 m×0.18 mm，0.18μm)的組合能夠很好地分離所有目標化合物，且每個目標化合物均有獨立的一維和二維的保留時間，因此確定采用以上組合方式建立分析方法。

2.5 標準曲線與檢出限

按照 色 譜 條 件 對1.0，5.0，10.0，20.0，50.0，100.0，200.0μg·L－1的混合標準溶液系列進行測定。以各目標化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標，與其對應(yīng)的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。各目標化合物的質(zhì)量濃度均在1.0～200.0μg·L－1內(nèi)與其對應(yīng)的峰面積之間呈線性關(guān)系，線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表1。

在10 g石英砂樣品中加入低含量的20種有機氯農(nóng)藥和7種多氯聯(lián)苯的混合標準溶液，平行測定7次，計算標準偏差s，以3.14倍的標準偏差計算方法的檢出限(3.14s)，結(jié)果見表1。

表1 線性參數(shù)和檢出限Tab.1 Linearity parameters and detection limits

2.6 精密度與回收試驗

以實際空白沉積物樣品作為基質(zhì)，對其添加0.50，10.0μg·kg－1的混合標準溶液，按照試驗方法進行測定，平行測定6次，計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)，結(jié)果見表2。

表2 精密度與回收試驗結(jié)果(n＝6)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表2 可知:各目標化合物的回收率為72.0%～96.3%，測定值的RSD 為2.1%～11%。

2.7 樣品分析

按照試驗方法對10份化工區(qū)江灘沉積物樣品進行測定，結(jié)果見表3。其中實際樣品6的氣相色譜圖見圖2。

結(jié)果表明:樣品檢出率較高，檢出物主要為滴滴伊和滴滴滴;其中少量樣品檢出β-六六六、p，p′-滴滴涕和PCB118;檢測結(jié)果用氣相色譜-質(zhì)譜法進行驗證，結(jié)果基本一致。說明該方法測定結(jié)果準確、可靠。

本工作建立了測定復(fù)雜基質(zhì)沉積物中20種有機氯農(nóng)藥和7種多氯聯(lián)苯的全二維氣相色譜法，采用索氏提取法提取，提取液經(jīng)銅片除硫，再用弗羅里硅土固相萃取小柱凈化，方法提取效率高、凈化效果好。方法精密度和回收率均令人滿意，該方法可為檢測不同類型地質(zhì)樣品中的有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯提供參考依據(jù)。

圖2 實際樣品的色譜圖Fig.2 Chromatogram of the substantial sample

表3 樣品分析結(jié)果Tab.3 Analytical results of the samples μg·kg－1