快速溶劑萃取–氣相色譜–質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定土壤中多環(huán)芳烴、六六六和滴滴涕

岳中慧，吳亮，張皓

（核工業(yè)二三0 研究所分析測(cè)試中心，長(zhǎng)沙 410000）

多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs），是有機(jī)高分子化合物等有機(jī)物不完全燃燒產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠衔?，是重要的環(huán)境污染物。由于多環(huán)芳烴具有三致（致癌、致畸、致突變）［1］，人長(zhǎng)期處于較高濃度多環(huán)芳烴污染的環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致急性或慢性傷害。有機(jī)氯農(nóng)藥（Organochlorine Pesticide，OCPs）具有高毒性、長(zhǎng)期殘留性、半揮發(fā)性、高生物累積性等特性，可通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)富集，危害人體健康［2］。20 世紀(jì)60、70 年代，六六六和滴滴涕因其殺蟲(chóng)能力強(qiáng)而得到廣泛應(yīng)用。由于六六六和滴滴涕具有高毒性和長(zhǎng)期殘留性，我國(guó)在1983 年停止了它們?cè)谵r(nóng)業(yè)上的使用，但六六六、滴滴涕化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在土壤中殘留的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體造成不利影響，因此大多數(shù)國(guó)家對(duì)其在土壤中的限值有明確規(guī)定。許多環(huán)境樣品在測(cè)定多環(huán)芳烴含量時(shí)，要求同時(shí)測(cè)定六六六、滴滴涕含量，建立一套準(zhǔn)確、快速、簡(jiǎn)便的同時(shí)測(cè)定多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的方法很有必要。

提取環(huán)境樣品中多環(huán)芳烴和有機(jī)氯農(nóng)藥的方法很多，有索氏提取法［3–4］、超聲波提取法［4–6］、QuEChERS 法［7–8］和加速溶劑萃取法［9–10］。傳統(tǒng)的索式提取法存在消耗時(shí)間長(zhǎng)、溶劑消耗量大、低沸點(diǎn)化合物易損失導(dǎo)致結(jié)果偏低的缺點(diǎn)；超聲波提取法、QuEChERS 法前處理雖然簡(jiǎn)單快捷，但可能存在多環(huán)芳烴、有機(jī)氯農(nóng)藥提取不完全的情況。加速溶劑萃取減少了提取時(shí)間和溶劑用量，且待測(cè)物不易損失，故采取加速溶劑萃取法作為樣品前處理方法。

多環(huán)芳烴的常用測(cè)定方法有高效液相色譜（HPLC）法［6，11］、氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用（GC–MS）法［12］；測(cè)定有機(jī)氯農(nóng)藥方法有氣相色譜電子捕獲檢測(cè) 器（GC–ECD）法［13］、GC–MS 法［14–15］。GC–MS法使用選擇離子掃描模式檢測(cè)，降低了假陽(yáng)性樣品出現(xiàn)的概率，測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠。筆者采用快速溶劑萃取–GC–MS 法同時(shí)測(cè)定土壤中的多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕，分析效率得到較大提高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜–質(zhì)譜儀：7890B／5977B 型，電子轟擊（EI）電離源，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

加速溶劑萃取儀：APLE–2000 型，北京吉天儀器有限公司。

超純水機(jī)：VE–20LH–A 型，沃爾奇環(huán)保（深圳）股份有限公司。

16 種多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：含有萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并［a］蒽、1，2，5，6-二苯并萘、苯并［b］熒蒽、苯并［k］熒蒽、苯并［a］芘、茚并［1，2，3-c，d］芘、二苯并［a，h］蒽、苯并［g，h，i］苝，質(zhì)量濃度均為1 000 mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

8 種有機(jī)氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：含有α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p，p'-DDE、p，p'-DDD、o，p'-DDT、p，p'-DDT，質(zhì)量濃度均為200 mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

萘-d8、苊-d10、菲-d10、?-d12、苝-d12 標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為500 mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

2-氟聯(lián)苯和對(duì)三聯(lián)苯-d14標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為2 000 mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

四氯間二甲苯標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司

Florisil 固相萃取柱：6 mL（1 g），天津博納艾杰爾科技有限公司。

二氯甲烷、丙酮、正己烷：農(nóng)殘級(jí)，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

土壤中18 種多環(huán)芳烴、有機(jī)氯農(nóng)藥質(zhì)控樣品：編號(hào)分別為SQCI–016，SQCO–0003，美國(guó)NSI 實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 加壓流體萃取儀

萃取體積：22 mL；預(yù)熱時(shí)間：10 s；加熱時(shí)間：30 s；萃取壓力：10.00 MPa；萃取時(shí)間：300 s；加熱溫度：100 ℃；淋洗體積：40%；氮吹時(shí)間：60 s；循環(huán)次數(shù)：2 次。

1.2.2 色譜–質(zhì)譜分析

色譜柱：HP–5 型毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，固定相為5%苯基–甲基聚硅氧烷，美國(guó)安捷倫科技有限公司）；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；進(jìn)樣方式：不分流；進(jìn)樣體積：1 μL；柱流量：1.0 mL／min（恒流）；柱溫：初溫為80 ℃，保持2 min，以20 ℃／min 速率升至180 ℃，保持5 min，再以10℃／min 速率升至290 ℃，保持5 min；離子源溫度：230 ℃；四級(jí)桿溫度：150 ℃；掃描模式：選擇離子掃模式（SIM）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將硅酸鎂凈化小柱固定在固相萃取裝置上，用4 mL 二氯甲烷淋洗小柱，加入5 mL 正己烷，待柱充滿后關(guān)閉流量控制閥，浸潤(rùn)5 min，在層析柱上端加入約2 g 銅粉，緩慢打開(kāi)控制閥，繼續(xù)加入5 mL正己烷，在填料于空氣中暴露之前，關(guān)閉控制閥，棄去流出液。將濃縮后的提取液轉(zhuǎn)移至小柱中，用2 mL 正己烷分3 次洗滌濃縮器皿，緩慢打開(kāi)控制閥，分兩次加入6 mL 二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶液進(jìn)行洗脫，收集洗脫溶液12 mL。凈化后的溶液用氮吹儀繼續(xù)濃縮至1 mL，按照表1 所示加入200 μg／L 氘代標(biāo)記物標(biāo)準(zhǔn)溶液作為內(nèi)標(biāo)，進(jìn)行氣相色譜–質(zhì)譜分析，用色譜峰面積內(nèi)標(biāo)法定量。

表1 多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕和內(nèi)標(biāo)物的保留時(shí)間、定量、定性離子、定量?jī)?nèi)標(biāo)物

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品提取條件的優(yōu)化

為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，采用一份土壤樣品同時(shí)測(cè)定多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法HJ 835–2017 《土壤和沉積物有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定 氣相色譜–質(zhì)譜法》用丙酮提取濃縮后，上硅酸鎂小柱時(shí)，因?yàn)楸獦O性過(guò)強(qiáng)，在凈化步驟中發(fā)現(xiàn)溶液中的雜質(zhì)未被保留而流出小柱的現(xiàn)象，不能達(dá)到預(yù)期凈化效果。這樣的樣品會(huì)污染進(jìn)樣口，使進(jìn)樣口的活性位點(diǎn)增加，導(dǎo)致o，p'-DDT 和p，p'-DDT 被吸附，測(cè)定結(jié)果偏低。出現(xiàn)這種現(xiàn)象后只能更換襯管并重新配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，導(dǎo)致時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本大幅增加。

避免以上情況有兩種方案。方案一：土壤樣品采用正己烷–丙酮混合溶劑提取，將溶液氮吹濃縮至1 mL 以下，加入3 mL 正己烷進(jìn)行溶劑置換［16］。方案二：用正己烷–二氯甲烷混合溶劑提取，利用二氯甲烷和正己烷的沸點(diǎn)差（二氯甲烷：39.75 ℃，正己烷：69 ℃），氮吹揮去二氯甲烷，濃縮后的溶液中只有正己烷作為溶劑。

圖1 為不同提取方式下的樣品加標(biāo)回收率。由圖1 可知，用丙酮–正己烷（1∶1）混合溶劑提取時(shí)，o，p'-DDT、p，p'-DDT 回收率接近于0，溶劑置換與使用正己烷–二氯甲烷（1∶1）混合溶劑萃取，回收率均在可接受范圍內(nèi)。考慮到溶劑置換試驗(yàn)步驟多，且易造成低沸點(diǎn)物質(zhì)揮發(fā)，故采用加壓流體萃取法進(jìn)行萃取，稱取凍干后的土壤樣品10 g （精確至0.001 g），加入約5 g 硅藻土，混合放入萃取池中，向萃取池內(nèi)加入100 ng 作為替代物以監(jiān)控樣品處理效果，用正己烷–二氯甲烷（1∶1）混合溶劑萃取。

圖1 不同提取方式下的多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕回收率

2.2 凈化條件的選擇

（1）淋洗液的選擇。分別以二氯甲烷–正己烷（1∶9）、二氯甲烷–正己烷（3∶7）、二氯甲烷–正己烷（1∶1）、丙酮–正己烷（1∶9）混合溶劑作為淋洗液活化和淋洗弗羅里硅土小柱，土壤樣品流過(guò)凈化柱后，收集12 mL 淋洗液，不同混合溶劑活化凈化柱后多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的回收率如圖2 所示。圖2表明使用二氯甲烷–正己烷（3∶7）、二氯甲烷–正己烷（1∶1）混合溶劑活化凈化柱，多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的回收率均滿足標(biāo)準(zhǔn)40%～150%要求。二氯甲烷的比例過(guò)大會(huì)導(dǎo)致洗脫液顏色加深，雜質(zhì)增多，不利于樣品定性，故最終選擇二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶劑。

（2）淋洗液收集體積的優(yōu)化。使用二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶劑作為淋洗液，分別收集4、6、8、10、12、16、20 mL 淋洗液，測(cè)定并計(jì)算多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，淋洗液體積大于12 mL 可滿足分析要求。

圖2 不同溶劑活化凈化柱后多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的回收率

圖3 使用不同體積洗脫液多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的回收率

2.3 色譜與質(zhì)譜參數(shù)選擇

氣相色譜、質(zhì)譜條件參照HJ 805–2016 《土壤和沉積物 多環(huán)芳烴的測(cè)定 氣相色譜–質(zhì)譜法》。

2.4 總離子流圖

圖4 為在1.2 儀器工作條件下500 μg／L 多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流圖。由圖4 可知，樣品中所有被分析對(duì)象均在25 min 內(nèi)檢出。其中16 種多環(huán)芳烴、8 種有機(jī)氯農(nóng)藥分離度良好，可準(zhǔn)確定量。

2.5 線性關(guān)系

配制多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，質(zhì)量濃度均分別為5.0、20.0、50.0、100、200、500 μg／L（其中含200 μg／L 內(nèi)標(biāo)物），分別用本法測(cè)定，以色譜峰面積內(nèi)標(biāo)法定量，24 種化合物的線性方程、相關(guān)系數(shù)列于表2。由表2 可知，所有化合物線性良好，相關(guān)系數(shù)均在0.999 5 以上。

2.6 方法檢出限

稱取10 g 石英砂作為空白樣品，按照1.3 實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)進(jìn)行7 次空白試驗(yàn)［17］，計(jì)算測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差s，按MDL=tn–1,0.99·s計(jì)算方法檢出限，所得方法檢出限列于表3。

圖4 多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕總離子流圖

表2 線性方程及相關(guān)系數(shù)

表3 多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕方法檢出限

2.7 方法準(zhǔn)確度與精密度

取土壤中多環(huán)芳烴、有機(jī)氯質(zhì)控樣品，用本法平行測(cè)定5 次，測(cè)定結(jié)果列于表4。由表4 可知，測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)參考范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.3%～10.1% (n=5)。表明本法準(zhǔn)確、可靠。

表4 土壤中多環(huán)芳烴、有機(jī)氯質(zhì)控樣檢測(cè)結(jié)果

2.8 加標(biāo)回收試驗(yàn)

取3 個(gè)土壤樣品，分別加入多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕低、中、高濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液適量（含多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕質(zhì)量均分別為20、100、500 ng），用本方法進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果列于表5。由表5 可知，樣品加標(biāo)回收率為68.2%～112.7%，滿足HJ 805–2016 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中回收率為40%～150%的要求。

表5 土壤樣品多環(huán)芳烴、六六六滴滴涕加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

采用二氯甲烷–正己烷（1∶1）為提取液加速溶劑萃取，弗羅里硅土固相柱凈化，二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶劑進(jìn)行洗脫，優(yōu)化了提取凈化條件，減少了雜質(zhì)對(duì)色譜分析的影響，實(shí)現(xiàn)了土壤中多環(huán)芳烴、六六六、滴滴涕的同時(shí)測(cè)定，縮短了樣品前處理及分析時(shí)間，準(zhǔn)確度高，重復(fù)性好，適用于土壤樣品大批量快速分析。