氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定資源化利用畜禽糞污中16種多環(huán)芳烴

周大穎，程化鵬，張 慧，黃富林，鄧 帆，鐘宏波*

（1.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550016；2.中化化肥有限公司，北京 100031）

多環(huán)芳烴（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是由2至7個(gè)不等的苯環(huán)組成的芳香族化合物，廣泛分布于大氣、水、土壤等環(huán)境及生物體內(nèi)，是一類重要的全球性環(huán)境污染物，具有致癌、致畸、致突變性，任何有機(jī)物加工、廢棄、燃燒或使用的地方都有可能產(chǎn)生PAHs。PAHs的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難以降解，已成為許多國(guó)家優(yōu)先監(jiān)測(cè)的污染物［1-4］。

近年來(lái)，貴州省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院對(duì)不同廠家生產(chǎn)的肥料開展了多環(huán)芳烴的檢測(cè)，結(jié)果表明復(fù)混肥料、過(guò)磷酸鈣、磷酸一銨等無(wú)機(jī)產(chǎn)品中多環(huán)芳烴含量很低，而有機(jī)肥料中多環(huán)芳烴含量普遍較高。對(duì)含量高的有機(jī)肥料的原料進(jìn)行分析，普遍含有雞糞、豬糞、牛糞、羊糞等畜禽糞污。畜禽糞污是最主要的有機(jī)肥原料來(lái)源，長(zhǎng)期施用多環(huán)芳烴含量超標(biāo)的有機(jī)肥，將對(duì)土壤、水體和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來(lái)威脅［5-7］。目前，我國(guó)缺乏資源化利用畜禽糞污中多環(huán)芳烴測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及地方標(biāo)準(zhǔn)，而且畜禽糞污結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也較復(fù)雜，準(zhǔn)確測(cè)定具有一定困難。因此，建立資源化利用畜禽糞污中多環(huán)芳烴的測(cè)定方法，是提高資源化利用安全水平和增強(qiáng)監(jiān)管能力的重要途徑。

目前，檢測(cè)PAHs最廣泛的分析方法有液相色譜法、氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、熒光分光光度法、超臨界流體色譜等［8-12］，其中以液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法較為常用。與液相色譜法相比，氣相色譜-質(zhì)譜法抗干擾性強(qiáng)、定性準(zhǔn)確可靠、檢測(cè)靈敏度高，在同時(shí)分析多組分多環(huán)芳烴方面定性定量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。因此，本文建立氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定16種多環(huán)芳烴含量的方法，為畜禽糞污資源化安全利用和監(jiān)管提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料采集于貴州省肥料企業(yè)及養(yǎng)殖場(chǎng)，主要包括雞糞、豬糞、牛糞、羊糞等畜禽糞污。

16種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（萘、苊稀、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、茚并［1，2，3-cd］芘、二苯并［a，h］蒽、苯并［g，h，i］苝）濃度均為0.1 g/L、氘代內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苊-D10濃度為4 g/L、苝-D12濃度為2 g/L，均購(gòu)于壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。準(zhǔn)確移取適量的多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)混合后配制成6個(gè)濃度點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度分別為0.02、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mg/L，內(nèi)標(biāo)濃度均為0.50 mg/L。

環(huán)己烷、丙酮、正己烷、二氯甲烷等有機(jī)溶劑均為色譜純；無(wú)水硫酸鈉為優(yōu)級(jí)純，在馬弗爐中400℃烘4 h，冷卻后裝入磨口玻璃瓶中密封，于干燥器中保存。

1.2 儀器及工作條件

1.2.1 儀器

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀，配有電子轟擊源（7890A/5975C）；超聲波恒溫清洗機(jī)（SBL-30DT）；離心機(jī)（Allegra X-30R）；電子天平（BS124S）；自動(dòng)氮吹儀（Turbo VapLv）；渦旋混勻器（SK-1）；硅膠固相萃取柱（硅膠填料2 g，柱體積6 mL）。

1.2.2 工作條件

1.2.2.1 色譜條件 色譜柱：HP-5MS石英毛細(xì)管柱，30 m（長(zhǎng)）×0.25 mm（內(nèi)徑）×0.25 μm（膜厚）；載氣：氦氣（純度≥99.999%），恒流模式，流速為1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：290℃；升溫程序：初始溫度70℃，保待2 min，以25℃/min速率升溫至150℃，然后以3℃/min速率升溫至200℃，再以8℃/min速率升溫至280℃，保持10 min；進(jìn)樣量：1μL；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；溶劑延遲：4 min。

1.2.2.2 質(zhì)譜條件 離子源：EI源，70 eV；質(zhì)譜接口溫度：280℃；離子源溫度：230℃；四級(jí)桿溫度：150℃；質(zhì)量掃描方式：選擇離子監(jiān)測(cè)模式（SIM）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

圖1 不同提取時(shí)間對(duì)多環(huán)芳烴回收率的影響

1.3.1 樣品提取準(zhǔn)確稱取1～5 g（精確至0.01 g）畜禽糞污樣品于研缽中，加入適量無(wú)水硫酸鈉，研磨至均化成流沙狀。置于50 mL具塞棕色離心管中，準(zhǔn)確加入含內(nèi)標(biāo)的環(huán)己烷-丙酮提取溶劑30 mL，密封后避光超聲提取60 min，以4500 r/min離心10 min。準(zhǔn)確吸取上清液10 mL，于氮吹管中，氮吹（水浴溫度控制在30℃以下）至約1 mL，待凈化處理。

1.3.2 樣品凈化

依次用5 mL二氯甲烷和5 mL正己烷對(duì)硅膠固相萃取柱進(jìn)行活化。將濃縮后的樣品溶液轉(zhuǎn)移至固相萃取柱中，用2 mL正己烷洗滌氮吹管中殘留的多環(huán)芳烴，并將洗滌液轉(zhuǎn)移至固相萃取柱中，控制流速為0.5滴/s，棄去以上過(guò)柱液。用8～10 mL正己烷-二氯甲烷混合溶液進(jìn)行洗脫，控制流速為0.5滴/s，收集洗脫液。于30℃水浴氮吹緩慢吹至略少于2 mL，用正己烷準(zhǔn)確定容至2 mL，渦旋振蕩15 s，過(guò)0.22 μm聚四氟乙烯濾膜，待氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)定。

當(dāng)測(cè)定樣品無(wú)雜質(zhì)干擾時(shí)，可以不經(jīng)過(guò)固相萃取凈化處理，直接將1.3.1中濃縮后的溶液定容至2 mL，待測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Minitab 17、Excel 2007軟件對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取時(shí)間對(duì)多環(huán)芳烴回收率的影響

以環(huán)已烷+丙酮為提取溶劑體系，分別在30、40、50、60、70、80、90 min 7個(gè)時(shí)間進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)（加標(biāo)量為1.0 mg/kg），結(jié)果見圖1。

提取時(shí)間決定目標(biāo)化合物在固液相間達(dá)到平衡的效果。從圖1可以看出，提取時(shí)間為60 min時(shí)，多環(huán)芳烴加標(biāo)回收率最高，提取效果最佳。提取時(shí)間小于60 min時(shí)，PAHs組分未得到充分提取，但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則雜質(zhì)含量增加，目標(biāo)化合物含量隨之下降。因此，本方法選擇60 min時(shí)為最佳提取時(shí)間。

2.2 16種多環(huán)芳烴和2種內(nèi)標(biāo)的選擇離子色譜圖

采用選擇離子監(jiān)測(cè)模式，16種多環(huán)芳烴和2種內(nèi)標(biāo)的選擇離子色譜圖結(jié)果見圖2。

圖2 16種多環(huán)芳烴和2種內(nèi)標(biāo)的選擇離子色譜圖

從圖2可以看出，通過(guò)優(yōu)化升溫程序中的溫度、保持時(shí)間、升溫速率等參數(shù)使16種多環(huán)芳烴的測(cè)定可在40 min內(nèi)完成，16種多環(huán)芳烴的目標(biāo)化合物和2種內(nèi)標(biāo)離子峰實(shí)現(xiàn)了基線分離，各組分具有良好的分離度及響應(yīng)值，排除了雜質(zhì)干擾，提高了分析的準(zhǔn)確性。

2.3 本方法的準(zhǔn)確性和精密度

以縱坐標(biāo)Y為多環(huán)芳烴與內(nèi)標(biāo)定量離子的峰面積比，橫坐標(biāo)X為多環(huán)芳烴的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。其中，萘、苊烯、苊、芴以苊-D10為內(nèi)標(biāo)，其余的多環(huán)芳烴以苝-D12為內(nèi)標(biāo)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得樣品溶液中多環(huán)芳烴的濃度。以3倍信噪比（S/N）計(jì)算16種多環(huán)芳烴的方法檢出限。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，取已知目標(biāo)物含量的同一樣品3份，按照低濃度、中濃度、高濃度3個(gè)加標(biāo)水平對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每個(gè)加標(biāo)水平重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，內(nèi)標(biāo)法定量，結(jié)果見表1。

由表1可知，16種多環(huán)芳烴在0.02～2.00 mg/L范圍內(nèi)線性濃度關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)≥0.9985，方法檢出限0.005～0.046 mg/kg，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%～9.8%，加標(biāo)回收率為67.5%～111.6%，均滿足定量分析的要求?？梢?，該方法所得的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，檢出限低，準(zhǔn)確度高，精密度好，可在畜禽糞污多環(huán)芳烴檢測(cè)中推廣應(yīng)用。

表1 16種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)、方法的回收率和精密度

3 結(jié)論

本文明確了超聲提取的最佳時(shí)間，通過(guò)優(yōu)化升溫程序?qū)崿F(xiàn)了16種多環(huán)芳烴目標(biāo)化合物的基線分離，建立了氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定資源化利用畜禽糞污多種多環(huán)芳烴的新方法，并進(jìn)行了準(zhǔn)確性和精密度的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，均滿足定量分析的要求。該方法操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)范圍寬、定性定量結(jié)果準(zhǔn)確，填補(bǔ)了對(duì)資源化利用畜禽糞污中多種多環(huán)芳烴測(cè)定的空白，利于生產(chǎn)控制與產(chǎn)品快速檢測(cè)，可為禽畜糞污資源安全利用和管理提供技術(shù)依據(jù)。