氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中兩種多氯聯(lián)苯

陳 晨，趙志強(qiáng)

（天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300191）

多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）是一類由人工合成的氯代大分子化合物，根據(jù)氯原子取代位置及數(shù)量不同，依次以PCB1～PCB209命名[1]。PCBs 具有生物毒性和半揮發(fā)性，能夠隨環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行遷移，造成全球性污染，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成巨大威脅[2-5]。我國(guó)對(duì)水中PCBs的濃度總量有著嚴(yán)格的控制要求，PCBs 的分析檢測(cè)方法也因此成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)。《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）中規(guī)定：多氯聯(lián)苯（總量）為包括PCB194 和PCB206 在內(nèi)的9 種多氯聯(lián)苯單體的加和?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)多氯聯(lián)苯的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜法》（HJ 715—2014）及相關(guān)文獻(xiàn)[6-8]的目標(biāo)化合物中不包括PCB194 和PCB206 兩種多氯聯(lián)苯，因此需要建立與之對(duì)應(yīng)的分析方法，確保相關(guān)監(jiān)測(cè)工作的順利開(kāi)展。

常見(jiàn)的PCBs 分析方法有氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法兩種。氣相色譜法[9-10]使用電子捕獲檢測(cè)器，根據(jù)保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量。由于PCBs 化合物種類繁多，而且大多存在于基質(zhì)復(fù)雜的水樣中，氣相色譜法譜圖中會(huì)出現(xiàn)非常多的雜峰，化合物的識(shí)別和數(shù)據(jù)處理都十分困難，容易出現(xiàn)假陽(yáng)性。本實(shí)驗(yàn)使用的氣相色譜-質(zhì)譜法根據(jù)保留時(shí)間和特征離子定性，內(nèi)標(biāo)法定量，可以準(zhǔn)確找到目標(biāo)化合物，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有假陽(yáng)性的風(fēng)險(xiǎn)，更適合用于PCBs 的測(cè)定。

常見(jiàn)的水樣前處理方法包括固相萃取法[11]和液液萃取法[12]。其中液液萃取法操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，儀器耗材成本低，雖然檢出限和重復(fù)性略遜于固相萃取法，但是完全可以滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢出限的要求，因此選擇液液萃取法作為提取方法開(kāi)展本實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和材料

正己烷、丙酮：農(nóng)殘級(jí)；氯化鈉、無(wú)水硫酸鈉：在450 ℃下加熱4 h，置于干燥器中冷卻至室溫，密封保存于干凈的試劑瓶中；硫酸：ρ=1.84 g/mL；弗羅里硅土凈化柱：市售，1000 mg/6 mL。

PCB194 標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ=10 μg/mL，溶劑為正己烷（LGC）；PCB206 標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ=100 μg/mL，溶劑為正己烷（o2si）；內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液(IS)：PCB156-2′,6,6′-d3，ρ=100.0 μg/mL（Accustandard）；替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液(SS)：PCB114-2′,3′,5′,6′-d4，ρ=100.0 μg/mL（Accustandard）。

1.2 儀器條件

氣相色譜-質(zhì)譜儀：安捷倫8890/5977B；色譜柱：DB-5MS（30 m ×250 μm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度：270 ℃；傳輸線溫度：270 ℃；載氣：氦氣；進(jìn)樣模式：不分流進(jìn)樣1 min；柱流量（恒流模式）：1.2 mL/min。升溫程序：初始溫度120 ℃，保持1 min，然后以20 ℃/min 升溫至180 ℃，再以5 ℃/min 升溫至280 ℃，保持20 min。

離子源：EI 源（電子轟擊）；離子源溫度：250 ℃；傳輸線溫度：270 ℃；四級(jí)桿溫度：150 ℃。掃描方式：選擇離子掃描（SIM）。選擇離子掃描分為4段，分段情況見(jiàn)表1，選擇離子參見(jiàn)表2。

表1 選擇離子掃描分段Tab.1 Step-scan of selected ion monitoring

表2 目標(biāo)化合物測(cè)定參考參數(shù)Tab.2 Reference parameters for target compound determination

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確量取水樣1 L 至分液漏斗中，加入替代物，調(diào)節(jié)水樣的pH 值至5～9，加入20 g 氯化鈉，完全溶解后用正己烷萃取，收集萃取液經(jīng)干燥柱脫水后濃縮至10 mL。依次采取硫酸凈化、弗羅里硅土固相萃取柱凈化。收集淋洗液，將淋洗液濃縮至1.0 mL 以下，加入內(nèi)標(biāo)，再用正己烷定容至1.0 mL，轉(zhuǎn)移到樣品瓶中待分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取次數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

量取1 L 空白水樣，加入固定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到空白加標(biāo)樣品。分別萃取1 次、2 次、3次、4 次，每次使用正己烷40 mL，比較不同萃取次數(shù)的影響。每種萃取次數(shù)均平行測(cè)定3 次，取平均值計(jì)算加標(biāo)回收率，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同萃取次數(shù)加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果Tab.3 The results of the standard addition recovery rate of different extraction times

根據(jù)結(jié)果可知，為得到較為理想的回收率，至少需要重復(fù)萃取3 次，減少萃取次數(shù)會(huì)顯著降低回收率；萃取3 次以上對(duì)回收率無(wú)顯著提升，但是會(huì)增加試劑和時(shí)間的消耗。因此選擇重復(fù)萃取3 次更為合理。

2.2 內(nèi)標(biāo)和替代物的選擇

使用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定多氯聯(lián)苯常用的內(nèi)標(biāo)為PCB77-d6 和PCB156-2′,6,6′-d3；替代物為PCB28-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB114-2′,3′,5′,6′-d4，向含有目標(biāo)化合物PCB194 和PCB206 的樣品中加入這四種物質(zhì)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1 可以看出，PCB28-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB77-d6 出峰較早，與目標(biāo)化合物分子量差異較大，不適合作為本方法的內(nèi)標(biāo)和替代物。PCB114-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB156-2′,6,6′-d3 與目標(biāo)化合物出峰時(shí)間接近，化學(xué)性質(zhì)相似，且氘代化合物不會(huì)出現(xiàn)在樣品中影響測(cè)定結(jié)果。因此本實(shí)驗(yàn)選擇PCB114-2′,3′,5′,6′-d4 作為替代物、PCB156-2′,6,6′-d3 作為內(nèi)標(biāo)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

圖1 內(nèi)標(biāo)和替代物選擇總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of IS &SS

2.3 干擾和消除

實(shí)際樣品中可能存在的色素、油類、脂肪類雜質(zhì)會(huì)影響色譜柱對(duì)目標(biāo)化合物的分離效果，干擾測(cè)定結(jié)果，可采用硫酸和弗羅里硅土固相萃取柱對(duì)水樣進(jìn)行凈化。

向含PCB194 和PCB206 的水樣中加入不同濃度的其他18 種PCBs 的混合標(biāo)液作為干擾物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 干擾實(shí)驗(yàn)總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of interference test

由圖2 可知，經(jīng)過(guò)凈化，目標(biāo)物PCB194 和PCB206 能夠被分離和檢測(cè)且峰形較好；同時(shí)，由于PCB194 和PCB206 分子量大，保留時(shí)間長(zhǎng)，與其他18 種PCBs 的測(cè)定結(jié)果不會(huì)相互干擾。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別吸取不同體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液和替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成濃度為10.0 μg/L、20.0 μg/L、50.0 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、500 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)系列，并加入5.0 μL 內(nèi)標(biāo)使用液，用正己烷稀釋至1.0 mL進(jìn)行分析，得到目標(biāo)化合物的質(zhì)譜圖。以目標(biāo)化合物濃度與內(nèi)標(biāo)化合物濃度的比值為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)化合物定量離子的響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)化合物定量離子的響應(yīng)值的比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果Tab.4 Polychlorinated biphenyl standard curve determination results

由表4可知，PCB194和PCB206 在10～500μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)r 均為0.998。

2.5 檢出限的測(cè)定

向1 L 空白水樣中加入PCB194、PCB206 標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到濃度為10 ng/L 的加標(biāo)樣品。同時(shí)制備7 份樣品，按方法要求的步驟測(cè)定，進(jìn)行方法檢出限實(shí)驗(yàn)。

按照檢出限公式MDL=t(n-1,0.99)×s 計(jì)算方法檢出限，做7 次平行樣品分析。式中：n 為重復(fù)樣品數(shù)；t(n-1,0.99)為置信度99%、自由度（n-1）時(shí)的t 值，當(dāng)n=7 時(shí)，t 值取3.143；s 為標(biāo)準(zhǔn)偏差，得到多氯聯(lián)苯的檢出限結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 多氯聯(lián)苯檢出限測(cè)定結(jié)果Tab.5 The detection limit of polychlorinated biphenyls

由表5 得到，PCB194 的方法檢出限為1.7 ng/L，PCB206 的方法檢出限為1.8 ng/L。規(guī)定測(cè)定下限為4 倍檢出限，PCB194 測(cè)定下限為6.8 ng/L，PCB206 測(cè)定下限為7.2 ng/L。

2.6 精密度和準(zhǔn)確度的測(cè)定

分別量取1 L 水樣至分液漏斗中，加入一定量的PCB194、PCB206 標(biāo)準(zhǔn)溶液，使水樣中的目標(biāo)物濃度分別為10 ng/L、200 ng/L 和500 ng/L，每個(gè)濃度制備6 個(gè)樣品。經(jīng)萃取、凈化后定容至1.0 mL，進(jìn)行測(cè)定。計(jì)算加標(biāo)回收率驗(yàn)證準(zhǔn)確度，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差驗(yàn)證精密度，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 多氯聯(lián)苯準(zhǔn)確度和精密度測(cè)定結(jié)果Tab.6 polychlorinated biphenyls accuracy and precision determination results

根據(jù)表6，得到PCB194 和PCB206 在三個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收率分別為92.0%、78.0%～83.0%和82.8%～95.0%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為5.3%～5.7%、2.0%～2.8%和6.1%～7.0%。

3 結(jié)論

本文建立了液液萃取/氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中PCB194 和PCB206 兩種多氯聯(lián)苯的方法。PCB194 和PCB206 方法檢出限分別為1.7 ng/L和1.8 ng/L，測(cè)定下限分別為6.8 ng/L 和7.2 ng/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差2.0%～7.0%，加標(biāo)回收率78.0%～95.0%。本方法操作簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)果重現(xiàn)性好，滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—2017）中的相關(guān)要求，可以用于地下水樣品的測(cè)定，為開(kāi)展相關(guān)工作提供技術(shù)支持。