快速溶劑萃取–氣相色譜–質(zhì)譜法測定土壤中12種半揮發(fā)性有機(jī)物

王嵐，高翔宇，楊海文，張華，高文旭，馬怡飛，白亮

（西安西北有色地址研究院，西安 710054）

土壤中的半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCS）是指沸點(diǎn)較高的具有危害性的污染物，其種類繁多，常見的有多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酸酯類、有機(jī)農(nóng)藥［1］等，對(duì)人體有致癌、致畸、致突變［2］等危害，且在環(huán)境方面具有持久性、生物蓄積性、難降解［3］等特性。因此，建立一種準(zhǔn)確高效的半揮發(fā)性有機(jī)物測定方法對(duì)環(huán)境監(jiān)測具有重要意義。

目前，土壤中的SVOCS的檢測方法主要有氣相色譜–質(zhì)譜（GC–MS）法［3］和氣相色譜法［4］等，其中質(zhì)譜法定性能力較好，且抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，應(yīng)用日益廣泛。國內(nèi)外針對(duì)土壤中的半揮發(fā)性有機(jī)物的前處理方法主要有QuEChERS（Quick，Easy，Cheap，Effective，Rugged，Safe）法［5］、加速溶劑（AES）法［6–7］、固相萃取(SPE)法［8］和磁固相萃取法(MSPE)［9］等，但樣品容量較大時(shí)，經(jīng)常無法涵蓋多種類的有機(jī)污染物。與其它萃取方法相比，ASE法具有萃取時(shí)間短、溶劑消耗少、操作自動(dòng)化程度高、提取充分等優(yōu)點(diǎn)［10］，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品樣品中有機(jī)污染物的檢測［11］。目前主流的土壤樣品凈化法是固相萃取小柱凈化法［12–13］和凝膠色譜凈化法［14］，固相萃取小柱法需要針對(duì)不同類別物質(zhì)填充相應(yīng)的填料［15］，不能滿足同時(shí)凈化多種類物質(zhì)的需求，而凝膠色譜法雖然能滿足大部分類型半揮發(fā)性有機(jī)物的凈化，但是無法凈化苯胺［16］，不能滿足重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)建設(shè)用地土壤詳查項(xiàng)目中半揮發(fā)性有機(jī)物檢測［17］。

筆者選擇AES法結(jié)合氮吹作為前處理的方式［18］，大大降低了方法檢出限，采取稀釋進(jìn)樣來代替凈化，從而降低樣品對(duì)于儀器的污染，在檢出限滿足GB 36600—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地 土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中一類用地的篩選限值的1／10的同時(shí)提高了回收率，適用于重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地土壤詳查的SVOCS檢測。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890–5977B型，美國安捷倫科技公司。

平行濃縮儀：MultiVap–10型，北京萊伯泰科儀器有限公司。

快速溶劑萃取儀：FLEX–HPSE型，北京萊伯泰科儀器有限公司。

苯胺:質(zhì)量濃度為1 000 mg／L，溶劑為甲醇，編號(hào)為CDAA–S–650022–AD–1 mL，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

11種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：包括苯酚、2-氯苯酚、硝基苯、萘、苯并［a］蒽、?、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，質(zhì)量濃度均為1 000 mg／L，溶劑為二氯甲烷，編號(hào)為CDAA–M–690060–KD–1 mL，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

替代物混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：包括2-氟酚、苯酚-d6、硝基苯-d5、2-氟聯(lián)苯、4，4-三聯(lián)苯-d14，質(zhì)量濃度均為1 000 mg／L，溶劑為丙酮–二氯甲烷（1∶1），標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為110450–09–1 mL，美國o2 si標(biāo)準(zhǔn)品公司。

內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：包括萘-d8、?-d12、苝-d12，質(zhì)量濃度均為1 000 mg／L，溶劑為丙酮–二氯甲烷（1∶1），編號(hào)為CDAA–M–629032–XD，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度為10 μg／L，取1 μL苯胺、1 μL 11種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和1 μL替代物混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用二氯甲烷定容至1 mL，再取10 μL此混合溶液用二氯甲烷定容至1 mL。

內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：取1 μL內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用二氯甲烷定容至1 mL，再取10 μL此混合溶液用二氯甲烷定容至1 mL，萘-d8、?-d12、苝-d12質(zhì)量濃度均為10 μg／L。

丙酮、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯：均為農(nóng)殘級(jí)，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

硅藻土：75～830 μm，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

石英砂、無水硫酸鈉：均為優(yōu)級(jí)純，于400 ℃烘烤4 h，保存于干燥器中，成都科隆化學(xué)品有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品萃取

稱取20 g（精確至0.01 g）樣品及適量硅藻土放入瑪瑙研缽中，摻拌均勻，研磨成細(xì)粒狀，裝入34 mL萃取池中（內(nèi)容物離瓶口1 cm左右）進(jìn)行快速溶劑萃取。萃取溶劑為丙酮–二氯甲烷（體積比為3∶7），萃取溫度為100 ℃，萃取壓力為10.04 MPa，加熱平衡時(shí)間為5 min，萃取時(shí)間為7 min，循環(huán)萃取2次。

1.2.2 樣品濃縮

收集全部萃取液，用少量丙酮潤洗氮吹瓶壁兩圈，氮吹至約20 mL時(shí)用少量丙酮潤洗氮吹瓶壁兩圈，然后氮吹定容至20 mL，取1 mL上機(jī)測定。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 氣相色譜條件

色 譜 柱：HP–5MS–UI型 石 英 毛 細(xì) 管 柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技公司)；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；進(jìn)樣模式：不分流；進(jìn)樣體積：1.0 mL；柱流量：1.0 mL／min；柱溫：初溫為40 ℃，保持2 min，以12 ℃／min的速率升至160 ℃，保持5 min，再以10 ℃／min的速率升至280 ℃，保持5 min。

1.3.2 質(zhì)譜條件

電子轟擊源；離子源溫度：230 ℃；四級(jí)桿溫度：150 ℃；離子化能量：70 eV；接口溫度：280 ℃；溶劑延遲時(shí)間：3 min；選擇離子模式；12種SVOCs的質(zhì)譜參數(shù)列于表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)

1.3.3 總離子流圖

參照土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，對(duì)半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，得到選擇離子色譜圖，如圖1所示。由圖1可知，12種物質(zhì)峰形對(duì)稱，形狀尖銳，各組分分離度良好。

圖1 12種半揮發(fā)性有機(jī)物的總離子流色譜圖

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取溶劑

萃取溶劑對(duì)目標(biāo)化合物的溶解性是影響萃取回收率的重要因素，由于大多半揮發(fā)性有機(jī)物都是非極性化合物，主要使用二氯甲烷、丙酮等溶劑進(jìn)行萃取。丙酮的萃取效率高，但是會(huì)萃取出色素與水等大分子，對(duì)后續(xù)流程產(chǎn)生影響，所以應(yīng)盡可能減少丙酮的比例。本試驗(yàn)考察了二氯甲烷–丙酮（6∶4、7∶3、5∶5）、正己烷–丙酮（1∶1）混合液對(duì)空白加標(biāo)樣品萃取回收率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，萃取劑為二氯甲烷–丙酮（7∶3）時(shí)，目標(biāo)物的回收率最高，故選擇該萃取劑。

圖2 不同萃取溶劑下的回收率

2.1.2 萃取溫度

快速溶劑萃取是在高溫、高壓的環(huán)境下進(jìn)行萃取，所以萃取溫度極其重要。本試驗(yàn)選取了80、100、120℃3種溫度考察了萃取溫度對(duì)萃取效率的影響。由結(jié)果可知，當(dāng)萃取溫度為100℃時(shí)，目標(biāo)物的萃取回收率最佳；80℃時(shí)，部分高沸點(diǎn)目標(biāo)物的萃取回收率低于100℃時(shí)的回收率；120℃時(shí)，目標(biāo)物萃取回收率沒有明顯提高，故選取100℃作為本試驗(yàn)的萃取溫度。

2.1.3 萃取時(shí)間

快速溶劑萃取過程中，萃取時(shí)間也至關(guān)重要。選取5、7、9 min考察萃取時(shí)長對(duì)萃取效率的影響。由結(jié)果可知，當(dāng)萃取時(shí)間為5 min時(shí)，低沸點(diǎn)目標(biāo)物的萃取效率較差，7 min和9 min的萃取效率相當(dāng)，考慮到時(shí)間成本，選取7 min作為萃取時(shí)間。

2.1.4 循環(huán)萃取次數(shù)

選取了1、2、3次循環(huán)萃取來研究循環(huán)萃取次數(shù)對(duì)萃取回收率的影響。結(jié)果表明，循環(huán)萃取1次的時(shí)萃取回收率為49.02%～80.63%；循環(huán)萃取2次的時(shí)萃取回收率為64.06%～95.84%，已滿足要求；循環(huán)萃取3次時(shí)萃取回收率為65.13%～96.52%，并沒有明顯提高?？紤]到節(jié)約時(shí)間與試劑成本的原則，選擇循環(huán)萃取2次。

2.2 濃縮條件的優(yōu)化

部分易揮發(fā)物質(zhì)如萘等，在較低溫度下即發(fā)生揮發(fā)，影響含量的測定，而氮吹時(shí)間也會(huì)影響目標(biāo)物的揮發(fā)，氮吹時(shí)間主要是由氮吹時(shí)氣體壓力決定的，所以氮吹溫度與氮吹時(shí)間必須既能快速達(dá)到氮吹目的，又能盡量少的損耗目標(biāo)物。試驗(yàn)考察了20、25、30 ℃3種不同溫度下進(jìn)行氮吹對(duì)目標(biāo)物回收率的影響。由結(jié)果可知，20 ℃時(shí)，氮吹時(shí)間過長，一部分低沸點(diǎn)目標(biāo)物的回收率較低；30 ℃時(shí)，目標(biāo)物的回收率與25 ℃時(shí)相比，沒有明顯提高，所以試驗(yàn)選擇25 ℃作為氮吹溫度。

2.3 線性關(guān)系及檢出限

在最佳前處理?xiàng)l件下，使用空白土壤作為基底，分別取半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液5、10、25、50、75、100、125、150、175、200 μL，再各加入內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液50 μL，用二氯甲烷定容至1 mL，配制成0.05、0.10、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00 μg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以色譜峰面積（y）對(duì)其質(zhì)量濃度（x，μg／kg）進(jìn)行回歸，使用平均相對(duì)響應(yīng)因子計(jì)算結(jié)果［16］，建立工作曲線，采用內(nèi)標(biāo)法定量。

按照HJ 168—2010 《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》［18］要求對(duì)平均響應(yīng)因子的標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限等參數(shù)進(jìn)行考察；參考GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中一類土壤用地篩選限值的1／10對(duì)檢出限進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果列于表2。由表2可知，12種SVOCS平均響應(yīng)因子的標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于30%，相關(guān)性良好，滿足要求，目標(biāo)物的檢出限為0.30～0.65 μg／kg。

表2 12種半揮發(fā)性有機(jī)物檢測參數(shù)

2.4 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)

于空白土壤樣品中加入0.20 μg／L半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)土壤樣品中12種半揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行測定，平行測定6份，其加標(biāo)回收率及精密度結(jié)果列于表3。由表3可知，加標(biāo)回收率范圍為62.01%～106.87%，精密度范圍為4.33%～8.29%，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

表3 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

利用快速溶劑萃取結(jié)合蒸發(fā)濃縮的前處理技術(shù)，采用氣相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜法進(jìn)行測定，建立了土壤樣品中12種發(fā)性有機(jī)物的檢測方法，該方法滿足GB 36600—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》的要求，具有良好的精密度和準(zhǔn)確性，大大縮短前處理流程，可以較好地控制樣品對(duì)檢測儀器的污染，在土壤半揮發(fā)性有機(jī)物的檢測中具有一定的推廣意義。