加壓流體萃取—?dú)庀嗌V-質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中鄰/間/對(duì)硝基甲苯

王 瑞，王 利，楊 毅，包蘇英

（杭州中一檢測(cè)研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

硝基甲苯是一種無色或淡黃色晶體，具有硝基苯的氣味，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿和苯等有機(jī)溶劑，由于硝基取代位置不同，其又分為鄰硝基甲苯、間硝基甲苯、對(duì)硝基甲苯3種結(jié)構(gòu)。硝基甲苯會(huì)隨著生產(chǎn)和使用流入到土壤中，由于硝基甲苯對(duì)人體和環(huán)境存在高致畸、致癌性，建立一種簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)土壤中3種硝基甲苯的方法具有十分重要的意義。目前國(guó)家已就環(huán)境空氣和水質(zhì)中的硝基苯類化合物的檢測(cè)出臺(tái)了標(biāo)準(zhǔn)文件。土壤中硝基苯類化合物的常用檢測(cè)方法有超聲提取—?dú)庀嗌V法、微波萃取—?dú)庀嗌V法、固相萃取—?dú)庀嗌V-質(zhì)譜法。其中超聲提取—?dú)庀嗌V法和微波萃取—?dú)庀嗌V法前處理操作繁瑣，檢測(cè)靈敏度較低，檢出限高，不能滿足測(cè)定土壤中硝基苯類化合物的要求；固相萃取—?dú)庀嗌V-質(zhì)譜法萃取時(shí)間較長(zhǎng)，樣品處理過程繁瑣，易受基體干擾，且在萃取過程中消耗大量對(duì)環(huán)境和人體有害的有機(jī)試劑，樣品轉(zhuǎn)移過程會(huì)損失，檢測(cè)結(jié)果偏低。而土壤中硝基苯類化物的測(cè)定方法特別是前處理方法尚未統(tǒng)一。HJ 834—2017《土壤和沉積物 半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》僅規(guī)定了土壤中硝基苯、二硝基甲苯的檢測(cè)方法，并無關(guān)于對(duì)硝基甲苯的檢測(cè)規(guī)定。加壓流體萃取方法消耗有機(jī)溶劑少，對(duì)環(huán)境污染小，具有萃取效率高，操作方便、快捷等特點(diǎn)，是一種環(huán)保型樣品處理方法?，F(xiàn)有文獻(xiàn)研究報(bào)道了加壓流體萃取—?dú)庀嗌V-質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中的擬除蟲菊酯類農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥、酞酸酯類和多環(huán)芳烴等，但對(duì)該法應(yīng)用于硝基苯類化合物尤其是硝基甲苯的測(cè)定尚未有報(bào)道。

本研究?jī)?yōu)化了氣相色譜-質(zhì)譜條件，建立了加壓流體萃取—?dú)庀嗌V-質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中3種硝基甲苯的分析方法，可滿足土壤中痕量硝基甲苯的檢測(cè)需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料和儀器

硝基苯類化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液：含8種硝基苯類化合物（鄰硝基甲苯、間硝基甲苯、對(duì)硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯、2，6-二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲苯、1，3，5-三硝基苯、2，4，6-三硝基苯甲酸）的甲醇溶液，質(zhì)量濃度分別為1 000 μg/mL；硝基苯類化合物標(biāo)準(zhǔn)使用液：由硝基苯類化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷稀釋并定容配制，質(zhì)量濃度分別為100 μg/mL（標(biāo)準(zhǔn)使用液-1）、10.0 μg/mL（標(biāo)準(zhǔn)使用液-2）；1-溴-2-硝基苯（內(nèi)標(biāo)物）標(biāo)準(zhǔn)品：純度為99%；五氯硝基苯（替代物）標(biāo)準(zhǔn)溶液：五氯硝基苯的甲醇溶液，質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL；五氯硝基苯（替代物）標(biāo)準(zhǔn)使用液：由五氯硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷稀釋并定容配制，質(zhì)量濃度為100 μg/mL；二氯甲烷、正己烷、甲醇：均為農(nóng)殘級(jí)；無水硫酸鈉：優(yōu)級(jí)純；氦氣、氮?dú)猓杭兌染鶠?9.999%；實(shí)驗(yàn)用水：超純水。

硅藻土：粒狀，30~60目，分析純；石英砂：粒徑0.5~1.0 mm；硅酸鎂小柱：1 g裝，6 mL。

土壤基質(zhì)樣品：分別取自杭州某項(xiàng)目編號(hào)為HD2012154（土壤基質(zhì)樣品-1）、HD21011（土壤基質(zhì)樣品-2）的未污染地塊；實(shí)際土樣：取自杭州某項(xiàng)目編號(hào)為HD2011146的煉油廠污染地塊，取樣深度分別為0~0.5 m（S83樣）、1.0~1.5 m（S108樣）；

8890B/5977B型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)安捷倫科技有限公司；ASE350型加壓流體萃取儀：美國(guó)Thermo Fisher公司；PowerProbe 9410型鉆機(jī)：美國(guó)ASM-PowerProbe公司；SCIENTZ-18N型冷凍干燥機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司；N-EVAP-24型氮吹濃縮儀：美國(guó)Organomation公司。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 加壓流體萃取

載氣壓力：0.8 MPa；加熱溫度：100 ℃；萃取池壓力：1 450 PSI（1 PSI=6.895 kPa）；預(yù)加熱平衡時(shí)間：5 min；靜態(tài)萃取時(shí)間：5 min；溶劑淋洗體積：萃取池體積的60%；氮?dú)獯祾邥r(shí)間：60 s；靜態(tài)萃取次數(shù)：2次。

1.2.2 色譜

色譜柱：Agilent 19091S-433UI HP-5MS柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣；柱流量：1.0 mL/min；分流進(jìn)樣的分流比：10∶1，分流流量：10 mL/min；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；柱溫程序：初始溫度50 ℃，以10 ℃ / min的升溫速率升至250 ℃；隔墊吹掃流量：3 mL/min；分析時(shí)間：20 min。

1.2.3 質(zhì)譜

電子轟擊離子源；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃； 傳輸線溫度：280 ℃；離子化能量：70 eV；溶劑延遲時(shí)間：3.5 min；掃描方式：全掃描；掃描范圍：45~400 Da；閾值：150；鄰硝基甲苯目標(biāo)離子質(zhì)荷比（/）：120，65，91；間硝基甲苯目標(biāo)離子/：137，65，91；對(duì)硝基甲苯目標(biāo)離子/：137，65，91；1-溴-2-硝基苯（內(nèi)標(biāo)物）的目標(biāo)離子/：75，50，155；五氯硝基苯（替代物）的目標(biāo)離子/：237，214，249，295。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品采集與粗分

現(xiàn)場(chǎng)土壤的采樣及粗分按照HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，運(yùn)輸過程中密封、避光、4 ℃以下冷藏，保存時(shí)間不超過10 d。按照HJ 613—2011《土壤 干物質(zhì)和水分的測(cè)定 重量法》測(cè)定土壤樣品的干物質(zhì)含量。

1.3.2 樣品冷凍干燥

取適量粗分后的混勻樣品，放入真空冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行脫水。設(shè)定條件：于-50 ℃預(yù)冷腔預(yù)冷4 h，再放入干燥箱，真空下以10 ℃/h的升溫速率升溫至0 ℃，保持2 h，再以5 ℃/h的升溫速率升溫至20℃，保持2 h。土壤樣品冷凍干燥操作時(shí)間共24 h。

1.3.3 樣品制備

經(jīng)冷凍干燥的土壤樣品研磨后全部過60目金屬篩，再加入硅藻土與石英砂，研磨成流沙狀，待用。

1.3.4 加壓流體萃取

準(zhǔn)確稱取20.00 g制備好的土壤樣品。取潔凈的萃取池?cái)Q緊底蓋，裝入專用的玻璃纖維濾膜置于底部，頂部放置專用漏斗，先加入一部分土壤樣品，再加入0.1 mL五氯硝基苯（替代物）標(biāo)準(zhǔn)使用液，然后填入剩余的土壤樣品，再加入石英砂至距頂部1.0 cm（稍微壓實(shí)）。移去漏斗，擰緊頂蓋，放入加壓流體萃取儀，用二氯甲烷-正己烷混合溶液（體積比1∶1）萃取，收集萃取液。

1.3.5 濃縮

采用氮吹濃縮儀在30 ℃下將萃取液濃縮至2 mL（注意濃縮過程氣流不能產(chǎn)生旋渦）。用一次性巴斯特玻璃滴管將濃縮液轉(zhuǎn)移至具刻度濃縮管中，并用少量二氯甲烷-正己烷混合溶劑將收集瓶底部沖洗2次，合并全部的濃縮液，再氮吹濃縮至2 mL。

1.3.6 凈化

萃取濃縮液使用硅酸鎂小柱進(jìn)行凈化，避免萃取液中雜質(zhì)的干擾。1）小柱的活化：用12 mL二氯甲烷洗脫柱子2次，每次約6 mL，再用12 mL正己烷洗脫柱子2次，每次約6 mL（活化時(shí)柱頭保持濕潤(rùn)，流出量控制在1.5滴/s）。2）上樣：保持萃取濃縮液為常溫，上樣后再用1 mL正己烷清洗帶刻度濃縮管器壁3次至樣品完全轉(zhuǎn)移，注意柱中液體不能流出；3）洗脫：準(zhǔn)確移取12 mL二氯甲烷，分2次洗脫，每次6 mL。

1.3.7 濃縮定容

凈化后的試樣再次按照氮吹濃縮的步驟進(jìn)行濃縮，加入一定量的內(nèi)標(biāo)物（1-溴-2-硝基苯），并定容至1.0 mL，混勻后轉(zhuǎn)移至2 mL樣品瓶中，上機(jī)待測(cè)。

1.3.8 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在5個(gè)2 mL進(jìn)樣瓶中分別加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)使用液-1及替代物標(biāo)準(zhǔn)使用液，用正己烷稀釋配制成質(zhì)量濃度分別為1.0，2.0，5.0，10.0，20.0 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，分別再加入一定量的內(nèi)標(biāo)物（質(zhì)量濃度為10.0 μg/mL）。按1.2.2~1.2.3節(jié)儀器工作條件，按照濃度由低到高順序依次進(jìn)樣檢測(cè)，根據(jù)保留時(shí)間、碎片離子/及不同離子豐度比進(jìn)行定性，以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度的比值為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)化合物定量離子與內(nèi)標(biāo)定量離子的響應(yīng)值比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性方程。

1.3.9 方法檢出限的確定

按照HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》確定方法檢出限。分別在7個(gè)20.00 g土壤基質(zhì)樣品-1中加入100 μL 標(biāo)準(zhǔn)使用液-1（使質(zhì)量濃度分別為10.0 μg/mL），重復(fù)測(cè)定7次，計(jì)算測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，得到土壤中硝基甲苯的檢出限。

2 結(jié)果與討論

2.1 鄰/間/對(duì)硝基甲苯和五氯硝基苯（替代物）的總離子流色譜圖

鄰/間/對(duì)硝基甲苯和五氯硝基苯（替代物）的總離子流色譜圖見圖1。由圖1可見，鄰/間/對(duì)硝基甲苯的保留時(shí)間分別為6.673，7.186，7.424 min，五氯硝基苯的保留時(shí)間為14.276 min。

圖1 鄰/間/對(duì)硝基甲苯和五氯硝基苯（替代物）的總離子流色譜圖

鄰/間/對(duì)硝基甲苯和五氯硝基苯的質(zhì)譜圖分別見圖2~5。選擇各圖中豐度值最大的碎片離子作為目標(biāo)離子，則鄰/間/對(duì)硝基甲苯的目標(biāo)離子為/=120，137，65，91，五氯硝基苯的目標(biāo)離子為/=237，214，249，295。

圖2 鄰硝基甲苯的質(zhì)譜圖

2.2 色譜條件優(yōu)化

色譜條件參照HJ 739—2015《環(huán)境空氣 硝基苯類化合物的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》中7.1.1節(jié)和HJ 716—2014《水質(zhì) 硝基苯類化合物的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜法》中8.1節(jié)的色譜參考條件設(shè)置。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的色譜條件并未公布適用于對(duì)土壤中硝基甲苯的分析檢測(cè)。本研究主要優(yōu)化了分流比、進(jìn)樣口溫度和升溫程序：分流比由5∶1改為10∶1，縮短了測(cè)定時(shí)間；進(jìn)樣口溫度提高到280 ℃，有利于提高儀器的靈敏度；將“初始溫度60 ℃，以10 ℃/min的升溫速率升至200 ℃，再以15℃/min的升溫速率升至250 ℃”改為“初始溫度50℃，以10 ℃/min的升溫速率升至250 ℃”，降低了初始溫度，簡(jiǎn)化了升溫程序。

圖3 間硝基甲苯的質(zhì)譜圖

2.3 質(zhì)譜條件優(yōu)化

質(zhì)譜條件按照HJ 739—2015《環(huán)境空氣 硝基苯類化合物的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》中7.1.2節(jié)和HJ 716—2014《水質(zhì) 硝基苯類化合物的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜法》中8.2節(jié)的質(zhì)譜參考條件設(shè)置。本研究中，溶劑延遲的時(shí)間由8 min縮短至3.5 min，質(zhì)譜掃描范圍改為45~400 Da。

圖4 對(duì)硝基甲苯的質(zhì)譜圖

圖5 五氯硝基苯的質(zhì)譜圖

2.4 線性關(guān)系及檢出限

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)使用液-1的測(cè)定結(jié)果，鄰/間/對(duì)硝基甲苯及五氯硝基苯的線性方程分別為=2.904 1-0.188 1，=2.885 7-0.255 1，=2.791 6-0.310 3，=1.234 9-0.104 2，相關(guān)系數(shù)分別為0.999 5，0.999 0，0.999 4，0.999 1。

土壤基質(zhì)樣品-1加標(biāo)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，土壤基質(zhì)樣品-1中鄰/間/對(duì)硝基甲苯的檢出限均為0.02 mg/kg，測(cè)定下限均為0.08 mg/kg。

表1 土壤基質(zhì)樣品-1加標(biāo)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=7） mg/kg

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

硅藻土中分別加標(biāo)后按標(biāo)準(zhǔn)方法步驟全程序測(cè)定6次，測(cè)定結(jié)果見表2。由表2可見：硅藻土中五氯硝基苯（替代物）加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為3.74%，平均加標(biāo)回收率為123.8%，分析方法滿足質(zhì)量控制要求；鄰/間/對(duì)硝基甲苯加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果的RSD分別為5.92%，5.46%，5.07%，平均加標(biāo)回收率分別為111.9%，120.9%，138.4%。

采用土壤基質(zhì)樣品-2進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見表3。由表3可見：土壤基質(zhì)樣品-2加標(biāo)后鄰/間/對(duì)硝基甲苯測(cè)定結(jié)果的RSD分別為8.96%~10.6%，8.62%~10.5%，8.55%~10.6%，平均加標(biāo)回收率分別為69.3%~79.2%，72.1%~83.2%，71.7%~88.0%；五氯硝基苯（替代物）測(cè)定結(jié)果的RSD為10.0%~12.5%，平均加標(biāo)回收率為73.0%~95.3%。

由表2和表3可知，硅藻土加標(biāo)回收率普遍高于100%，而土壤基質(zhì)樣品-2的加標(biāo)回收率普遍低于100%，個(gè)別點(diǎn)甚至不到70%，表明土壤對(duì)鄰/間/對(duì)硝基甲苯有吸附持留干擾，或在土壤洗脫、濃縮、凈化環(huán)節(jié)存在損失，也有可能是標(biāo)準(zhǔn)曲線的定量測(cè)定存在系統(tǒng)誤差。

表2 硅藻土加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 土壤基質(zhì)樣品-2加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖 6 為土壤基質(zhì)樣品-2中加標(biāo)量均為5.000 μg時(shí)鄰/間/對(duì)硝基甲苯和五氯硝基苯的總離子流色譜圖。由圖6可見：與標(biāo)準(zhǔn)總離子流色譜圖（圖1）相比，土壤基質(zhì)加標(biāo)樣品的譜圖存在一些雜峰、毛刺峰，但待測(cè)目標(biāo)物并未有干擾，不會(huì)影響定量結(jié)果，說明該基體對(duì)待測(cè)物未產(chǎn)生基體效應(yīng)。

圖6 土壤基質(zhì)樣品-2中加標(biāo)量均為5.000 μg時(shí)鄰/間/對(duì)硝基甲苯和五氯硝基苯的總離子流色譜圖

2.6 與其他方法的比較

本方法與其他方法的對(duì)比見表4。由表4可見：本方法首次利用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中的硝基苯類化合物，可以同時(shí)測(cè)定3種硝基甲苯物質(zhì)；與文獻(xiàn)［10］相比，檢出限僅為后者的1/10~1/4，且準(zhǔn)確度更高；相比其他萃取方法，采用加壓流體萃取的準(zhǔn)確度有顯著提升，同時(shí)能保證方法的檢出限滿足測(cè)定需求。此外，超聲和微波萃取前處理過程繁瑣，土壤樣品脫水過濾比較麻煩，易受樣品基體干擾。綜上，本方法前處理方便快捷、萃取效率較高、準(zhǔn)確度較高。

表4 本方法與其他方法的對(duì)比

2.7 實(shí)際土樣分析

采用該分析方法對(duì)實(shí)際土樣進(jìn)行全過程步驟重復(fù)測(cè)定6次，測(cè)定結(jié)果見表5。由表5可見，平行樣測(cè)定結(jié)果的RSD均小于15%，說明該法適用于檢測(cè)土壤中3種硝基甲苯的含量。

表5 實(shí)際土樣中鄰/間/對(duì)硝基甲苯的測(cè)定結(jié)果（n=6）

3 結(jié)論

a）建立了加壓流體萃取—?dú)庀嗌V-質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中鄰/間/對(duì)硝基甲苯含量的方法，對(duì)色譜及質(zhì)譜條件進(jìn)行了優(yōu)化，縮短了測(cè)定時(shí)間，降低了初始溫度，簡(jiǎn)化了升溫程序。

b）鄰/間/對(duì)硝基甲苯質(zhì)量濃度在1.0~20.0 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)不小于0.999，檢出限均為0.02 mg/kg，基質(zhì)平均加標(biāo)回收率分別為69.3%~79.2%、72.1%~83.2%、71.7%~88.0%，測(cè)定結(jié)果的RSD分別為8.96%~10.6%、8.62%~10.5%、

8.55%~10.6%（=6），

c）該法具有前處理簡(jiǎn)單、萃取效率高、定量結(jié)果準(zhǔn)確、消耗有機(jī)溶劑少等優(yōu)點(diǎn)，適用于土壤中鄰/間/對(duì)硝基甲苯的分析檢測(cè)。