在線凈化加速溶劑萃取–氣相色譜–質(zhì)譜法測(cè)定土壤中11 種半揮發(fā)性有機(jī)物

李婧，耶曼，張利，王嵐

（西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，西安 710054）

我國于2018 年8 月1 日實(shí)施了GB 15618—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》和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)》，其中農(nóng)用地主要是耕地﹑園地﹑林地﹑草地等，建設(shè)用地主要是建造建筑物﹑構(gòu)筑物的土地，包括城鄉(xiāng)住宅和公共設(shè)施用地﹑工礦用地﹑交通水利設(shè)施用地﹑旅游用地﹑軍事用地等［1–3］。當(dāng)這兩類土壤受到污染后，在農(nóng)用地上生長的農(nóng)作物或土壤生態(tài)環(huán)境會(huì)受到不利影響，在建設(shè)用地上居住﹑工作的人群會(huì)產(chǎn)生慢性中毒或致癌致畸風(fēng)險(xiǎn)。因此進(jìn)行土壤污染物檢測(cè)非常有必要。半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCs）作為最重要的污染物之一，其種類繁多，特性復(fù)雜，由于分子量大﹑沸點(diǎn)高，因此在環(huán)境中較揮發(fā)性有機(jī)物更難降解，容易在水﹑土壤﹑空氣﹑生物等介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化，長期存在于水和土壤中，通過富集而危害人體健康，其環(huán)境歸宿通常是土壤和沉積物。常見的SVOCs 有苯酚類﹑苯胺類﹑硝基芳香烴類﹑氯代芳香烴類﹑多環(huán)芳烴類等［4–6］，其來源非常廣泛。如酚類化合物主要來源于石油化工﹑塑料制造﹑顏料合成﹑制藥﹑造紙等工業(yè)污水排放［7］；苯胺類化合物來源于制藥﹑染料﹑印染﹑橡膠﹑石化等工藝生產(chǎn)過程［8］；硝基苯類化合物主要來源于染料合成﹑油漆涂料﹑塑料﹑炸藥﹑醫(yī)藥及農(nóng)藥等制造工業(yè)［9］；多環(huán)芳烴類化合物主要來源于煤炭﹑燃油的加工和燃燒，機(jī)動(dòng)車尾氣排放等［10］。筆者主要研究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)》中11 種SVOCs 的基本項(xiàng)目，參考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》［11］，建立一種準(zhǔn)確﹑高效的環(huán)保型檢測(cè)方法。

目前土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定由樣品提取﹑凈化和色譜分析三部分組成。目前前處理方法操作復(fù)雜，步驟冗長［12–14］。提取﹑凈化過程中，由于樣品多次轉(zhuǎn)移，易造成目標(biāo)物損失，同時(shí)，大量溶劑的使用對(duì)人體和環(huán)境也帶來了一定的危害。因此如何盡可能減少樣品前處理步驟，同時(shí)有效消除雜質(zhì)對(duì)檢測(cè)的影響，保證目標(biāo)物不受損失，成為測(cè)定半揮發(fā)性有機(jī)物的關(guān)鍵。筆者采用弗羅里硅土和石墨化碳黑為凈化劑，利用快速溶劑萃取儀，將萃取和凈化兩個(gè)過程合并，實(shí)現(xiàn)樣品的在線凈化萃取，去除了凈化過程中目標(biāo)物損失。與傳統(tǒng)的離線凈化相比，本方法大大簡化了樣品前處理過程，節(jié)省人力消耗，減少了有機(jī)溶劑的使用量，降低了對(duì)人體和環(huán)境的危害，尤其適應(yīng)于大批量樣品的檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜–質(zhì)譜儀：7890–5977B 型，配自動(dòng)進(jìn)樣器，美國安捷倫科技有限公司。

全自動(dòng)高效快速溶劑萃取儀：Flex-HPSE 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

平行濃縮儀：Multi Vap-10 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

電子天平：SQP 型，感量值為0.1 mg，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）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。

10 種半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：包括2-氯苯酚﹑硝基苯﹑萘﹑苯并［a］蒽﹑屈﹑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，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（體積比為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﹑屈-d12﹑苝-d12，質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L，溶劑為丙酮–二氯甲烷（體積比為1∶1），編號(hào)為CDAA–M–629032–XD，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司。

二氯甲烷﹑丙酮：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：優(yōu)級(jí)純，于馬弗爐中400 ℃烘烤4 h，冷卻后裝入具塞磨口玻璃瓶中密封保存，成都科隆化學(xué)品有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水（不含有機(jī)物）。

1.2 樣品采集與保存

土壤樣品按照HJ/T 166 的相關(guān)要求采集和保存。樣品應(yīng)于潔凈的具塞磨口棕色玻璃瓶中保存。運(yùn)輸過程中應(yīng)密封﹑避光﹑4 ℃以下冷藏。運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后，若不能及時(shí)分析，應(yīng)于4 ℃以下冷藏﹑避光﹑密封保存，保存時(shí)間不超過10 d。

1.3 水分的測(cè)定

土壤樣品干物質(zhì)含量測(cè)定按照HJ 613–2011《土壤干物質(zhì)和水分的測(cè)定重量法》執(zhí)行。

1.4 儀器工作條件

1.4.1 快速溶劑萃取儀

萃取溫度：100 ℃；壓力：10.04 MPa；靜態(tài)萃取7 min（5 min 預(yù)熱平衡之后）；淋洗體積為40%池體積；氮?dú)獯祾撸?0 s；循環(huán)萃取2 次。

1.4.2 氣相色譜條件

色譜柱：HP–5MS–UI 型色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司）；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；進(jìn)樣方式：無分流進(jìn)樣；進(jìn)樣體積：1.0 μL；程序升溫：初始溫度為40 ℃，保持2 min，以12 ℃/min 的速率升溫至160 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min 的速率升溫至280 ℃，保持5 min；載氣：氦氣，流量為1.00 mL/min。

1.4.3 質(zhì)譜條件

離子源：EI 源；離子源溫度：230 ℃；離子化能量：70 eV；接口溫度：260 ℃；掃描范圍：m/z35～500 Da；溶劑延遲時(shí)間9.0 min；11 種SVOCs的質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)譜條件

1.5 樣品處理

（1）空白樣品。選擇未受有機(jī)物污染的土壤，除去枝葉﹑石子等異物，按四分法粗分，冷凍干燥后研磨，過250 μm（60 目）篩，再經(jīng)110 ℃烘5 h，制備成空白土壤樣品。

（2）待測(cè)樣品。取適量新鮮樣品，放入冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行干燥脫水。干燥后的土壤放入研磨機(jī)進(jìn)行研磨，均化處理過250 μm （60 目）篩。稱取20 g（精確到0.01 g）樣品于燒杯中，加入適量硅藻土混勻，再加入弗羅里硅土粉1 g 和石墨化碳黑粉0.5 g，混合均勻。萃取池體積為34 mL，在萃取池底部鋪一層石英砂，再將混合均勻的樣品放入萃取池中，用石英砂填滿萃取池，加蓋，裝入快速溶劑萃取儀。以二氯甲烷–丙酮（4+1）混合液為萃取劑，按上述萃取條件進(jìn)行提取。將萃取液轉(zhuǎn)移至平行濃縮儀中，在水浴溫度為30 ℃的條件下濃縮至小于1 mL，加入適量內(nèi)標(biāo)物至濃度為5.00 mg/L，用二氯甲烷定容至1.0 mL，混勻，作為樣品溶液待測(cè)。

1.6 樣品測(cè)定

按1.4 儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定1.5（2）中樣品溶液，采用質(zhì)譜圖結(jié)合保留時(shí)間定性，選擇離子定量，計(jì)算各目標(biāo)化合物的含量，并換算其在土壤樣品中的含量。

1.7 溶液配制

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

內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：取10 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，萘-d8﹑屈-d12﹑苝-d12質(zhì)量濃度均為10 μg/mL。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液：使用空白土壤作為基底，分別移取半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（含替代物）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/mL 的11 種半揮發(fā)性有機(jī)物系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜圖

11 種SVOCs 標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖如圖1 所示。

圖1 11 種svocs 標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

2.2 萃取體系的確定

二氯甲烷對(duì)非極性到極性范圍的化合物均有較高的萃取能力，而且由于其沸點(diǎn)低，萃取后易于濃縮，且密度比水大，分液操作也容易以及不易燃等優(yōu)點(diǎn)，適用于多組分同時(shí)分析，因此筆者也利用其優(yōu)點(diǎn)，選擇其作為前處理萃取劑［13］。同時(shí)，由于11 種半揮發(fā)性有機(jī)物中，萘揮發(fā)性較強(qiáng)，采集的土壤樣品不能采用風(fēng)干脫水，只能真空冷凍脫水或者將新鮮土壤樣品用無水硫酸鈉﹑硅藻土研磨脫水，因此在萃取溶劑中加入能和水互溶的丙酮，溶掉土壤中的水份，可以增大有機(jī)萃取溶劑和土壤顆粒的接觸面積，

以提高萃取效率。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》標(biāo)準(zhǔn)方法建議離線凈化條件下，用二氯甲烷–丙酮（體積比為1∶1）萃取。但是，由于丙酮極性大，能溶解大多數(shù)有機(jī)物，同時(shí)可提取土壤樣品中較多的色素物質(zhì)，多數(shù)土壤樣品的提取液呈黃色或黃褐色，影響后續(xù)測(cè)定，所以應(yīng)減少丙酮的比例。筆者考察了二氯甲烷–丙酮（1∶1）﹑二氯甲烷–丙酮（2∶1）﹑二氯甲烷–丙酮（4∶1）﹑二氯甲烷–丙酮（6∶1）混合液對(duì)空白加標(biāo)樣品回收率的影響，測(cè)定結(jié)果見表2。表2結(jié)果表明，以二氯甲烷–丙酮（4∶1）作為提取溶劑時(shí)，目標(biāo)物的回收率最合適。

表2 不同二氯甲烷–丙酮比例下的提取效率

2.3 凈化條件

由于11 種半揮發(fā)性有機(jī)物中，萘的揮發(fā)性較強(qiáng)，其萃取液的離線凈化造成萘的損失較大。因此，實(shí)驗(yàn)采用在線凈化消除基質(zhì)干擾。不同凈化方式的回收率見表3。

表3 不同凈化方式下的回收率

由表3 可知，在線凈化時(shí)，各化合物的回收率高于離線凈化的回收率，這是因?yàn)樵诰€凈化避免了提取液的多次轉(zhuǎn)移和濃縮。單獨(dú)采用弗羅里硅土粉或弗羅里硅土柱對(duì)提取液凈化時(shí)，脫色效果較差，背景值較高，對(duì)儀器影響較大。以實(shí)際土壤樣品為基質(zhì)，進(jìn)行樣品加標(biāo)試驗(yàn)，并與未凈化的樣品進(jìn)行對(duì)比，查看凈化劑的凈化效果。土壤樣品經(jīng)萃取后，未凈化的樣品明顯渾濁，呈較深的褐色；凈化后的樣品清澈透明。土壤在線凈化樣品﹑離線凈化和未凈化樣品的色譜圖分別如圖2﹑圖3 和圖4 所示。經(jīng)過凈化后的樣品雜峰明顯減少，凈化劑對(duì)樣品的凈化作用明顯。因此，選擇弗羅里硅土粉–石墨化碳黑粉對(duì)化合物進(jìn)行在線凈化提取。

圖2 在線凈化樣品的色譜圖

圖3 離線凈化樣品的色譜圖

圖4 未凈化樣品的色譜圖

2.4 濃縮條件對(duì)回收率的影響

半揮發(fā)性有機(jī)化合物具有一定的揮發(fā)性，在濃縮過程中，濃縮時(shí)間不易過長，濃縮溫度不易過高，否則會(huì)降低半揮發(fā)性有機(jī)物的回收率；且氮?dú)饬髁恳m中，以溶液不形成回旋為宜，流量太大也會(huì)造成低沸點(diǎn)半揮發(fā)性化合物的揮發(fā)損失。因此，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行濃縮條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，考察濃縮過程中溫度和氮?dú)饬髁繉?duì)回收率的影響。正交試驗(yàn)表見表4，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表5。正交試驗(yàn)結(jié)果見表6 ～表8。

表4 實(shí)驗(yàn)因素和水平

表5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表6 濃縮溫度為20℃時(shí)不同氮?dú)饬髁肯碌幕厥章?/p>

表7 濃縮溫度為25℃時(shí)不同氮?dú)饬髁肯碌幕厥章?/p>

表8 濃縮溫度為30℃時(shí)不同氮?dú)饬髁肯碌幕厥章?/p>

通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水溫25～30 ℃﹑氮?dú)饬髁靠刂圃?.0～4.0 mL/min 時(shí)，11 種目標(biāo)化合物的回收率最好，綜合考慮濃縮時(shí)間和11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的濃縮效果，選擇水溫為25 ℃﹑氮?dú)饬髁繛?.0 mL/min 作為濃縮條件，另外，由于在避光時(shí)，苯胺降解較緩慢，有光存在時(shí)，苯胺的降解加速［15］，因此在避光環(huán)境中進(jìn)行濃縮。

2.5 線性方程﹑線性范圍及檢出限

在優(yōu)化的色譜條件下測(cè)定1.7 中的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以各物質(zhì)的質(zhì)量濃度x（μg/mL）為橫坐標(biāo)，色譜峰面積y為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，建立工作曲線，采用內(nèi)標(biāo)法定量，使用平均相對(duì)響應(yīng)因子計(jì)算結(jié)果［11］。按照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》［11］和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》［16］對(duì)平均響應(yīng)因子的相對(duì)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)》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)果見表9，11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的線性范圍均為0.05～2.00 μg/mL。

表9 11 種半揮發(fā)性有機(jī)物線性方程和檢出限

由表9 可知，11 種SVOCs 平均響應(yīng)因子的標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于30%，滿足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》要求，11 種目標(biāo)物的檢出限為0.30～0.65 μg/kg。

2.6 精密度與回收試驗(yàn)

于空白樣品中加入0.20 μg/L 半揮發(fā)性有機(jī)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件萃取濃縮后上機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，平行測(cè)定6 份，根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算方法的加標(biāo)回收率及精密度，結(jié)果見表10。由表10 可知，樣品平均加標(biāo)回收率為85%～105%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.10%～7.05% （n=6），滿足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》要求。

表10 精密度和加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

建立了在線凈化–氣相色譜–質(zhì)譜法測(cè)定土壤中11 種半揮發(fā)性有機(jī)物的分析方法，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)》的要求，11 種半揮發(fā)性有機(jī)物均在0.05～2.00 μg/L 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢出限為0.30～0.65 μg/kg。樣品平均加標(biāo)回收率為83.8%～102.7%，與文獻(xiàn)報(bào)道相比有所提高?？赡艿脑蚴遣捎迷诰€凈化萃取，避免了提取液的多次轉(zhuǎn)移和濃縮，降低了目標(biāo)物的損失，同時(shí)，大大縮短了前處理流程，節(jié)省了人力消耗，減少了有機(jī)溶劑的使用量，降低了對(duì)人體和環(huán)境的危害，在土壤半揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)中具有一定的推廣意義。