超聲提取-氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)土壤中多種類持久性有機(jī)污染物的同時(shí)測(cè)定

張浩，黃榮浪，陳旻彥，姜俊，楊瀾，陳謇，呂志江，廖敏，汪海珍*，徐建明

（1.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058；2.杭州質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)有限公司，杭州 311300；3.溫嶺市農(nóng)業(yè)農(nóng)村和水利局，浙江 臺(tái)州 317500）

多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）、多溴二苯醚（polybrominated diphenyl ethers, PBDEs）和多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）是廣泛存在于廢舊電器拆解場(chǎng)地復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)中的3 類典型持久性有機(jī)污染物（persistent organic pollutants,POPs）[1-4]，由于它們具有疏水性、難降解性和生物富集性等特點(diǎn)，目前已受到越來(lái)越多的關(guān)注。這些POPs主要通過(guò)沉降作用[5]和大氣揮發(fā)[6]在土壤和空氣這2種介質(zhì)中廣域遷移[7]，導(dǎo)致全球性污染。POPs一旦進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，可通過(guò)食物鏈富集作用對(duì)人類的健康造成較大威脅。近年來(lái)，國(guó)家已發(fā)布分別針對(duì)土壤中PCBs、PBDEs 和PAHs 的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[8-10]。然而，由于土壤介質(zhì)相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)PCBs、PBDEs 和PAHs 同時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量分析成為研究的難點(diǎn)，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中尚存在一些可探究之處。

目前，索氏提取、超聲提取和加速溶劑萃取等是土壤中有機(jī)污染物常見(jiàn)的前處理萃取方法[11-12]。在土壤樣品的前處理凈化中，固相萃取（solid phase extraction,SPE）技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，其中選擇合適的填料類型是提高除雜效率、獲得較好回收率及重現(xiàn) 性 的 關(guān) 鍵[13-14]。PCBs、PBDEs 和PAHs 這3 類POPs 同為半揮發(fā)性有機(jī)污染物，在提取、凈化及分析方法上有較多相似之處，但目前還缺乏對(duì)這3 類POPs 同時(shí)提取、同時(shí)凈化和同時(shí)測(cè)定方法的研究。大多數(shù)研究只對(duì)部分萃取條件進(jìn)行優(yōu)化處理；或者僅僅在對(duì)污染土壤前處理中實(shí)現(xiàn)2類污染物的同時(shí)處理，但測(cè)定時(shí)仍需用不同方法[15]。此外，由于不同種類POPs 的結(jié)構(gòu)也存在較大差異，在同一檢測(cè)體系中能同時(shí)檢測(cè)出多種類物質(zhì)存在一定的技術(shù)難度，尤其是待檢測(cè)的有機(jī)污染物含量處于微量或痕量時(shí)檢測(cè)難度更高。而單一的分析檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際土壤樣品的需要，建立高效經(jīng)濟(jì)的多種類POPs同時(shí)測(cè)定方法迫在眉睫。

本研究擬通過(guò)優(yōu)化樣品萃取方法、萃取液凈化以及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS）等定性定量分析條件，建立一種能同時(shí)提取、同時(shí)凈化和同時(shí)測(cè)定土壤中PCBs、PBDEs 和PAHs 這3 類POPs 的系列方法，并確保方法操作簡(jiǎn)單、分離效果好和靈敏度高，以降低時(shí)間和檢測(cè)成本。該方法在廢舊電器拆解場(chǎng)地等實(shí)際土壤中的應(yīng)用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：8890B-5977B 型GC-MS 儀（美國(guó)Agilent公司）；HA-HSC型水浴加熱式氮吹儀（天津市恒奧科技發(fā)展有限公司）；KQ-800B 型超聲波清洗器（江蘇省昆山市超聲儀器有限公司）；索氏提取裝置（上海高信化玻儀器有限公司）；Kuderna-Danish（K-D）濃縮裝置（上海高信化玻儀器有限公司）；數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市盛威實(shí)驗(yàn)儀器廠）；MX-S 型渦旋混勻儀（北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器股份公司）；FreeZone 2.5 L 立式冷凍干燥機(jī)（美國(guó)Lanconco公司）；電子天平（德國(guó)Sartorius公司）；D-37520型高速冷凍離心機(jī)（德國(guó)Sigma公司）。

實(shí)驗(yàn)材料：丙酮、二氯甲烷、正己烷（色譜純）品牌為薩勞，購(gòu)于杭州天動(dòng)立化學(xué)品有限公司；PCBs混合標(biāo)樣（18種PCBs質(zhì)量濃度均為100 mg/L）品牌為O2si，購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；PBDEs混合標(biāo)樣（8種PBDEs質(zhì)量濃度均為50 mg/L）品牌為O2si，購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；PAHs 混合標(biāo)樣（16 種PAHs 質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L）品牌為TMstandard，購(gòu)自北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；以上3類POPs的名稱與對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)稱詳見(jiàn)表1。進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)PCB209（質(zhì)量濃度為1 000 mg/L）品牌為O2si，購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；石英砂（分析純）品牌為國(guó)藥滬試；無(wú)水硫酸鈉（分析純）品牌為國(guó)藥滬試，經(jīng)450 ℃灼燒5 h后脫除結(jié)晶水；固相萃取小柱品牌為Anpel，包括弗羅里硅土SPE 小柱（6 mL，1 g）、碳十八SPE小柱（6 mL，1 g）、硅膠SPE小柱（3 mL，1 g），均購(gòu)于上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；載氣為高純氦氣（純度大于99.999%）。

1.2 供試土壤

1.2.1 用于POPs提取、凈化和測(cè)定方法構(gòu)建的土壤

為了構(gòu)建適用于土壤中PCBs、PBDEs 和PAHs這3 類POPs 的提取、凈化和測(cè)定方法，本研究用土壤樣品代替石英砂空白基質(zhì)來(lái)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。供試土壤采自浙江省建德市，將采集的土壤樣品（5個(gè)采集點(diǎn)的混合樣）與冰袋一同置于保溫箱中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，除去土壤中植物組織及石塊等異物，放入真空冷凍干燥儀進(jìn)行干燥（20 Pa 的真空度，－50 ℃，干燥48 h）后，對(duì)樣品進(jìn)行研磨，過(guò)0.20 mm孔徑篩，備用。土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》[16]。供試土壤發(fā)育母質(zhì)為紫砂巖，其土壤機(jī)械組成為砂粒、粉粒和黏粒，三者質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.40%、48.00%和11.60%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.90 g/kg，陽(yáng)離子交換量為22.00 cmol/kg，pH為5.78[17]。

準(zhǔn)確稱取該供試土壤樣品5.00 g 并放置于50 mL 棕色玻璃離心管中，分別用微量進(jìn)樣器移取18種PCBs標(biāo)準(zhǔn)母液（10 mg/L）20 μL、8種PBDEs標(biāo)準(zhǔn) 母 液（5 mg/L）40 μL 和16 種PAHs 標(biāo) 準(zhǔn) 母 液（10 mg/L）20 μL 至土壤中，在通風(fēng)櫥中待溶劑完全揮發(fā)后，用潔凈不銹鋼藥勺充分拌勻，平衡24 h，制備成40μg/kg 有機(jī)復(fù)合污染土壤樣品，用于有機(jī)污染物的提取、凈化和測(cè)定方法構(gòu)建研究。

POPs 提取、凈化和測(cè)定方法構(gòu)建完成后，首先在石英砂空白基質(zhì)中進(jìn)行PCBs、PBDEs 和PAHs 這3類POPs回收率測(cè)定，以評(píng)估復(fù)雜土壤基質(zhì)是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾。

1.2.2 用于POPs提取、凈化和測(cè)定方法檢驗(yàn)的土壤

將構(gòu)建的方法應(yīng)用于原始土壤和采自浙江省臺(tái)州市某廢舊電器拆解場(chǎng)地的實(shí)際污染土壤（0～20 cm）中PCBs、PBDEs 和PAHs 這3 類POPs 的提取、凈化和測(cè)定。該場(chǎng)地2 個(gè)污染土壤樣品（1#和2#）的采集、處理和性質(zhì)分析方法同1.2.1節(jié)。1#和2#土壤發(fā)育母質(zhì)均為海相沉積物，其機(jī)械組成均為砂粒、粉粒和黏粒，三者質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為50.00%、50.50%、29.50%和30.00%、20.50%、19.50%；有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為89.65、10.40 g/kg，陽(yáng)離子交換量分別為9.40、12.50 cmol/kg，pH分別為7.92和7.67。

1.3 土壤樣品前處理方法

1.3.1 提取方法

索氏提取方法：稱取1.2.1節(jié)中制備的污染土壤樣品5.00 g，裝入紙質(zhì)濾筒，加入200 mLV（丙酮）∶V（正己烷）=1∶1 的提取溶液，提取時(shí)間為16 h，回流速度控制在6 次/h。將收集的提取液合并至K-D 濃縮裝置中，在80 ℃條件下濃縮蒸發(fā)至1 mL左右，得到提取濃縮液。

超聲提取方法：稱取1.2.1節(jié)中的土壤樣品5.00 g于棕色玻璃離心管中，并準(zhǔn)確加入20 mLV（丙酮）∶V（正己烷）=1∶1的提取溶液，超聲提取15 min，超聲功率設(shè)定為100 kHz，水浴溫度始終控制在（25±2）℃。爾后將提取溶液在4 ℃、2 900 r/min 條件下離心5 min，收集提取溶液。重復(fù)上述提取過(guò)程2次。1#和2#土壤樣品的超聲提取方法同上。各提取液濃縮方法同索氏提取方法。

選取已有文獻(xiàn)報(bào)道中對(duì)有機(jī)污染物凈化效果較好的弗羅里硅土SPE小柱[12,18-19]、V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1 的混合溶液[15]，對(duì)經(jīng)索氏提取和超聲提取制備的1.2.1 節(jié)中污染土壤樣品濃縮液進(jìn)行過(guò)柱凈化和洗脫，以確定最佳提取方法。

1.3.2 凈化和洗脫方法

采用碳十八、弗羅里硅土和硅膠3 種SPE 小柱以及V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=1∶1、7∶3、9∶1的3種不同比例混合溶液和用量（5、10、12、15 mL），對(duì)經(jīng)超聲提取制備的1.2.1 節(jié)中污染土壤樣品濃縮液進(jìn)行過(guò)柱凈化和洗脫，進(jìn)一步確定適用于土壤中PCBs、PBDEs和PAHs這3類POPs的最佳凈化和洗脫條件，并在此最佳條件下對(duì)1#和2#土樣提取濃縮液進(jìn)行凈化和洗脫。

1.3.3 上機(jī)測(cè)定樣

將洗脫液全部收集至氮吹管中，在30 ℃水浴條件下氮吹至1 mL，并渦旋振蕩1 min使之充分溶解，最后轉(zhuǎn)移至棕色進(jìn)樣瓶中，待上機(jī)測(cè)定。

1.4 儀器條件

除BDE209 外，其余41 種POPs 測(cè)定的色譜條件如下。采用HP-5MS柱（30 m×0.25 mm i.d.，膜厚0.25 μm；美國(guó)J & W Scientific 公司），進(jìn)樣口溫度280 ℃，柱流量1 mL/min。升溫程序：初始溫度45 ℃，保持2 min，然后以20 ℃/min 升至265 ℃，再以6 ℃/min 升至285 ℃，最后以10 ℃/min 升至320 ℃，保持4 min。以不分流方式進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL。BDE209 測(cè)定的色譜條件如下。采用DB-5HT 柱（15 m×0.25 mm i.d.，膜厚0.10 μm；美國(guó)J & W Scientific 公司），進(jìn)樣口溫度270 ℃，柱流量1 mL/min。升溫程序：初始溫度60 ℃，保持1 min，然后以30 ℃/min 升至320 ℃，保持3 min。以脈沖不分流方式進(jìn)樣，進(jìn)樣量2μL。

除BDE209 外，其余41 種POPs 測(cè)定的質(zhì)譜條件如下。采用電子轟擊離子源，電離能量70 eV，離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度280 ℃；采用全掃描模式和選擇離子模式，掃描質(zhì)量范圍（m/z）為45～770 amu，溶劑延遲4.0 min。BDE209的掃描質(zhì)量范圍（m/z）為45～810 amu，溶劑延遲3.0 min；其他條件同上。

1.5 檢出限計(jì)算方法

根據(jù)美國(guó)EPASW-846 中檢出限規(guī)定方法，計(jì)算本研究中的方法檢出限，MDL=St（n－1,0.99）。其中：MDL 為方法檢出限；S為7 個(gè)低質(zhì)量濃度的石英砂空白加標(biāo)樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t（n－1,0.99）指置信度為99%、自由度為n－1時(shí)的t值；n為平行分析樣品數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 GC-MS 條件的優(yōu)化

根據(jù)GC-MS 中色譜峰的保留時(shí)間和對(duì)NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)的譜圖檢索，獲得目標(biāo)有機(jī)污染物分子結(jié)構(gòu)，避免檢測(cè)中假陽(yáng)性的產(chǎn)生，以準(zhǔn)確進(jìn)行定性鑒別。根據(jù)優(yōu)化的色譜柱類型、升溫程序等GC-MS條件，利用全掃描模式對(duì)18 種PCBs、8 種PBDEs 和16 種PAHs 混合標(biāo)樣進(jìn)行全掃描，得到各有機(jī)化合物的總離子流圖（圖1）。除BDE209以外，該方法能夠在較短時(shí)間（23.83 min）內(nèi)很好分離41 種POPs（圖1A），并且絕大部分POPs 具有較高響應(yīng)值。這也表明在測(cè)定分析PCBs、PBDEs 和PAHs 這3 類目標(biāo)POPs 時(shí)，它們之間不會(huì)相互干擾。但是由于BDE209 為熱不穩(wěn)定化合物，在高溫條件下易熱解脫溴生成八、九溴代PBDEs[20]。因此，對(duì)BDE209檢測(cè)的色譜柱和升溫程序進(jìn)行再次優(yōu)化，結(jié)果（圖1B）顯示，其在12 min內(nèi)亦能很好地完成分離。

圖1 41種（A）和BDE209（B）持久性有機(jī)污染物標(biāo)準(zhǔn)樣品的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of 41 persistent organic pollutants(A)and BDE209(B)in the standard samples

選擇無(wú)干擾且豐度較高的碎片離子作為選擇離子模式下的定量離子，選擇無(wú)干擾且豐度次高的2～4個(gè)碎片離子作為選擇離子模式下的定性離子，42 種目標(biāo)POPs 的保留時(shí)間及定性和定量離子如表1 所示；內(nèi)標(biāo)物質(zhì)PCB209 的保留時(shí)間分別為17.559、7.663 min，其定性離子m/z為496、498、500，定量離子m/z為496。

表1 42種待測(cè)持久性有機(jī)污染物（PCBs、PBDEs、PAHs）的保留時(shí)間及定性和定量離子Table 1 Retention time,qualitative and quantitative ions of 42 persistent organic pollutants(PCBs,PBDEs,PAHs)

表1（續(xù)） Continuation of Table 1

2.2 樣品前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.2.1 樣品提取方法的選擇

索氏提取法是一種從固體物質(zhì)中提取化合物的方法，其利用溶劑回流和虹吸原理，使固體物質(zhì)每次循環(huán)都能被純?nèi)軇┧崛?，因此提取效率較高。而超聲提取法利用超聲波的空化作用、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)加速土壤中目標(biāo)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解，也能夠顯著提高提取效率[11]。根據(jù)現(xiàn)有研究報(bào)道[12,15,21-22]，V（丙酮）∶V（正己烷）=1∶1 混合溶液作為土壤中POPs 的提取劑具有較優(yōu)提取效果。因此，本實(shí)驗(yàn)選用這種提取溶劑，并考察索氏提取法和超聲提取法對(duì)加標(biāo)土壤樣品中42 種POPs 回收率的影響。

GC-MS 測(cè)試條件經(jīng)優(yōu)化后，可以對(duì)實(shí)際土壤樣品中42 種POPs 進(jìn)行有效的定性定量分析。由圖2 可知，索氏提取和超聲提取對(duì)PCBs、PBDEs 和PAHs 的平均回收率分別為100.83% 和97.83%、111.08%和107.22%、99.62%和96.30%，其中萘的平均回收率相對(duì)較低，分別為76.75%和72.86%；原因是萘這種低環(huán)的多環(huán)芳烴具有相對(duì)較高的揮發(fā)性，容易損失，與楊美玉等[14]的研究結(jié)果一致。雖然索氏提取法對(duì)于大部分POPs 的提取效率略高于超聲提取法，但二者并無(wú)顯著性差異。考慮到索氏提取法具有操作煩瑣、提取溶劑消耗量大、時(shí)間成本高等缺點(diǎn)，不適用于多個(gè)樣品的提取[19]。而在合適的超聲功率和超聲水浴溫度條件下，超聲提取法除能夠彌補(bǔ)以上索氏提取法的缺點(diǎn)以外，同樣也能夠加速土壤中POPs 的溶出，具有較好的提取效率。此外，超聲提取法中的提取次數(shù)選擇較為關(guān)鍵，它既需要保證目標(biāo)化合物在較少次數(shù)下被高效提取，又需要避免因多次提取而使易揮發(fā)的化合物被轟擊溢出，造成損失。本研究發(fā)現(xiàn)，大部分目標(biāo)POPs在第1次超聲提取后，平均回收率為77.90%左右，但仍然有小部分目標(biāo)POPs 需要連續(xù)提取3 次后才能達(dá)到較為理想的回收率。因此，本實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)3 次超聲萃取的方法來(lái)提取土壤中42種POPs。

圖2 不同提取方式對(duì)土壤中PCBs（A）、PBDEs（B）和PAHs（C）回收率的影響Fig.2 Effects of different extraction methods on the recoveries of PCBs(A),PBDEs(B)and PAHs(C)in soil

2.2.2 凈化小柱的選擇

土壤基質(zhì)較為復(fù)雜，含有的腐殖質(zhì)、各種污染物及色素會(huì)隨洗脫溶劑流出，不僅嚴(yán)重?fù)p傷儀器設(shè)備，還將影響目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)，因此，SPE 小柱的選擇尤為重要。本研究采用文獻(xiàn)報(bào)道中對(duì)有機(jī)污染物洗脫效果較好的V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1的混合溶液[15]，比較了碳十八、弗羅里硅土和硅膠3種SPE小柱對(duì)土壤中42種POPs的凈化回收效果。

通過(guò)GC-MS儀選擇離子掃描發(fā)現(xiàn)，用3種SPE小柱分別凈化1.3.1節(jié)中超聲提取濃縮液時(shí)，弗羅里硅土SPE小柱凈化的樣品基線噪聲相對(duì)偏低，表明其去除干擾物的能力較強(qiáng)，凈化效果較好。這可能是因?yàn)楦チ_里硅土是一種極性較強(qiáng)的硅鎂型吸附劑，對(duì)脂肪和類脂類等雜質(zhì)均有較理想的去除效果[13]。進(jìn)而對(duì)比3 種SPE 小柱的樣品回收率，結(jié)果如圖3 所示。3 種SPE 小柱 對(duì)PCBs 和PBDEs 均能取得較好的回收效果且差異不顯著。但碳十八SPE小柱和硅膠SPE 小柱對(duì)PAHs 中萘（NAP）、苊烯（ANY）和苊（ANA）的回收率均不到70%；而弗羅里硅土SPE小柱的回收率均在正常范圍內(nèi)，除萘回收率為72.58%以外，其余為81.17%～117.20%。陶鑫等[23]也報(bào)道，利用弗羅里硅土SPE 小柱取得了很好的凈化回收效果。因此，本研究中凈化小柱選用弗羅里硅土SPE小柱。

圖3 不同凈化SPE小柱對(duì)土壤中PCBs（A）、PBDEs（B）和PAHs（C）回收率的影響Fig.3 Effects of different purification SPE columns on the recoveries of PCBs(A),PBDEs(B)and PAHs(C)in soil

2.2.3 洗脫溶劑的選擇及用量?jī)?yōu)化

由于洗脫溶劑的種類與用量對(duì)PCBs、PBDEs和PAHs 的洗脫效果存在很大的影響，且3 種目標(biāo)POPs 的極性有所差異，因此，需綜合優(yōu)化洗脫溶劑種類及用量。在確定弗羅里硅土SPE 小柱之后，本方法選擇如下3種常用洗脫溶劑，即V（正己烷）∶V（二氯甲烷）為1∶1、7∶3、9∶1 的混合溶液。結(jié)果（圖4）顯示，V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1 的混合溶液洗脫效果最好，18種PCBs、8種PBDEs和16種PAHs 的平均回收率分別為96.48%、107.39% 和101.90%。此外，當(dāng)選擇V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=1∶1 的混合溶液作為洗脫溶劑時(shí)，洗脫溶液的顏色較深，凈化效果不明顯。相反，當(dāng)選擇V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1 的混合溶液作為洗脫溶劑時(shí)，洗脫溶液的顏色為無(wú)色透明狀。低環(huán)PAHs受洗脫溶劑的種類影響尤為顯著，隨著溶劑極性的增強(qiáng)，低環(huán)PAHs 的回收率逐漸下降。因此，本方法選用V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1的混合溶液作為洗脫溶劑并進(jìn)行用量?jī)?yōu)化，其用量分別設(shè)置為5、10、12、15 mL。結(jié)果（圖5）表明：當(dāng)洗脫溶劑用量少于10 mL 時(shí)，不能完全將42 種目標(biāo)POPs 從弗羅里硅土SPE小柱上淋洗下來(lái)。當(dāng)溶劑用量達(dá)到12 mL之后，目標(biāo)POPs已基本被洗脫，取得了較理想的回收效果。隨著溶劑用量繼續(xù)增加，大部分POPs 的回收率仍呈正向增長(zhǎng)，可能是此時(shí)雜質(zhì)也一并被淋洗出來(lái)，使得上機(jī)測(cè)定時(shí)形成了干擾峰，對(duì)分離檢測(cè)造成了一定的干擾。因此，從減少溶劑用量以及節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間的角度綜合考慮，認(rèn)為12 mLV（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1的混合溶液為最佳淋洗條件。

圖4 不同洗脫溶劑對(duì)土壤中PCBs（A）、PBDEs（B）和PAHs（C）回收率的影響Fig.4 Effects of different elution solvents on the recoveries of PCBs(A),PBDEs(B)and PAHs(C)in soil

圖5 不同洗脫溶劑用量對(duì)土壤中PCBs（A）、PBDEs（B）和PAHs（C）回收率的影響Fig.5 Effects of different elution solvent volumes on the recoveries of PCBs(A),PBDEs(B)and PAHs(C)in soil

綜上所述，本方法對(duì)土壤中待測(cè)的3 類目標(biāo)POPs 前處理的最佳條件為：以V（丙酮）∶V（正己烷）=1∶1 的混合溶液作為提取溶劑，超聲提取3 次（15 min/次），隨后以弗羅里硅土小柱作為凈化小柱，以12 mLV（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1 的混合溶液作為洗脫溶劑。經(jīng)氮吹濃縮后，利用GC-MS儀同時(shí)對(duì)目標(biāo)POPs進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 方法學(xué)驗(yàn)證

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及方法檢出限

分別配制20、50、100、250、500、1 000μg/L不同質(zhì)量濃度PCBs、PBDEs 及PAHs 的標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照GC-MS 條件，從低質(zhì)量濃度到高質(zhì)量濃度依次進(jìn)樣分析。以目標(biāo)組分的質(zhì)量濃度與進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度比為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)組分定量離子峰面積與進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)定量離子峰面積比作為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果（表2）顯示，42種POPs的決定系數(shù)均大于0.997 0（0.997 5～0.999 9），線性關(guān)系良好。連續(xù)分析7個(gè)低質(zhì)量濃度的石英砂空白加標(biāo)樣品，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差S，由此得出：PCBs檢出限為0.15～0.69 ng/g，測(cè)定下限為0.60～2.76 ng/g；PBDEs檢出限為0.11～0.97 ng/g，測(cè)定下限為0.44～3.88 ng/g；PAHs 檢出限為0.04～1.19 ng/g，測(cè)定下限為0.16～4.76 ng/g（表2）?？梢?jiàn)，42種POPs均具有較低的檢出限和測(cè)定下限，表明該方法可應(yīng)用于土壤樣品中痕量有機(jī)污染物檢測(cè)，在POPs檢測(cè)領(lǐng)域具有意義。

表2 42種持久性有機(jī)污染物（PCBs、PBDEs、PAHs）的校準(zhǔn)曲線方程、決定系數(shù)、檢出限及測(cè)定下限Table 2 Standard curve equations, coefficients of determination (R2), detection limits and quantification limits of 42 persistent organic pollutants(PCBs,PBDEs,PAHs)

2.3.2 方法精密度及回收率

根據(jù)上述最佳的提取、凈化及測(cè)定條件對(duì)用于構(gòu)建方法的原始土壤中3類目標(biāo)POPs進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示該土壤中3 類目標(biāo)POPs 的含量均低于其檢出限。因此，選用該土壤樣品進(jìn)一步開(kāi)展測(cè)定方法的精密度及回收率實(shí)驗(yàn)。分別對(duì)土壤加標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20、40、80 μg/kg 的18 種PCBs、8 種PBDEs 和16種PAHs混合標(biāo)樣按優(yōu)化后的前處理?xiàng)l件進(jìn)行測(cè)定，加入PCB209作為進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)定量，進(jìn)行土壤加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，每個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平做6次平行，結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)以上3 個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)水平的土壤加標(biāo)時(shí)，PCBs 的回收率為80.47%～111.79%（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.20%～5.40%），PBDEs 的回收率為85.92%～120.89%（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.88%～4.58%），PAHs的回收率為71.04%～105.81%（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.26%～6.29%）。此外，石英砂空白基質(zhì)中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為40μg/kg 的PCBs、PBDEs 和PAHs 混合標(biāo)樣的加標(biāo)回收率分別為75.90%～110.19%、88.43%～115.97%及71.41%～99.45%，與土壤中添加 40 μg/kg PCBs（84.60%～97.64%）、PBDEs（91.17%～115.72%）、PAHs（74.25%～105.81%）混合標(biāo)樣的加標(biāo)回收率差異不顯著。由此可見(jiàn)，采用弗羅里硅土SPE小柱凈化后，可以最大程度地有效去除土壤樣品中有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)或其他雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的干擾。

表3 42種持久性有機(jī)污染物（PCBs、PBDEs、PAHs）的土壤加標(biāo)回收率Table 3 Spiked recoveries in soil of 42 persistent organic pollutants(PCBs,PBDEs,PAHs)

此外，本研究對(duì)GC-MS 儀的穩(wěn)定性也進(jìn)行了評(píng)估。對(duì)上述土壤加標(biāo)提取樣品在同一天的2個(gè)不同時(shí)間段和不同天的2個(gè)不同時(shí)間段各進(jìn)行3次測(cè)定，以分析方法的日內(nèi)重復(fù)性和日間重現(xiàn)性。3 類目標(biāo)POPs 的日內(nèi)重復(fù)性和日間重現(xiàn)性變化結(jié)果分別為1.14%～8.08%和1.48%～10.77%，小于文獻(xiàn)報(bào)道中的15%[24-25]。并且發(fā)現(xiàn)，上述土壤加標(biāo)提取樣品中每種目標(biāo)POPs 的保留時(shí)間均在多次分析標(biāo)準(zhǔn)溶液中目標(biāo)POPs平均保留時(shí)間±3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。進(jìn)一步說(shuō)明GC-MS 儀精密度良好；本文所建立的方法可滿足土壤中該3類POPs的檢測(cè)要求。

可見(jiàn)，該方法對(duì)土壤中這42 種POPs 的檢測(cè)準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好，能夠適用于大規(guī)模應(yīng)用。

2.4 廢舊電器拆解場(chǎng)地污染土壤樣品分析

已有報(bào)道表明，浙江省臺(tái)州市電子垃圾拆解已造 成 了 嚴(yán) 重 的PCBs、PBDEs、PAHs 等POPs 污染[26-27]。為了驗(yàn)證上述方法的實(shí)用性和準(zhǔn)確性，按照建立的最佳測(cè)定條件對(duì)采自臺(tái)州市某廢舊電器拆解場(chǎng)地的土壤樣品進(jìn)行42 種POPs 檢測(cè)。由表4可見(jiàn)，該場(chǎng)地的2 個(gè)實(shí)際土壤樣品（1#和2#）中的42 種POPs 含量存在明顯差異，這與該場(chǎng)地土壤存在一定的空間異質(zhì)性有關(guān)[28-29]。污染嚴(yán)重的1#土樣中18種PCBs、8種PBDEs和16種PAHs的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為465.41、590.96、10 176.91 μg/kg，其中：PAHs 主要以熒蒽（FLT）、芘（PYR）、苯并（a）蒽（BaA）、?（CHR）、苯并（a）芘（BaP）等高環(huán)多環(huán)芳烴為主；PCBs主要以PCB28、PCB52、PCB101、PCB123、PCB153、PCB138 等為主；而PBDEs 則以中、高溴代為主，其中BDE209 占主導(dǎo)，這可能與BDE209 是我國(guó)唯一沒(méi)有被禁用的溴代阻燃劑有關(guān)，研究結(jié)果與魏抱楷等[30]和宋愛(ài)民等[31]報(bào)道的相似。因本文采樣數(shù)有限，實(shí)際樣品檢測(cè)僅僅驗(yàn)證檢測(cè)方法的可行性，并不足以表示該拆解場(chǎng)地及周邊土壤的污染現(xiàn)狀，針對(duì)PCBs、PBDEs 及PAHs 的殘留現(xiàn)狀研究，仍需進(jìn)一步詳細(xì)調(diào)查。

表4 實(shí)際廢舊電器拆解場(chǎng)地的土壤樣品中42種持久性有機(jī)污染物（PCBs、PBDEs、PAHs）檢測(cè)結(jié)果Table 4 Detection results of 42 persistent organic pollutants(PCBs,PBDEs,PAHs)in e-waste disposal site soils μg/kg

3 結(jié)論

1）本研究確定了土壤中PCBs、PBDEs 和PAHs這3 類POPs 提取方式、凈化小柱、洗脫溶劑類型及用量的最佳條件：以V（丙酮）∶V（正己烷）=1∶1作為提取溶劑，超聲提取3 次；凈化小柱為弗羅里硅土SPE 小柱；洗脫溶劑為V（正己烷）∶V（二氯甲烷）=9∶1 的混合溶液，用量12 mL。除BDE209 以外，在優(yōu)化的GC-MS 測(cè)試條件下41 種POPs 能夠在較短時(shí)間（23.83 min）內(nèi)很好地分離，并且絕大部分物質(zhì)具有較高響應(yīng)值。由于BDE209 為熱不穩(wěn)定化合物，在高溫條件下易脫溴熱解，需對(duì)其檢測(cè)的色譜柱和升溫程序進(jìn)行再次優(yōu)化。結(jié)果顯示，BDE209在12 min內(nèi)也能很好地完成分離。

2）方法驗(yàn)證結(jié)果表明，本研究建立的土壤中42種POPs最佳測(cè)定方法的檢出限、加標(biāo)回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差等滿足土壤樣品中痕量有機(jī)污染物檢測(cè)要求。其中PCBs、PBDEs 和PAHs 檢出限分別為0.15～0.69、0.11～0.97、0.04～1.19 ng/g，加標(biāo)回收率分別為80.47%～111.79%、85.92%～120.89%和71.04%～105.81%，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.20%～5.40%、0.88%～4.58%和1.26%～6.29%。

3）將建立的方法應(yīng)用于浙江省臺(tái)州市某廢舊電器拆解場(chǎng)地的實(shí)際土壤樣品檢測(cè)，結(jié)果顯示，該場(chǎng)地土壤存在不同程度的PCBs、PBDEs 和PAHs 污染，進(jìn)一步驗(yàn)證了本檢測(cè)方法的可行性。但因本文采樣數(shù)有限，不足以評(píng)價(jià)該拆解場(chǎng)地及周邊土壤的污染現(xiàn)狀，可采用該方法開(kāi)展污染詳細(xì)調(diào)查。

綜上所述，本研究建立的POPs 測(cè)定方法大大減少了檢測(cè)時(shí)間和工作量，并且操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性好、靈敏度高，可大規(guī)模應(yīng)用于廢舊電器拆解場(chǎng)地等的土壤樣品中POPs 的測(cè)定分析，對(duì)POPs 檢測(cè)及有機(jī)污染物的環(huán)境行為研究等具有重要意義。