氣相色譜法測定土壤中德克隆

黃貴鳳，張席席，王繼忠,2，鄒敬，張家寶

（1.廣電計量檢測（合肥）有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽建筑大學 環(huán)境與能源工程學院，安徽 合肥 230000）

德克隆是一類添加型含氯阻燃劑，有2 種空間異構(gòu)體，即順式-德克隆和反式-德克隆。由于其價格低廉、性能穩(wěn)定、適應性廣，已廣泛應用于電線電纜、電腦連接件、塑料屋頂?shù)炔牧现衃1-3]。德克隆因產(chǎn)量和消耗量較高，已被美國環(huán)境保護署歸入“高生產(chǎn)量化學品”，被加拿大列入“國內(nèi)物質(zhì)清單”[4]。德克隆具有較高的親脂性，不易光降解及生物降解，難揮發(fā)，是一種持久性有機污染物，易于吸附在土壤和顆粒物上[5-6]，在環(huán)境中可廣泛檢測到[7-9]。因此有必要研發(fā)一種易于操作的土壤中德克隆的分析方法。

目前，環(huán)境中德克隆的分析檢測主要采用氣相色譜質(zhì)譜法[10-13]和液相色譜質(zhì)譜法[14]。其中負化學電離源、高分辨質(zhì)譜或串聯(lián)質(zhì)譜都具有較高的選擇性和靈敏度，但存在價格昂貴、普及率低、操作要求高等問題，不易普及。鑒于德克隆的物理化學性質(zhì)，前處理和儀器分析條件有待于進一步優(yōu)化，以便該方法能普遍應用。本研究擬建立一種基于氣相色譜-電子捕獲檢測器法(GC-ECD)測定土壤中德克隆含量的檢測技術，并對該方法的準確度、精密度和檢出限進行驗證。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

安捷倫7890B 氣相色譜儀（電子捕獲檢測器）；12 連套索氏提取裝置；德國艾卡旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RV10；DK-S28 電熱恒溫水浴鍋。

市售硅膠柱（500 mg，6 mL）、市售中性氧化鋁柱（500 mg，6 mL）和市售弗洛里硅土柱（500 mg，6 mL）；順式-德克?。–AS：135821-03-3，純度：99%，濃度：50 μg/mL），市售有證標準物質(zhì)，AccuStandard，批次號：219 061163；反式-德克隆（CAS 號：135821-74-8，純度：99%，濃度：50 μg/mL），市售有證標準物質(zhì)，AccuStandard，批次號：218051039。二氯甲烷、丙酮和正己烷等溶劑均為色譜純；石英砂為60～90 目，分析純。

1.2 儀器條件

進樣口：溫度：280 ℃；分流比：2:1；色譜柱：HP-5（30 m×320 μm×0.5 μm）；氣體流量：1.0 mL/min；升溫程序：180 ℃保持1 min，以15 ℃/min 的速率升到260 ℃，再以8 ℃/min 的速率升到300 ℃，并保持10 min；檢測器溫度：280 ℃。

1.3 實驗過程

將所采土壤樣品置于搪瓷托盤中，除去枝棒、葉片、石子等異物。稱取10.0 g 樣品，加入無水硫酸鈉，研磨成流砂狀脫水。將稱好的樣品用玻璃纖維濾膜包裹起來，放入索氏提取回流管中，向平底燒瓶中加入100 mL 二氯甲烷與正己烷體積比為1:1 的混合溶劑，設置水浴鍋加熱溫度為70 ℃，提取10 h，完成提取，收集提取液。提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至0.5～1.0 mL，加入正己烷5.0 mL，再濃縮定容至1.0 mL。將提取液轉(zhuǎn)移至用10 mL 正己烷洗滌并活化的硅膠凈化柱上，停留1 min，收集流出液；再加入8 mL 二氯甲烷洗脫，接收洗脫液；洗脫液濃縮至0.5～1.0 mL，加入正己烷5.0 mL，再濃縮定容至1.0 mL。濃縮液經(jīng)氣相色譜分離后檢測。

2 結(jié)果與分析

采用索氏提取對土壤中德克隆進行提取，由于土壤基質(zhì)較復雜，提取液需要進行凈化。索氏提取利用溶劑的回流和虹吸原理，對固體混合物中所需成分進行連續(xù)提取，不同的提取溶劑和時間對提取效率有較大影響。為建立一種精密度和準確度高的分析檢測方法，對影響方法準確度的萃取條件和凈化條件等進行優(yōu)化。

2.1 色譜行為

500 ng/mL 的順式-德克隆和反式-德克隆標準混合溶液在1.2 儀器條件下的分離色譜圖見圖1。從圖1 可以看出，順式-德克隆和反式-德克隆的分離情況良好。在5～500 ng/mL 的濃度范圍內(nèi)，以溶液濃度為橫坐標，響應為縱坐標，繪制標準曲線，見圖2，相關系數(shù)（R2）均達到0.995 以上，相關性較高。說明該方法的儀器條件適合，可以對順式和反式-德克隆進行定性和定量。

圖1 500 ng/mL 的順式-德克隆和反式-德克隆標準溶液的分離色譜圖Fig.1 Chromatogram of syn-and anti-Dechlorane plus standard solution with concentration of 500 ng/mL

圖2 順式-德克隆和反式-德克隆的標準曲線Fig.2 Calibration curve of syn-and anti-Dechlorane plus

2.2 提取時間的優(yōu)化

為了優(yōu)化提取時間，提高萃取效率，研究了不同提取時間對德克隆的萃取效果，對順式-德克隆和反式-德克隆進行100 ng 的空白加標實驗。在150 mL 平底燒瓶中加入100 mL 丙酮與正己烷體積比為1:1 的混合溶劑，分別提取3 h、10 h 和17 h。提取液濃縮定容至1 mL，經(jīng)GC-ECD定量，結(jié)果見圖3。由圖3 可知，10 h 萃取效率最好，順式-德克隆和反式-德克隆的回收率分別為(94.1±6.1)%和(95.6±5.7)%，其中3 h 的萃取效率最低，順式-和反式-德克隆的回收效率分別為(83.5±10.2)%和(77.0±10.9)%，推測可能是由于萃取時間太短，無法完成有效萃取。萃取17 h 后順式-和反式-德克隆的回收效率分別為(88.2±5.0)%和(87.3±8.1)%，延長萃取時間，會增加溶劑損失。

圖3 不同提取時間的回收效率圖Fig.3 Diagram of recovery efficiency of different extraction time

2.3 提取溶劑的優(yōu)化

為考察不同的提取溶劑對索氏提取效率的影響，對順式和反式-德克隆進行100 ng 的空白加標實驗，分別用100 mL 二氯甲烷與正己烷體積比為1:9 的混合溶劑、二氯甲烷與正己烷體積比為1:1 的混合溶劑、丙酮與正己烷體積比為1:9的混合溶劑和丙酮與正己烷體積比為1:1 的混合溶劑，在65 ℃下提取，提取時間為10 h。將提取液濃縮定容至1 mL，經(jīng)GC-ECD 定量，結(jié)果見圖4。由圖4 可知，二氯甲烷與正己烷體積比為1:1的混合溶劑提取效率最好，順式和反式-德克隆的回收率分別為(94.1±6.1)%和(95.6±5.7)%；丙酮與正己烷體積比為1:9 的混合溶劑提取效率最低，可能原因是丙酮與正己烷體積比為1:9 共沸點較高，回流次數(shù)少。

圖4 不同提取溶劑的回收效率圖Fig.4 Diagram of recovery efficiency of different extraction solvents

2.4 凈化柱的選擇

凈化柱是凈化富集過程中重要的實驗條件，為考察凈化柱對富集效果的影響，分別對順式-德克隆和反式-德克隆在硅柱、中性氧化鋁層析柱和弗洛里硅土上進行加標量為100 ng 的空白加標實驗，用20 mL 丙酮與正己烷體積比為1:9的混合溶劑洗脫，濃縮、定容后進行儀器分析。定量結(jié)果見圖5。3 種凈化柱對順式-德克隆和反式-德克隆的回收效率均在80%以上，其中硅膠柱的回收效率最高，分別為(95.9±6.1)%和(92.2±5.9)%，因此本方法選擇硅膠層析柱作為凈化層析柱。

圖5 不同凈化柱的回收效率Fig.5 Diagram of recovery efficiency of different cleanup column

2.5 凈化洗脫溶劑種類的選擇

為了優(yōu)化凈化過程的實驗條件，確保良好的洗脫效果，分別選擇正己烷、丙酮、二氯甲烷、丙酮與正己烷體積比為1:9 的混合溶劑、二氯甲烷與正己烷體積比為1:1 的混合溶劑、丙酮與正己烷體積比為1:1 混合溶劑、二氯甲烷與正己烷體積比為1:9 混合溶劑等7 種溶劑進行優(yōu)化。在活化后的硅膠柱上進行加標量為100 ng 的空白加標實驗，再分別用16 mL 前述的7 種溶劑進行洗脫，濃縮、定容后，進行儀器分析。結(jié)果如表1 所示，7 種溶劑的順式-德克隆回收效率在84.3%～100.5%，反式-德克隆回收效率在82.5%～91.2%，其中洗脫溶劑為二氯甲烷時回收率最高，順式-德克隆和反式-德克隆的回收率分別達到（100.5±5.0）%和（91.2±4.4）%。因此確定洗脫溶劑為二氯甲烷。

表1 不同洗脫溶劑的加標回收率及精密度Tab.1 Spike recovery and precision of different eluents

2.6 洗脫溶劑用量的優(yōu)化

凈化過程中，洗脫溶劑用量不僅影響萃取效率，還影響到實驗成本及有機廢液的產(chǎn)生和排放，因此有必要對洗脫溶劑用量進行詳細研究。在活化后的硅膠柱上進行加標量為100 ng 的空白加標實驗，再分別用4 mL、8 mL、12 mL 和16 mL 二氯甲烷連續(xù)洗脫層析柱，收集各段的洗脫溶劑，濃縮、定容后，進行儀器分析。各段洗脫溶劑的累積回收率見表2。前4 mL 洗脫溶劑可回收順式-德克隆90.6%和反式-德克隆80.0%，第二個4 mL 的洗脫液可洗脫出順式-德克隆和反式-德克隆累積回收率可達100.5% 和91.2%；第三個4 mL 的洗脫液中未檢出，第四個4 mL 的洗脫液中未檢出目標成分。因此前面8 mL 洗脫溶劑可洗脫出100.5% 和91.2% 的順式-德克隆和反式-德克隆，而后面繼續(xù)增加洗脫液體積對洗脫效果未有明顯影響。綜合考慮回收率及對環(huán)境的影響，確定洗脫溶劑體積為8 mL。

表2 不同體積洗脫溶劑的累積加標回收率及精密度Tab.2 Accumulated recovery and precision of eluting solvents with different volumes

2.7 精密度和準確度實驗

對不含目標物的土壤樣品進行低、中、高3個不同含量的加標，按照1.3 進行前處理，重復3次，結(jié)果見表3。順式-德克隆3 個濃度的相對標準偏差分別為1.5%、1.6%和2.6%，反式-德克隆3 個濃度的相對標準偏差分別為2.1%、3.6%和4.3%，由此可見，本方法用于不同含量的土壤樣品分析中，均具有較好的重復性。進行低、中、高3個不同含量的加標實驗，順式-德克隆加標回收率為90.2%～97.1%，反式-德克隆加標回收率為90.1%～91.4%，由此可見，在土壤基質(zhì)影響的前提下，也可得到較好的回收效率。

表3 實際樣品精密度、準確度Tab.3 Precision and accuracy of soil sample

2.8 方法檢出限

根據(jù)HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》附錄A 中方法驗證要求，制作并檢測7 個低濃度樣品，分析后計算7 次平行樣測定結(jié)果的標準偏差(SD)，計算樣品溶液檢出限（DL=3.143×SD），根據(jù)取樣質(zhì)量m 和定容體積V換算出方法檢出限（MDL=DL×V/m）。以取樣10 g，濃縮定容至1 mL 計算，結(jié)果見表4，順式-德克隆最低檢出限為0.14 μg/kg，反式-德克隆最低檢出限為0.09 μg/kg。

表4 7 個低濃度樣品檢測結(jié)果、標準偏差和方法檢出限Tab.4 Test results,standard deviation and method detection limits of seven low-level spiked samples

3 結(jié)論

本研究通過實驗條件的探究，最終建立了一種以索氏提取-硅膠柱凈化-氣相色譜-電子捕獲檢測器法測定土壤中順式-德克隆和反式-德克隆的定性定量方法。本方法所用的儀器設備易得，普適率較高，操作便捷，且具有較高的準確性和精密度，可對土壤中順式-德克隆和反式-德克隆進行有效分離和準確的定性與定量分析，為環(huán)境中該污染物的研究提供參考。