中国典型类型土壤中有机氯农药和多氯联苯成分分析标准物质的研制

田 芹， 吴淑琪， 佟 玲， 罗代洪

(国家地质实验测试中心， 北京 100037)



中国典型类型土壤中有机氯农药和多氯联苯成分分析标准物质的研制

田 芹， 吴淑琪*， 佟 玲， 罗代洪

(国家地质实验测试中心， 北京 100037)

目前我国有1个有机氯农药(OCPs)分析标准物质，3个多氯联苯(PCBs)分析标准物质；欧洲有1个OCPs分析标准物质和2个PCBs分析标准物质。美国、国际原子能机构和日本等组织研制了沉积物中OCPs、PCBs和多环芳烃的有机分析标准物质，这些标准物质的基质性质、浓度水平与我国地质样品基质性质、实际污染情况不符。本文针对我国土壤类型的分布特点、污染特征及实际样品检测情况，采集典型地区的土壤作为候选物，利用传统的气相色谱-质谱法、气相色谱-串联质谱法、气相色谱-电子捕获检测器法和现代分析技术方法——同位素稀释质谱法，严格按照国家一级标准物质技术规范和相关标准研制了6个土壤有机分析标准物质(编号为GBW07469～GBW07474)，基本涵盖了我国典型土壤类型，包括褐土、水稻土、黄壤土和草甸土；定值化合物包括全国地质大调查必测的8种OCPs(α-HCH、β-HCH、γ-HCH、δ-HCH、p,p’-DDE、p,p’-DDD、o,p’-DDT、p,p’-DDT)和选测的7种PCBs(PCB28、52、101、118、153、138、180)，含量范围为3.9 μg/kg～2.31 mg/kg。此批标准物质的基质性质、目标组分的浓度水平和污染特征与实际环境样品具有较好的一致性，而且目标物种类多，含量范围宽，可以满足我国不同地区、不同程度污染的土壤样品中OCPs和PCBs同时测定的质量监控需求。

土壤； 标准物质； 有机氯农药； 多氯联苯； 特性量值； 气相色谱-质谱法； 同位素稀释质谱法

地球化学标准物质是控制地质样品分析质量的有效手段，是进行仪器校准、分析数据质量监控和实验室间分析数据比对的重要工具。目前，世界上地球化学和环境样品分析标准物质，大部分都是无机元素的基质标准物质，有关有机化合物尤其是土壤基质的标准物质很少，且大多数是国外研制，满足不了实际工作的需求。为了提高我国有机污染物分析测试水平，土壤持久性有机污染物分析需要相应的土壤有机标准物质作为支撑，有机氯农药和多氯联苯是地质大调查必测和选测的项目，因此研制符合我国土壤类型及其污染特征的有机氯农药和多氯联苯标准物质意义重大。

1 土壤基质有机化合物标准物质研制现状

为满足日益引起世界关注的地质环境研究的需求，近年来许多国家的研究机构致力于有机污染物的地质环境标准物质的研究与应用，特别是多环芳烃、多氯联苯等优先监测的有机污染物标准物质，如欧盟标准样品与测量研究院(IRMM)[1-2]、美国国家标准与技术研究院( NIST)[3-5]、日本国家计量研究院(NMIJ)[6-7]、英国政府化学实验室(LGC)[8]、国际原子能机构(IAEA)等相继研制了有机污染物分析基质标准物质。IAEA、日本NMIJ和美国NIST已经研制了沉积物中同时含有有机氯农药、多氯联苯和多环芳烃的有证标准物质，但是，有关土壤基质有机氯农药或多氯联苯分析的标准物质较少(见表1)，目前仅有3个(ERM-CC007a、BCR-481和BAM-U019)，这些国外标准物质不仅价格昂贵，而且其基质性质和污染水平与我国土壤实际污染状况存在很大差别，无法对我国土壤中有机氯农药和多氯联苯的测定进行质量控制。

我国现有4个土壤中有机氯农药或多氯联苯成分[9]分析标准物质，包括1个有机氯农药分析标准物质和3个多氯联苯分析标准物质，尚没有同时含有有机氯农药和多氯联苯定值的土壤标准物质，也没有按土壤类型研制的有机标准物质。我国的土壤类型和污染水平差异较大，现有的标准物质只能对某种类型基质土壤中单一种类目标化合物的检测进行质量控制。

本项目针对我国典型土壤类型分布特点、污染特征及实际样品检测质量控制的需求，采集典型地区受目标化合物污染的不同类型土壤作为候选物，利用现代分析技术手段——同位素稀释质谱法，严格按照国家一级标准物质技术规范(JJF 1006—1994)和GB/T 15000.3—2008技术要求进行制备，采用多家实验室协作定值和权威实验室对定值结果进行比对验证，制备了6个土壤中8种有机氯农药和7种多氯联苯成分分析标准物质，可为同时监控我国不同地区不同污染水平土壤中有机氯农药和多氯联苯分析数据的准确度提供保证。

2 土壤候选物样品的制备和分析方法

2.1 样品采集与制备

在我国典型土壤类型地区采集受有机氯农药或多氯联苯污染的土壤样品,在通风避光处自然阴干,除去树枝、石子等杂物，球磨过200目筛,混匀。参照BCR535、536灭菌方法[1]，在120℃烘2 h灭菌、除去水分，共制备6个土壤标准物质候选物，将混匀的标准物质装入棕色带盖玻璃小瓶中(棕色小瓶经正己烷清洗后,未检出有机氯农药和多氯联苯类物质)，每瓶装20 g，各装1000瓶，在-18℃避光保存。

2.2 样品分析

2.2.1 仪器设备

气相色谱-质谱联用仪(Varian 450GC-240MS，美国Varian公司)；加速溶剂萃取仪(DIONEX ASE 200，美国戴安公司)；旋转蒸发仪：(LABOROTA 4001-efficient，Heidoloph公司)；恒温水浴氮吹仪(KL512/509J，北京康林科技股份有限公司)；固相萃取装置(Visiprep DL SPE，Supelco公司)。万分之一电子分析天平(CH8606，瑞士Mettler Instrumente AG公司)。DM-5毛细管色谱柱(50 m×0.25 mm×0.25 μm，迪马公司)。

表1 国内外土壤基质中有机氯农药和多氯联苯分析标准物质研制情况

2.2.2 标准溶液和主要试剂

8种有机氯农药有证标准溶液(α-HCH、β- HCH、γ- HCH、δ- HCH、p,p’-DDE、p,p’-DDD、o,p’-DDT、p,p’-DDT，编号GBW(E) 060133)，7种多氯联苯有证标准溶液(PCB28、52、101、118、138、153、180，编号GBW10039)，均购自中国计量科学研究院。PCB103(编号CIL-PCB-103)，PCB204(编号CIL-PCB-204)，2,4,5,6-四氯间二甲苯(TCMX，编号U-ISM-300-1)。以上标准溶液均购自LGC Standards GmbH公司。质量控制用土壤标准物质：国际有证标准物质(ERM-CC007a，CRM-963)。

无水硫酸钠(分析纯，北京化工厂)：在马弗炉中450℃烘4 h后放入干燥器待用；硅藻土30～40目(Restek公司)；空白样品是用不含定值组分的土壤样品在500℃条件下烘制得；实验所用正己烷、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂均为色谱纯(J&K Scientific公司)。

商品SPE小柱：Bond GCB/NH2，500 mg/500 mg，6 mL(CNW公司)。

2.2.3 样品分析方法

(1)样品提取

称取样品1.0 g(精确至0.0001 g)与3 g硅藻土混匀(其中硅藻土作为分散剂)，放入11 mL萃取池中，加入1 μg/mL替代物50 μL，平衡半小时后用加速溶剂萃取仪(ASE)进行提取。ASE提取条件为：提取剂正己烷-丙酮(体积比1∶1)，系统压力10MPa，温度110℃，加热时间6min，静态时间5min，冲洗体积60%，循环3次。

(2)样品净化

将样品提取液浓缩至2mL，采用BondGCB/NH2小柱进行净化。先用5mL正己烷预淋洗活化，平衡后上样，用15mL正己烷-乙酸乙酯(体积比8∶2)进行淋洗，收集淋洗液，浓缩后用正己烷定容，待GC/MS/MS测定。

(3)气相色谱-串联质谱分析条件

进样口温度250℃；不分流进1.5min，进样体积1μL；升温程序：初始温度80℃，保持2min，以30℃/min升到210℃，再以2℃/min升到250℃，保持4min,再以20℃/min升到290℃，保持5min，再以40℃/min升到300℃，保持3min共40.58min。电离方式为电子轰击源(EI)；传输线温度280℃；离子阱温度200℃；电子倍增器电压50V；溶剂延迟时间10min；采用共振模式；定性方法采用保留时间和离子丰度比，定量方法采用内标法。

3 土壤候选物和特性量值的确定

3.1 采样地点和土壤候选物的确定

在前期文献调研的基础上，依据我国土壤类型图，与中国地质大学(武汉)、浙江省地质矿产研究所、黑龙江省地质矿产测试应用研究所等单位合作，在北京、武汉、浙江、黑龙江、福建等地进行野外踏探，选取不同区域的土壤类型，利用气相色谱-串联质谱法对不同土壤类型样品中的目标化合物种类和含量进行测试，结合文献调研确定北京的褐土、武汉的水稻土、浙江的黄壤土、黑龙江的草甸土中含有目标化合物且污染水平不同，适合作为候选物样品。

3.2 均匀性检验

严格按照JJF1006—1994进行均匀性检验工作。随机抽取样品25瓶，每瓶样品重复测量3次，每次取样量1.0g(精确至0.0001g)，用气相色谱-串联质谱法对每个目标化合物进行测定，测定结果进行单因素方差分析法检验。

瓶间均匀性不确定度(ubb)采用单因素方差分析法评估，即如果检测方法的重复性很好，瓶间均匀性不确定度评价计算公式为：

(1)

(2)

式中：v1—组间自由度；v2—组内自由度。

本批标准物质对全部目标化合物进行了均匀性检验。以GBW07471为例，均匀性检验结果见表2。在正常的精度测试下，GBW07471各特性量值的单方差检验的F实测值均小于临界值F0.05(24,50)=1.737，证明样品的均匀性符合要求。同理，其他标准物质的各特性量值的均匀性检验也得到了瓶间和瓶内无显著差异、样品均匀性良好的结论。依据一般情况下，标准物质证书中给出的最小取样量都是该标准物质均匀性检验时所使用的取样量[10]，推荐最小取样量1 g，均匀性引起的不确定度将合成到总不确定度中。

表2 GBW07471 均匀性检验结果

3.3 稳定性检验

好不容易抢救过来看到的却是父母绝望的脸和周围人的耻笑，走到哪儿都被人戳着脊梁骨骂，不要脸，小骚蹄子，狐狸精……十八岁的青春哪背负得起这种骂名，自此，青瓷走到哪儿，头都低得低低的，怯怯的。

稳定性不确定度(us)估计值：us=s(b1)×t

式中：b1表示拟合直线的斜率；s(b1)表示斜率的不确定度，t表示最后一次稳定性试验的时间。

表3 GBW07471长期稳定性检验数据(-18℃)

3.4 定值方法、质量控制和溯源性

本批标准物质邀请9家实验室，采用多种分析方法协作定值，包括气相色谱-质谱法、气相色谱-串联质谱法、气相色谱-电子捕获检测器法，以及现代分析技术——同位素稀释质谱法，并由中国科学院生态环境研究中心利用同位素稀释高分辨质谱法对定值结果进行验证，以检验定值结果的可靠性。

标准物质定值应该尽量采用权威性的绝对测量法。同位素稀释质谱法以具有相同分子结构的稳定同位素(13C、2H等)标记的化合物作为内标，该内标物的物理化学性质与被分析的目标化合物最为接近，消除样品在前处理和检测过程中的系统差异，这种特性与色谱/质谱的高灵敏度和处理复杂样品的能力结合起来使得色谱/同位素稀释质谱技术被公认为是一种测量微量及痕量有机物的基准方法[11-12]。高分辨同位素稀释质谱法具有选择性更好(峰形单一，一般无干扰峰)、定量更准确(减少假阳性结果)等优点。一些在低分辨质谱法和电子捕获检测器法中由于干扰太多而无法准确定量的目标物在高分辨质谱法中可准确定量，进一步保证了定值结果的准确可靠。国际上近年来研制的很多标准物质，如欧盟研制的ERM-CC007a土壤中有机氯标准物质，我国GBW08307土壤中多氯联苯等国家一级标准物质，都采用同位素稀释质谱法定值。 为了保证测试结果准确可靠，要求参加定值的实验室进行全流程空白监控和添加替代物回收率质量控制。分配给各定值实验室的样品中加入有证标准物质ERM-CC007a 和CRM-963作为密码样共同进行测试，以监控定值全过程的质量，及时发现未能预见的误差源。每个实验室对随机抽取的4 瓶样品进行定值分析，每瓶测定3 次，取其测定均值代表1个数据，分别利用2种不同方法，提供8个独立数据，个别实验室利用1种分析方法，提供4个独立数据。

用于制作校正曲线的标准溶液都是国际或我国有证标准物质，其特性量值通过重量法制备的标准溶液可溯源到测量国际单位制；使用的仪器设备和天平及计量器具按国家计量部门有关规定进行检定或校准，量值准确可靠，可溯源到国家标准计量源。

3.5 数据处理与不确定度评定

3.5.1 测试数据统计处理[13]

对获得的有效数据首先选用达戈斯提诺法(D Agostino)进行检验正态性检验(n>50)。本批研制的6个土壤有机分析标准物质，除了GBW07469中的PCB52偏正态，其余均呈正态或近似正态。分别采用Grubbs和Dixon准则对离群值进行检验，只有这2种方法都离群的，才予以剔出。6个土壤有机分析标准物质最终有效数据组都不少于13组。

3.5.2 认定值与不确定度

有机氯农药和多氯联苯的定值结果见表4。

4 结语

研制的6个土壤中有机氯农药和多氯联苯标准物质，已被批准为国家一级标准物质(批准编号为GBW07469～GBW07474)，是我国第一个按土壤类型分类研制的有机标准物质，基本涵盖了我国主要土壤类型，主要包括褐土、水稻土、黄壤土和草甸土，标准物质候选物完全来源于实际地质环境样品，因此基质性质、目标组分的浓度水平和污染特征与实际环境样品具有较好的一致性。

与我国已有类似标准物质相比，此批标准物质定值目标物种类更多，同时含有8种有机氯农药和7种多氯联苯；且目标物含量范围宽(3.9 μg/kg～2.31 mg/kg)，可以满足不同地区、不同程度污染的土壤样品中有机氯农药和多氯联苯同时测定的质量监控需求。可为我国履行《斯德哥尔摩公约》开展持久性有机污染物监测提供了必需的质控样品，在分析方法验证、分析质量控制和实验室能力评价、技术仲裁检验等方面具有很好的应用价值。

致谢: 我国8家实验室：中国计量科学院化学计量与分析科学研究所、南京地质矿产研究所、安徽省地质实验研究所、浙江省地质矿产研究所、青岛海洋地质研究所、天津市地质矿产测试中心、江苏地质调查院测试研究所、农业部环境保护科研监测所，参加了该标准物质的联合定值。土壤样品的采集由中国地质大学(武汉)、浙江省地质矿产研究所、黑龙江省地质矿产测试应用研究所协助完成。由中国科学院生态环境研究中心对定值结果进行比对验证。候选物的制备由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所协助完成。在此一并表示感谢！

表4 定值化合物认定值及不确定度

注：括号内数据代表参考值；“-”表示未检出。

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Preparation of Certified Reference Materials of Organochlorine Pesticides and Polychlorinated Biphenyls in Chinese Typical Soils

TIANQin,WUShu-qi*,TONGLing,LUODai-hong

(National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037， China)

In China, there is only one certified reference material (CRM) of organochlorine pesticide (OCPs) and three CRMs of polychlorinated biphenyls (PCBs) in soil. Internationally, there is one CRM of OCPs and two CRMs of PCBs in soil in Europe. The National Institute of Standards and Technology (NIST) of the USA, the National Metrology Institute of Japan (NMIJ), and the International Atomic Energy Agency (IAEA) have developed sediment CRMs for OCPs, PCBs and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). However, the matrix and contamination levels of CRMs of OCPs and PCBs do not match with the actual pollution of soil in China．In this study，according to the distribution of soil types, pollution levels of organic compounds and quality control requirements of soil samples, the typical soils were collected as candidates in China. According to the primary standard material specification, 6 CRMs of OCPs and PCBs in different soil types (GBW07469-GBW07474) have been developed. Based on the results from traditional methods including Gas Chromatography-Electron Capture Detector (GC-ECD), Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS), Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (GC-MS/MS) and new techniques of Gas Chromatography-Isotope Dilution Mass Spectrometry (GC-IDMS), Gas Chromatography-Isotope Dilution Tandem-Mass Spectrometry (GC-IDMS-MS), certified values and expanded uncertainty for 8 OCPs and 7 PCBs are given. Meanwhile, a GC-ID-HRMS method was used to determine PCBs in candidate reference materials for comparison and validation. These CRMs cover most Chinese soil types, including cinnamon, paddy, yellow and meadow soil. The certified values of OCPs and PCBs in soils range from 3.9 μg/kg to 2.31 mg/kg. As the soils used for CRMs were collected from the field, the matrix and contamination levels of OCPs and PCBs are consistent with actual soils. The CRMs can be used in the quality control of OCPs and PCBs detection in soils of different pollution levels in different regions.

soil; certified reference materials (CRMs); organochlorine pesticides; polychlorinated biphenyls; certificated values； Gas Chromatography-Mass Spectrometry; Isotope Dilution Mass Spectrometry

2014-09-17；

2015-03-05； 接受日期： 2015-03-06

国土资源公益性行业科研专项(200911044-02-2)

田芹，副研究员，主要研究方向为有机污染物分析与应用。E-mail: tqname81@163.com。

吴淑琪，研究员，主要从事生态环境地球化学微量有机污染物分析研究。E-mail: wushuqi@cags.ac.cn。

0254-5357(2015)02-0238-07

10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.02.015

S482.32; O625.21

A