气相色谱-串联质谱法测定土壤中多环芳烃和多氯联苯

2017-10-15田福林刘成雁王志嘉赵海波

分析科学学报 2017年2期

田福林*，刘成雁，王志嘉，赵海波

(辽宁省分析科学研究院，辽宁省分析测试技术研究重点实验室，辽宁沈阳 110015)

多环芳烃(PAHs)是含有两个或两个以上苯环的碳氢化合物，以及由它们衍生出的各种化合物的总称。PAHs在环境中分布很广泛，人体吸收途径主要通过大气、水、食物、吸烟等，某些PAHs属于强致癌物质[1 - 2]。多氯联苯(PCBs)是一类苯环上氢被氯取代的联苯化合物，共有209种同类物，被列为斯德哥尔摩公约中优先控制的12类持久性有机污染物之一[3]。某些PCBs还是环境内分泌干扰物，具有致畸、致癌和致突变性[4]。PAHs和PCBs属于持久性有机污染物，它们在自然环境中极难降解并能通过水或空气等载体转移，导致了它们在全球范围的污染传播[5]。当前国内外关于PAHs和PCBs的分析方法大都是对它们分别提取、净化与测定，这样不仅分析周期长，而且增加了测试成本[6]。对PAHs的分析主要采用高效液相色谱-紫外/荧光检测法[7 - 8]、气相色谱-火焰离子化检测法[9]和气相色谱-质谱法[10 - 11]；PCBs主要使用气相色谱-电子捕获检测法[12]和气相色谱-质谱法[11]。而采用气相色谱-串联质谱法对土壤中PCBs和PAHs同时检测的研究，国内尚未见报道。

土壤是PAHs和PCBs在环境中重要的“汇”[13]，土壤中的基质较为复杂，以痕量水平存在于环境中的PAHs和PCBs，在进行样品分析时，存在大量的基质干扰，因此目标化合物定性定量的准确性易受影响。串联质谱技术因其选择性强、灵敏度高等特点广泛应用于分析背景干扰严重、定性定量困难的痕量有机污染物的复杂基质样品[14 - 15]。本研究利用气相色谱-串联质谱法建立了同时测定土壤中16种优先控制的PAHs和15种PCBs的分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器装置与试剂材料

安捷伦7890A气相色谱仪，7000B三重串联四极杆质谱仪(美国，安捷伦公司)；BOND Elut SI硅胶固相萃取小柱(500 mg/3mL，美国安捷伦公司)；HP-5ms毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm)。

1.2 实验条件

1.2.1色谱条件采用脉冲不分流模式进样，进样量1 μL，进样口温度：280 ℃；载气为高纯氦气，流量1 mL·min-1，梯度升温程序为：70 ℃保持2 min，以25 ℃·min-1升至150 ℃保持0 min，以3 ℃·min-1升至200°C保持0 min，再以8 ℃·min-1升至280 ℃保持10 min。

1.2.2质谱条件使用电子轰击离子源(EI)，离子源温度230 ℃，四极杆温度为150 ℃，猝灭气(He)流量为2.25 mL·min-1，碰撞气(N2)流量为1.5 mL·min-1。

1.3 样品前处理方法

土壤样品在研钵中捣碎、混匀，称取5 g置于锥形瓶中，加入20 mL正己烷∶丙酮(体积比1∶1)混合溶剂，超声萃取15 min，取出上清液后，再加入20 mL混合溶剂重复萃取一遍，合并萃取液，旋转蒸发近1 mL。采用硅胶固相萃取小柱对样品进行净化，6 mL正己烷活化硅胶柱，上样后采用10 mL正己烷∶二氯甲烷(1∶1)混合溶剂淋洗小柱，收集洗脱液，旋转蒸发近干，加入内标，正己烷定容至1 mL，以备仪器分析。

所有玻璃器皿均在超声波清洗器中清洗，烘干后在马弗炉中450 ℃烘烤5 h。溶剂空白和实验过程空白检测到少量目标PAHs，空白样品中发现最多的是Nap，不影响样品中PAHs的分析。测定样品的同时进行全程空白实验进行比较和扣除。

2 结果与讨论

2.1 多环芳烃和多氯联苯的标准色谱图

通过调整升温程序使16种多环芳烃和15种多氯联苯的测定可在40 min内完成，16种多环芳烃及15种多氯联苯的目标化合物，5种内标化合物峰实现了基线分离，各组分具有良好的分离度及响应值。标准谱图示于图1，可见色谱峰形良好，分离度满足方法要求。

图1 多环芳烃和多氯联苯标准的MRM色谱图Fig.1 MRM chromatogram of PAH and PCB standards IS1：[2H10]Ace；IS2：[2H10]Phe；IS3：[2H12]Chr；IS4：[2H12]Per；1-28：refer to the peak number of table 1.

2.2 固相萃取净化方式的优化

提取与净化步骤包括活化固相萃取柱、上样、淋洗杂质、洗脱目标化合物。采用6 mL正己烷对固相萃取柱进行活化，上样1 mL后采用3 mL正己烷淋洗除去油脂。采用10 mL正己烷∶二氯甲烷(1∶1)混合溶剂淋洗小柱，将目标化合物洗脱下来。结果表明，上样后应保持SPE小柱上表面湿润，这对实验获得良好的回收率至关重要，此外，洗脱目标物前，先用3 mL正己烷淋洗去除样品中的杂质，可以有效去除样品中的干扰物，提高分析的准确性。

2.3 MS/MS特征离子对的选择

首先对所有待测物质标准品(包括多环芳烃混标、多氯联苯混标以及混合内标)进行全扫描，确定每种化合物的保留时间，并筛选出待测物质的特征离子作为母离子。然后质谱采用子离子扫描模式，子离子扫描模式中MS1为选择离子检测模式(SIM)，只允许筛选出的母离子通过MS1进入碰撞池，MS2为全扫描模式(SCAN)，在不同碰撞能下分别扫描特征离子经过碰撞池后产生的子离子，从而筛选出丰度较高、质量数较大且较为稳定的子离子。最终质谱采用多反应监测模式(MRM)，MRM中MS1为选择离子检测模式(SIM)，只允许筛选出的母离子通过MS1进入碰撞池，MS2同样为SIM，只允许筛选出的子离子通过MS2进入检测器，通过优化碰撞能使子离子有最高的信噪比，从而最终确定各种目标物在MRM下信号采集参数，见表1。

表1 多环芳烃和多氯联苯串联质谱多反应监测模式下的参数设置

2.4 方法的线性、回收率和检出限

以标准溶液浓度与内标的浓度之比(x)为横坐标，以标准溶液与内标响应之比(y)为纵坐标，求得回归方程。样品的检测限(LODs)通过测定空白样品浓度的3倍标准偏差计算而得。16种PAHs和15种PCBs在20～500 ng·mL-1范围内线性关系良好，相关系数(r)均大于0.999，线性方程及检出限列于表2。对处理后的空白土壤样品加入不同量的混合标准溶液，然后测定加标后土壤中的PAHs浓度，对照加标前后样品中目标物的量，计算得到PAHs和PCBs的平均回收率，见表2。