PHAs的浓缩条件优化 GC-MS测定土壤中

文/张秀

在测定土壤中多环芳烃时，采用什么样的浓缩方式效果最好呢？ // 本方法在HJ 805-2016的基础上，进一步优化检测方法，利用丙酮：正己烷=1：1的提取方式，通过多次实验比较，建议采用32℃旋蒸和氮吹相结合的方式来进行样品浓缩。

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是一类持久性的有机污染物，它在水、气、土壤及生物体环境中普遍存在，且其具有致癌、致突变的毒性，多环芳烃是有两个以上苯环通过稠和键相联而成的分子量在178～300之间的碳氢化合物。根据苯环的连接方式不同，将多环芳烃分为多环代脂肪烃类、稠环芳香烃类和联苯类。按照分子量大小或者苯环数目的不同，多环芳烃又分为以下两类:①低分子量多环芳烃（通常指2-3个苯环的）；②高分子量多环芳烃（通常指4～7 个苯环的）。大多数多环芳烃是些无色或是淡黄色的晶体（个别颜色较深），其熔沸点较高，熔点为101～438℃，沸点高达150～525℃。难溶于水，易溶于苯类芳香性有机溶剂。

多环芳烃的来源分为天然来源和人为来源两个方面。其天然来源主要包括燃烧过程和生物的合成作用,例如:森林、草原火灾、火山爆发以及微生物自身合成等，这些过程均会产生PAHs。另外，未开采的煤和石油中也含有大量的PAHs；而多环芳烃主要的来源是人为来源，包括石油、煤炭、木材的燃烧和垃圾处理中的焚烧过程以及汽车尾气的排放等等，其中化石燃料的燃烧是产生PAHs 的主要方面。水体中PAHs的来源包括工业废水、废弃物、大气的干湿沉降、土壤淋溶，城市地面径流，沥青、煤焦油等随着城市污水、雨水进入水体中和海上石油开采以及船舶泄漏等。随着工业生产的发展,多环芳烃在环境中呈逐渐增加的趋势，每年仅由人类的活动排放到环境系统中的多环芳烃就有成千上万吨，远远超过了环境系统的自净能力。PAHs对人类健康的危害不容置疑，因此迫切需要建立一种快速有效的PAHs检测技术。

实验部分

仪器与试剂

1.仪器：

岛津气相色谱质谱仪（GCMSQP2010 Ultra）；

多功能氮吹仪；

旋转蒸发仪；

索氏提取器；

色 谱 柱：DB-5MS，30.0m×0.25 mm×0.25 μm。

2.试剂：

16种多环芳烃混标( 品牌：AccuStandard 浓度 ：2000mg/L);

对三联苯-d14(品牌：Bepure浓度：2000mg/L);

2-氟联苯 (品牌：AccuStandard浓度：2000mg/L);

3-五种氘代多环芳烃混标 (品牌：美国o2si 浓度：2000mg/L);

4-丙酮，农残级（品牌：CNW）；

5-正己烷，农残级（品牌：Amethyst）。

样品的制备与处理

将所采土壤样品置于搪瓷或玻璃托盘中，除去枝棒、叶子、石子等异物，充分混匀。称取样品20g（精确至0.0001g），加入适量无水硫酸钠研磨并混匀，用滤纸包好并用棉线捆绑后放入索氏提取瓶内并加入替代物，加入100 mL提取剂(丙酮:正己烷=1:1)后放入索氏提取装置中，将索式提取器进出水口与低温冷却循环泵相连，75℃提取16h，收集提取液，浓缩至5ml左右，用硅酸镁小柱净化，浓缩，加入内标物，用正己烷溶液定容至1.0 mL，灌瓶，待GC/MS分析用。

图1 色谱图。

表1 保留时间。

绘制标准曲线

标准曲线的绘制：测试0.1、0.5、1、2、5μg/mL 5个浓度标准使用液，利用气相色谱质谱联用仪对标准使用液进行检测，以目标物与内标的定量离子色谱峰面积比为纵坐标，以标准使用液的浓度为横坐标绘制标准曲线；

结果与分析

色谱条件优化

在保证目标峰分离度较好的基础上，尽量缩短走样时间，以提高仪器的利用效率，优化仪器条件为：进样口温度：280℃；载气：He；流速：1.1 mL/min；程序升温：80 ℃，20℃/min→220℃（5min），12℃/min→300℃（5min）；

离子源温度：230℃；电离方式：EI；传输线温度：280℃；扫描方式：sim；进样量：1.0 μL。色谱图如1所示，保留时间如表1所示。

从色谱图和保留时间可看出，16种PAHs可得到有效的分离。

不同浓缩方式的比较

量取50ml已配置好的溶剂（正己烷：丙酮=1:1）于鸡心瓶中，向其中加入1ug的多环芳烃混标及替代物，4个为一组，共分为4组，具体如下：

第一组样品编号为S1-1、S1-2、S1-3、S1-4。浓缩方式为:旋转蒸发浓缩至5ml左右，转移到氮吹管，继续浓缩到0.5ml左右，加内标，定容1ml，灌瓶，上机分析。其中旋转蒸发浓缩的水浴锅温度为：32℃，转速为40 r/min。

第二组样品编号为S2-1、S2-2、S2-3、S2-4。浓缩方式为:旋转蒸发浓缩至5ml左右，转移到氮吹管，继续浓缩到0.5ml左右，加内标，定容1ml，灌瓶，上机分析。其中旋转蒸发浓缩的水浴锅温度为：38℃，转速为40r/min。

第三组样品编号为S3-1、S3-2、S3-3、S3-4。浓缩方式为:旋转蒸发浓缩至近干，加内标，定容1ml，灌瓶，上机分析。其中旋转蒸发浓缩的水浴锅温度为：32℃，转速为40r/min。

第四组样品编号为S4-1、S4-2、S4-3、S4-4。浓缩方式为:氮吹至0.5ml左右，加内标，定容1ml。灌瓶，上机分析。其中S4-4的样品在实验过程中不小心洒了，因此只剩下三组实验数据。16个样品的测定结果如表2、表3、表4、表5所示。

分析数据可看出：多环芳烃16种物质中，萘、二氢苊、苊、芴、菲、蒽6项在旋蒸（32℃）+氮吹浓缩的回收率＞旋蒸（38℃）+氮吹浓缩＞旋蒸近干（32℃），剩下10种的回收率较接近。氮吹浓缩方式下的回收率和旋蒸（32℃）+浓缩的回收率较接近，但是实验过程中氮吹浓缩用时过长，影响实验效率，建议采用旋蒸（32℃）+氮吹浓缩相结合的方式来进行样品浓缩。

结论

采用正己烷：丙酮=（1:1）作为提取溶剂，75℃索氏提取16个小时，采用sim模式进行扫描，可对样品的多环芳烃进行检测且并获得较低的检出限。氮吹仪针头采用可调移液枪枪头包裹，可起到缓冲气流和防止交叉污染的问题。通过比较不同的浓缩过程，多环芳烃16种物质中，萘、二氢苊、苊、芴、菲、蒽6项在旋蒸（32℃）+氮吹浓缩的回收率＞旋蒸（38℃）+氮吹浓缩的回收率＞旋蒸浓缩近干（32℃）的回收率，剩下10项的回收率在三中浓缩方式中较接近。氮吹浓缩方式下的回收率和旋蒸（32℃）+浓缩的回收率较接近。考虑到实验过程中氮吹浓缩用时过长，影响实验效率，建议采用旋蒸（32℃）+氮吹浓缩相结合的方式来进行样品浓缩。本次浓缩的比较仅限于提取溶剂为丙酮：正己烷=1:1的提取方式，不同的提取溶剂，在旋转蒸发和氮吹浓缩过程中的挥发性不同，回收效果也不一定相同，有待进一步研究。

表2 第一组样品的测定值及回收率。

表3 第二组样品的测定值及回收率。

表4 第三组样品的测定值及回收率。

屈1.10 1.00 1.04 1.01 1.04 104苯并（b）荧蒽 1.23 0.95 1.05 0.91 1.04 104苯并（k）荧蒽 1.15 1.10 1.13 1.11 1.12 112苯并（a）芘 1.02 1.01 0.95 1.04 1.00 100茚并（1，2，3-cd）芘 1.02 0.90 0.90 0.93 0.94 93.7二苯并（a，h）蒽 1.08 0.92 0.92 0.92 0.96 96.2苯并（g，h，i） 0.98 0.89 0.89 0.91 0.92 91.8 2-氟联苯 0.02 0.01 0.17 0.02 0.06 5.61对三联苯-d14 1.12 1.06 1.14 1.10 1.11 111

表5 第四组样品的测定值及回收率。