气相色谱-质谱法测定土壤中多环芳烃及有机氯农药

(红河哈尼族彝族自治州环境监测站，红河 蒙自 661100)

多环芳烃(Polycyclicaromatichydrocarbons,简称PAHs)是指由两个或两个以上苯环以线状、角状或簇状排列的化合物[1]。它多数具有较大的共轭体系，因此，其化学性质稳定，不易水解。有机氯农药(Organochlorine Pesticides，OCPs)是一类由人工合成的化学杀虫剂，其蒸气压低，疏水性和毒性强，不易挥发且难降解，通过食物链作用或生物富集等积累，对人体和环境的破坏作用显著[2]。

土壤的组成成分较多，其有机污染物含量较少，浓度低，一般很难直接测定，所采集的土壤样品需经过处理以后才能够进行分析测定。土壤样品前处理包括待测物的提取、净化和浓缩[3]。本文主要对土壤两种前处理方法—超声提取和快速溶剂萃取仪萃取方法进行对比优化。快速溶剂萃取仪中使用的基质分散剂：60目硅藻土，100目硅藻土。萃取溶剂：正己烷，丙酮，正己烷∶丙酮(1∶1)。研究了提取方法、基质分散剂、萃取溶剂等对待测物的提取影响，以及弗罗里硅土柱净化对待测物的回收率情况。针对土壤样品，采用质谱联用的方法，同时测定土壤中16种多环芳烃及8种有机氯农药，并通过比较方法的回收率、精密度、准确度、灵敏度、检出限等指标来确定其条件。

1 材料与方法

1.1 实验仪器

气相色谱-质谱联用(GC-QQQ)7000C，美国安捷伦公司；快速溶剂萃取仪(APLE-3000)，北京吉天仪器有限公司；定量浓缩仪(DRYVAP)，美国Horizon公司；智能马弗炉，长沙开元仪器股份有限公司；电光分析天平(BS 224S)，德国赛多利斯；超声双频清洗机，昆山舒美超声仪器有限公司。

1.2 材料和标准品

1.3 实验方法

1.3.1 快速溶剂萃取仪

选择载气压力130psi；萃取池压力1450psi；预热时间30s；加热和萃取时间300s；加热温度100℃；淋洗体积99%；氮吹时间120s；清洗和循环次数分别为1次和4次。

1.3.2 色谱、质谱条件(表2)

1.4 标准曲线配制

内标中间液：取10μL内标储备液(2.0mg/mL)溶于1mL棕色样品瓶，最终配得浓度为20μg/mL的内标中间液。

替代物中间液：取10μL2-氟联苯(2.0mg/mL)和对三联苯-d14(2.0mg/mL)溶于1mL棕色样品瓶，最终配得浓度为20μg/mL的替代物中间液。

多环芳烃中间液标液：取10μL多环芳烃标准液(2.0mg/mL)溶于1mL棕色样品瓶，最终配得浓度为20μg/mL的多环芳烃中间液。

有机氯农药中间液标液：取10μL有机氯标准溶液(2.0mg/mL)溶于1mL棕色样品瓶，最终配得浓度为20μg/mL的有机氯中间液。

混合标准溶液：取10 μL的多环芳烃中间液和有机氯农药中间液溶于1mL棕色样品瓶，最终配得浓度为200μg/L的混合标准溶液。

分别取2.5μL,5μL,10μL,25μL,50μL的多环芳烃中间液标液、有机氯农药中间液标液、替代物中间液标液，加入10μL的内标中间液，用正己烷定容至1.0mL，得到浓度分别为50μg/L,100μg/L,200μg/L,500μg/L，1000μg/L的混合标准溶液。标液现配现用。

表1 试剂及原料

注：多环芳烃标液：萘；苊烯；苊；芴； 菲；蒽；荧蒽；芘；苯并[a]蒽；屈； 苯并[b]荧蒽；苯并[k]荧蒽；苯并[a]芘；二苯并[a,h]蒽；苯并[g,h,i]苝； 茚并[1,2,3-cd]芘。有机氯农药标液：Alpha-六六六； Bata-六六六； Gamma-六六六； Delta-六六六； P,P′-DDE；P,P′-DDD； O,P′-DDT；P,P′-DDT。内标储备液：萘-d8；苊-d10；菲-d10；屈-d10；苝-d12。

表2 色谱、质谱条件

1.5 样品处理

1.5.1 土壤待测物的提取

称取15.0000g土壤样，5.0000g 60目硅藻土 (看土壤干湿情况，可适当增加硅藻土含量，但一定要能全部装入33mL萃取池内)，研磨，搅拌均匀，填入33mL萃取池，加入浓度为20μg/mL的替代物中间液10μL，盖好盖子，拧紧，上机萃取。

1.5.2 净化及浓缩

第一次浓缩：将萃取完成后萃取瓶中的萃取液看萃取液情况，适当加入无水硫酸钠，以除去多余的水分，保证能够正常过弗罗里硅土柱子。

萃取瓶内的萃取液全部转移至定量浓缩杯里，同时用少量正己烷润洗萃取瓶3次，润洗液也全部转移到定量浓缩杯里，将定量浓缩杯转到定量浓缩仪，最终浓缩至3～5mL。

预淋洗净化小住(此步骤在第一次浓缩快要结束时进行)：往弗罗里硅土小柱中加入少量无水硫酸钠，按顺序用二氯甲烷5mL润洗弗罗里硅土小柱，再用正己烷5+5mL润洗弗罗里硅土小柱(目的是最大程度除去干扰物)。

净化：将第一次浓缩的浓缩液过预淋洗过的弗罗里硅土小柱(上样前弗罗里硅土小柱一定要保持湿润，最好预淋洗刚结束就上样)，小柱下部接第二次的浓缩杯，依次用正己烷2mL洗脱3次、正己烷∶二氯甲烷(1∶1)5mL洗脱1次(将被测物质洗脱下来)。收集全部滤液进行第二次浓缩。

第二次浓缩定容：将收集的滤液转到定量浓缩仪，浓缩至1.0mL， 加入内标中间液10μL，待上机检测。

2 结果与讨论

2.1 提取方法及溶液的选择

从图1中可以看出，提取方法为超声提取时，在相同条件下，提取溶剂为正己烷，回收率为41.52%～79.53%；提取溶剂为丙酮时回收率为42.94%～83.51%；提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)时回收率为40.81%～101.71%。提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)时测定的物质大部分回收率比其余两种提取溶剂的回收率高，所以超声提取法选择溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)。

从图2中可以看出提取方法为快速溶剂萃取时，在相同条件下，提取溶剂为正己烷，回收率为46.94%～79.76%；提取溶剂为丙酮时回收率为57.6%～88.73%；提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)时回收率为57.56%～113.37%。提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)时测定的物质大部分回收率比其余两种提取溶剂的回收率高，所以快速溶剂萃取法选择提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)。

对比图1、图2，可以看出两种提取方法中提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)时回收率高，但超声提取相对于快速溶剂萃取其萃取效率低，且在实验过程中，超声提取法提取自动化低，容易导致三角烧瓶破碎，所以选择快速溶剂萃取仪萃取，提取溶剂为正己烷∶丙酮(1∶1)。

从图3可以看出，基质分散剂为60目硅藻土和100目硅藻土对提取回收率影响不大，但由于100目硅藻土相对60目硅藻土太细，有时在萃取过程中会出现堵塞管路的现象，导致萃取液体积不一致的情况。为避免因接受液体积引起误差，实验选择60目硅藻土的分散剂。

2.2 混合标样的色谱图、定量离子、保留时间、标准曲线方程、相关系数及方法最小检出限

将配制好的混合标准溶液进行分析，采集色谱图，采用内标法定量，定容体积为1mL，进样量为1.0μL，以各组分的峰面积(Y)对质量浓度(X, μg/L)绘制标准曲线。按空白样取样量(石英砂)为8.0000g，根据《HJ168-2010环境监测 分析方法标准制修订导则》[4]附录A中检出限计算公式(见附录式B1)算出测定的24种组分的检出限，最低检出限的信号值为仪器信号噪音的3倍。

表3 多环芳烃及有机氯农药标准的定量离子和保留时间

色谱峰：1.萘-D8；2.萘；3.2-氟联苯；4.苊烯；5.苊-D10；6.苊；7.芴；8. Alpha-六六六；9. Bata-六六六；10. Gamma-六六六；11.菲-D10；12.菲；13.蒽；14. Delta-六六六；15.荧蒽；16芘；17.P,P′-DDE；18.对三联苯-D14；19.P,P′-DDD；20.O,P′-DDT；20.P,P′-DDT；22.苯并(a)蒽；23.屈-D12；24.屈；25.苯并[b]荧蒽；26.苯并[k]荧蒽；27.苯并[a]芘；28.苝-D10；29.茚并[1,2,3-cd]芘；30.二苯并[a,h]蒽；31.苯并[g,h,i]苝

图4 混合标准溶液的色谱图

表4 标准曲线方程、相关系数及方法最小检出限

2.3 方法验证结果

从图5可以看出，水稻田土壤添加回收率为52.46%～128.28%，一般农田土壤1添加回收率为49.92%～95.06%，一般农田土壤2添加回收率为67.72%～119.83%。从图6可以看出，水稻田土壤精密度为1.05%～6.79%，一般农田土壤1精密度为1.45%～6.82%，一般农田土壤2精密度为1.89%～7.21%。所以，该方法的回收率为49.92%～128.28%，精密度为1.05%～7.21%。从图5、 图6可以看出含水分多，提取不完全，导致提取效率低，实验室为了除去水分，增加除水过程，因前处理步骤多，目标物在处理过程中的损失就多，进而导致整体的回收率偏低。水分含量较低的土壤得到的回收率较好。

2.4 样品测定结果

从图7中可以看出耕地、林地、茶叶地等均有少部分多环芳烃检出，无有机氯农药检出。根据《GB15618-1995土壤环境质量标准》[5]中二级标准的限值要求，六六六、滴滴涕的限值为0.50mg/kg，本文中所测定4种土壤样品六六六、滴滴涕均未检出。

3 结论

本文通过研究确定土壤中多环芳烃及有机氯农药同时分析的方法，对比了超声萃取和快速溶剂萃取仪两种萃取方法及两种不同目数土壤分散剂的回收率，最终确定了以快速溶剂萃取为基础，60目硅藻土作为基质分散剂，并用丙酮∶正己烷(1∶1)作为萃取液，体积比为99%时萃取4次后，经弗罗里硅土柱净化，气相色谱-三重四级杆质谱的检测方法。方法回收率为49.92%～128.28%，检出限为0.00109～0.00651mg/kg，满足实际分析要求。该方法具有简便、快速的特点，缩短了前处理及分析时间，对于土壤中多环芳烃及有机氯农药检测具有一定的借鉴作用。