卤代烃作为降解抑制剂降低气相色谱/质谱分析方法中p,p’-DDT的降解

黄 芸，张 渝

(四川省生态环境监测总站，成都 610091)

前 言

p,p’-DDT是一种有机氯农药。有机氯农药是一类在环境中广泛存在的持久性有机污染物(POPs)，对人体和生态环境造成极大危害[1-2]。环境中有机氯农药的分析方法主要有气相色谱法[3-4]，气相色谱-四极杆质谱联用法[5～7]，气相色谱-四极杆串联质谱法[8]，二维色谱法[9]等方法。在有机氯农药的这些分析方法中，共同的难点是p,p’-DDT在分析过程中的降解。p,p’-DDT在色谱分析中的降解率EPA8270[10]规定要低于20%，EPA8081b规定要低于15%[11]，我国环保部颁发的有机氯农药标准分析方法[12～17]中p,p’-DDT的降解率要小于15%或20%，否则分析数据无效。降解的原因可能是色谱进样口及色谱系统被样品污染，出现较多活性位点，在较高的进样口温度(如：250℃～280℃)下，这些活性位点产生了类似催化剂的特性，使得p,p’-DDT发生降解。目前降低p,p’-DDT降解的方法是清洁维护色谱系统，如更换衬管、清洗进样口、切掉污染的部分色谱柱、惰性化色谱进样系统[10]等，由于有机氯农药在色谱分析时降解率高，降解速度快，传统方法存在色谱系统维护次数多，分析效率低，仪器耗材成本高的缺点，而且此方法降低p,p’-DDT降解效果不明显，数据准确性差。

本方法采用在样品进样同时加入微量卤代烃作为降解抑制剂，减少p,p’-DDT在色谱分析过程中的降解，与传统方法比较，能显著降低p,p’-DDT降解率，大大降低色谱清洁维护频率，操作简单，显著提高分析效率，节约耗材和时间成本，保证分析质量。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7890B/5975C 气相色谱/质谱联用仪(美国Agilent公司)；色谱柱：DB-5MS(30m×0.25mm，0.25μm)(美国Agilent公司)；ASE350快速溶剂萃取仪(美国Thermo公司)；HSC-24B氮吹仪(天津恒奥科技公司)；LGJ-18真空冷冻干燥机(北京松源华兴科技公司)。

正己烷、丙酮、二氯甲烷(农残级，美国fisher公司)；三氯甲烷、四氯化碳、1,1,2,2-四氯乙烷(分析纯，国药集团公司)；1,2-二氯乙烷(分析纯，成都科隆公司)、1,1,2-三氯乙烷(分析纯，上海阿拉丁公司)、六氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯(色谱纯，坛墨质检公司)、1-碘丁烷(分析纯，百灵威公司)。

有机氯农药34种混标(100μg/ml，美国Accustandard公司)；菲-d10(4.0mg/ml，美国Accustandard公司公司)；四氯间二甲苯(100μg/ml，美国Accustandard公司)；十氯联苯(100μg/ml，美国Accustandard公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理

萃取方法：取冻干后的实际土壤样品20g，在快速溶剂萃取仪中进行萃取，萃取条件为：以正己烷/丙酮混合溶剂(1∶1,V/V)为提取溶液，萃取温度 100℃，萃取压力 1 500 psi，静态萃取时间 5 min，淋洗为 60%池体积，氮气吹扫时间 60 s，萃取循环次数2次[18]。收集提取溶液。提取溶液采用柔和氮气吹至1mL萃取浓缩液，再用固相萃取对浓缩液进行净化。

净化方法：净化柱为商用佛罗里硅土净化小柱(1g，6mL)(美国，Agilent公司)，先用10mL正己烷活化净化柱，转移全部1mL萃取浓缩液至净化小柱中，用9mL正己烷/丙酮混合溶剂(9∶1,V/V)洗脱，收集全部洗脱液，浓缩后加入内标定容至1.0mL。

1.2.2 降解率测定

配制浓度为2.0μg/mL的p,p’-DDT正己烷相标准溶液，采取直接进样方式分别测定未加入降解抑制剂卤代烃的和加入降解抑制剂卤代烃的p,p’-DDT降解率，考察降解抑制剂卤代烃对色谱分析过程中降解率的影响，考察的卤代烃有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、六氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、1-碘丁烷。

随着我国预应力混凝土桥梁的大量建设，不少桥梁由于年久失修已出现各种病害。尤其是20世纪修建的桥梁，由于设计荷载标准低，承载能力预计不够，已远远不能满足目前的交通需求。采取合理有效的方式对该类桥梁进行加固以满足正常使用要求，对于我国经济的发展尤为重要。

1.2.3 降解率变化情况测定

取上述1.2.2中p,p’-DDT标准溶液和1.2.1中实际样品，交替进样标准溶液和实际样品，考察在没有降解抑制剂卤代烃的条件下，随着实际样品的土壤萃取液进样次数的增加，p,p’-DDT降解率变化情况。在现有未清洁的色谱条件下，按照上述进样顺序，在每次进样p,p’-DDT标准溶液同时加入0.2μL四氯化碳，考察存在降解抑制剂四氯化碳条件下，随着实际样品土壤萃取液进样次数的增加，p,p’-DDT的降解率变化情况。

1.2.4 有机氯农药校正曲线比较

配制浓度水平分别为20μg/L、50μg/L、100μg/L、200μg/L、500μg/L、1 000μg/L、2 000 μg/L的有机氯校正标准溶液，考察加入和不加入降解抑制剂四氯化碳时的有机氯校正曲线线性关系。

1.2.5 气相色谱条件

进样口温度为250℃～280℃；进样方式为不分流进样；正己烷相p,p’-DDT和异狄氏剂混合标准进样量为1.0μL；在进样前通过自动进样器加入卤代烃纯品(溶剂)0.2μL；柱流量为1.0mL/min；程序升温为60℃保持2min，30℃/min升至225℃，保持0min，1℃/min升至232℃，保持0min，30℃/min升至300℃，保持1min；气质接口温度为280℃。

1.2.6 质谱条件

比较降解率变化时采用全扫描模式，扫描范围：45～500 m/z；比较有机氯校正曲线线性关系时采用选择离子模式；调谐模式：自动调谐；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃。

按照1.2.1的方法对实际土壤和实际土壤加标样品进行前处理，加标浓度为3.0μg/kg，按照1.2.4～1.2.6的方法测定实际土壤样品和加标样品，并测定实际样品加标回收率。

2 结果与讨论

2.1 不同卤代烃对p,p’-DDT色谱分析过程中降解率的影响

按照1.2.2降解率测定方法，直接进样2.0μg/mL的 p,p’-DDT正己烷相混合标准溶液，分析在没有加入降解抑制剂卤代烃和加入降解抑制剂卤代烃时p,p’-DDT的降解率，测定结果见图1和表1所示。图1以四氯乙烯作为降解抑制剂，在其加入前后的p,p’-DDT降解率变化情况图。表1为采用1.2.2中的卤代烃作为降解抑制剂时，不同卤代烃加入前后降解率的变化情况表。

1.p,p’-DDT;2.p,p’-DDD;3.p,p’-DDE

由图1可见，四氯乙烯的加入对p,p’-DDT降解率的影响极大，降解率从41.9%降低至2.6%，说明在色谱进样过程中加入少量四氯乙烯能有效抑制p,p’-DDT降解的产生，控制降解率在标准规定范围内。

表1 不同卤代烃对p,p’-DDT降解率的影响

由表1可见，上述几种卤代烃均能有效降低p,p’-DDT在色谱分析过程中的降解情况，其降解率从36.8%～51.1%降至1.00%～6.00%，满足标准对p,p’-DDT在色谱分析过程中的要求，其中四氯化碳对p,p’-DDT的降解最为有效，其降解率可低至1.00%。从降解率的变化幅度也可以看出，上述几种卤代烃中四氯化碳对于p,p’-DDT降解率的影响最为显著，降解率变化幅度为97.5%。

2.2 p,p’-DDT降解率变化情况测定

按照1.2.3的测定方法，考察加入和不加入降解抑制剂四氯化碳的条件下，随着实际样品进样次数的增加，p,p’-DDT降解率变化情况，结果如表2所示。

表2 不同进样次数下p,p’-DDT降解率变化及四氯化碳对降解率的影响

由表2可见，随着色谱进样次数的增加，p,p’-DDT降解率从第一次进样时的3.90%变化至第七次70.4%，降解非常明显，在第二次进样时p,p’-DDT降解率就超过了标准要求范围，达到了46.1%，当加入四氯化碳后，p,p’-DDT降解率显著降低，第一次进样至第七次进样的降解率变化范围在2.3%～3.8%，不仅满足标准要求，而且降解率的变化范围很小，仅有不到2%，说明四氯化碳不仅能大幅度降低p,p’-DDT降解率，而且使p,p’-DDT降解率长时间保持稳定，有效提高分析数据的准确性。

3.3 p,p’-DDT和异狄氏剂降解率机理探讨

标准定义p,p’-DDT在色谱系统中降解产物为p,p’-DDD、p,p’-DDE。p,p’-DDT及其降解产物见表3所示。

表3 p,p’-DDT及其降解产物化学信息

由表3可见，p,p’-DDT降解产物为p,p’-DDD和p,p’-DDE，反应类型为卤代烃的还原和消除反应，其中p,p’-DDD占p,p’-DDT降解产物的90%以上，说明主要发生的降解反应为卤代烃还原反应。

从上述实验结果看，降解主要发生在色谱进样口，而且样品是在气体状态下发生降解，其降解机理可能是一种自由基型的还原反应[19]。在p,p’-DDT含3个氯取代的季碳原子上，由于氯原子强烈的吸电子诱导效应，使得与氯原子成键的季碳原子具有较高的活性，在高温和活性位点联合作用下，这些活性位点产生类似催化剂性质，产生氢自由基并发生卤代烃还原反应，取代连接3个氯原子的季碳原子上氯自由基后生成p,p’-DDD，或者发生消除反应生成p,p’-DDE。

当加入降解抑制剂卤代烃后，大量的卤代烃先于p,p’-DDT与氢自由基反应，从而阻止了p,p’-DDT的降解。

2.4 有无降解抑制剂时有机氯农药的校正曲线线性关系比较

选择四氯化碳作为降解抑制剂，按照1.2.4的方法分析校正曲线，比较有无降解抑制剂时，目标化合物的校正曲线线性关系，校正曲线按照标准规定的相对响应因子[12]法进行分析，实验在色谱系统未做清洁维护的条件下进行，结果见图2和图3。

①1,3,5-三氯苯 ②1,2,4-三氯苯 ③1,2,3-三氯苯 ④1,2,4,5-四氯苯⑤1,2,3,5-四氯苯 ⑥1,2,3,4-四氯苯 ⑦五氯苯 ⑧四氯间二甲苯 ⑨α-666 ⑩六氯苯 β-666 γ-666 五氯硝基苯 菲-d10 δ-666 七氯 艾氏剂 三氯杀螨醇 环氧七氯 外环氧七氯 γ-氯丹 o,p’-DDE 硫丹Ι α-氯丹 狄氏剂p,p’-DDE o,p’-DDD 异狄氏剂 硫丹Ⅱ p,p’-DDD o,p’-DDT 异狄氏剂醛 硫丹硫酸盐 p,p’-DDT 异狄氏剂酮 甲氧滴滴涕 十氯联苯

由图2可见，在四氯化碳存在条件下，37种目标化合物均能达到较好分离，说明四氯化碳不会影响目标化合物的色谱峰形。

由图3可见，在不加入四氯化碳的情况下，当进样口温度为250℃时，p,p’-DDT、o,p’-DDT、甲氧滴滴涕的RF的RSD值大于20%；当进样口温度为280℃时，p,p’-DDT、p,p’-DDD、p,p’-DDE、硫丹硫酸盐、异狄氏剂酮和甲氧滴滴涕的RF的RSD值大于20%，其中甲氧滴滴涕RF的RSD大于40%，说明进样口温度越高，易降解化合物越容易降解，校正曲线线性越差。在加入四氯化碳的情况下，当进样口温度为280℃时，o,p’-DDT、p,p’-DDT、甲氧滴滴涕RF的RSD值小于没有四氯化碳时目标化合物RF的RSD值，说明四氯化碳能改善易降解化合物校正曲线的线性关系，但是异狄氏剂、p,p’-DDD、o,p’-DDT、异狄氏剂醛、甲氧滴滴涕几种物质的RF的RSD值仍大于20%，说明即使加入四氯化碳，进样口温度过高仍然会影响目标化合物的线性。在进样口温度为250℃及加入四氯化碳条件下，目标化合物RF的RSD值均小于20%，满足标准方法[12]要求。

图3 有和没有四氯化碳时各目标化合物的响应因子

2.5 实际土壤样品加标回收率测定

按照1.2.7的方法测定实际样品加标回收率，见图4所示。

图4 实际土壤样品加标回收率

由图4可见，实际样品加标回收率范围在62.3%～132.0%之间，满足标准方法[12]中40%～150%的有机氯农药实际样品加标回收率范围。

4 结 论

建立了一种加入微量卤代烃作为降解抑制剂降低气相色谱/质谱分析中p,p’-DDT降解问题的方法。本方法与传统方法相比，无需对色谱系统进行频繁清洁维护和耗材更换，只需在进样同时加入微量降解抑制剂即可极大降低p,p’-DDT的降解问题，操作简单，分析效率高，数据准确性高，成本低，是一种针对于色谱分析中p,p’-DDT降解的简单有效的方法，这种方法理念也可应用于其它易降解化合物的分析。