快速溶剂萃取–气相色谱–质谱法同时测定土壤中多环芳烃、六六六和滴滴涕

岳中慧，吴亮，张皓

（核工业二三0 研究所分析测试中心，长沙 410000）

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs），是有机高分子化合物等有机物不完全燃烧产生的挥发性碳氢化合物，是重要的环境污染物。由于多环芳烃具有三致（致癌、致畸、致突变）［1］，人长期处于较高浓度多环芳烃污染的环境中会导致急性或慢性伤害。有机氯农药（Organochlorine Pesticide，OCPs）具有高毒性、长期残留性、半挥发性、高生物累积性等特性，可通过食物链在人体内富集，危害人体健康［2］。20 世纪60、70 年代，六六六和滴滴涕因其杀虫能力强而得到广泛应用。由于六六六和滴滴涕具有高毒性和长期残留性，我国在1983 年停止了它们在农业上的使用，但六六六、滴滴涕化学性质稳定，在土壤中残留的时间较长，会对生态环境和人体造成不利影响，因此大多数国家对其在土壤中的限值有明确规定。许多环境样品在测定多环芳烃含量时，要求同时测定六六六、滴滴涕含量，建立一套准确、快速、简便的同时测定多环芳烃、六六六、滴滴涕的方法很有必要。

提取环境样品中多环芳烃和有机氯农药的方法很多，有索氏提取法［3–4］、超声波提取法［4–6］、QuEChERS 法［7–8］和加速溶剂萃取法［9–10］。传统的索式提取法存在消耗时间长、溶剂消耗量大、低沸点化合物易损失导致结果偏低的缺点；超声波提取法、QuEChERS 法前处理虽然简单快捷，但可能存在多环芳烃、有机氯农药提取不完全的情况。加速溶剂萃取减少了提取时间和溶剂用量，且待测物不易损失，故采取加速溶剂萃取法作为样品前处理方法。

多环芳烃的常用测定方法有高效液相色谱（HPLC）法［6，11］、气相色谱–质谱联用（GC–MS）法［12］；测定有机氯农药方法有气相色谱电子捕获检测 器（GC–ECD）法［13］、GC–MS 法［14–15］。GC–MS法使用选择离子扫描模式检测，降低了假阳性样品出现的概率，测定结果更加准确、可靠。笔者采用快速溶剂萃取–GC–MS 法同时测定土壤中的多环芳烃、六六六、滴滴涕，分析效率得到较大提高。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱–质谱仪：7890B／5977B 型，电子轰击（EI）电离源，美国安捷伦科技有限公司。

加速溶剂萃取仪：APLE–2000 型，北京吉天仪器有限公司。

超纯水机：VE–20LH–A 型，沃尔奇环保（深圳）股份有限公司。

16 种多环芳烃混合标准溶液：含有萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并［a］蒽、1，2，5，6-二苯并萘、苯并［b］荧蒽、苯并［k］荧蒽、苯并［a］芘、茚并［1，2，3-c，d］芘、二苯并［a，h］蒽、苯并［g，h，i］苝，质量浓度均为1 000 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司。

8 种有机氯农药混合标准溶液：含有α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p，p'-DDE、p，p'-DDD、o，p'-DDT、p，p'-DDT，质量浓度均为200 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司。

萘-d8、苊-d10、菲-d10、䓛-d12、苝-d12 标准溶液：质量浓度均为500 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司。

2-氟联苯和对三联苯-d14标准溶液：质量浓度均为2 000 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司。

四氯间二甲苯标准溶液：100 mg／L，上海安谱实验科技股份有限公司

Florisil 固相萃取柱：6 mL（1 g），天津博纳艾杰尔科技有限公司。

二氯甲烷、丙酮、正己烷：农残级，上海安谱实验科技股份有限公司。

土壤中18 种多环芳烃、有机氯农药质控样品：编号分别为SQCI–016，SQCO–0003，美国NSI 实验室。

实验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 加压流体萃取仪

萃取体积：22 mL；预热时间：10 s；加热时间：30 s；萃取压力：10.00 MPa；萃取时间：300 s；加热温度：100 ℃；淋洗体积：40%；氮吹时间：60 s；循环次数：2 次。

1.2.2 色谱–质谱分析

色谱柱：HP–5 型毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，固定相为5%苯基–甲基聚硅氧烷，美国安捷伦科技有限公司）；进样口温度：280 ℃；进样方式：不分流；进样体积：1 μL；柱流量：1.0 mL／min（恒流）；柱温：初温为80 ℃，保持2 min，以20 ℃／min 速率升至180 ℃，保持5 min，再以10℃／min 速率升至290 ℃，保持5 min；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；扫描模式：选择离子扫模式（SIM）。

1.3 实验方法

将硅酸镁净化小柱固定在固相萃取装置上，用4 mL 二氯甲烷淋洗小柱，加入5 mL 正己烷，待柱充满后关闭流量控制阀，浸润5 min，在层析柱上端加入约2 g 铜粉，缓慢打开控制阀，继续加入5 mL正己烷，在填料于空气中暴露之前，关闭控制阀，弃去流出液。将浓缩后的提取液转移至小柱中，用2 mL 正己烷分3 次洗涤浓缩器皿，缓慢打开控制阀，分两次加入6 mL 二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶液进行洗脱，收集洗脱溶液12 mL。净化后的溶液用氮吹仪继续浓缩至1 mL，按照表1 所示加入200 μg／L 氘代标记物标准溶液作为内标，进行气相色谱–质谱分析，用色谱峰面积内标法定量。

表1 多环芳烃、六六六、滴滴涕和内标物的保留时间、定量、定性离子、定量内标物

2 结果与讨论

2.1 样品提取条件的优化

为了简化实验，实现快速检测，采用一份土壤样品同时测定多环芳烃、六六六、滴滴涕。试验发现按照国家标准方法HJ 835–2017 《土壤和沉积物有机氯农药的测定 气相色谱–质谱法》用丙酮提取浓缩后，上硅酸镁小柱时，因为丙酮极性过强，在净化步骤中发现溶液中的杂质未被保留而流出小柱的现象，不能达到预期净化效果。这样的样品会污染进样口，使进样口的活性位点增加，导致o，p'-DDT 和p，p'-DDT 被吸附，测定结果偏低。出现这种现象后只能更换衬管并重新配制标准溶液，绘制标准曲线，导致时间成本和经济成本大幅增加。

避免以上情况有两种方案。方案一：土壤样品采用正己烷–丙酮混合溶剂提取，将溶液氮吹浓缩至1 mL 以下，加入3 mL 正己烷进行溶剂置换［16］。方案二：用正己烷–二氯甲烷混合溶剂提取，利用二氯甲烷和正己烷的沸点差（二氯甲烷：39.75 ℃，正己烷：69 ℃），氮吹挥去二氯甲烷，浓缩后的溶液中只有正己烷作为溶剂。

图1 为不同提取方式下的样品加标回收率。由图1 可知，用丙酮–正己烷（1∶1）混合溶剂提取时，o，p'-DDT、p，p'-DDT 回收率接近于0，溶剂置换与使用正己烷–二氯甲烷（1∶1）混合溶剂萃取，回收率均在可接受范围内。考虑到溶剂置换试验步骤多，且易造成低沸点物质挥发，故采用加压流体萃取法进行萃取，称取冻干后的土壤样品10 g （精确至0.001 g），加入约5 g 硅藻土，混合放入萃取池中，向萃取池内加入100 ng 作为替代物以监控样品处理效果，用正己烷–二氯甲烷（1∶1）混合溶剂萃取。

图1 不同提取方式下的多环芳烃、六六六、滴滴涕回收率

2.2 净化条件的选择

（1）淋洗液的选择。分别以二氯甲烷–正己烷（1∶9）、二氯甲烷–正己烷（3∶7）、二氯甲烷–正己烷（1∶1）、丙酮–正己烷（1∶9）混合溶剂作为淋洗液活化和淋洗弗罗里硅土小柱，土壤样品流过净化柱后，收集12 mL 淋洗液，不同混合溶剂活化净化柱后多环芳烃、六六六、滴滴涕的回收率如图2 所示。图2表明使用二氯甲烷–正己烷（3∶7）、二氯甲烷–正己烷（1∶1）混合溶剂活化净化柱，多环芳烃、六六六、滴滴涕的回收率均满足标准40%～150%要求。二氯甲烷的比例过大会导致洗脱液颜色加深，杂质增多，不利于样品定性，故最终选择二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶剂。

（2）淋洗液收集体积的优化。使用二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶剂作为淋洗液，分别收集4、6、8、10、12、16、20 mL 淋洗液，测定并计算多环芳烃、六六六、滴滴涕的回收率，实验结果如图3 所示。由图3 可知，淋洗液体积大于12 mL 可满足分析要求。

图2 不同溶剂活化净化柱后多环芳烃、六六六、滴滴涕的回收率

图3 使用不同体积洗脱液多环芳烃、六六六、滴滴涕的回收率

2.3 色谱与质谱参数选择

气相色谱、质谱条件参照HJ 805–2016 《土壤和沉积物 多环芳烃的测定 气相色谱–质谱法》。

2.4 总离子流图

图4 为在1.2 仪器工作条件下500 μg／L 多环芳烃、六六六、滴滴涕标准溶液的总离子流图。由图4 可知，样品中所有被分析对象均在25 min 内检出。其中16 种多环芳烃、8 种有机氯农药分离度良好，可准确定量。

2.5 线性关系

配制多环芳烃、六六六、滴滴涕系列混合标准工作溶液，质量浓度均分别为5.0、20.0、50.0、100、200、500 μg／L（其中含200 μg／L 内标物），分别用本法测定，以色谱峰面积内标法定量，24 种化合物的线性方程、相关系数列于表2。由表2 可知，所有化合物线性良好，相关系数均在0.999 5 以上。

2.6 方法检出限

称取10 g 石英砂作为空白样品，按照1.3 实验方法重复进行7 次空白试验［17］，计算测定值的标准偏差s，按MDL=tn–1,0.99·s计算方法检出限，所得方法检出限列于表3。

图4 多环芳烃、六六六、滴滴涕总离子流图

表2 线性方程及相关系数

表3 多环芳烃、六六六、滴滴涕方法检出限

2.7 方法准确度与精密度

取土壤中多环芳烃、有机氯质控样品，用本法平行测定5 次，测定结果列于表4。由表4 可知，测定值均在标准物质参考范围内，相对标准偏差为4.3%～10.1% (n=5)。表明本法准确、可靠。

表4 土壤中多环芳烃、有机氯质控样检测结果

2.8 加标回收试验

取3 个土壤样品，分别加入多环芳烃、六六六、滴滴涕低、中、高浓度混合标准溶液适量（含多环芳烃、六六六、滴滴涕质量均分别为20、100、500 ng），用本方法进行测定，测定结果列于表5。由表5 可知，样品加标回收率为68.2%～112.7%，满足HJ 805–2016 环境标准中回收率为40%～150%的要求。

表5 土壤样品多环芳烃、六六六滴滴涕加标回收试验结果

3 结语

采用二氯甲烷–正己烷（1∶1）为提取液加速溶剂萃取，弗罗里硅土固相柱净化，二氯甲烷–正己烷（3∶7）混合溶剂进行洗脱，优化了提取净化条件，减少了杂质对色谱分析的影响，实现了土壤中多环芳烃、六六六、滴滴涕的同时测定，缩短了样品前处理及分析时间，准确度高，重复性好，适用于土壤样品大批量快速分析。