气相色谱-质谱法测定水中两种多氯联苯

陈 晨，赵志强

（天津市生态环境监测中心，天津 300191）

多氯联苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）是一类由人工合成的氯代大分子化合物，根据氯原子取代位置及数量不同，依次以PCB1～PCB209命名[1]。PCBs 具有生物毒性和半挥发性，能够随环境介质进行迁移，造成全球性污染，对生态系统和人体健康造成巨大威胁[2-5]。我国对水中PCBs的浓度总量有着严格的控制要求，PCBs 的分析检测方法也因此成为业内关注的热点。《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）中规定：多氯联苯（总量）为包括PCB194 和PCB206 在内的9 种多氯联苯单体的加和。现行行业标准《水质多氯联苯的测定气相色谱-质谱法》（HJ 715—2014）及相关文献[6-8]的目标化合物中不包括PCB194 和PCB206 两种多氯联苯，因此需要建立与之对应的分析方法，确保相关监测工作的顺利开展。

常见的PCBs 分析方法有气相色谱法和气相色谱-质谱法两种。气相色谱法[9-10]使用电子捕获检测器，根据保留时间定性，外标法定量。由于PCBs 化合物种类繁多，而且大多存在于基质复杂的水样中，气相色谱法谱图中会出现非常多的杂峰，化合物的识别和数据处理都十分困难，容易出现假阳性。本实验使用的气相色谱-质谱法根据保留时间和特征离子定性，内标法定量，可以准确找到目标化合物，抗干扰能力强，没有假阳性的风险，更适合用于PCBs 的测定。

常见的水样前处理方法包括固相萃取法[11]和液液萃取法[12]。其中液液萃取法操作简单，耗时短，仪器耗材成本低，虽然检出限和重复性略逊于固相萃取法，但是完全可以满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）、《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）和《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）等标准对检出限的要求，因此选择液液萃取法作为提取方法开展本实验。

1 实验部分

1.1 试剂和材料

正己烷、丙酮：农残级；氯化钠、无水硫酸钠：在450 ℃下加热4 h，置于干燥器中冷却至室温，密封保存于干净的试剂瓶中；硫酸：ρ=1.84 g/mL；弗罗里硅土净化柱：市售，1000 mg/6 mL。

PCB194 标准溶液：ρ=10 μg/mL，溶剂为正己烷（LGC）；PCB206 标准溶液：ρ=100 μg/mL，溶剂为正己烷（o2si）；内标标准溶液(IS)：PCB156-2′,6,6′-d3，ρ=100.0 μg/mL（Accustandard）；替代物标准溶液(SS)：PCB114-2′,3′,5′,6′-d4，ρ=100.0 μg/mL（Accustandard）。

1.2 仪器条件

气相色谱-质谱仪：安捷伦8890/5977B；色谱柱：DB-5MS（30 m ×250 μm×0.25 μm）；进样口温度：270 ℃；传输线温度：270 ℃；载气：氦气；进样模式：不分流进样1 min；柱流量（恒流模式）：1.2 mL/min。升温程序：初始温度120 ℃，保持1 min，然后以20 ℃/min 升温至180 ℃，再以5 ℃/min 升温至280 ℃，保持20 min。

离子源：EI 源（电子轰击）；离子源温度：250 ℃；传输线温度：270 ℃；四级杆温度：150 ℃。扫描方式：选择离子扫描（SIM）。选择离子扫描分为4段，分段情况见表1，选择离子参见表2。

表1 选择离子扫描分段Tab.1 Step-scan of selected ion monitoring

表2 目标化合物测定参考参数Tab.2 Reference parameters for target compound determination

1.3 实验步骤

准确量取水样1 L 至分液漏斗中，加入替代物，调节水样的pH 值至5～9，加入20 g 氯化钠，完全溶解后用正己烷萃取，收集萃取液经干燥柱脱水后浓缩至10 mL。依次采取硫酸净化、弗罗里硅土固相萃取柱净化。收集淋洗液，将淋洗液浓缩至1.0 mL 以下，加入内标，再用正己烷定容至1.0 mL，转移到样品瓶中待分析。

2 结果与讨论

2.1 萃取次数对实验结果的影响

量取1 L 空白水样，加入固定浓度的标准溶液，得到空白加标样品。分别萃取1 次、2 次、3次、4 次，每次使用正己烷40 mL，比较不同萃取次数的影响。每种萃取次数均平行测定3 次，取平均值计算加标回收率，测定结果见表3。

表3 不同萃取次数加标回收率测定结果Tab.3 The results of the standard addition recovery rate of different extraction times

根据结果可知，为得到较为理想的回收率，至少需要重复萃取3 次，减少萃取次数会显著降低回收率；萃取3 次以上对回收率无显著提升，但是会增加试剂和时间的消耗。因此选择重复萃取3 次更为合理。

2.2 内标和替代物的选择

使用气相色谱-质谱法测定多氯联苯常用的内标为PCB77-d6 和PCB156-2′,6,6′-d3；替代物为PCB28-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB114-2′,3′,5′,6′-d4，向含有目标化合物PCB194 和PCB206 的样品中加入这四种物质，测定结果见图1。

从图1 可以看出，PCB28-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB77-d6 出峰较早，与目标化合物分子量差异较大，不适合作为本方法的内标和替代物。PCB114-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB156-2′,6,6′-d3 与目标化合物出峰时间接近，化学性质相似，且氘代化合物不会出现在样品中影响测定结果。因此本实验选择PCB114-2′,3′,5′,6′-d4 作为替代物、PCB156-2′,6,6′-d3 作为内标开展实验。

图1 内标和替代物选择总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of IS &SS

2.3 干扰和消除

实际样品中可能存在的色素、油类、脂肪类杂质会影响色谱柱对目标化合物的分离效果，干扰测定结果，可采用硫酸和弗罗里硅土固相萃取柱对水样进行净化。

向含PCB194 和PCB206 的水样中加入不同浓度的其他18 种PCBs 的混合标液作为干扰物进行实验，测定结果见图2。

图2 干扰实验总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of interference test

由图2 可知，经过净化，目标物PCB194 和PCB206 能够被分离和检测且峰形较好；同时，由于PCB194 和PCB206 分子量大，保留时间长，与其他18 种PCBs 的测定结果不会相互干扰。

2.4 标准曲线的绘制

分别吸取不同体积的标准溶液和替代物标准溶液，配制成浓度为10.0 μg/L、20.0 μg/L、50.0 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、500 μg/L 的标准系列，并加入5.0 μL 内标使用液，用正己烷稀释至1.0 mL进行分析，得到目标化合物的质谱图。以目标化合物浓度与内标化合物浓度的比值为横坐标，以目标化合物定量离子的响应值与内标化合物定量离子的响应值的比值为纵坐标，绘制标准曲线，结果见表4。

表4 多氯联苯标准曲线测定结果Tab.4 Polychlorinated biphenyl standard curve determination results

由表4可知，PCB194和PCB206 在10～500μg/L范围内线性关系良好，标准曲线的相关系数r 均为0.998。

2.5 检出限的测定

向1 L 空白水样中加入PCB194、PCB206 标准溶液，得到浓度为10 ng/L 的加标样品。同时制备7 份样品，按方法要求的步骤测定，进行方法检出限实验。

按照检出限公式MDL=t(n-1,0.99)×s 计算方法检出限，做7 次平行样品分析。式中：n 为重复样品数；t(n-1,0.99)为置信度99%、自由度（n-1）时的t 值，当n=7 时，t 值取3.143；s 为标准偏差，得到多氯联苯的检出限结果见表5。

表5 多氯联苯检出限测定结果Tab.5 The detection limit of polychlorinated biphenyls

由表5 得到，PCB194 的方法检出限为1.7 ng/L，PCB206 的方法检出限为1.8 ng/L。规定测定下限为4 倍检出限，PCB194 测定下限为6.8 ng/L，PCB206 测定下限为7.2 ng/L。

2.6 精密度和准确度的测定

分别量取1 L 水样至分液漏斗中，加入一定量的PCB194、PCB206 标准溶液，使水样中的目标物浓度分别为10 ng/L、200 ng/L 和500 ng/L，每个浓度制备6 个样品。经萃取、净化后定容至1.0 mL，进行测定。计算加标回收率验证准确度，计算相对标准偏差验证精密度，结果见表6。

表6 多氯联苯准确度和精密度测定结果Tab.6 polychlorinated biphenyls accuracy and precision determination results

根据表6，得到PCB194 和PCB206 在三个浓度水平的加标回收率分别为92.0%、78.0%～83.0%和82.8%～95.0%,相对标准偏差分别为5.3%～5.7%、2.0%～2.8%和6.1%～7.0%。

3 结论

本文建立了液液萃取/气相色谱-质谱法测定水中PCB194 和PCB206 两种多氯联苯的方法。PCB194 和PCB206 方法检出限分别为1.7 ng/L和1.8 ng/L，测定下限分别为6.8 ng/L 和7.2 ng/L，相对标准偏差2.0%～7.0%，加标回收率78.0%～95.0%。本方法操作简单，抗干扰能力强，结果重现性好，满足《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）中的相关要求，可以用于地下水样品的测定，为开展相关工作提供技术支持。