加压流体萃取—气相色谱-质谱法检测土壤中邻/间/对硝基甲苯

王 瑞，王 利，杨 毅，包苏英

（杭州中一检测研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

硝基甲苯是一种无色或淡黄色晶体，具有硝基苯的气味，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿和苯等有机溶剂，由于硝基取代位置不同，其又分为邻硝基甲苯、间硝基甲苯、对硝基甲苯3种结构。硝基甲苯会随着生产和使用流入到土壤中，由于硝基甲苯对人体和环境存在高致畸、致癌性，建立一种简便、快速、准确检测土壤中3种硝基甲苯的方法具有十分重要的意义。目前国家已就环境空气和水质中的硝基苯类化合物的检测出台了标准文件。土壤中硝基苯类化合物的常用检测方法有超声提取—气相色谱法、微波萃取—气相色谱法、固相萃取—气相色谱-质谱法。其中超声提取—气相色谱法和微波萃取—气相色谱法前处理操作繁琐，检测灵敏度较低，检出限高，不能满足测定土壤中硝基苯类化合物的要求；固相萃取—气相色谱-质谱法萃取时间较长，样品处理过程繁琐，易受基体干扰，且在萃取过程中消耗大量对环境和人体有害的有机试剂，样品转移过程会损失，检测结果偏低。而土壤中硝基苯类化物的测定方法特别是前处理方法尚未统一。HJ 834—2017《土壤和沉积物 半挥发性有机物的测定 气相色谱-质谱法》仅规定了土壤中硝基苯、二硝基甲苯的检测方法，并无关于对硝基甲苯的检测规定。加压流体萃取方法消耗有机溶剂少，对环境污染小，具有萃取效率高，操作方便、快捷等特点，是一种环保型样品处理方法。现有文献研究报道了加压流体萃取—气相色谱-质谱法检测土壤中的拟除虫菊酯类农药、有机氯农药、酞酸酯类和多环芳烃等，但对该法应用于硝基苯类化合物尤其是硝基甲苯的测定尚未有报道。

本研究优化了气相色谱-质谱条件，建立了加压流体萃取—气相色谱-质谱法检测土壤中3种硝基甲苯的分析方法，可满足土壤中痕量硝基甲苯的检测需要。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

硝基苯类化合物标准溶液：含8种硝基苯类化合物（邻硝基甲苯、间硝基甲苯、对硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯、2，6-二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲苯、1，3，5-三硝基苯、2，4，6-三硝基苯甲酸）的甲醇溶液，质量浓度分别为1 000 μg/mL；硝基苯类化合物标准使用液：由硝基苯类化合物标准溶液用正己烷稀释并定容配制，质量浓度分别为100 μg/mL（标准使用液-1）、10.0 μg/mL（标准使用液-2）；1-溴-2-硝基苯（内标物）标准品：纯度为99%；五氯硝基苯（替代物）标准溶液：五氯硝基苯的甲醇溶液，质量浓度为1 000 μg/mL；五氯硝基苯（替代物）标准使用液：由五氯硝基苯标准溶液用正己烷稀释并定容配制，质量浓度为100 μg/mL；二氯甲烷、正己烷、甲醇：均为农残级；无水硫酸钠：优级纯；氦气、氮气：纯度均为99.999%；实验用水：超纯水。

硅藻土：粒状，30~60目，分析纯；石英砂：粒径0.5~1.0 mm；硅酸镁小柱：1 g装，6 mL。

土壤基质样品：分别取自杭州某项目编号为HD2012154（土壤基质样品-1）、HD21011（土壤基质样品-2）的未污染地块；实际土样：取自杭州某项目编号为HD2011146的炼油厂污染地块，取样深度分别为0~0.5 m（S83样）、1.0~1.5 m（S108样）；

8890B/5977B型气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦科技有限公司；ASE350型加压流体萃取仪：美国Thermo Fisher公司；PowerProbe 9410型钻机：美国ASM-PowerProbe公司；SCIENTZ-18N型冷冻干燥机：宁波新芝生物科技股份有限公司；N-EVAP-24型氮吹浓缩仪：美国Organomation公司。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 加压流体萃取

载气压力：0.8 MPa；加热温度：100 ℃；萃取池压力：1 450 PSI（1 PSI=6.895 kPa）；预加热平衡时间：5 min；静态萃取时间：5 min；溶剂淋洗体积：萃取池体积的60%；氮气吹扫时间：60 s；静态萃取次数：2次。

1.2.2 色谱

色谱柱：Agilent 19091S-433UI HP-5MS柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气：氦气；柱流量：1.0 mL/min；分流进样的分流比：10∶1，分流流量：10 mL/min；进样口温度：280 ℃；柱温程序：初始温度50 ℃，以10 ℃ / min的升温速率升至250 ℃；隔垫吹扫流量：3 mL/min；分析时间：20 min。

1.2.3 质谱

电子轰击离子源；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃； 传输线温度：280 ℃；离子化能量：70 eV；溶剂延迟时间：3.5 min；扫描方式：全扫描；扫描范围：45~400 Da；阈值：150；邻硝基甲苯目标离子质荷比（/）：120，65，91；间硝基甲苯目标离子/：137，65，91；对硝基甲苯目标离子/：137，65，91；1-溴-2-硝基苯（内标物）的目标离子/：75，50，155；五氯硝基苯（替代物）的目标离子/：237，214，249，295。

1.3 实验方法

1.3.1 样品采集与粗分

现场土壤的采样及粗分按照HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》等相关标准执行，运输过程中密封、避光、4 ℃以下冷藏，保存时间不超过10 d。按照HJ 613—2011《土壤 干物质和水分的测定 重量法》测定土壤样品的干物质含量。

1.3.2 样品冷冻干燥

取适量粗分后的混匀样品，放入真空冷冻干燥机中进行脱水。设定条件：于-50 ℃预冷腔预冷4 h，再放入干燥箱，真空下以10 ℃/h的升温速率升温至0 ℃，保持2 h，再以5 ℃/h的升温速率升温至20℃，保持2 h。土壤样品冷冻干燥操作时间共24 h。

1.3.3 样品制备

经冷冻干燥的土壤样品研磨后全部过60目金属筛，再加入硅藻土与石英砂，研磨成流沙状，待用。

1.3.4 加压流体萃取

准确称取20.00 g制备好的土壤样品。取洁净的萃取池拧紧底盖，装入专用的玻璃纤维滤膜置于底部，顶部放置专用漏斗，先加入一部分土壤样品，再加入0.1 mL五氯硝基苯（替代物）标准使用液，然后填入剩余的土壤样品，再加入石英砂至距顶部1.0 cm（稍微压实）。移去漏斗，拧紧顶盖，放入加压流体萃取仪，用二氯甲烷-正己烷混合溶液（体积比1∶1）萃取，收集萃取液。

1.3.5 浓缩

采用氮吹浓缩仪在30 ℃下将萃取液浓缩至2 mL（注意浓缩过程气流不能产生旋涡）。用一次性巴斯特玻璃滴管将浓缩液转移至具刻度浓缩管中，并用少量二氯甲烷-正己烷混合溶剂将收集瓶底部冲洗2次，合并全部的浓缩液，再氮吹浓缩至2 mL。

1.3.6 净化

萃取浓缩液使用硅酸镁小柱进行净化，避免萃取液中杂质的干扰。1）小柱的活化：用12 mL二氯甲烷洗脱柱子2次，每次约6 mL，再用12 mL正己烷洗脱柱子2次，每次约6 mL（活化时柱头保持湿润，流出量控制在1.5滴/s）。2）上样：保持萃取浓缩液为常温，上样后再用1 mL正己烷清洗带刻度浓缩管器壁3次至样品完全转移，注意柱中液体不能流出；3）洗脱：准确移取12 mL二氯甲烷，分2次洗脱，每次6 mL。

1.3.7 浓缩定容

净化后的试样再次按照氮吹浓缩的步骤进行浓缩，加入一定量的内标物（1-溴-2-硝基苯），并定容至1.0 mL，混匀后转移至2 mL样品瓶中，上机待测。

1.3.8 标准曲线的绘制

在5个2 mL进样瓶中分别加入一定量的标准使用液-1及替代物标准使用液，用正己烷稀释配制成质量浓度分别为1.0，2.0，5.0，10.0，20.0 μg/mL的系列标准工作溶液，分别再加入一定量的内标物（质量浓度为10.0 μg/mL）。按1.2.2~1.2.3节仪器工作条件，按照浓度由低到高顺序依次进样检测，根据保留时间、碎片离子/及不同离子丰度比进行定性，以目标化合物与内标物质量浓度的比值为横坐标，以目标化合物定量离子与内标定量离子的响应值比值为纵坐标，绘制标准曲线，得到线性方程。

1.3.9 方法检出限的确定

按照HJ 168—2020《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》确定方法检出限。分别在7个20.00 g土壤基质样品-1中加入100 μL 标准使用液-1（使质量浓度分别为10.0 μg/mL），重复测定7次，计算测定值的标准偏差，得到土壤中硝基甲苯的检出限。

2 结果与讨论

2.1 邻/间/对硝基甲苯和五氯硝基苯（替代物）的总离子流色谱图

邻/间/对硝基甲苯和五氯硝基苯（替代物）的总离子流色谱图见图1。由图1可见，邻/间/对硝基甲苯的保留时间分别为6.673，7.186，7.424 min，五氯硝基苯的保留时间为14.276 min。

图1 邻/间/对硝基甲苯和五氯硝基苯（替代物）的总离子流色谱图

邻/间/对硝基甲苯和五氯硝基苯的质谱图分别见图2~5。选择各图中丰度值最大的碎片离子作为目标离子，则邻/间/对硝基甲苯的目标离子为/=120，137，65，91，五氯硝基苯的目标离子为/=237，214，249，295。

图2 邻硝基甲苯的质谱图

2.2 色谱条件优化

色谱条件参照HJ 739—2015《环境空气 硝基苯类化合物的测定 气相色谱-质谱法》中7.1.1节和HJ 716—2014《水质 硝基苯类化合物的测定气相色谱-质谱法》中8.1节的色谱参考条件设置。这两个标准中的色谱条件并未公布适用于对土壤中硝基甲苯的分析检测。本研究主要优化了分流比、进样口温度和升温程序：分流比由5∶1改为10∶1，缩短了测定时间；进样口温度提高到280 ℃，有利于提高仪器的灵敏度；将“初始温度60 ℃，以10 ℃/min的升温速率升至200 ℃，再以15℃/min的升温速率升至250 ℃”改为“初始温度50℃，以10 ℃/min的升温速率升至250 ℃”，降低了初始温度，简化了升温程序。

图3 间硝基甲苯的质谱图

2.3 质谱条件优化

质谱条件按照HJ 739—2015《环境空气 硝基苯类化合物的测定 气相色谱-质谱法》中7.1.2节和HJ 716—2014《水质 硝基苯类化合物的测定气相色谱-质谱法》中8.2节的质谱参考条件设置。本研究中，溶剂延迟的时间由8 min缩短至3.5 min，质谱扫描范围改为45~400 Da。

图4 对硝基甲苯的质谱图

图5 五氯硝基苯的质谱图

2.4 线性关系及检出限

根据标准使用液-1的测定结果，邻/间/对硝基甲苯及五氯硝基苯的线性方程分别为=2.904 1-0.188 1，=2.885 7-0.255 1，=2.791 6-0.310 3，=1.234 9-0.104 2，相关系数分别为0.999 5，0.999 0，0.999 4，0.999 1。

土壤基质样品-1加标测定的实验结果见表1。由表1可见，土壤基质样品-1中邻/间/对硝基甲苯的检出限均为0.02 mg/kg，测定下限均为0.08 mg/kg。

表1 土壤基质样品-1加标测定的实验结果（n=7） mg/kg

2.5 加标回收实验

硅藻土中分别加标后按标准方法步骤全程序测定6次，测定结果见表2。由表2可见：硅藻土中五氯硝基苯（替代物）加标样品测定结果的相对标准偏差（RSD）为3.74%，平均加标回收率为123.8%，分析方法满足质量控制要求；邻/间/对硝基甲苯加标样品测定结果的RSD分别为5.92%，5.46%，5.07%，平均加标回收率分别为111.9%，120.9%，138.4%。

采用土壤基质样品-2进行加标实验，测定结果见表3。由表3可见：土壤基质样品-2加标后邻/间/对硝基甲苯测定结果的RSD分别为8.96%~10.6%，8.62%~10.5%，8.55%~10.6%，平均加标回收率分别为69.3%~79.2%，72.1%~83.2%，71.7%~88.0%；五氯硝基苯（替代物）测定结果的RSD为10.0%~12.5%，平均加标回收率为73.0%~95.3%。

由表2和表3可知，硅藻土加标回收率普遍高于100%，而土壤基质样品-2的加标回收率普遍低于100%，个别点甚至不到70%，表明土壤对邻/间/对硝基甲苯有吸附持留干扰，或在土壤洗脱、浓缩、净化环节存在损失，也有可能是标准曲线的定量测定存在系统误差。

表2 硅藻土加标回收实验结果

表3 土壤基质样品-2加标回收实验结果

图 6 为土壤基质样品-2中加标量均为5.000 μg时邻/间/对硝基甲苯和五氯硝基苯的总离子流色谱图。由图6可见：与标准总离子流色谱图（图1）相比，土壤基质加标样品的谱图存在一些杂峰、毛刺峰，但待测目标物并未有干扰，不会影响定量结果，说明该基体对待测物未产生基体效应。

图6 土壤基质样品-2中加标量均为5.000 μg时邻/间/对硝基甲苯和五氯硝基苯的总离子流色谱图

2.6 与其他方法的比较

本方法与其他方法的对比见表4。由表4可见：本方法首次利用气相色谱-质谱法测定土壤中的硝基苯类化合物，可以同时测定3种硝基甲苯物质；与文献［10］相比，检出限仅为后者的1/10~1/4，且准确度更高；相比其他萃取方法，采用加压流体萃取的准确度有显著提升，同时能保证方法的检出限满足测定需求。此外，超声和微波萃取前处理过程繁琐，土壤样品脱水过滤比较麻烦，易受样品基体干扰。综上，本方法前处理方便快捷、萃取效率较高、准确度较高。

表4 本方法与其他方法的对比

2.7 实际土样分析

采用该分析方法对实际土样进行全过程步骤重复测定6次，测定结果见表5。由表5可见，平行样测定结果的RSD均小于15%，说明该法适用于检测土壤中3种硝基甲苯的含量。

表5 实际土样中邻/间/对硝基甲苯的测定结果（n=6）

3 结论

a）建立了加压流体萃取—气相色谱-质谱法检测土壤中邻/间/对硝基甲苯含量的方法，对色谱及质谱条件进行了优化，缩短了测定时间，降低了初始温度，简化了升温程序。

b）邻/间/对硝基甲苯质量浓度在1.0~20.0 μg/mL范围内线性关系良好，相关系数不小于0.999，检出限均为0.02 mg/kg，基质平均加标回收率分别为69.3%~79.2%、72.1%~83.2%、71.7%~88.0%，测定结果的RSD分别为8.96%~10.6%、8.62%~10.5%、

8.55%~10.6%（=6），

c）该法具有前处理简单、萃取效率高、定量结果准确、消耗有机溶剂少等优点，适用于土壤中邻/间/对硝基甲苯的分析检测。