在线净化加速溶剂萃取–气相色谱–质谱法测定土壤中11 种半挥发性有机物

李婧，耶曼，张利，王岚

（西安西北有色地质研究院有限公司，西安 710054）

我国于2018 年8 月1 日实施了GB 15618—2018 《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》和GB 36600—2018 《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》，其中农用地主要是耕地﹑园地﹑林地﹑草地等，建设用地主要是建造建筑物﹑构筑物的土地，包括城乡住宅和公共设施用地﹑工矿用地﹑交通水利设施用地﹑旅游用地﹑军事用地等［1–3］。当这两类土壤受到污染后，在农用地上生长的农作物或土壤生态环境会受到不利影响，在建设用地上居住﹑工作的人群会产生慢性中毒或致癌致畸风险。因此进行土壤污染物检测非常有必要。半挥发性有机物（SVOCs）作为最重要的污染物之一，其种类繁多，特性复杂，由于分子量大﹑沸点高，因此在环境中较挥发性有机物更难降解，容易在水﹑土壤﹑空气﹑生物等介质中迁移转化，长期存在于水和土壤中，通过富集而危害人体健康，其环境归宿通常是土壤和沉积物。常见的SVOCs 有苯酚类﹑苯胺类﹑硝基芳香烃类﹑氯代芳香烃类﹑多环芳烃类等［4–6］，其来源非常广泛。如酚类化合物主要来源于石油化工﹑塑料制造﹑颜料合成﹑制药﹑造纸等工业污水排放［7］；苯胺类化合物来源于制药﹑染料﹑印染﹑橡胶﹑石化等工艺生产过程［8］；硝基苯类化合物主要来源于染料合成﹑油漆涂料﹑塑料﹑炸药﹑医药及农药等制造工业［9］；多环芳烃类化合物主要来源于煤炭﹑燃油的加工和燃烧，机动车尾气排放等［10］。笔者主要研究GB 36600—2018 《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》中11 种SVOCs 的基本项目，参考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》［11］，建立一种准确﹑高效的环保型检测方法。

目前土壤中半挥发性有机物的测定由样品提取﹑净化和色谱分析三部分组成。目前前处理方法操作复杂，步骤冗长［12–14］。提取﹑净化过程中，由于样品多次转移，易造成目标物损失，同时，大量溶剂的使用对人体和环境也带来了一定的危害。因此如何尽可能减少样品前处理步骤，同时有效消除杂质对检测的影响，保证目标物不受损失，成为测定半挥发性有机物的关键。笔者采用弗罗里硅土和石墨化碳黑为净化剂，利用快速溶剂萃取仪，将萃取和净化两个过程合并，实现样品的在线净化萃取，去除了净化过程中目标物损失。与传统的离线净化相比，本方法大大简化了样品前处理过程，节省人力消耗，减少了有机溶剂的使用量，降低了对人体和环境的危害，尤其适应于大批量样品的检测。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱–质谱仪：7890–5977B 型，配自动进样器，美国安捷伦科技有限公司。

全自动高效快速溶剂萃取仪：Flex-HPSE 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

平行浓缩仪：Multi Vap-10 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

电子天平：SQP 型，感量值为0.1 mg，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。

苯胺：质量浓度为1 000 mg/L，溶剂为甲醇，编号为CDAA–S–650022–AD–1 mL，上海安谱实验科技有限公司。

10 种半挥发性有机物混合标准储备液：包括2-氯苯酚﹑硝基苯﹑萘﹑苯并［a］蒽﹑屈﹑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，质量浓度均为1 000 mg/L，溶剂为二氯甲烷，编号为CDAA–M–690060–KD–1 mL，上海安谱实验科技有限公司。

替代物混合标准储备液：包括2-氟酚﹑苯酚-d6﹑硝基苯-d5﹑2-氟联苯﹑4–4’-三联苯-d14，质量浓度均为1 000 mg/L，溶剂为丙酮–二氯甲烷（体积比为1∶1），标准物质编号为110450–09–1 mL，美国o2 si标准品公司。

内标混合标准储备液：包括萘-d8﹑屈-d12﹑苝-d12，质量浓度均为1 000 mg/L，溶剂为丙酮–二氯甲烷（体积比为1∶1），编号为CDAA–M–629032–XD，上海安谱实验科技有限公司。

二氯甲烷﹑丙酮：均为农残级，上海安谱实验科技有限公司。

硅藻土：75～830 μm，上海安谱实验科技有限公司。

石英砂：优级纯，于马弗炉中400 ℃烘烤4 h，冷却后装入具塞磨口玻璃瓶中密封保存，成都科隆化学品有限公司。

实验用水为超纯水（不含有机物）。

1.2 样品采集与保存

土壤样品按照HJ/T 166 的相关要求采集和保存。样品应于洁净的具塞磨口棕色玻璃瓶中保存。运输过程中应密封﹑避光﹑4 ℃以下冷藏。运至实验室后，若不能及时分析，应于4 ℃以下冷藏﹑避光﹑密封保存，保存时间不超过10 d。

1.3 水分的测定

土壤样品干物质含量测定按照HJ 613–2011《土壤干物质和水分的测定重量法》执行。

1.4 仪器工作条件

1.4.1 快速溶剂萃取仪

萃取温度：100 ℃；压力：10.04 MPa；静态萃取7 min（5 min 预热平衡之后）；淋洗体积为40%池体积；氮气吹扫：60 s；循环萃取2 次。

1.4.2 气相色谱条件

色谱柱：HP–5MS–UI 型色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；进样口温度：280 ℃；进样方式：无分流进样；进样体积：1.0 μL；程序升温：初始温度为40 ℃，保持2 min，以12 ℃/min 的速率升温至160 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min 的速率升温至280 ℃，保持5 min；载气：氦气，流量为1.00 mL/min。

1.4.3 质谱条件

离子源：EI 源；离子源温度：230 ℃；离子化能量：70 eV；接口温度：260 ℃；扫描范围：m/z35～500 Da；溶剂延迟时间9.0 min；11 种SVOCs的质谱参数见表1。

表1 质谱条件

1.5 样品处理

（1）空白样品。选择未受有机物污染的土壤，除去枝叶﹑石子等异物，按四分法粗分，冷冻干燥后研磨，过250 μm（60 目）筛，再经110 ℃烘5 h，制备成空白土壤样品。

（2）待测样品。取适量新鲜样品，放入冷冻干燥机中进行干燥脱水。干燥后的土壤放入研磨机进行研磨，均化处理过250 μm （60 目）筛。称取20 g（精确到0.01 g）样品于烧杯中，加入适量硅藻土混匀，再加入弗罗里硅土粉1 g 和石墨化碳黑粉0.5 g，混合均匀。萃取池体积为34 mL，在萃取池底部铺一层石英砂，再将混合均匀的样品放入萃取池中，用石英砂填满萃取池，加盖，装入快速溶剂萃取仪。以二氯甲烷–丙酮（4+1）混合液为萃取剂，按上述萃取条件进行提取。将萃取液转移至平行浓缩仪中，在水浴温度为30 ℃的条件下浓缩至小于1 mL，加入适量内标物至浓度为5.00 mg/L，用二氯甲烷定容至1.0 mL，混匀，作为样品溶液待测。

1.6 样品测定

按1.4 仪器工作条件进行测定1.5（2）中样品溶液，采用质谱图结合保留时间定性，选择离子定量，计算各目标化合物的含量，并换算其在土壤样品中的含量。

1.7 溶液配制

半挥发性有机物混合标准溶液（含替代物）：质量浓度为10 μg/mL，准确移取10 μL 苯胺﹑10μL 10 种半挥发性有机物混合标准储备液和10 μL 替代物混合标准储备液，用二氯甲烷定容至1 mL。

内标混合标准溶液：取10 μL 内标混合标准储备液用二氯甲烷定容至1 mL，萘-d8﹑屈-d12﹑苝-d12质量浓度均为10 μg/mL。

系列混合标准工作液：使用空白土壤作为基底，分别移取半挥发性有机物混合标准溶液（含替代物）5﹑10﹑25﹑50﹑75﹑100﹑125﹑150﹑175﹑200 μL，再各加入内标混合标准溶液50 μL，用二氯甲烷定容至1 mL，配制成0.05﹑0.10﹑0.25﹑0.50﹑0.75﹑1.00﹑1.25﹑1.50﹑1.75﹑2.00 μg/mL 的11 种半挥发性有机物系列混合标准工作溶液。

2 结果与讨论

2.1 色谱图

11 种SVOCs 标准溶液的色谱图如图1 所示。

图1 11 种svocs 标准溶液色谱图

2.2 萃取体系的确定

二氯甲烷对非极性到极性范围的化合物均有较高的萃取能力，而且由于其沸点低，萃取后易于浓缩，且密度比水大，分液操作也容易以及不易燃等优点，适用于多组分同时分析，因此笔者也利用其优点，选择其作为前处理萃取剂［13］。同时，由于11 种半挥发性有机物中，萘挥发性较强，采集的土壤样品不能采用风干脱水，只能真空冷冻脱水或者将新鲜土壤样品用无水硫酸钠﹑硅藻土研磨脱水，因此在萃取溶剂中加入能和水互溶的丙酮，溶掉土壤中的水份，可以增大有机萃取溶剂和土壤颗粒的接触面积，

以提高萃取效率。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》标准方法建议离线净化条件下，用二氯甲烷–丙酮（体积比为1∶1）萃取。但是，由于丙酮极性大，能溶解大多数有机物，同时可提取土壤样品中较多的色素物质，多数土壤样品的提取液呈黄色或黄褐色，影响后续测定，所以应减少丙酮的比例。笔者考察了二氯甲烷–丙酮（1∶1）﹑二氯甲烷–丙酮（2∶1）﹑二氯甲烷–丙酮（4∶1）﹑二氯甲烷–丙酮（6∶1）混合液对空白加标样品回收率的影响，测定结果见表2。表2结果表明，以二氯甲烷–丙酮（4∶1）作为提取溶剂时，目标物的回收率最合适。

表2 不同二氯甲烷–丙酮比例下的提取效率

2.3 净化条件

由于11 种半挥发性有机物中，萘的挥发性较强，其萃取液的离线净化造成萘的损失较大。因此，实验采用在线净化消除基质干扰。不同净化方式的回收率见表3。

表3 不同净化方式下的回收率

由表3 可知，在线净化时，各化合物的回收率高于离线净化的回收率，这是因为在线净化避免了提取液的多次转移和浓缩。单独采用弗罗里硅土粉或弗罗里硅土柱对提取液净化时，脱色效果较差，背景值较高，对仪器影响较大。以实际土壤样品为基质，进行样品加标试验，并与未净化的样品进行对比，查看净化剂的净化效果。土壤样品经萃取后，未净化的样品明显浑浊，呈较深的褐色；净化后的样品清澈透明。土壤在线净化样品﹑离线净化和未净化样品的色谱图分别如图2﹑图3 和图4 所示。经过净化后的样品杂峰明显减少，净化剂对样品的净化作用明显。因此，选择弗罗里硅土粉–石墨化碳黑粉对化合物进行在线净化提取。

图2 在线净化样品的色谱图

图3 离线净化样品的色谱图

图4 未净化样品的色谱图

2.4 浓缩条件对回收率的影响

半挥发性有机化合物具有一定的挥发性，在浓缩过程中，浓缩时间不易过长，浓缩温度不易过高，否则会降低半挥发性有机物的回收率；且氮气流量要适中，以溶液不形成回旋为宜，流量太大也会造成低沸点半挥发性化合物的挥发损失。因此，利用正交试验设计表的实验条件进行浓缩条件优化实验，考察浓缩过程中温度和氮气流量对回收率的影响。正交试验表见表4，正交试验设计见表5。正交试验结果见表6 ～表8。

表4 实验因素和水平

表5 正交试验设计

表6 浓缩温度为20℃时不同氮气流量下的回收率

表7 浓缩温度为25℃时不同氮气流量下的回收率

表8 浓缩温度为30℃时不同氮气流量下的回收率

通过正交试验发现，在水温25～30 ℃﹑氮气流量控制在3.0～4.0 mL/min 时，11 种目标化合物的回收率最好，综合考虑浓缩时间和11 种半挥发性有机物的浓缩效果，选择水温为25 ℃﹑氮气流量为4.0 mL/min 作为浓缩条件，另外，由于在避光时，苯胺降解较缓慢，有光存在时，苯胺的降解加速［15］，因此在避光环境中进行浓缩。

2.5 线性方程﹑线性范围及检出限

在优化的色谱条件下测定1.7 中的系列混合标准工作溶液，以各物质的质量浓度x（μg/mL）为横坐标，色谱峰面积y为纵坐标进行线性回归，建立工作曲线，采用内标法定量，使用平均相对响应因子计算结果［11］。按照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》［11］和HJ 168—2020 《环境监测分析方法标准制修订技术导则》［16］对平均响应因子的相对标准偏差﹑检出限等参数进行考察；参考GB 36600-2018 《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》中一类土壤用地筛选限值的1/10 对检出限进行评价，结果见表9，11 种半挥发性有机物的线性范围均为0.05～2.00 μg/mL。

表9 11 种半挥发性有机物线性方程和检出限

由表9 可知，11 种SVOCs 平均响应因子的标准偏差均小于30%，满足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》要求，11 种目标物的检出限为0.30～0.65 μg/kg。

2.6 精密度与回收试验

于空白样品中加入0.20 μg/L 半挥发性有机物混合标准溶液，按优化的实验条件萃取浓缩后上机进行检测，平行测定6 份，根据测定结果计算方法的加标回收率及精密度，结果见表10。由表10 可知，样品平均加标回收率为85%～105%，相对标准偏差为4.10%～7.05% （n=6），满足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》要求。

表10 精密度和加标回收试验结果

3 结语

建立了在线净化–气相色谱–质谱法测定土壤中11 种半挥发性有机物的分析方法，该方法满足GB 36600—2018 《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》的要求，11 种半挥发性有机物均在0.05～2.00 μg/L 范围内呈现良好的线性关系，检出限为0.30～0.65 μg/kg。样品平均加标回收率为83.8%～102.7%，与文献报道相比有所提高。可能的原因是采用在线净化萃取，避免了提取液的多次转移和浓缩，降低了目标物的损失，同时，大大缩短了前处理流程，节省了人力消耗，减少了有机溶剂的使用量，降低了对人体和环境的危害，在土壤半挥发性有机物的检测中具有一定的推广意义。