涡旋-超声萃取-气相色谱/质谱联用法测定土壤中11种半挥发性有机物（SVOCs）

＊洪毅鸿

（中国检验认证集团福建有限公司 福建 350007）

引言

苯胺类、苯酚类、硝基苯类、多环芳烃类物质是广泛分布在环境土壤中的半挥发性有机污染物。多环芳烃类物质例如：苯并（a）芘、苯并（a）蒽等都是致癌物质，苯胺类、硝基苯类、苯酚类物质都是有毒物质[1-2]。这些半挥发性有机污染物通过淋溶、挥发、沉降等过程在土壤、水体和大气等环境介质中不停地迁移，并最终在土壤形成积累[3]。

硝基苯、苯胺、2-氯酚、苯并（a）蒽等11种半挥发性有机污染物已经被列入建设用地土壤污染风险的基本项目[4]。目前土壤中半挥发性有机物的提取方式有索氏提取、加压溶剂萃取、超声提取等方式[5-6]。本文利用涡旋-超声萃取[7-9]-气相色谱/质谱法同时测定11种半挥发性有机物，对萃取方式进行比对并且对溶剂种类、溶剂用量、萃取次数等工艺条件进行研究。该方法具有操作简便、效率快、成本低等特点，适用于环境实验室土壤样品中半挥发性有机物的大批量检测。

1.实验部分

(1)仪器、试剂及材料

仪器：气相色谱-质谱联用仪（Agilent 7890B-5977B），EI源，带分流/不分流进样器，Agilent质谱工作站；HP-5MS+DG（40m×0.25mm×0.25μm）毛细管柱；数控超声波清洗器（型号：KQ-500DE，昆山市超声仪器有限公司）[10]；多管涡旋混合仪（型号：HD-2500，杭州佑宁仪器有限公司）；离心机（型号：LXJ-11B，上海安亭科学仪器厂）；加速溶剂萃取仪（型号：E-916，瑞士步琦）；旋转蒸发仪（型号：N-1300V-W，日本东京理化）；智能马弗炉（型号：5E-MF6000，长沙开元仪器股份有限公司）。

试剂：半挥发性标准溶液（1000mg/L）、半挥发内标混标（1000mg/L）、苯胺标准溶液（1000mg/L），上海安谱实验科技股份有限公司；二氯甲烷、丙酮、正己烷（HPLC）；无水硫酸钠、状粒硅藻土（60～100目）、石英砂（100～20目），400℃烘烤4h。

(2)GC-MS分析条件

HP-5MS+DG毛细管柱，柱温35℃保持2min，以15℃/min的速率升至150℃保持5min，再以3℃/min的速率升至180℃，最后以9℃/min的速率升至300℃保持7min；分流模式：不分流进样；进样口温度：250℃；载气：高纯氦气（99.999%），流速1mL/min；离子源温度：280℃；传输线温度：280℃；四极杆温度：150℃；电离方式EI源，电离能量70eV；溶剂延迟：4.30min；数据采集方式：全扫描离子检测（SCAN），扫描范围：35～450amu，扫描速度：3.5scans/s。

(3)样品前处理

称取土壤新鲜样品约5g于玻璃研钵中，加入适量无水硫酸钠，混匀、脱水并研磨，充分拌匀直到散粒状，全部转移至50mL离心管中。加入20mL二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）,涡旋混匀，样品放入超声波清洗仪超声提取10min；把样品放置多管涡旋混合仪上以2500r/min涡旋5min，再将样品置于离心机中以4000r/min，离心3min，将上层提取液转移至收集瓶内；再加入20mL二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）重复萃取1次，混合提取液。用旋转蒸发仪浓缩至1mL，加入适量内标溶液，混匀后过0.22μm有机滤膜至1.5mL样品瓶中，待测。

2.结果和讨论

(1)样品萃取方式的对比

称取2份空白土壤样品各5g分别加入11种半挥发性有机物标准溶液，加标水平为1.00mg/kg进行加标回收率实验（重复两次）。加压溶剂萃取法和涡旋-超声萃取法比对实验，结果见表1。

表1 两种萃取方式对比

结果表明：涡旋-超声萃取法对11种半挥发性有机物的回收率高于加压溶剂萃取法。涡旋-超声萃取法有机溶剂用量40mL相比加压溶剂萃取法用量80mL少。涡旋-超声萃取法提取效率为30个/小时，加压溶剂萃取法提取效率为12个/小时。涡旋-超声萃取法具有设备成本低、试剂用量少、提取效率高、对环境污染少的特点，适合大批量的土壤样品处理。因此选择涡旋-超声萃取法。

(2)萃取溶剂的选择

称取4份空白土壤样品5g加入11种半挥发性有机物标准溶液，加标水平为0.40mg/kg。分别用丙酮、二氯甲烷、正己烷、二氯甲烷-丙酮（1:1）溶剂按照方法做对比实验，结果见图1。

图1 不同萃取溶剂对回收率的影响

结果表明，在所选用的几种溶剂中二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）的回收率最高为67.9%～108.3%。因此确定二氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）作为萃取溶剂。

(3)溶剂用量选择

分别选取空白土壤样品与萃取溶剂体积比例为1:1、1:2、1:3、1:4和1:5五个梯度进行加标回收率实验。加标水平为0.40mg/kg，结果见图2。

图2 不同溶剂用量对回收率的影响

结果表明，随着溶剂体积的增加，萃取效率也随之提高。在达到样品与萃取溶剂体积比例（1:4）时，回收率随着溶剂体积的增加无明显变化。考虑到试剂成本、环境污染问题，选择样品与萃取溶剂比例为（1:4）进行萃取。

(4)萃取循环次数选择

分别称取4份空白土壤样品5g，萃取次数为1、2、3、4次进行加标回收率实验。加标水平为0.40mg/kg，结果见图3。

图3 萃取循环次数对回收率的影响

结果表明：随着萃取次数的增加，萃取效率也随之提高。在萃取次数为2次时，再增加萃取次数回收率无明显变化。萃取次数的增加只会增加实验消耗时间及有机溶剂的用量。所以选择萃取循环次数为2次。

(5)标准曲线、线性范围、检出限

将适量的100mg/L的11种半挥发性有机物标准混合溶液和内标混合溶液用二氯甲烷定容后混匀。11种半挥发性有机物的浓度为2.0mg/L、4.0mg/L、6.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L，内标物浓度均为4.0mg/L。按照1.2中的仪器条件进行分析。各组分的总离子流图，见图4。以目标物浓度与内标物浓度的比值为横坐标；以目标物与内标物定量离子响应值的比值为纵坐标，绘制校准曲线。

图4 11种半挥发性有机物总离子流图

结果表明，11种半挥发性有机物在2.0～10.0mg/L时，呈良好的线性关系。连续分析7份实验室空白加标样品，根据公式MDL=S×t（n-1,0.99）计算方法的检出限（MDL）。式中，S为n次测定的标准偏差；t为自由度n-1；可信度为99%的t分布；n为样品平行测定次数（n=7），其中t（6,0.99）=3.143。11种半挥发性有机物线性方程、相关系数、检出限见表2。

表2 11种半挥发性有机物的线性关系及检出限

(6)方法精密度和准确性

称取空白土壤样品5g，分别加入11种半挥发性有机物标准溶液，加标水平为0.40mg/kg、0.80mg/kg、1.20mg/kg。按照1.3中前处理步骤处理平行测定6次，计算平均回收率和相对标准偏差（RSD），结果见表3。结果表明，该方法测定的平均回收率为67.1%～99.1%，相对标准偏差为0.63%～5.70%。该方法的精密度和准确度能满足土壤环境监测要求。

(7)实际污染样品分析

为验证方法在实际土壤样品测定中可行性。分别按照涡旋-超声萃取方式和加压溶剂萃取方式对福建省某企业周边土壤进行测定。样品平行测定3次，测定结果见表4。采用涡旋-超声萃取方式测定污染土壤，其中苯并（a）芘的平均测定含量为4.06mg/kg，其余10个目标化合物未检出。采用加压溶剂萃取方式测定污染土壤，其中苯并（a）芘平均测定含量为3.95mg/kg,其余10个目标化合物未检出。结果表明，涡旋-超声萃取效率高于加压溶剂萃取效率，能够保证实际土壤样品定量的准确性。

表4 实际样品分析结果

3.结论

本文对前处理步骤中萃取环节进行深入研究，通过加压流体萃取与涡旋-超声萃取的比对发现，涡旋-超声萃取法在有机溶剂使用量和提取效率两个方面都大大优于加压流体萃取，溶剂使用量减少了50%。提取效率提高了150%。本文对涡旋-超声萃取步骤中的溶剂选择、溶剂使用量和萃取循环次数都进行了研究实验。通过实验得到，使用氯甲烷/丙酮（1:1，V/V）作为萃取溶剂，样品与萃取溶剂比例（1:4），萃取循环次数2次开展萃取工作，方法准确度、精密度和灵敏度均能符合土壤环境监测要求。该方法具备提取效率高、设备成本低、溶剂用量少等特点，能为土壤中11种半挥发性有机物的测定提供了快速、稳定和准确的分析手段。