基質(zhì)固相分散-快速溶劑萃取-GC/MS法同時測定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥和多環(huán)芳烴

王 偉

1.太原市環(huán)境監(jiān)測中心站，山西 太原 030002 2.太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024

有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)和多環(huán)芳烴(PAHs)是具有致癌、致畸、致突變效應(yīng)的持久性有機(jī)污染物[1]。六六六、滴滴涕(DDT)、滴滴滴(DDD)等是典型的有機(jī)氯農(nóng)藥，曾是廣泛使用的殺蟲劑，主要用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境以及衛(wèi)生方面，但由于該類農(nóng)藥具有半衰期長、不易分解和親脂性等特點，使用中易造成富集，從而污染環(huán)境[2-4]。多環(huán)芳烴主要來源是各種礦物燃料(如煤)、石油以及垃圾、木材等的不完全燃燒，由于其低溶解性及脂溶性，比較容易進(jìn)入生物體內(nèi)，進(jìn)而通過“食物鏈”或其他途徑進(jìn)入到人體內(nèi)，對人體健康構(gòu)成危害[5-6]。

測定土壤中OCPs和PAHs的傳統(tǒng)方法是索氏提取[7]，該方法存在提取時間長、溶劑用量大[8]、提取液處理過程復(fù)雜等缺點?？焖偃軇┹腿?ASE)[9-10]是近年來發(fā)展起來的在高溫高壓下快速提取固體或半固體樣品中目標(biāo)物的一種新方法，該方法操作簡單，提取速度快，目標(biāo)物的提取效率高。但同時對于一些雜質(zhì)的提取效率也同樣得到增強(qiáng)，使得提取液中含有大量雜質(zhì)，提取液的凈化步驟較多，過程繁瑣費時。采用基質(zhì)固相分散(MSPD)[11-12]輔助ASE提取，土壤樣品在萃取池中提取與凈化一步完成，改變了傳統(tǒng)的樣品先提取后凈化的流程，從而大大提高了土壤樣品的分析效率[13-14]。本實驗采用硅藻土結(jié)合弗羅里硅土作為分散劑輔助ASE提取土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥和16種多環(huán)芳烴，提取液只需脫水濃縮后即可通過GC/MS法進(jìn)行測定，方法快速、簡單。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，7890B-5977A型，美國；色譜柱，DB-5ms石英毛細(xì)管柱，30 m×250 μm×0.25 μm；加速溶劑萃取儀，ASE350型，配34 mL不銹鋼萃取池，美國；全自動定量濃縮儀，DryVap型，美國；天平，萬分之一天平，AB204-E型。

1.2 土壤樣品制備

采集的土壤樣品混均后，將其中混雜的石子、樹枝等雜物除去，研碎后過尼龍篩，過篩后的樣品混勻備用。如暫不分析可保存在-18 ℃冷凍箱中。

1.3 土壤樣品處理

1.3.1 土壤樣品提取

準(zhǔn)確稱取10.0 g土壤樣品置于研缽中，加入1.0 g硅藻土，研磨混勻，再加入5.0 g弗羅里硅土，充分研磨混勻，轉(zhuǎn)入底部鋪有玻璃纖維濾膜和5.0 g弗羅里硅土的34 mL不銹鋼萃取池中，蓋好頂蓋并擰緊，將萃取池垂直放入快速溶劑萃取儀樣品盤后運行儀器進(jìn)行提取，提取溶劑為丙酮-正己烷(體積比1∶1)?？焖偃軇┹腿x的提取條件：加熱溫度100 ℃；加熱時間5 min；靜態(tài)萃取時間5 min；循環(huán)次數(shù)2次；沖洗體積60%；吹掃時間100 s。

1.3.2 樣品提取液濃縮

收集瓶中加入適量無水硫酸鈉脫水后，將提取液全部轉(zhuǎn)入DryVap濃縮杯中，再用10 mL正己烷分3次沖洗收集瓶，洗液同樣轉(zhuǎn)入濃縮杯中，在全自動濃縮儀中濃縮至0.9 mL左右，再轉(zhuǎn)入氮吹管中氮吹濃縮至約0.5 mL，加入內(nèi)標(biāo)溶液后，用正己烷定容至1.0 mL，通過GC/MS進(jìn)行測定。

1.4 氣相色譜條件

進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣體積為1.0 μL；進(jìn)樣口溫度280 ℃；程序升溫時起始溫度50 ℃，保持2.0 min，以20 ℃/min升溫至180 ℃，并保持5.0 min，再以10 ℃/min升溫至250 ℃，以5 ℃/min升溫至300 ℃保持5.0 min；載氣流速1.0 ml/min，恒定流速。

1.5 質(zhì)譜條件

電離方式EI，70 eV；離子源溫度230 ℃；四級桿溫度150 ℃；傳輸線溫度300 ℃；溶劑延遲5 min；掃描方式為全掃描Scan定性，質(zhì)量掃描范圍45～450 amu；選擇離子SIM定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)化合物的分離結(jié)果

采用全掃描Scan方式，對8種有機(jī)氯農(nóng)藥和16種多環(huán)芳烴以及2種內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行定性。標(biāo)準(zhǔn)溶液中目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)物的全掃描總離子流(TIC)色譜圖見圖1。

1．萘；2. 苊烯；3. 苊；4. 芴；5. α-六六六；6. β-六六六；7. γ-六六六；8. 氘代菲(內(nèi)標(biāo)1)；9. 菲；10. 蒽；11. δ-六六六；12. 熒蒽；13. 芘；14. p,p′-DDE；15. p,p′-DDD；16. o,p′-DDT；17. p,p′-DDT；18. 苯并(a)蒽；19. 氘代(內(nèi)標(biāo)2)；20. ；21. 苯并(b)熒蒽；22. 苯并(k)熒蒽；23. 苯并(a)芘；24. 茚并(123-c,d)芘；25. 二苯并(a,h)蒽；26. 苯并[g,h,i]苝圖1 目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)物全掃描TIC色譜圖Fig.1 The full scan TIC of target compounds and internal markers

在這些目標(biāo)化合物中，有多種同分異構(gòu)體，物質(zhì)對的定性離子和定量離子都相同，只有分離好才能實現(xiàn)結(jié)果測量準(zhǔn)確。由圖1可見，在該色譜條件下，目標(biāo)化合物以及內(nèi)標(biāo)物得到較好的分離，能夠滿足實驗要求。

為降低目標(biāo)物的檢出限，采用選擇離子方式SIM進(jìn)行定量。圖2為目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)物的選擇離子掃描TIC色譜圖。各目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)物的保留時間、定量離子和定性離子見表1。

1．萘；2. 苊烯；3. 苊；4. 芴；5. α-六六六；6. β-六六六；7. γ-六六六；8. 氘代菲(內(nèi)標(biāo)1)；9. 菲；10. 蒽；11. δ-六六六；12. 熒蒽；13. 芘；14. p,p′-DDE；15. p,p′-DDD；16. o,p′-DDT；17. p,p′-DDT；18. 苯并(a)蒽；19. 氘代(內(nèi)標(biāo)2)；20. ；21. 苯并(b)熒蒽；22. 苯并(k)熒蒽；23. 苯并(a)芘；24. 茚并(123-c,d)芘；25. 二苯并(a,h)蒽；26. 苯并[g,h,i]苝圖2 目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)物選擇離子掃描TIC色譜圖Fig.2 The SIM TIC of target compounds and internal markers

序號化合物定量離子定性離子保留時間/min線性方程相關(guān)系數(shù)1萘128127、1297.398Y=1.702 2X-0.068 50.998 32苊烯152151、1539.452Y=0.747 0X-0.009 20.999 63苊154153、1529.763Y=0.842 8X-0.003 40.999 64芴166165、16710.777Y=0.837 0X-0.002 50.999 75α-六六六183181、10912.367Y=0.146 7X-0.003 50.999 46β-六六六181183、10913.258Y=0.115 4X-0.002 60.999 27γ-六六六183181、10913.522Y=0.139 9X-0.006 50.999 28氘代菲(內(nèi)標(biāo)1)188189、16013.823//9菲178179、17613.909Y=1.366 0X-0.011 50.999 610蒽178179、17614.097Y=0.629 3X-0.019 80.999 411δ-六六六183181、10914.392Y=0.111 9X-0.003 40.999 212熒蒽202200、20318.199Y=0.791 1X-0.013 30.999 213芘202200、20318.848Y=1.028 4X-0.055 10.998 314p,p′-DDE246248、17619.594Y=0.330 8X+0.026 40.999 515p,p′-DDD235237、16520.529Y=0.261 5X+0.028 80.999 416o,p′-DDT235237、16520.604Y=0.206 3X+0.002 70.999 817p,p′-DDT235237、16521.361Y=0.148 9X+0.015 40.999 018苯并(a)蒽228226、22922.438Y=0.514 0X+0.025 60.998 319氘代艸屈(內(nèi)標(biāo)2)240236、23822.487//20艸屈228226、22922.557Y=1.189 5X+0.000 80.999 821苯并(b)熒蒽252253、25025.891Y=0.564 7X+0.033 90.998 222苯并(k)熒蒽252253、25025.966Y=0.752 7X+0.002 30.997 823苯并(a)芘252253、25126.888Y=0.377 5X+0.010 10.999 324茚并(123-c,d)芘276277、27530.411Y=0.349 6X+0.004 80.997 525二苯并(a,h)蒽278276、27930.547Y=0.483 7X-0.001 60.998 426苯并[g,h,i]苝276275、27431.174Y=0.689 0X-0.016 10.997 7

注：“/”表示內(nèi)標(biāo)物不進(jìn)行線性回歸。下同。

2.2 分散劑的選擇

在基質(zhì)固相分散萃取中，分散劑起著分散、支持、吸附和凈化的作用。本實驗分別考察了硅藻土、弗羅里硅土以及硅藻土結(jié)合弗羅里硅土作為分散劑對土壤的分散和凈化效果。結(jié)果表明，硅藻土對土壤有良好的分散性，但對土壤提取液的凈化能力有限；弗羅里硅土對土壤提取液有較強(qiáng)的凈化能力，但對較潮濕的新鮮土壤的分散能力較差；硅藻土結(jié)合弗羅里硅土則能夠較好實現(xiàn)土壤分散和凈化效果。因此，本實驗使用硅藻土結(jié)合弗羅里硅土作為土壤的分散劑。

2.3 硅藻土結(jié)合弗羅里硅土輔助ASE萃取

在萃取池底部鋪一層弗羅里硅土，再將土壤混合樣品置于弗羅里硅土上層，如圖3所示。這樣，提取時順著溶劑的流向，提取液中的脂肪、色素等的干擾物會被弗羅里硅土吸附留在萃取池內(nèi)，而目標(biāo)化合物則隨提取液進(jìn)入收集瓶中，從而達(dá)到一步提取和凈化的效果。提取液只需脫水濃縮后即可通過GC/MS進(jìn)行檢測，與傳統(tǒng)的先萃取再凈化的方法相比，能明顯節(jié)省時間、人力，減少試劑及材料的消耗。

圖3 硅藻土結(jié)合弗羅里硅土輔助ASE萃取圖Fig.3 Diatomaceous earth and Florisil-assisted ASE extraction system

考察了不同用量的弗羅里硅土對凈化效果的影響。在污染較輕土壤和污染較重土壤中分別加入3、4、5 g弗羅里硅土，對提取液進(jìn)行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別加入3、4、5 g弗羅里硅土的污染較輕土壤的提取液均為無色透明，雜峰較少；而污染較重的土壤隨弗羅里硅土加入量的增加，提取液的顏色逐漸變淺。結(jié)果表明，對未受污染或污染較輕的農(nóng)田土壤等，可適當(dāng)減少弗羅里硅土的用量；而對污染較重的土壤需適當(dāng)增加弗羅里硅土用量，以達(dá)到更好的凈化效果。

2.4 繪制校準(zhǔn)曲線

2.5 方法檢出限

依據(jù)檢出限的計算方式，連續(xù)分析7個接近于檢出限濃度的空白加標(biāo)樣品，計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)，按MDL=S×t(n-1，0.99)(t6,0.99=3.143)計算方法檢出限。本實驗以石英砂為空白基體，加入六六六、DDT混合溶液和多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制7個有機(jī)氯農(nóng)藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 μg/kg、多環(huán)芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 μg/kg的空白加標(biāo)樣品，經(jīng)提取和濃縮后上機(jī)測定，計算得出各化合物組分的方法檢出限，結(jié)果見表2。

表2 各化合物組分的方法檢出限、精密度及加標(biāo)回收率Table 2 The detection limit, precision and recovery of compounds

2.6 方法精密度及準(zhǔn)確度

本實驗以石英砂為空白基體，加入六六六、DDT混合溶液和多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，制成3組不同加標(biāo)濃度的空白加標(biāo)樣品。濃度1：有機(jī)氯農(nóng)藥5 μg/kg，多環(huán)芳烴2 μg/kg；濃度2：有機(jī)氯農(nóng)藥20 μg/kg，多環(huán)芳烴10 μg/kg；濃度3：有機(jī)氯農(nóng)藥40 μg/kg，多環(huán)芳烴16 μg/kg，經(jīng)提取和濃縮后上機(jī)測定，計算得出各組分的精密度，結(jié)果見表2。由表2可知，空白加標(biāo)樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于20%，精密度良好。

本實驗以實際土壤樣品作為基體，加入六六六、DDT混合溶液和多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，制成2組不同加標(biāo)濃度的土壤加標(biāo)樣品。濃度1：有機(jī)氯農(nóng)藥20 μg/kg，多環(huán)芳烴10 μg/kg；濃度2：有機(jī)氯農(nóng)藥40 μg/kg，多環(huán)芳烴16 μg/kg，經(jīng)提取和濃縮后上機(jī)測定，計算得出各組分的加標(biāo)回收率，結(jié)果見表2。由表2可知，實際土壤樣品的加標(biāo)回收率為60.6%～125%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15%。

2.7 對土壤質(zhì)控樣品的測定

本實驗對SQCO-003土壤有機(jī)氯農(nóng)藥質(zhì)控樣品和017土壤多環(huán)芳烴質(zhì)控樣品進(jìn)行了測定，結(jié)果見表3。由表3可知，各組分測定結(jié)果均在質(zhì)控范圍內(nèi)，本方法準(zhǔn)確可靠。

表3 土壤質(zhì)控樣品和實際土壤樣品測定結(jié)果Table 3 The results of soil QC sample and actual sample μg/kg

注：ND表示未檢出。

2.8 對實際土壤樣品進(jìn)行測定

應(yīng)用本方法對城市周邊典型的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、工業(yè)用地的實際土壤樣品進(jìn)行測定，結(jié)果見表3。由表3可知，有機(jī)氯農(nóng)藥和多環(huán)芳烴在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、工業(yè)用地土壤中均有不同程度的檢出，其中該工業(yè)用地土壤污染物檢出較為顯著。

3 結(jié)論

通過實驗建立了基質(zhì)固相分散-ASE提取-GC/MS法同時測定土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥和16種多環(huán)芳烴的方法，本方法在線性范圍內(nèi)具有良好的相關(guān)系數(shù)、較低的檢出限以及較好的精密度、準(zhǔn)確度，通過對土壤有機(jī)氯農(nóng)藥質(zhì)控樣品和土壤多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)樣品以及實際土壤加標(biāo)樣品的測定，說明本方法準(zhǔn)確可靠。本方法操作簡單、自動化程度高，土壤樣品在萃取池中提取與凈化一步完成，縮短了樣品的處理步驟和時間，從而提高了樣品分析效率，能夠?qū)崿F(xiàn)土壤樣品的快速檢測，適合大批量樣品的處理分析。