氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測定地下水中9 種多氯聯(lián)苯

盧婷婷，石勇麗，曲亞輝，蘇方方，曹寧寧，李佳昊，李和平

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，自然資源部黃河流域中下游水土資源保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450052)

多氯聯(lián)苯(PCBs)是人工合成的、擁有209 個(gè)同系物和異構(gòu)體的混合物總稱[1-3]。由于其具有良好的化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于電力、塑料、橡膠等化工領(lǐng)域[4-5]。PCBs 具有致畸、致癌的風(fēng)險(xiǎn)，國際癌癥中心已將多氯聯(lián)苯列為人體致癌物質(zhì)，許多國家已經(jīng)停止生產(chǎn)和使用[6-8]，但PCBs 半衰期長，非常穩(wěn)定，在土壤中留存長達(dá)幾十年，可隨著地表徑流、淋溶等進(jìn)入地下水中[9-10]。GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[11]規(guī)定了包括2，2'，3，3'，4，4'，5，5'-八氯聯(lián)苯(PCB194)、2，2'，3，3'，4，4'，5，5'，6-九氯聯(lián)苯(PCB206)在內(nèi)的9 種多氯聯(lián)苯(總量)的毒理學(xué)指標(biāo)，但HJ 715—2014 《水質(zhì) 多氯聯(lián)苯的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》[13]中不包括PCB194 和PCB206，且目前國內(nèi)外還沒有同時(shí)測定GB/T 14848-2017 中規(guī)定的9 種多氯聯(lián)苯的相關(guān)報(bào)道，所以建立一種簡單、高效、準(zhǔn)確且同時(shí)檢測9 種多氯聯(lián)苯的方法至關(guān)重要[12]。筆者在HJ 715—2014 和相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了液液萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測定9 種多氯聯(lián)苯的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜儀：GC-MSQP2020NX 型，日本島津公司。

自動(dòng)萃取器：AE03 型，北京華夏科創(chuàng)儀器股份有限公司。

氮吹儀：MFV-24 型，廣州得泰儀器公司。

電子分析天平：ME 204 型，感量為0.1 mg，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司。

旋渦混勻儀：MS3，德國IKA 公司。

弗羅里硅土小柱：500 mg/6 mL，上海安普實(shí)驗(yàn)科技公司。

9 種多氯聯(lián)苯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：包括：2，4，4'-三氯 聯(lián) 苯(PCB28)、2，2'，5，5'-四 氯 聯(lián) 苯(PCB52)、2，2'，4，5，5'-五氯聯(lián)苯(PCB101)、五氯聯(lián)苯(PCB118)、2，2，3，4，4，5- 六 氯 聯(lián) 苯(PCB138)、六 氯 聯(lián) 苯(PCB153)、2，2'，3，4，4'，5，5'- 七 氯 聯(lián) 苯(PCB180)、2，2'，3，3'，4，4'，5，5'- 八 氯 聯(lián) 苯(PCB194)、2，2'，3，3'，4，4'，5，5'，6-九氯聯(lián)苯(PCB206)，各組分質(zhì)量濃度均為10 mg/L，溶劑為正己烷，編號(hào)為CDAA-M-610909-HI-1 ml，上海安普實(shí)驗(yàn)科技公司。

2 種內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：2，3，3'，4，4'，5-六氯聯(lián)苯-D3(PCB156-2’，6，6’-d3)和2，3'，4，4'-四氯聯(lián)苯-D6(PCB77-d6)的質(zhì)量濃度均為10 mg/L，溶劑為正己烷，編號(hào)為CDAA-M-610911-HI-1 ml，上海安普實(shí)驗(yàn)科技公司。

正己烷、二氯甲烷：HPLC 級(jí)，上海安普實(shí)驗(yàn)科技公司。

鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氯化鈉：優(yōu)級(jí)純，天津科密歐試劑公司。

實(shí)驗(yàn)用水為一級(jí)純凈水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜儀

色 譜 柱：Rtx-5MS 柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，日本島津公司)；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；柱升溫程序：初始溫度為120 ℃，保持1 min，以20 ℃/min升溫至180 ℃，再以5 ℃/min 升溫至290 ℃，保持2 min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；載氣：高純氦氣，體積分?jǐn)?shù)大于99.999%，流量為1 mL/min。

1.2.2 質(zhì)譜儀

離子源：電轟擊電離(EI)；離子源溫度：280 ℃；接口溫度：280 ℃；采集方式：SIM；9 種PCBs 和2種內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 9 種PCBs 和2 種內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)譜參數(shù)

1.3 溶液配制

9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液溶液：1 mg/L，取9種多氯聯(lián)苯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1 mL于1 mL容量瓶中，用正己烷定容至標(biāo)線，用旋渦混勻儀搖勻于-20 ℃密封，避光保存。

2 種混合內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液：2 mg/L，取2 種內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2 mL 于1 mL 容量瓶中，用正己烷定容至標(biāo)線，用旋渦混勻儀搖勻,于-20 ℃密封避光保存。

9 種PCBs 系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：采用逐級(jí)稀釋方法，將9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液溶液用正己烷逐級(jí)稀釋成9 種PCBs 的質(zhì)量濃度均分別為10.0、20.0、50.0、100.0、200.0、500.0 μg/L 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中2 種內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量濃度均為100 μg/L。

1.4 樣品處理

1.4.1 液液萃取

將水樣搖勻并準(zhǔn)確量取1 L，置于2 L 分液漏斗中，用鹽酸溶液或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水樣的pH 至5～9，加入2 0 g 氯化鈉，完全溶解后加入60 mL 正己烷-二氯甲烷萃取劑(體積比為4∶1)，輕輕震蕩并松開蓋墊放氣，置于萃取器上震蕩5 min 后靜置分層。重復(fù)萃取后將萃取液經(jīng)干燥柱脫水，用6 mL正己烷-二氯甲烷萃取劑淋洗干燥柱，合并萃取液和淋洗液，用氮吹儀濃縮至10 mL。

1.4.2 凈化

將10 mL 濃縮液轉(zhuǎn)入60 mL 分液漏斗中，加入10 mL 硫酸，振蕩1 min，靜置后放出硫酸層，若硫酸層有顏色，重復(fù)上述操作，至硫酸層無色為止。向有機(jī)相中加入30 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氯化鈉溶液洗滌有機(jī)相，靜置分層后棄去水相，有機(jī)相經(jīng)干燥柱脫水后，濃縮至1 mL 以下，加入50 μL 混合內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液溶液，再加入正己烷定容至1.0 mL，將溶液轉(zhuǎn)移到樣品瓶中待分析。

1.5 定性分析

根據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)溶液總離子流圖中各組分的保留時(shí)間和碎片離子質(zhì)荷比定性，確定被測組分。

1.6 定量分析

以選擇離子掃描方式(SIM)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)標(biāo)法定量。樣品中目標(biāo)物的質(zhì)量濃度ρ按照式(1)計(jì)算：

式中：ρ——水樣中PCBs 的質(zhì)量濃度，ng/L；

ρi——由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計(jì)算的PCBs 的質(zhì)量濃度，μg/L；

V1——定容體積，mL；

V2——水樣體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件選擇

PCBs 是擁有209 個(gè)異構(gòu)體和同系物的混合物總稱，其中各單體相對分子質(zhì)量相差較大，理化性質(zhì)和沸點(diǎn)也各不同[14]。溶劑正己烷的沸點(diǎn)在70 ℃以下，設(shè)置柱溫箱初始溫度為80 ℃，發(fā)現(xiàn)PCB28 和PCB52 色譜峰出現(xiàn)明顯的拖尾現(xiàn)象，且整體分析時(shí)間較長。隨著初始溫度升高，PCBs 出峰時(shí)間提前，且PCB28 和PCB52 色譜峰拖尾現(xiàn)象減弱，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)PCBs 的響應(yīng)值隨初始溫度升高先增加后減弱，在初始溫度為120 ℃時(shí)PCBs 的響應(yīng)值最大。考慮到9 種PCBs 的沸點(diǎn)均大于180 ℃，故將第二段溫度設(shè)置為180 ℃。為提高檢測效率，將第一步升溫速率由10 ℃/min 提高到20 ℃/min，發(fā)現(xiàn)對色譜峰影響不大，進(jìn)一步提高第一步升溫速率，基線波動(dòng)較大。將第二步升溫速率由5℃/min 提高到10℃/min，發(fā)現(xiàn)PCB138 和PCB153 不能完全分離。綜合考慮PCBs 組分的氣化、色譜峰延展情況，最終確定1.2 的色譜條件，在該條件下所有目標(biāo)物均能達(dá)到基線分離，并且分子離子峰具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性。9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖如圖1所示，加標(biāo)樣品溶液色譜圖如圖2 所示。

圖1 9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

圖2 加標(biāo)樣品溶液色譜圖

2.2 質(zhì)譜條件選擇

提高離子源溫度會(huì)增加分析靈敏度，特別是沸點(diǎn)高的物質(zhì)，離子化效率隨溫度升高而增大[15]。不同離子源溫度對應(yīng)的PCBs 色譜峰面積如圖3 所示。

圖3 不同離子源溫度時(shí)多氯聯(lián)苯的色譜峰面積

由圖3 可知，PCBs 色譜峰面積隨著離子源溫度升高而增大，尤其是高氯代PCBs 更為明顯。當(dāng)離子源溫度為280 ℃時(shí)，9 種PCBs 色譜峰面積均達(dá)到一萬以上，繼續(xù)升高溫度，色譜峰面積增加不明顯，反而影響燈絲壽命，綜合考慮，選擇離子源溫度為280 ℃。

2.3 萃取溶劑選擇

分別考察二氯甲烷、正己烷-二氯甲烷(體積比為1∶1)、正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)、正己烷4 種萃取溶劑對目標(biāo)物的回收率。將已知質(zhì)量濃度的9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液加入至1 L 純水中，攪拌均勻，配制成質(zhì)量濃度為150 ng/L 的加標(biāo)樣品溶液，依照1.4 方法處理，在1.2 儀器工作條件下分別測定，計(jì)算9 種PCBs 的回收率，結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可知，對于低氯代PCBs，以二氯甲烷或正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)為萃取溶劑時(shí)回收率較高；對于中氯代PCBs，采用4 種萃取溶劑的回收率相近；對于高氯代PCBs，以正己烷或正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)為萃取溶劑時(shí)回收率較高。根據(jù)相似相溶原理，多氯聯(lián)苯屬于弱極性化合物，正己烷、二氯甲烷屬于非極性溶劑，且二氯甲烷極性比正己烷強(qiáng)[16]，同時(shí)考慮到以正己烷-二氯甲烷(體積比4∶1)為萃取溶劑時(shí)9 種PCBs 的回收率均達(dá)到90%以上，明顯高于其它萃取溶劑，故選擇正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)作為萃取溶劑。

圖4 不同萃取溶劑時(shí)9 種PCBs 的回收率

2.4 萃取次數(shù)選擇

將已知濃度的9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液加入1 L 純水中，攪拌均勻，配制成質(zhì)量濃度為150 ng/L 的加標(biāo)樣品溶液，依照1.4 方法分別萃取1、2、3 次，在1.2 儀器工作條件下測定，計(jì)算9 種PCBs 的回收率，考察不同萃取次數(shù)對PCBs 回收率的影響，結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，PCBs 的回收率隨著萃取次數(shù)的增加而增加，當(dāng)萃取次數(shù)超過2 次時(shí)，PCBs的回收率提高不明顯，且PCBs 的回收率均可達(dá)到90%以上?？紤]到有機(jī)溶劑用量大，耗時(shí)長，易對人體和環(huán)境造成危害，選擇萃取次數(shù)為2 次。

圖5 不同萃取次數(shù)時(shí)9 種PCBs 的回收率

2.5 線性方程與檢出限

在1.2 儀器工作條件下，分別對9 種PCBs 系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定，以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)化合物質(zhì)量濃度的比值為橫坐標(biāo)(X)，以目標(biāo)化合物定量離子與內(nèi)標(biāo)化合物定量離子響應(yīng)值的比值為縱坐標(biāo)(Y)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算線性方程和相關(guān)系數(shù)。依據(jù)HJ 168—2010 《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》附錄A 特性指標(biāo)確定方法，取1 mL 質(zhì)量濃度為10.0 μg/L 的PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到1 L 純水中，按1.4 方法依次進(jìn)行萃取、凈化、氮吹濃縮至1 mL，在1.2 儀器工作條件下平行測定6 次，計(jì)算方法檢出限，以4 倍檢出限作為定量限。9 種PCBs 質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限見表2。

表2 9 種PCBs 質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

2.6 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

量取1 L 純水加入至分液漏斗中，分別加入已知質(zhì)量濃度的9 種PCBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使水樣中目標(biāo)物的質(zhì)量濃度分別為10、200、500 ng/L，按1.4方法處理，在1.2 儀器工作條件下分別進(jìn)行測定。重復(fù)以上步驟，連續(xù)測定6 個(gè)樣品，計(jì)算加標(biāo)回收率及測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表3。由表3可知，9 種PCBs 回收率均大于90%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%～9.1%，測量精密度與準(zhǔn)確度滿足分析要求。

表3 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

采用液液萃取，硫酸凈化，建立了同時(shí)測定地下水中9 種多氯聯(lián)苯的氣相色譜-質(zhì)譜法。該方法簡單、快捷，靈敏度高，準(zhǔn)確度好，對儀器配置要求低，可以作為GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中9 種多氯聯(lián)苯測定的參考方法。