加速溶劑提取氣-質聯用分析土壤中的多環芳烴

王新成，趙 金，趙汝松，程傳格

1．濰坊市環境監測中心站，山東濰坊261041

2．山東省分析測試中心，山東濟南250014

多環芳烴(PAHs)，是較早被發現和研究的一類化學致癌物［1-3］。PAHs具有疏水性、蒸汽壓小及辛醇-水分配系數高的特點。隨著PAHs苯環數量的增加，其致癌性和脂溶性增強，水溶性減少，在環境中存在的時間更持久，遺傳毒性更高。目前，大多數國家都將多環芳烴列為環境監測的重要內容之一。中國環保部和美國環保總署都確定了PAHs為優先監測的污染物［1-3］。

傳統的樣品提取方法，具有有機溶劑消耗量大(200～300 mL)、萃取時間長(8～24 h)、成本高等缺點［4］。加速溶劑提取(ASE)是一種在較高溫度和較大壓力下用溶劑萃取固體或半固體的樣品前處理新方法，具有有機溶劑用量少(30～100 mL)、萃取速度快(10～15 min)、自動化程度高等優點，已廣泛應用于土壤樣品的前處理［5-8］。當前土壤中PAHs的凈化方法大多采用硅膠柱，需耗費大量的有機溶劑，而且人工填充硅膠不夠密實和重現性差，遇到復雜基質時凈化效果難以保證。凝膠滲透色譜(GPC)是由Bio-Beads S-X3樹脂利用空間排阻對復雜樣品中的干擾進行凈化分離的一種新技術，具有分離效果好、重復性好、樣品回收率高等優點［9-14］。

基于以上考慮，采用加速溶劑提取、凝膠滲透色譜凈化和氣相色譜-質譜聯用技術，建立了土壤中16種多環芳烴的新分析方法。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

DIONEX ASE300快速溶劑萃取儀(美國)，LC Tech GPC ULTRA凝膠滲透色譜凈化儀(德國)，Agilent 6890N-5973N氣相色譜-質譜聯用儀(配電子轟擊電離源和自動進樣器，美國)，HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm)。

PAHs混合標樣(100 μg/mL，百靈威試劑公司);替代物：2-氟苯酚、D5-苯酚、D5-硝基苯、2-氟聯苯、三溴苯酚、D14-三聯苯(百靈威試劑公司);內標物：D4-1、4-二氯苯、D8-萘、D10-苊、D10-菲、d10-?、D12-芘(百靈威試劑公司);二氯甲烷、正己烷、丙酮(農殘級);無水硫酸鈉(分析純)，于馬弗爐450℃加熱4 h，除去水分及吸附于表面的有機物，冷卻至室溫于干燥器中保存;普氮。

1.2 加速溶劑提取

準確稱取20 g新鮮土壤樣品，與20 g無水硫酸鈉充分混合，研磨混勻后，將樣品裝入66 mL萃取池中，加入10 μL替代物，以二氯甲烷/正己烷/丙酮混合液(體積比為2∶2∶1)為溶劑進行萃取。

ASE萃取條件：提取溫度100℃，系統壓強10.34 MPa，加熱時間5 min，靜態萃取時間5 min，用溶劑快速沖洗樣品，清洗體積39.6 mL(占萃取池體積的60%)，氮氣吹掃收集全部提取液與系統清洗液，時間60 s，循環次數1次。

1.3 凝膠滲透色譜凈化

向ASE提取的樣品提取液中加入適量無水硫酸鈉，以除去提取液中的水分，將樣品提取液轉入250mL雞心瓶并經旋轉蒸發儀濃縮至10 mL以下，用二氯甲烷定容至10 mL。減壓濃縮條件：真空度0.07～0.08 MPa，旋蒸水浴溫度30℃。

將定容好的樣品提取液上GPC凈化。GPC的上樣體積為7 mL，收集350 s至980 s的干凈提取液至自動定量濃縮儀轉成濃縮模式，用正己烷定容，定容體積1 mL。轉移至棕色進樣瓶，加入20 μL內標物，供GC-MSD測定。

GPC條件：凝膠柱 300 mm×25 mm，Bio-Beads S-X3作為柱填料;二氯甲烷作為流動相;柱流速5.0 mL/min;樣品定量環為5 mL。

1.4 GC-MSD分析條件

色譜條件：HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm);載氣為高純氦氣(純度 ＞99.999%);進樣口溫度290℃，脈沖不分流進樣，進樣脈沖壓力206.85 kPa維持0.5 min，0.75 min時吹掃，吹掃壓力50 mL/min，進樣量1 μL;柱流速1.0 mL/min，恒流模式;柱箱溫度為程序升溫，初始溫度60℃，保持1 min，以20℃/min升溫到150℃，保持 8 min，再以 10℃/min升溫到200℃，保持 5 min。再以 7℃/min升溫到290℃，保持5 min。

質譜條件：采用電子轟擊電離方式(EI)進行離子化，EI電離能量70 eV，離子源溫度230℃;四極桿溫度150℃;傳輸線溫度280℃;溶劑延遲3.50 min。質譜選擇離子條件如表1。

表1 質譜離子選擇表

2 結果與討論

2.1 加速溶劑提取條件選擇

2.1.1 萃取溶劑的選擇

在PAHs分析方法中，普遍應用的萃取溶劑是使用一定配比的混合溶劑來萃取多環芳烴。比較用二氯甲烷/正己烷混合液(體積比為1∶1)、二氯甲烷/丙酮混合液(體積比為1∶1)、二氯甲烷/正己烷/丙酮混合液(體積比為2∶2∶1)萃取土壤中的16種多環芳烴。結果顯示，使用二氯甲烷/正己烷/丙酮混合液的萃取回收率為81.7% ～99.6%，效果優于前兩者，適合于土壤中多環芳烴的萃取。

不同萃取溶劑的萃取回收率見表2。

表2 不同萃取溶劑的萃取回收率 %

2.1.2 萃取方法的優化

對ASE提取條件進行優化，比較了不同提取溫度、不同循環次數對目標化合物提取回收率的影響。同一萃取條件下，分別于 60、80、100、120、140、180℃條件下對空白樣品進行添加提取，結果表明，隨著溫度的增加回收率有所下降，結合實際土壤樣品的特點以及提取溶劑的沸點等特性，最終選取萃取溫度為100℃。同一萃取條件下分別對循環 1、2、3次條件比較，用 4種替代物(d-萘，d-苊，d-?，d-二苯并［a，b］蒽)的回收率作為指示，結果表明，3次循環時化合物回收率明顯偏低，1次循環時低環數多環芳烴的回收率比2次循環提取時要高，而高環數多環芳烴的回收率相差不大，綜合考慮實際樣品提取效果選取循環1次。

2.2 GC-MSD條件選擇

初始以10℃/min從60℃升到290℃，發現菲/蒽;苯并［b］熒蒽/苯并［k］熒蒽;苯并［a］蒽/?之間分離不理想，無法準確定量。后以2℃/min升溫分離理想，但需2 h，時間太長，無實際應用價值。研究發現，菲/蒽在200℃左右出峰，所以在柱溫200℃時恒溫5 min，使其分離。同理，優化苯并［b］熒蒽/苯并［k］熒蒽與苯并［a］蒽/?的分離度，能滿足實驗要求。

2.3 方法的確證性實驗

考慮到儀器的靈敏度，同時考慮到在實際樣品檢測中的應用，將標準配成濃度為5、10、20、50、100、500 ng/mL的標準序列，以各多環芳烴目標化合物與內標物的峰面積比(y)對相對應的濃度比(x)繪制標準曲線。在石英砂中添加終濃度為5～15 μg/kg的目標化合物，平行6次按3倍信噪比計算檢出限(LOD)，按10倍信噪比計算定量限(LOQ)。方法的線性關系、檢出限和定量限結果見表3。表 3中的數據表明，在 5～500 ng/mL質量濃度范圍內，該方法線性關系良好，各種物質的相關性均較好;各PAHs目標化合物的檢出限為 1.1～12 μg/kg，定量限為 3.7～40 μg/kg。取6份石英砂，分別加入添加水平為100 μg/L的PAHs標準儲備液，用該方法分析，16種PAHs的回收率為76.6% ～96.8%，測定結果的相對標準偏差為2.9%～9.5%。

表3 PAHs線性關系和檢出限

2.4 實際樣品的分析

采用所建立的方法對多個公路旁的土壤樣品進行了分析測試，具體分析結果見表4。可見，土壤中多環芳烴的總濃度范圍為102.43～253.63 μg/kg，此值高于環境中的自然背景值(0.001 ～0.01 mg/kg)［12］。

表4 實際樣品的分析結果 mg/kg

3 結論

建立了加速溶劑提取-凝膠滲透色譜凈化-氣相色譜和質譜聯用快速分析土壤中16種多環芳烴的新方法。前處理方法省時省力、操作簡便、自動化程度高，大大縮短了分析時間及成本。方法表明，16種PAHs的回收率為76.6% ～96.8%，相對標準偏差為2.9% ～9.5%，分離效果好，靈敏度高，準確性好，精密度高，用內標法對化合物進行定量分析，減少了儀器波動和定容引起的誤差。應用于多個環境樣品的分析測試，結果滿意，說明此方法適合于大批量土壤樣品中多環芳烴的快速檢測。

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