氣相色譜-質譜法測定水中兩種多氯聯苯

陳 晨，趙志強

（天津市生態環境監測中心，天津 300191）

多氯聯苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）是一類由人工合成的氯代大分子化合物，根據氯原子取代位置及數量不同，依次以PCB1～PCB209命名[1]。PCBs 具有生物毒性和半揮發性，能夠隨環境介質進行遷移，造成全球性污染，對生態系統和人體健康造成巨大威脅[2-5]。我國對水中PCBs的濃度總量有著嚴格的控制要求，PCBs 的分析檢測方法也因此成為業內關注的熱點。《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）中規定：多氯聯苯（總量）為包括PCB194 和PCB206 在內的9 種多氯聯苯單體的加和。現行行業標準《水質多氯聯苯的測定氣相色譜-質譜法》（HJ 715—2014）及相關文獻[6-8]的目標化合物中不包括PCB194 和PCB206 兩種多氯聯苯，因此需要建立與之對應的分析方法，確保相關監測工作的順利開展。

常見的PCBs 分析方法有氣相色譜法和氣相色譜-質譜法兩種。氣相色譜法[9-10]使用電子捕獲檢測器，根據保留時間定性，外標法定量。由于PCBs 化合物種類繁多，而且大多存在于基質復雜的水樣中，氣相色譜法譜圖中會出現非常多的雜峰，化合物的識別和數據處理都十分困難，容易出現假陽性。本實驗使用的氣相色譜-質譜法根據保留時間和特征離子定性，內標法定量，可以準確找到目標化合物，抗干擾能力強，沒有假陽性的風險，更適合用于PCBs 的測定。

常見的水樣前處理方法包括固相萃取法[11]和液液萃取法[12]。其中液液萃取法操作簡單，耗時短，儀器耗材成本低，雖然檢出限和重復性略遜于固相萃取法，但是完全可以滿足《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）、《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）和《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）等標準對檢出限的要求，因此選擇液液萃取法作為提取方法開展本實驗。

1 實驗部分

1.1 試劑和材料

正己烷、丙酮：農殘級；氯化鈉、無水硫酸鈉：在450 ℃下加熱4 h，置于干燥器中冷卻至室溫，密封保存于干凈的試劑瓶中；硫酸：ρ=1.84 g/mL；弗羅里硅土凈化柱：市售，1000 mg/6 mL。

PCB194 標準溶液：ρ=10 μg/mL，溶劑為正己烷（LGC）；PCB206 標準溶液：ρ=100 μg/mL，溶劑為正己烷（o2si）；內標標準溶液(IS)：PCB156-2′,6,6′-d3，ρ=100.0 μg/mL（Accustandard）；替代物標準溶液(SS)：PCB114-2′,3′,5′,6′-d4，ρ=100.0 μg/mL（Accustandard）。

1.2 儀器條件

氣相色譜-質譜儀：安捷倫8890/5977B；色譜柱：DB-5MS（30 m ×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度：270 ℃；傳輸線溫度：270 ℃；載氣：氦氣；進樣模式：不分流進樣1 min；柱流量（恒流模式）：1.2 mL/min。升溫程序：初始溫度120 ℃，保持1 min，然后以20 ℃/min 升溫至180 ℃，再以5 ℃/min 升溫至280 ℃，保持20 min。

離子源：EI 源（電子轟擊）；離子源溫度：250 ℃；傳輸線溫度：270 ℃；四級桿溫度：150 ℃。掃描方式：選擇離子掃描（SIM）。選擇離子掃描分為4段，分段情況見表1，選擇離子參見表2。

表1 選擇離子掃描分段Tab.1 Step-scan of selected ion monitoring

表2 目標化合物測定參考參數Tab.2 Reference parameters for target compound determination

1.3 實驗步驟

準確量取水樣1 L 至分液漏斗中，加入替代物，調節水樣的pH 值至5～9，加入20 g 氯化鈉，完全溶解后用正己烷萃取，收集萃取液經干燥柱脫水后濃縮至10 mL。依次采取硫酸凈化、弗羅里硅土固相萃取柱凈化。收集淋洗液，將淋洗液濃縮至1.0 mL 以下，加入內標，再用正己烷定容至1.0 mL，轉移到樣品瓶中待分析。

2 結果與討論

2.1 萃取次數對實驗結果的影響

量取1 L 空白水樣，加入固定濃度的標準溶液，得到空白加標樣品。分別萃取1 次、2 次、3次、4 次，每次使用正己烷40 mL，比較不同萃取次數的影響。每種萃取次數均平行測定3 次，取平均值計算加標回收率，測定結果見表3。

表3 不同萃取次數加標回收率測定結果Tab.3 The results of the standard addition recovery rate of different extraction times

根據結果可知，為得到較為理想的回收率，至少需要重復萃取3 次，減少萃取次數會顯著降低回收率；萃取3 次以上對回收率無顯著提升，但是會增加試劑和時間的消耗。因此選擇重復萃取3 次更為合理。

2.2 內標和替代物的選擇

使用氣相色譜-質譜法測定多氯聯苯常用的內標為PCB77-d6 和PCB156-2′,6,6′-d3；替代物為PCB28-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB114-2′,3′,5′,6′-d4，向含有目標化合物PCB194 和PCB206 的樣品中加入這四種物質，測定結果見圖1。

從圖1 可以看出，PCB28-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB77-d6 出峰較早，與目標化合物分子量差異較大，不適合作為本方法的內標和替代物。PCB114-2′,3′,5′,6′-d4 和PCB156-2′,6,6′-d3 與目標化合物出峰時間接近，化學性質相似，且氘代化合物不會出現在樣品中影響測定結果。因此本實驗選擇PCB114-2′,3′,5′,6′-d4 作為替代物、PCB156-2′,6,6′-d3 作為內標開展實驗。

圖1 內標和替代物選擇總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of IS &SS

2.3 干擾和消除

實際樣品中可能存在的色素、油類、脂肪類雜質會影響色譜柱對目標化合物的分離效果，干擾測定結果，可采用硫酸和弗羅里硅土固相萃取柱對水樣進行凈化。

向含PCB194 和PCB206 的水樣中加入不同濃度的其他18 種PCBs 的混合標液作為干擾物進行實驗，測定結果見圖2。

圖2 干擾實驗總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of interference test

由圖2 可知，經過凈化，目標物PCB194 和PCB206 能夠被分離和檢測且峰形較好；同時，由于PCB194 和PCB206 分子量大，保留時間長，與其他18 種PCBs 的測定結果不會相互干擾。

2.4 標準曲線的繪制

分別吸取不同體積的標準溶液和替代物標準溶液，配制成濃度為10.0 μg/L、20.0 μg/L、50.0 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、500 μg/L 的標準系列，并加入5.0 μL 內標使用液，用正己烷稀釋至1.0 mL進行分析，得到目標化合物的質譜圖。以目標化合物濃度與內標化合物濃度的比值為橫坐標，以目標化合物定量離子的響應值與內標化合物定量離子的響應值的比值為縱坐標，繪制標準曲線，結果見表4。

表4 多氯聯苯標準曲線測定結果Tab.4 Polychlorinated biphenyl standard curve determination results

由表4可知，PCB194和PCB206 在10～500μg/L范圍內線性關系良好，標準曲線的相關系數r 均為0.998。

2.5 檢出限的測定

向1 L 空白水樣中加入PCB194、PCB206 標準溶液，得到濃度為10 ng/L 的加標樣品。同時制備7 份樣品，按方法要求的步驟測定，進行方法檢出限實驗。

按照檢出限公式MDL=t(n-1,0.99)×s 計算方法檢出限，做7 次平行樣品分析。式中：n 為重復樣品數；t(n-1,0.99)為置信度99%、自由度（n-1）時的t 值，當n=7 時，t 值取3.143；s 為標準偏差，得到多氯聯苯的檢出限結果見表5。

表5 多氯聯苯檢出限測定結果Tab.5 The detection limit of polychlorinated biphenyls

由表5 得到，PCB194 的方法檢出限為1.7 ng/L，PCB206 的方法檢出限為1.8 ng/L。規定測定下限為4 倍檢出限，PCB194 測定下限為6.8 ng/L，PCB206 測定下限為7.2 ng/L。

2.6 精密度和準確度的測定

分別量取1 L 水樣至分液漏斗中，加入一定量的PCB194、PCB206 標準溶液，使水樣中的目標物濃度分別為10 ng/L、200 ng/L 和500 ng/L，每個濃度制備6 個樣品。經萃取、凈化后定容至1.0 mL，進行測定。計算加標回收率驗證準確度，計算相對標準偏差驗證精密度，結果見表6。

表6 多氯聯苯準確度和精密度測定結果Tab.6 polychlorinated biphenyls accuracy and precision determination results

根據表6，得到PCB194 和PCB206 在三個濃度水平的加標回收率分別為92.0%、78.0%～83.0%和82.8%～95.0%,相對標準偏差分別為5.3%～5.7%、2.0%～2.8%和6.1%～7.0%。

3 結論

本文建立了液液萃取/氣相色譜-質譜法測定水中PCB194 和PCB206 兩種多氯聯苯的方法。PCB194 和PCB206 方法檢出限分別為1.7 ng/L和1.8 ng/L，測定下限分別為6.8 ng/L 和7.2 ng/L，相對標準偏差2.0%～7.0%，加標回收率78.0%～95.0%。本方法操作簡單，抗干擾能力強，結果重現性好，滿足《地下水質量標準》（GB/T 14848—2017）中的相關要求，可以用于地下水樣品的測定，為開展相關工作提供技術支持。