小體積液液萃取-氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法測定地下水中32種半揮發(fā)性有機(jī)污染物

周宇齊，鐘旭，宋洲，羅火焰，盧顯鵬，吉義平

［1.湖北省地質(zhì)實驗測試中心，武漢 430034； 2.湖北華祥地質(zhì)環(huán)境檢測科技有限公司，武漢 430000；3.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點實驗室（湖北省地質(zhì)局），武漢 430034］

隨著人類活動對環(huán)境影響的加深，如處理不當(dāng)大量有毒有害廢棄物直接排放滲透到地下，使地下水受到不同程度的污染[1-3]，因此地下水環(huán)境監(jiān)測工作受到廣泛關(guān)注[4]，監(jiān)測指標(biāo)也由傳統(tǒng)的39 項增加至93項(GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)。其中，半揮發(fā)性有機(jī)污染物(SVOCs)增幅最大。這類物質(zhì)種類多、極性差別大，目前尚沒有針對性的分析檢測標(biāo)準(zhǔn)，亟需開發(fā)配套分析檢測方法。

液液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法在水體SVOCs檢測中應(yīng)用廣泛[5-7]，已成功實現(xiàn)地下水中32 種SVOCs 的準(zhǔn)確測定[8]。但是常規(guī)液液萃取需要水樣量較大(通常為1 000 mL)，有機(jī)溶劑消耗大(通常為100 mL)，流程較長(通常反復(fù)萃取3 次)[8-11]。采用小體積液液萃取能夠有效減少水樣量和降低有機(jī)溶劑消耗[12-16]，劉慧杰[12]通過加入1.0 mL 正己烷到100 mL 水樣中，振蕩萃取水中11 種有機(jī)氯農(nóng)藥，方法回收率為81.5%～118%，但是針對的SVOCs 種類較為單一。余蕾等[17]成功地將目標(biāo)物擴(kuò)充至44 種，然而所采用的水樣體積仍有100 mL，同時以二氯甲烷為溶劑進(jìn)行萃取，分層后有機(jī)相位于下層，取樣測試不便。隨著水樣體積的減小，目標(biāo)物富集濃縮倍數(shù)亦隨之降低，為保證其檢出，需要開發(fā)高靈敏度的分析方法。與氣相色譜-質(zhì)譜法相比，氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法能夠顯著降低背景干擾，大幅度提高分析的靈敏度，近年來已在大氣[18]、水[17,19]、土壤[20]和食品[21-22]等檢測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

為進(jìn)一步減少水樣量和降低有機(jī)溶劑消耗，同時便于后續(xù)取樣測試，筆者通過優(yōu)化萃取溶劑種類及比例，建立氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法測定地下水中32 種SVOCs，以期實現(xiàn)目標(biāo)物快速、高效檢測，為地下水污染調(diào)查提供技術(shù)支撐。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀：Thermo Fisher Trace 1310氣相色譜儀，TSQ8000Evo三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國賽默飛世爾科技公司。

渦旋混勻儀：MX-S型旋渦混合器，美國賽洛捷克儀器有限公司。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：9 種多氯聯(lián)苯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg/L，介質(zhì)為正己烷，編號為CDGG-135296-01)，64 種SVOCs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(2 000 mg/L，介質(zhì)為二氯甲烷，編號為CDGG-111115-03)，8種有機(jī)氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg/L，介質(zhì)為甲苯，編號為CDGG-131840-03)，11 種農(nóng)殘混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg/L，介質(zhì)為甲苯，編號為CDGG-134756-05)，七氯標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg/L，介質(zhì)為正己烷，編號為CDAA-S-411076)，5種氘代多環(huán)芳烴內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(2 000 mg/L，介質(zhì)為二氯甲烷，編號為CDGG-110055-02)，莠去津-D5 標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L，介質(zhì)為乙腈，編號為CDAA-440008D5)，2-氟聯(lián)苯(2 000 mg/L，介質(zhì)為二氯甲烷，編號為CDGG-010008-06)，對三聯(lián)苯-D14(2 000 mg/L，介質(zhì)為二氯甲烷，編號為CDGG-010009-01)，2,4,5,6-四氯間二甲苯(TCMX)標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L，正己烷介質(zhì)，編號為CDEZ-M-8082-SS-10X)，上海安譜實驗科技有限公司。

正己烷、丙酮、二氯甲烷、甲苯：均為色譜純試劑，美國費希爾試劑有限公司。

無水硫酸鈉、氯化鈉：均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，使用前于450 ℃加熱4 h。

實驗用水均為超純水，由Milli-Q 超純水儀制備。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

色譜柱：DB-5MS UI 型柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司)；進(jìn)樣口溫度：300 ℃；傳輸線溫度：300 ℃；程序升溫：45 ℃保持2 min，以12 ℃/min 速率升至180 ℃，再以6 ℃/min 速率升至300 ℃，保持7 min；載氣流量：1.0 mL/min；進(jìn)樣方式：脈沖不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣脈沖壓力275 kPa；進(jìn)樣體積：1 μL。

1.2.2 質(zhì)譜條件

離子源：電子轟擊離子源(EI)；離子源溫度：300 ℃；溶劑延遲：9.5 min；檢測模式：選擇反應(yīng)監(jiān)測(SRM)模式；各組分離子對和碰撞能由儀器自動優(yōu)化所得，見表1。

表1 32種SVOCs二級質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 Secondary mass spectrometry parameters of 32 SVOCs

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液：分別取9 種多氯聯(lián)苯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、8種有機(jī)氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、11種農(nóng)殘混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、七氯標(biāo)準(zhǔn)溶液各100 μL，64 種SVOCs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及2-氟聯(lián)苯、對三聯(lián)苯-D14混合標(biāo)準(zhǔn)溶液各5 μL，TCMX標(biāo)準(zhǔn)溶液10 μL于100 mL容量瓶中，用二氯甲烷-正己烷(體積比為1∶1，下同)定容至標(biāo)線，得到100 μg/L 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液Ⅰ。取100 μL 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液Ⅰ，用二氯甲烷-正己烷定容至1 mL，得10 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液Ⅱ。

內(nèi)標(biāo)使用液：取5 種氘代多環(huán)芳烴內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液50 μL 和莠去津-D5標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μL 于100 mL 容量瓶中，用二氯甲烷-正己烷定容至標(biāo)線，得到1 mg/L 內(nèi)標(biāo)使用液Ⅰ。取100 μL 內(nèi)標(biāo)使用液Ⅰ用二氯甲烷-正己烷定容至1 mL，得到100 μg/L 內(nèi)標(biāo)使用液Ⅱ。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別取50、100、200 μL 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液Ⅱ和50、100、200 μL 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液Ⅰ，各加入100 μL 內(nèi)標(biāo)使用液Ⅱ，用二氯甲烷-正己烷定容至1 mL，配制得到32種SVOCs的質(zhì)量濃度均分別為0.5、1、2、5、10、20 μg/L系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.4 實驗步驟

1.4.1 樣品采集與保存

根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)采集地下水樣品，密封避光于0～4 ℃冷藏保存運輸，7 d內(nèi)完成萃取。

1.4.2 樣品預(yù)處理

量取20 mL水樣于50 mL離心管中，加入2 g氯化鈉，手動振蕩至完全溶解，加入2-氟聯(lián)苯、對三聯(lián)苯-D14 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液作為替代物，再加入2 mL 二氯甲烷-正己烷(體積比為1∶1)，渦旋萃取60 s，靜置1 min，分層，吸取1.0 mL上層有機(jī)相，加入內(nèi)標(biāo)使用液Ⅱ后待上機(jī)分析。

1.4.3 定量計算

在1.2色譜條件下，測定系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中32 種半揮發(fā)性有機(jī)物的色譜峰面積，以內(nèi)標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取溶劑選擇

對于32 種SVOCs 的萃取，采用二氯甲烷和正己烷混合溶劑萃取效果較好[8]。分別考察不同體積比的二氯甲烷和正己烷對32 種SVOCs 的萃取效果，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，當(dāng)二氯甲烷與正己烷體積比為3∶1時，32種SVOCs的回收率為76.2%～106%，此時有機(jī)相處于上層；當(dāng)二者體積比為1∶1 時，32 種SVOCs 的回收率為76.3%～109%，此時振蕩后靜置分層速度加快；當(dāng)二者體積比為1∶3 時，32 種SVOCs 的回收率為81.2%～135%，其中2，4，6-三氯酚結(jié)果偏高。綜合考慮，選擇二氯甲烷-正己烷體積比為1∶1的混合溶劑進(jìn)行萃取。

圖1 不同萃取溶劑種類時32種SVOCs回收率Fig.1 Recovery rates of 32 SVOCs at different kinds of extraction solvent

分別選擇0.5、1、2、3 mL萃取溶劑，進(jìn)一步考察32 種SVOCs 的萃取效果，結(jié)果如圖2 所示。由圖2可以看出，當(dāng)萃取溶劑用量為0.5、1 mL 時，32 種SVOCs 的回收率分別為79.6%～106%、94.4%～114%，但由于萃取溶劑體積較小，靜置分層后轉(zhuǎn)移操作困難，同時測試時需要使用內(nèi)插管。當(dāng)萃取溶劑使用體積為2、3 mL 時，32 種SVOCs 的回收率分別為76.3%～109%、71.5%～103%，從節(jié)省萃取溶劑的角度考慮，選擇萃取溶劑的用量為2 mL。

圖2 不同萃取溶劑用量時32種SVOCs回收率Fig.2 Recovery rates of 32 SVOCs at different extraction solvent dosage

2.2 萃取時間選擇

采用渦旋方式進(jìn)行萃取，分別選擇渦旋時間為30、60、90 s 進(jìn)行試驗，32 種SVOCs 的回收率如圖3所示。由圖3可以看出，當(dāng)渦旋30 s時，32種SVOCs的回收率為73.2%～137%，部分目標(biāo)物如2，4，6-三氯酚回收率波動較大，可能是由于萃取時間過短，未達(dá)到分配平衡所致。當(dāng)渦旋60 s、90 s 時，32 種SVOCs 的回收率分別為76.3%～109%和66.6%～118%，從節(jié)省萃取時間和提高萃取效率的角度考慮，選擇渦旋時間為60 s。

圖3 不同渦旋萃取時間時32種SVOCs回收率Fig.3 Recovery rates of 32 SVOCs at different vortex extraction times

2.3 儀器工作條件優(yōu)化

色譜條件優(yōu)化參照前期工作[8]，32 種SVOCs 的離子對和碰撞能由儀器自動優(yōu)化所得，優(yōu)化結(jié)果見1.2。

在優(yōu)化的儀器工作條件下，32種SVOCs標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白樣品溶液和加標(biāo)樣品溶液色譜圖如圖4 所示。由圖4 可以看出，32 種SVOCs 分離效果良好，滿足實際樣品測定要求。

圖4 32種SVOCs標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白樣品溶液和加標(biāo)樣品溶液色譜圖Fig.4 Chromatograms of 32 SVOCs standard solutions， blank sample solutions， and spiked sample solutions

2.4 方法線性方程、檢出限

在1.2 色譜條件下，對1.3 中的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測定，以32 種SVOCs 質(zhì)量濃度與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度比值為橫坐標(biāo)，以對應(yīng)響應(yīng)色譜峰面積比值為縱坐標(biāo)，繪制32種SVOCs標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計算線性方程和相關(guān)系數(shù)。

根據(jù)HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》，連續(xù)測定7個接近預(yù)期方法檢出限濃度的空白加標(biāo)樣品，利用測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差乘以3.143計算方法檢出限，以4倍檢出限換算得到定量限。32 種SVOCs 質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表2。

表2 32種SVOCs質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、儀器檢出限及方法檢出限Tab.2 Linear range of 32 SVOCs mass concentrations, linear equation, correlation coefficients,instrument detection limit and method detection limit

2.5 加標(biāo)回收與精密度試驗

選擇空白水樣，添加低、中和高3個質(zhì)量濃度水平的目標(biāo)物，每個質(zhì)量濃度水平平行測定6次，計算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表3。由表3 可知，32種半揮發(fā)性有機(jī)物的平均加標(biāo)回收率為72.5%～129%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.65%～21.1%，說明該方法的精密度和準(zhǔn)確度均滿足地下水環(huán)境檢測的要求。

表3 加標(biāo)回收與精密度試驗結(jié)果Tab.3 Results of spiked recovery and precision test

2.6 方法比對

該方法與其它小體積液液萃取方法對比結(jié)果見表4。由表4可知，該方法在滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)中32 種SVOCs 檢測要求的基礎(chǔ)上，有效降低了水樣用量和萃取溶劑用量，同時降低了有毒試劑二氯甲烷的用量，并使有機(jī)相處于上層更便于后續(xù)轉(zhuǎn)移檢測。

表4 方法比對試驗結(jié)果Tab.4 Method comparison of test results

3 結(jié)語

建立了小體積液液萃取-氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法測定地下水中32 種半揮發(fā)性有機(jī)污染物（SVOCs）的方法。萃取溶劑為二氯甲烷-正己烷，二者體積比為1∶1，用量為2 mL，渦旋萃取時間為60 s。該方法取樣量和有機(jī)溶劑消耗量少、方法靈敏度、準(zhǔn)確度及精密度均滿足地下水測定要求，適合大批量地下水樣品中32種SVOCs的快速測定。