摘要 建立同時(shí)檢測農(nóng)用地土壤中 15 種多環(huán)芳烴、7 種多氯聯(lián)苯和 8 種有機(jī)氯農(nóng)藥的方法，對樣品前處理流程及儀器工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。樣品經(jīng)正己烷 – 二氯甲烷 (1∶1) 加速溶劑萃取，以硅酸鎂小柱凈化，二氯甲烷 – 正己烷(1∶4) 洗脫，用氣相色譜 – 質(zhì)譜法同時(shí)測定。各目標(biāo)化合物在質(zhì)量濃度在 5.0～500 μg／L 范圍內(nèi)相對響應(yīng)因子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于 9.3% ；平均加標(biāo)回收率為 60.3%～105.6%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 1.7%～12.8%(n=6)，方法檢出限為0.12～0.40 μg／kg。該方法快速、穩(wěn)健，凈化效果好，能滿足農(nóng)用地土壤中 30 種持久性有機(jī)污染物的檢測要求。

土壤是持久性有機(jī)污染物的主要環(huán)境介質(zhì)之一，對有機(jī)污染物起著儲(chǔ)藏和中轉(zhuǎn)的作用。目前多環(huán)芳烴 (PAHs)、多氯聯(lián)苯 (PCBs) 和有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs) 是我國土壤中三類典型的持久性有機(jī)污染物 (POPs)，可在大氣、地表水和地下水中相互遷移，通過生物富集和食物網(wǎng)對人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在危害，已引起著人們的高度關(guān)注。其中多氯聯(lián)苯和有機(jī)氯農(nóng)藥是斯德哥爾摩公約中優(yōu)先控制的持久性有機(jī)污染物，來源廣泛的多環(huán)芳烴則是世界上最早被認(rèn)識的一類化學(xué)致癌物，我國對美國環(huán)保署 (EPA) 所確定的 16 種優(yōu)先控制 PAHs 的來源及其在不同環(huán)境介質(zhì)中的含量、形態(tài)、行為、生物有效性和生態(tài)毒理等愈加重視。

國內(nèi)外測定土壤中上述 3 類持久性有機(jī)污染物的方法比較成熟，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)分析方法大都是對3 類化合物分別提取、凈化和測定。而針對土壤中 PAHs，PCBs，OCPs 多組分同時(shí)提取、凈化和測定的分析方法較少，現(xiàn)有同時(shí)測定的方法也主要集中于其中一類或兩類化合物，或者其它不同類型的環(huán)境樣品，如沉積物和動(dòng)物組織，大部分方法對大批量樣品處理的適用性仍存在一些問題，如 QuEChERS 方法的檢出限高，超聲萃取的效率低以及串聯(lián)質(zhì)譜的儀器成本高等。目前在大規(guī)模土壤質(zhì)量狀況調(diào)查任務(wù)中 ( 如土壤污染狀況詳查 )，面對大批量保存時(shí)間短、測試項(xiàng)目多的土壤有機(jī)樣品，分類測定的時(shí)效性將大打折扣，難以滿足《土壤污染防治法》和土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后對土壤環(huán)境監(jiān)測工作的更高要求，因此開發(fā)土壤中持久性有機(jī)污染多組分化合物同時(shí)快速測定的方法具有重要意義。

筆者在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上采用真空冷凍干燥儀批量預(yù)處理農(nóng)用地土壤樣品，利用具有溶劑使用少、萃取效率高、萃取時(shí)間短、在環(huán)境分析中有著廣泛應(yīng)用的加速溶劑萃取儀進(jìn)行自動(dòng)提取，經(jīng)優(yōu)化固相萃取條件后的硅酸鎂小柱凈化，結(jié)合氣相色譜 – 質(zhì)譜聯(lián)用儀，建立同時(shí)測定農(nóng)用地土壤中15 種多環(huán)芳烴、7 種多氯聯(lián)苯和 8 種有機(jī)氯農(nóng)藥的方法，該方法縮短了批量樣品的前處理時(shí)間，提高了土壤質(zhì)量狀況調(diào)查工作中上述三類有機(jī)污染物的快速監(jiān)測能力。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要儀器與試劑

氣相色譜 – 質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890B–5977B 型，配有 G4567A 自動(dòng)進(jìn)樣器及 MassHunter 定量分析軟件，美國安捷倫科技公司；

加速溶劑萃取儀：APLE–2000 型，北京吉天儀器有限公司；

15種PAHs，7種PCBs，8種OCPs標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：質(zhì)量濃度均為2000mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

4種氘代內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(IS) ：苊-d10、菲-d10、苊-d12、苝-d12，質(zhì)量濃度均為2000mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

替代物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(SS)：2- 氟聯(lián)苯、四氯間二甲苯、對 - 三聯(lián)苯d14、綠茵酸二丁酯，質(zhì)量濃度均為2000mg／L，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

正己烷、丙酮、二氯甲烷：農(nóng)殘級，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

硅酸鎂固相萃取小柱：1g／(6mL)，天津博納艾杰爾科技有限公司；

多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和有機(jī)氯農(nóng)藥土壤有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：編號分別為S0218，S1017和S220236，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；

硅藻土：375~850μm(20～40目 )，北京吉天儀器有限公司；

無水硫酸鈉：優(yōu)級純 ( 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 )，于400℃烘烤4h后裝入磨口玻璃瓶中，置于干燥器中備用。

1.2　樣品前處理

1.2.1　樣品采集及處理

土壤樣品采集后置于搪瓷中，挑除枝棒、葉片、石子等異物，充分混勻后用真空冷凍干燥儀進(jìn)行脫水，凍干后充分研磨、過850μm（20目）孔徑篩。

稱取10g樣品及一定量的硅藻土置于小燒杯中，充分混勻，裝填至萃取池中，添加100ng替代物進(jìn)行萃取。

1.2.2　萃取

（1）ASE 萃取條件。溶劑：正己烷 – 二氯甲烷( 體積比 1∶1) ；加熱溫度：100℃；萃取池壓力：10.3MPa(1 500 psi) ；預(yù)加熱平衡時(shí)間：5 min；靜態(tài)萃取時(shí)間：5min；溶劑淋洗體積分?jǐn)?shù)：60%；吹掃時(shí)間：60 s ；循環(huán)次數(shù)：2。（2）提取。將提取液在室溫下用氮吹儀柔和濃縮，并用正己烷換相定容至約2mL，待 SPE 小柱凈化。凈化條件：依次用 5 mL 二氯甲烷和 10 mL 正己烷淋洗和活化凈化柱，棄去流出液。待填料液面近干時(shí)，用玻璃巴式吸管將樣品完全轉(zhuǎn)移至已活化好的硅酸鎂小柱，再用 10 mL 20% 二氯甲烷 – 正己烷混合溶液洗脫，收集洗脫液柔和氮吹濃縮至 1.0mL，加入10μL(20μg／mL) 進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)，供GC–MS測定。

1.3　儀器工作條件

1.3.1 氣相色譜儀

色譜柱：HP–5MS 毛細(xì)管柱 (30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司 ) ；升溫程序：80℃（保持 2 min），以 20℃／min 升至 180℃（保持5 min），再以 20℃／min 升至 290℃（保持 6 min）；

進(jìn)樣口溫度：280℃；載氣流量：1.0 mL／min ；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣體積：1.0 μL。

1.3.2 質(zhì)譜儀

電子轟擊源 (EI) ；離子源溫度：230℃；離子化能量：70 eV ；傳輸線溫度：280℃；四級桿溫度：150℃；溶劑延遲時(shí)間：5 min ；以校準(zhǔn)曲線內(nèi)標(biāo)法、選擇離子監(jiān)控模式 (SIM) 定量。

1.4　質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

采取全程流程空白試驗(yàn)、有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析、平行樣分析、基體加標(biāo)回收率試驗(yàn)及替代物回收率控制圖等方式進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量控制，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

2　結(jié)果與討論

2.1 GC–MS 定性定量條件優(yōu)化

圖 1 為選擇離子掃描下，質(zhì)量濃度為 100 μg／L 的 15 種多環(huán)芳烴、7 種多氯聯(lián)苯和 8 種有機(jī)氯及其內(nèi)標(biāo) (IS 為 200 μg／L) 和替代混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流圖，總分析時(shí)間為 30 min，各化合物色譜峰編號及保留時(shí)間見表 1。

由圖 1 和表 1 可知，除替代物對 - 三聯(lián)苯 -d14和 p，p’-DDE 色 譜 柱 上 共 流 出 (19，20 號 峰 )，保留時(shí)間相同外，其余組分均可達(dá)到基線分離。因替代物對 - 三聯(lián)苯 -d14 和 p，p’-DDE 定性定量離子不同，不影響其同時(shí)分析，對 - 三聯(lián)苯 -d14 會(huì)產(chǎn)生m／z=246 的離子碎片，p，p’-DDE 定性定量離子碎片選擇時(shí)應(yīng)避免。由于檢測組分較多，為保證每種組分具有足夠的靈敏度，在 SIM 定量分析時(shí)將其分為 8組，每組選擇 2～4 個(gè)輔助離子作為定性離子，見表 1。

2.2　預(yù)處理、提取方法和提取溶劑的選擇

新鮮樣品直接提取雖可防止易揮發(fā)組分的損失和交叉污染，但樣品的均一性難以保證，水分的存在會(huì)增加繁瑣的除水步驟，也不利于樣品的固相萃取凈化，本實(shí)驗(yàn)采用冷凍干燥后篩分的方式進(jìn)行土壤樣品預(yù)處理。索氏提取為土壤中持久性有機(jī)物傳統(tǒng)的提取方法，批量處理樣品時(shí)，人力與時(shí)間成本較高，且消耗的有機(jī)溶劑較多，因此選擇綠色環(huán)保的加速溶劑萃取方式進(jìn)行自動(dòng)提取。

加速萃取過程溶劑體系的選擇是決定萃取效率的關(guān)鍵，對含有水分的濕樣，需要添加與水相溶的極性溶劑才能獲得良好的回收率。實(shí)驗(yàn)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上對比了正己烷 – 丙酮 ( 體積比 1∶1)及正己烷 – 二氯甲烷 ( 體積比為 1∶1) 對凍干土壤( 含水率小于 3%，平行測定 3 次 ) 中 30 種目標(biāo)組分提取效率的影響，結(jié)果顯示兩種溶劑體系對 30 種目標(biāo)組分的 ASE 提取效率無顯著性差別，見圖 2。

正己烷 – 二氯甲烷體系萃取液顏色較淺，共提雜質(zhì)較少，部分樣品甚至無色透明；正己烷 – 丙酮體系萃取液顏色較深，共提雜質(zhì)較多。在樣品充分真空冷凍干燥的前提下，本實(shí)驗(yàn)選用二氯甲烷 – 正己烷 (1∶1) 作為萃取溶劑。

2.3　固相萃取條件優(yōu)化

凈化是定性定量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)，凈化過程既要保證目標(biāo)組分的回收率，又要最大限度的去除干擾測定的雜質(zhì)，減少基體效應(yīng)，有效降低假陽性和假陰性，增加定量的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)采用基體加標(biāo)方式對比了不同溶劑體系及不同溶劑配比下固相萃取小柱的凈化效果，繪制洗脫曲線，見圖 3。

由圖 3 可知，10% 二氯甲烷 – 正己烷對極性相對較強(qiáng)的組分 δ- 六六六及茚并［1，2，3-cd］芘、二苯并［a，h］蒽和苯并［g，h，i］苝等組分洗脫效果差，將其完全洗脫需要較大的淋洗體積；增加洗脫體系極性，10 mL 20% 或 30% 二氯甲烷 – 正己烷洗脫液對各組分能獲得滿意的回收率，凈化效果較好，但二氯甲烷淋洗體系對標(biāo)準(zhǔn)中替代物綠茵酸二丁酯的洗脫效果差，隨著淋洗體系中二氯甲烷含量的增加，洗脫液的顏色變重，雜質(zhì)的去除效率降低。當(dāng)用2% 丙酮 – 正己烷作洗脫體系時(shí)，對一般土壤樣品凈化效果較好，10 mL 便能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對目標(biāo)組分及替代物回收率的要求，但對一些腐殖質(zhì)含量較高的土壤，其效果不如 20% 二氯甲烷 – 正己烷體系，凈化后的待測溶液往往還略帶顏色，這與史雙昕等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

3 種洗脫溶劑的凈化效果全掃描對比見圖 4。

由圖 4 可知，20% 二氯甲烷 – 正己烷洗脫體系能獲得更好的凈化效果。張烴等采用 2% 丙酮 –正己烷體系優(yōu)化了 22 種有機(jī)氯農(nóng)藥的 GC–MS 測定方法，而標(biāo)準(zhǔn)方法中使用較強(qiáng)的丙酮 – 正己烷體系 (10%) 洗脫 23 種有機(jī)氯農(nóng)藥，主要考慮 β- 硫丹、硫丹硫酸酯、異狄氏劑醛和異狄氏劑酮等較強(qiáng)極性組分在硅酸鎂小柱上有較強(qiáng)的保留性，但對大多數(shù)其它有機(jī)氯農(nóng)藥會(huì)造成過度洗脫。值得注意的是用正己烷 – 丙酮 (1∶1) 作萃取溶劑時(shí)萃取液凈化前溶劑置換步驟很關(guān)鍵，丙酮極性大，如凈化前未將丙酮置換完全，將會(huì)出現(xiàn)“穿透”現(xiàn)象，影響固相萃取柱的凈化效率。

過多的洗脫溶劑意味著降低 SPE 小柱的濃縮功能，不僅耗費(fèi)試劑，更不利于后續(xù)處理；過度洗脫的樣品易在進(jìn)樣口引發(fā) o，p’-DDT 和 p，p’-DDT的分解，導(dǎo)致測定結(jié)果偏離，增加儀器維護(hù)壓力，影響分析效率，也是制約樣品批量處理的關(guān)鍵。綜合考慮，選擇 20% 二氯甲烷 – 正己烷作洗脫溶劑，替代物綠茵酸二丁酯可更換為氘代 p，p’-DDT。

2.4　方法檢出限及基體加標(biāo)試驗(yàn)

配制質(zhì)量濃度為 5.0，20，50，100，200，500 μg／L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液 ( 含 SS)，分別測定，繪制校準(zhǔn)曲線，各濃度點(diǎn)內(nèi)標(biāo) (IS) 質(zhì)量濃度為 200 μg／L，按內(nèi)標(biāo)法計(jì)算平均相對響應(yīng)因子，依此進(jìn)行定量。方法檢出限按 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》的規(guī)定，以石英砂為空白基體，平行測定 7 次空白加標(biāo)樣品 (1.0 μg／kg)，計(jì)算測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按 MDL=t(n–1，0.99)s 計(jì)算檢出限。

基體加標(biāo)試驗(yàn)采用實(shí)際土壤 ( 各組分均值均低于定量限 )，添加水平分別為 2.5，10 μg／kg，平行測定 6 次。方法檢出限及基體加標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表 2。

由表 2 可見，30 種化合物的方法檢出限為 0.12～0.40μg／kg，平均回收率在 60.3%～105.6% 之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在 1.7%～12.8% 之間，相對響應(yīng)因子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.8%～9.3%。方法各技術(shù)指標(biāo)均滿足環(huán)辦土壤函［2017］1625 號《全國土壤污染狀況詳查土壤樣品分析測試方法技術(shù)規(guī)定》的要求。

2.5　土壤樣品測定及質(zhì)控結(jié)果

采用所建方法同時(shí)測定了湖南省內(nèi)農(nóng)用地采集的 7 000 余件土壤詳查樣品，典型土壤樣品測定譜圖見圖 5。

以不大于 20 個(gè)樣品編為一批次，每批樣品插入內(nèi)部 QC 樣和委托方統(tǒng)一監(jiān)控樣，同時(shí)隨機(jī)選取兩個(gè)樣品進(jìn)行平行分析，同步分析全程序空白樣品監(jiān)控全流程本底，并對每份樣品加入替代物，繪制替代物回收率控制圖，見圖 6。由圖 6 可知，每批次內(nèi)部QC 樣各組分值均合格，多批次間苯并［a］芘測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于 15%，全流程空白樣品各組分測定值絕大部分低于檢出限，替代物回收率基本處于控制線范圍內(nèi)。

來源于湖南省土壤污染狀況詳查工作組的外部質(zhì)量控制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 ( 見表 3) 表明，外部質(zhì)量控制結(jié)果滿意。

3　結(jié)語

采用加速溶劑萃取 – 氣相色譜 – 質(zhì)譜法建立了農(nóng)用地土壤中15種多環(huán)芳烴、7 種多氯聯(lián)苯和 8種有機(jī)氯農(nóng)藥的同時(shí)分析方法，實(shí)現(xiàn)了土壤中此 3類物質(zhì)的同時(shí)提取、凈化和測定，提高了樣品分析檢測效率，降低了實(shí)驗(yàn)成本。通過大批量實(shí)際樣品及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外一系列質(zhì)控措施的分析驗(yàn)證，表明該方法靈敏度高，準(zhǔn)確性好，抗干擾能力強(qiáng)，適用于農(nóng)用地土壤中多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和有機(jī)氯農(nóng)藥的同時(shí)快速測定。