加速溶剂萃取－串联质谱法测定土壤中8种有机氯农药和16种多环芳烃

王海棠， 于 佩

（徐州市环境监测中心站， 江苏 徐州 221006）

0 引言

2014年4月17日公布的全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤有机类污染物主要是滴滴涕和多环芳烃（PAHs），由于其难于生物降解、易发生生物累积以及长距离迁移性引起了人们广泛的关注。目前土壤中这2类物质的前处理方法主要是索氏提取法[1]、超声波提取法[2]、微波法[3]和加速溶剂萃取法（ASE）[4－5]。 索氏提取法虽然效率较高，但由于提取时间较长，而且在提取过程中需用到大量的有机溶剂，对人员伤害较大，对环境也会造成二次污染；超声波提取法和微波法虽然缩短了提取时间，但提取效率不高，而且超声容易导致玻璃器皿破碎，微波法会导致土壤中大量杂质被提取，降低了方法的准确度和灵敏度；而加速溶剂萃取可以通过在高温、高压条件下实现快速、高效的提取，已成为土壤中有机物提取的一个重要手段。

土壤中有机氯农药（OCPs）的监测方法主要是气相色谱－电子捕获法（GC－ECD）和气相色谱质谱法 （GC－MS）[6]，GC－ECD 分析灵敏度和 GC－MS/MS法相当，但是只通过保留时间定性，容易出现假阳性的结果，而GC－MS相比于GC，能够得出分析物的化学结构信息，但其分辨率较低，而检出限相对较高，这2种方法均影响目标化合物的准确定性定量；对于土壤中的PAHs，目前大都采用高效液相色谱法[7]和气相色谱－质谱法[8]，液相色谱法由于需要用到PAHs专用柱，而且其分析时间较长，效率较低，而气相色谱－质谱法由于其检出限较低，在监测环境中PAHs时往往结果不尽如人意。因此寻找到一种通用的监测仪器同时分析土壤中的OCPs和PAHs具有重要意义。

GC－MS/MS是目前农残和PAHs监测的先进技术，与单级质谱相比，它的多重反应监测模式可有效消除仪器监测中的背景干扰、基质干扰等，降低仪器的检出限[9]。本文利用ASE提取，Florisil柱净化的前处理方法，建立同时测定土壤中8种OCPs和16种PAHs的方法，将GC－MS/MS技术应用到土壤调查中，考察其在复杂样品、低含量环境样品分析方法的优势；提高土壤调查效率，为提供高水平的土壤调查数据提供参考。

1 试验

1.1 主要仪器与试剂

GC7890B—7000C气相色谱－质谱联用仪（美国安捷伦公司）；色谱柱：Agilent HP－5MS （30 m× 0.25 mm×0.25 um）毛细柱；ASE350加速溶剂萃取仪（美国DIONEX公司），配置66 mL萃取池；自动氮吹浓缩仪（Caliper公司）。

正己烷、丙酮、二氯甲烷均为HPLC级，购自Merck公司；无水硫酸钠（优级纯）在400℃下加热6 h；Florisil 柱（Angilent，6 mL，100 mg）；硅藻土（Thermo Fisher Scientific）：超纯水（屈臣氏公司）；载气：高纯氦气（纯度大于99.999%），碰撞气：高纯氮气（纯度大于 99.999%）；8 种 OCPs（100 mg/L，百灵威公司）；16 种 PAHs混合标准溶液（PAHs，200 mg/L，V（甲醇）：V（二氯甲烷）=1︰1溶解，200 mg/L(Accu Standard，Inc，美国)。

1.2 样品提取

干燥、研细的样品对提取不挥发、非极性的有机物有较好的提取效果，因此将测试土壤样品避光风干后，研磨并过 0.15 mm孔径尼龙筛，并准确称取10 g过筛的土壤样品，与硅藻土按照质量比为1︰2混合后，装入ASE萃取罐中，按照测定的ASE条件（压力10.3 MPa，炉温100℃，加热时间 5 min，静态时间5 min，冲洗体积60%，循环次数2，溶剂：正己烷/丙酮（1︰1，V/V）进行萃取，收集萃取液进行浓缩、净化。

1.3 样品净化

土壤经ASE350提取后，提取液经无水Na2SO4脱水，氮吹浓缩至1 mL以下。Florisil柱经4 mL二氯甲烷冲洗后，再用10 mL正己烷平衡净化柱，浸润5 min后，将样品转入Florisil柱并用25 mL正己烷分3次移入柱内后用V（正己烷）︰V（二氯甲烷）为4︰1的20 mL淋洗接收，淋洗液收集后氮吹浓缩至小于1 mL(不蒸干)，将其转入刻度进样瓶中，以正己烷定容至 1 mL，GC－MS/MS测定该样品。

1.4 分析条件

色谱条件进样口温度：250℃，柱流速1.2 mL/min；进样量1μL；不分流进样；程序升温：50℃保持4 min，以8℃/min升至110℃，保持2 min，以10℃/min升至310℃，保持4 min。

质谱条件：全扫描（Scan）；扫描离子范围（m/z）为50～450；采集方式为MRM；EI源；离子化能量为70 eV；离子源温度为280℃；接口温度为280℃；溶剂延迟3 min。

2 结果与讨论

2.1 GC－MS/MS条件优化

通过对气相色谱和质谱2方面的参数优化，提高仪器灵敏度。首先用质量浓度为2.0 mg/L的OCPs和PAHs混合溶液进行全扫描分析，获得全扫描质谱图，确定每个组分的保留时间，并考察各化合物的碎片离子及相对丰度，选择质荷比大丰度高的离子作为母离子，利用二级质谱选择特性，从复杂的一级质谱中选出不同化合物的特征母离子进行二次裂分，对产生的子离子碎片进行检测，通过对碰撞能量的优化，选择响应最强的子离子对分别作为样品的定量和定性离子，建立起MRM参数，达到排除基体干扰、准确定性的目的。24种组分的出峰顺序、保留时间、定量和定性离子对及碰撞电压见表1。

表1 24种化合物串联质谱定性和定量性能参数

2.2 净化条件的选择

OCPs和PAHs是弱极性化合物，适用正相固相萃取吸附剂[10]。本文将质量浓度为50μg/L的OCPs和PAHs混合标准溶液按照1.3条件转入Florisil柱，分别用20 mLV（正己烷）︰V（二氯甲烷）为10︰ 0（A），8︰2（B），6︰4（C）的组合进行净化，并比较其淋洗效果，3种比例淋洗液对50μg/L的标准混合溶液回收率见表2。

表2 不同溶剂对标准品的净化回收率

由表2可见，采用Florisil柱净化，仅用正己烷溶液进行洗脱时，OCPs回收率高于PAHs，随着二氯甲烷在混合溶剂中比例增加，PAHs的回收率相对提高；仅用正己烷对PAHs洗脱效果较差，像二苯并(a,n)蒽、苯并(ghi)北等化合物几乎没有被洗脱；而用体积比为3︰2的正己烷和二氯甲烷洗脱时，所有化合物回收率都较高，部分PAHs比如芘的回收率甚至达到266%，当用体积比为4︰1的正己烷和二氯甲烷洗脱时，各化合物的回收率在80.5～119%。因此，采用体积比为4︰1的正己烷和二氯甲烷对8种OCPs和16种PAHs进行洗脱。

2.3 方法检出限、精密度和准确度测试

将1.1中OCPs和PAHs配置成质量浓度为2.0 mg/L的混合标准中间液，分别取不同体积的中间液，稀释到1.0 mL正己烷溶剂中，配置成质量浓度为 2.0，5.0，10，20，50 μg/L 的混合标准系列，以峰面积为纵坐标、浓度为横坐标绘制标准曲线，在1.4及表1的条件下测定。以定量离子峰面积（y）和标准溶液质量浓度（x）绘制校准曲线。

表3 24种化合物的标准曲线、相关系数、最低检出限及加标回收率

以硅藻土为空白基体，加标质量分数为0.5μg/kg，依据HJ 168—2010《环境监测析方法标准制修订技术导则》的规定，平行测定7次各目标化合物的空白加标样品，并计算标准偏差s，按MDL=t(n－1,0.99)×s计算方法检出限（其中，t(n－1,0.99)为置信度 99%、自由度（n－1)时的t值，n为重复测定的次数）。当n=7 时，t(n－1,0.99)取值 3.143。 结果见表 3。

由表3可见，方法在各线性范围内线性良好，r均大于0.990，各目标化合物的方法检出限为0.01～0.22μg/kg，硅藻土空白基体加标回收率在71.2%～118%之间，基本满足回收率指标要求，6次平行测定的RSD＜7.3%。

2.4 实际样品测试

为了验证方法的实用性，本研究选用6份分别标记为（S1，S2……S6）徐州某地农村土壤样品，按已建立的方法进行OPCs和PAHs的检测。在整个样品分析过程中,任何样品均未出现前处理和分析异常（如色谱峰变形、保留时间偏移、定性和定量离子比率异常等）。S6样品MRM模式下色谱图见图1。

图1 实际土壤样品S6的MRM图谱

由图1可以看出，样品经过ASE－Florisil柱净化处理后，利用GC－MS/MS的MRM方式进行分析，可显著减少基质干扰的影响。各样品分析结果见表4。在所有检测样品中,OPCs中滴滴涕的检出率较高，而且滴滴伊和滴滴涕的含量略高于滴滴滴，浓度范围为ND～2.5μg/kg，六六六未被检出，OPCs质量分数为2.9～5μg/kg；对于PAHs，除了苊、苊烯2种化合物未检出外，其他14种化合物均有检出，质量分数范围为ND～2.8μg/kg，PAHs质量分数为10.2～20.3μg/kg；这和江苏苏州某典型生态示范区内PAHs总量相当[11]，远低于淮安某垃圾堆放场周边农田土壤中PAHs总量[12]。对于，基本农田和原地的OPCs和PAHs总量略低于工矿企业、工业废渣周边，均低于GB 15618—1995《土壤环境质量标准》[13]二级标准的限值要求。

表4 某地农村土壤样品测试结果

3 结论

建立了气相色谱－三重四级杆串联质谱同时检测土壤中的痕量OCPs和PAHs的方法，土壤样品先经快速溶剂提取和Florisil柱净化后经GC－MS－MS在多级反应监测模式下进行检测与分析。经验证，该方法灵敏度高，标准品工作曲线线性关系良好，方法检出限低于国标规定的OCPs及PAHs的方法检出限，并且通过某地农村土壤样品的监测，排除了复杂基质干扰的影响，并且通过气相色谱－MRM模式下母离子对和子离子对的一一对应的定性定量分析上克服了一些物质难以识别的难点。该方法稳定性和精密性可靠。使用该方法能够实现同时将土壤中的OCPs和PAHs精确定性和定量，提高了土壤监测效率。