串联质谱法测定土壤中多环芳烃和多氯联苯的分析

陈园园 李胜生

摘要：本文采用快速溶剂萃取联合气相色谱一串联质谱法检测了16种多环芳烃（polycyclic aromatic hy-drocarbons，PAHs）和15种多氯联苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）。纯化方法、色谱条件和碰撞能量在本研究中得到优化。该方法的准确性和精确度很高。实际样品测定表明，该方法检测限低，抗干扰能力强，可满足土壤中PAHs和PCBs的检测要求。

关键词：串联质谱法；土壤；多环芳烃；多氯联苯

1.前言

多环芳烃和多氯联苯是典型的持久性有机污染物，具有持久性，半挥发性，生物累积性和剧毒性，主要来自生物能源和化石燃料以及其他工业废水的燃烧。由于多环芳烃具有致畸，致癌和诱变作用，因此受到人们的广泛关注，被欧盟和世界卫生组织等多个国际组织列为最有害的持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）之一。土壤是各种有机污染物被接受的地方。土壤污染由于其隐蔽性，积累性和不可逆性而变得越来越严重。作为典型的污染物，多环芳烃多氯联苯和已成为土壤迁移转化研究的热点。多环芳烃多氯联苯定量分析方法的发展为研究多环芳烃环境行为提供了前提条件。目前，土壤提取方法中的多环芳烃包括超声提取、索氏提取、微波辅助提取、超临界流体提取等，研究表明，在各种提取方法中，快速溶剂萃取PAHs的提取效率最高。常用的分析土壤中多环芳烃多氯联苯的方法是液相色谱法（HPLC）和气相色谱-质谱法（GC-MS）。近年来，GC-MS/MS由于其灵敏度和分辨率高于其他方法，特别是多反应监测模式（MRM），已逐渐应用于土壤中多环芳烃的检测，以更有效地消除其他杂质的干扰，不仅可以避免误报，还可以降低该方法的检测限度。

2.实验部分

2.1实验仪器与实验药品

Agilent 7890A-5975C三重四极杆质谱仪（美国Agilent公司）；DB-5柱（0.25μm，30m×250μm）；固相萃取仪（美国Labtech公司）；快速溶剂萃取仪（ASE350，美国Thermo公司）；旋转蒸发仪（德国BUCHI公司）；氮吹仪（上海安谱公司）。

16种组成的多环芳烃：萘（Nap）、苊（Ace）、二氢苊（Acy）、芴（FI）、菲（Phe）、蒽（An）、荧蒽（Flu）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、（艹+屈）（Chr）、苯并[b]荧蒽（BhF）、苯并[k]荧蒽（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1，2，3-cd]芘（InP）、二苯并[a，h]蒽（DiA）和苯并[ghi]苝（BghiP）；15种组分的多氯联苯：PCB18，PCB20，PCB28，PCB31，PCB52，PCB44，PCB101，PCB149，PCB118，PCB153，PCB105，PCB138，PCB170，PCB180，PCB194和四种氘化多环芳烃苊-d10，菲-d10，（艹+屈）-d12和苝-d12。上述标准溶液均购自Accustand公司，正己烷、二氯甲烷和丙酮，为农药级色谱纯（美国TEDIA公司）；硅藻土（美国Thermo公司）。

2.2样品的制备

称取20g土壤样品在研钵中粉碎并与硅藻土混匀，置于萃取池中，用正己烷：丙酮（体积比1：1）混合溶剂进行萃取，具体条件见表1。提取液经旋转蒸发近2mL后，用固相萃取仪进行净化，收集洗脱液再浓缩，加入内标，正己烷定容至1mL，制备好样品再进行仪器分析。所有的玻璃器皿都用超声波清洗器清洗干净后，在450℃的马弗炉中烘烤5h。在溶剂空白和实验空白中检测到少量目标多环芳烃，Nap是空白样品中发现最多的，不影响样品中多环芳烃的分析，同时对样品的测定进行空白比对和扣除。

2.3实验条件

色谱条件：采用不分流进样模式脉冲，进样量1μL，进样口温度280℃；高纯氦气作为载气，流速1mL·min^-1，梯度升温的程序设置为：70℃保持2min，25℃·min^-1至150℃，然后3℃·min^-1至200℃，随后以8℃·min^-1至280℃持续10min。

质谱条件：使用电子轰击的离子源（EI），离子源温度为230℃，四极杆温度是150℃，骤冷气体（高纯氦气）流量为2.2mL·min^-1，碰撞气体（高纯氮气）流量为1.5mL·min^-1。

3.结果与讨论

3.1 PAH和PCB的标准谱图

通过调节升温程序，可在40min内完成16种多环芳烃和15种多氯联苯的测定，实现了16个多环芳烃目标化合物和15个多氯联苯和4个内标化合物的峰实现了基线分离，各组分具有良好的分离度和响应性。标准谱图如图1所示，显示色谱峰形良好，分辨率满足采用方法要求。

3.2 MS对特征离子对的筛选

MS/MS特征离子对的选择对所有样品进行所有分析物（包括PAHs，PCBs和混合内标物）的全面扫描，以确定每种化合物的保留时间并筛选待测物质的特征离子作为前体离子。质谱后面跟着一个子离子扫描模式。在离子扫描模式下，MS1是SIM模式，只允许选定的前体离子通过MS1进入碰撞室。MS2处于全扫描模式（SCAN）通过子离子后产生的碰撞池扫描特征离子后，筛选出更丰富，质量更多且更稳定的子离子。MSM是MSM中的选择性离子检测模式（SIM）。筛选出的前体离子只能通过MS1进入碰撞池。MS2也是SIM，只允许选定的离子通过MS2进入检测器，通过优化碰撞离子可以获得最高的信噪比，从而最终确定MRM信号采集参数中的各种目标，见表2。

3.3固相萃取纯化方法的优化

提取和纯化步骤包括活化SPE柱，装载样品，冲洗杂质和洗脱目标化合物。用6mL正己烷对固相萃取柱进行活化，先装入1mL样品，后用3mL正己烷淋洗除去油脂。用10mL正己烷：二氯甲烷（1：1）混合溶剂洗脱柱以洗脱目标化合物。结果显示，样品加载后保持SPE柱上表面湿润对于实验的良好恢复非常重要。此外，在洗脱之前用3mL正己烷冲洗样品可有效去除样品中的杂质。消除样品中的干扰，增加分析的准确性。

3.4方法的线性方程，回收率和检测限度

以标准溶液浓度与内标浓度的比值（x）为横坐标，标准溶液与内标浓度的比值（y）为纵坐标，得到回归方程。样品的检测限（LOD）通过测量3倍空白样品浓度的标准偏差来计算。16种PAHs和15种PCBs在20ng·mL^-1～500ng·mL^-1范围内线性关系良好，相关系数（r）大于0.999。线性方程组和检出限列于表3。待空白土樣加入不同量的混合标准溶液后，再测定加标土PAHs浓度，控制目标量前后的加标样，计算出多环芳烃和多氯联苯的平均回收率见表3。

4.结论

采用串联质谱法建立了土壤中16种多环芳烃（PAHs）和15种多氯联苯（PCBs）的分析方法。经优化固相萃取和纯化条件后，16种多环芳烃和15种多氯联苯内标物峰尖锐且分离度好，该方法快速高效，准确，适用于土壤中多环芳烃和多氯联苯的测定。