利飛

(國家環(huán)境分析測試中心，國家環(huán)境保護(hù)二惡英污染控制重點實驗室，北京 100029)

持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants, 簡稱POPs)具有高毒性和“致癌、致畸、致突變”效應(yīng)，在環(huán)境中殘留時間長，可通過“蚱蜢跳”效應(yīng)長距離傳輸，并可通過食物鏈進(jìn)行生物富集危害人體健康[1]。自上世紀(jì)90年代以來，POPs的防控成為全球環(huán)境熱點。2004年我國加入削減POPs的《斯德哥爾摩公約》后，在首批限定的12種POPs(包括艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、六氯苯、滴滴涕、七氯、氯丹、滅蟻靈、毒殺芬9種有機(jī)氯農(nóng)藥，多氯聯(lián)苯和二惡英)的消減、污染防控和相關(guān)研究方面做了大量工作。由于POPs屬于非極性和弱極性有機(jī)污染物，KOW值較大，易于吸附在土壤和沉積物上，所以土壤和沉積物中POPs的測定是POPs研究的重要內(nèi)容之一。

土壤中POPs的含量在10-12～10-9范圍內(nèi)，分析過程復(fù)雜，包括采樣制樣、運輸和保存、前處理、測定4個主要步驟，每個環(huán)節(jié)都會引入不確定度，不確定度的來源較多。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣質(zhì)聯(lián)用儀：7890/5975C型，美國Agilent公司；

毛細(xì)管柱：DB-5MS型(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，美國J&W公司；

快速溶劑萃取儀：ASE300型，美國Dionex公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：R210型，配V700真空泵V850真空控制器，瑞士Buchi公司；

玻璃凈化柱：內(nèi)徑10 mm，長350 mm，上海晶菱公司；

真空離心濃縮儀：CVE-3100型，日本Eyela公司；

22種有機(jī)氯農(nóng)藥混標(biāo)：α-666、六氯苯、β-666、γ-666、δ-666、七氯、艾氏劑、環(huán)氧七氯A、氧化氯丹、環(huán)氧七氯B、trans-氯丹、o,p′-DDE、cis-氯丹、p,p′-DDE、狄氏劑、o,p′-DDD、異狄氏劑、p,p′-DDD、o,p′-DDT、p,p′-DDT、甲氧氯和滅蟻靈(色譜出峰順序)：正己烷，美國Accustandard公司；

標(biāo)準(zhǔn)替代物：C13-p,p′-DDT 濃度為5 μg/mL,溶劑為正己烷，美國 Cambridge Isotope Laboratories公司；

進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)：氘菲、氘芘、氘屈混標(biāo)濃度10 μg/mL，溶劑為正己烷，美國Accustandard公司；

丙酮、正己烷、二氯甲烷：農(nóng)殘級，美國 J. T. Baker公司；

硅膠：G60，加拿大Silicycle公司，使用前分別用甲醇，二氯甲烷洗滌，于130℃活化16 h。

1.2 樣品前處理過程

采樣點位于江蘇某農(nóng)藥廠附近，采集大樣本后，按四分法取樣，經(jīng)陰干、研磨、過篩124 μm(120目)、混勻后制成測試用樣品，裝入棕色玻璃瓶(塑料瓶蓋，配PTFE內(nèi)襯)，每瓶約60 g。將5.00 g樣品、5 g銅粉和2 g硅藻土混合均勻后加入ASE萃取池中，加入回收率指示物C13-p,p′-DDT 100 ng、二氯甲烷-丙酮(體積比1∶1)于100℃萃取2次，每次5 min，提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，并置換溶劑為正己烷，濃縮至1 mL。凈化柱自下而上依次裝入1.0 g無水Na2SO4、2.0 g弗羅里硅土、2.0 g 活化硅膠、6.0 g 44%H2SO4硅膠、1.0 g 活化硅膠、4.0 g 15% KOH硅膠、2.0 g AgNO3硅膠和1.0 g 無水Na2SO4。濕法裝柱，并分別用50 mL 20%二氯甲烷-正己烷和50 mL正己烷預(yù)淋洗，上樣后用70 mL 20%二氯甲烷-正己烷洗脫，洗脫液濃縮至3 mL左右，轉(zhuǎn)移到真空離心濃縮儀繼續(xù)濃縮至1 mL以下，加入20 μL進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)定容后，用GC-MS測定。

1.3 分析與測定

升溫程序：初始溫度為70℃，保持1 min，以10℃/min升至180℃，再以4℃/min升至260℃，以15℃/min升至 300℃，保持6 min；進(jìn)樣口溫度：250℃；載氣流速：1.00 mL/min；恒流模式，不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量：1.0 μL。

質(zhì)譜條件：傳輸線250℃；電子轟擊源(70 eV)；檢測器溫度：260℃；檢測器電壓：1.35 kV；標(biāo)準(zhǔn)曲線內(nèi)標(biāo)法，選擇離子模式定量。

2 不確定度評定

由于土壤和沉積物等實際樣品中的POPs是不均勻的，因此測試用樣品的代表性非常關(guān)鍵。嚴(yán)格按照采樣規(guī)范[2]采集的樣品完全能夠反映POPs的殘留狀況，此環(huán)節(jié)的不確定度不在評定范圍內(nèi)。

樣品中共測出α-666、六氯苯、β-666、γ-666、δ-666、七氯、trans-氯丹、o,p′-DDE、cis-氯丹、p,p′-DDE、o,p′-DDD、p,p′-DDD、o,p′-DDT、p,p′-DDT和滅蟻靈15種POPs，由于篇幅限制，以p,p′-DDT為例進(jìn)行不確定度評定。

2.1 制樣過程引入的不確定度

樣品的瓶間均勻性反映制樣過程的不確定度。一般而言，采樣制樣環(huán)節(jié)的不確定度較小，而土壤中POPs分析環(huán)節(jié)的不確定度又較大，前者往往被后者所掩蓋，而通過相對容易測定的重金屬均勻性來反映土壤中POPs的均勻程度是一個解決途徑。按照標(biāo)準(zhǔn)分析方法[3],對隨機(jī)選取的10瓶樣品中的Cu各測定3次，計算樣品的瓶間均勻性不確定度ubb。

表1 10瓶土壤樣品中Cu的3次測定結(jié)果 μg/g

通過對表1中的數(shù)據(jù)計算得：

瓶間均勻性不確定度:

用重金屬Cu來衡量，非均勻性不確定度約占測量結(jié)果的2.9%。

2.2 保存過程引入的不確定度

土壤中p,p′-DDT穩(wěn)定性測試結(jié)果見表2。

表2 土壤中p,p′-DDT穩(wěn)定性測試

樣品不穩(wěn)定引入的不確定度計算公式為:

u穩(wěn)=s(b1)t

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)計算得：

b0=581 μg/kgb1=-0.815 μg/(kg·月)s(b1)=0.85 μg/(kg·月)

從b1可以反映出p,p′-DDT等POPs的降解是非常緩慢的，大約以每月0.815 μg/kg的速度降解，1年后濃度為571 μg/kg，其中不穩(wěn)定性帶來的不確定度為10.2 μg/kg，約為測量結(jié)果的1.8%。

2.3 前處理引入的不確定度

有機(jī)污染物分析過程的前處理主要包括萃取(提取)、濃縮和凈化3大主要步驟。不同的萃取手段有著不同的萃取效率，Stephen A.Wise等人使用美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)SRM1649a和SRM1650a對不同的萃取方法比對后發(fā)現(xiàn)，快速溶劑萃取和索氏抽提的效率較高[5]。由于目標(biāo)化合物不可能從基質(zhì)中完全提取出來，加上濃縮和凈化過程中的損失，造成了前處理過程的不確定度較大。該不確定度可以通過標(biāo)準(zhǔn)替代物的回收情況來反映。6個土壤樣品中分別加入100 ng C13-p,p′-DDT，其回收率分別為85.6%、88.0%、80.6%、94.2%、89.7%、87.6%，平均值為87.7%，標(biāo)準(zhǔn)偏差s=4.5%,前處理引入的不確定度u前=t(α,n-1)s=8.7%。

2.4 分析和數(shù)據(jù)處理引入的不確定度

(1)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

用微量移液器(20～200 μL，精度±0.8%)移取125.0 μLp,p′-DDT標(biāo)準(zhǔn)溶液[c標(biāo)=(200±10) μg/mL]，用正己烷稀釋至10 mL容量瓶中(A級，±0.03 mL，20℃)，稀釋后標(biāo)液濃度c標(biāo)=2.50 μg/mL，取包含因子k=1.96[6]，標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度：

忽略定容溫度的影響[7]，按均勻分布計算微量移液器和容量瓶的不確定度：

(2)外標(biāo)法單點校準(zhǔn)引入的不確定度

上機(jī)樣品中p,p′-DDT的濃度(2.9 μg/mL)和稀釋后標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的濃度(2.50 μg/mL)接近，可直接進(jìn)行單點比對。樣品濃度計算公式為：

式中：c樣——樣品濃度；

A樣——樣品峰面積；

A標(biāo)——稀釋后標(biāo)液峰面積。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的傳播公式：

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和待測樣品色譜峰面積的不確定度：

表3 GC-MS單點校準(zhǔn)測定p,p′-DDT

uc(c樣)=0.080 μg/mL

6次平行測定平均值結(jié)果表示為(2.92±0.080)μg/mL。

標(biāo)準(zhǔn)和樣品只測定一次時，uc(c樣)=0.10 μg/mL，隨進(jìn)樣次數(shù)越多，結(jié)果的不確定度越小，多次測量可降低儀器分析過程中產(chǎn)生的不確定度，但在n=3時，測量次數(shù)與不確定度曲線出現(xiàn)拐點，再增加測量次數(shù)對不確定度的減小效果變?nèi)?見圖1)，因此色譜分析平行進(jìn)樣3次已足夠。

圖1 進(jìn)樣次數(shù)n和GC/MS測量不確定度的關(guān)系

(3)內(nèi)標(biāo)法單點校準(zhǔn)引入的不確定度

除平行進(jìn)樣外，使用內(nèi)標(biāo)化合物也是降低GC-MS分析不確定度的有效手段之一。

式中：A樣內(nèi)標(biāo)——樣品中內(nèi)標(biāo)峰面積；

A標(biāo)內(nèi)標(biāo)——稀釋后標(biāo)液中內(nèi)標(biāo)峰面積。

由于內(nèi)標(biāo)物和目標(biāo)化合物之間是非獨立變量，因此設(shè)：

6次測量的不確定度uc(c樣)=2.92×0.026 6=0.078 (μg/mL)。

內(nèi)標(biāo)法單次測量的不確定度uc(c樣)=0.087 μg/mL，通過使用內(nèi)標(biāo)可有效減低單次測量帶來的不確定度。

(4)工作曲線內(nèi)標(biāo)法引入的不確定度

由于實際樣品中各POPs的濃度差異會超過2個數(shù)量級，因此使用工作曲線校準(zhǔn)就十分必要。

表5 p,p'-DDT的工作曲線

注：*為經(jīng)內(nèi)標(biāo)校正。

工作曲線經(jīng)最小二乘法擬合后，線性方程為A=B0+B1c，6點工作曲線各測定1次經(jīng)內(nèi)標(biāo)校正后，曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差:

可見，工作曲線內(nèi)標(biāo)法引入的不確定度最小。

2.5 土壤中POPs的不確定度

土壤中POPs含量的計算公式如下：

式中：c土壤——土壤中POPs的濃度，μg/g；

c樣——上機(jī)樣品的濃度，μg/mL；

V——樣品定容體積，mL；

P——前處理回收率；

W——土壤稱樣量，g。

表6 各不確定度分量對合成不確定度的貢獻(xiàn)

2.6 合成不確定度和擴(kuò)展不確定度

u穩(wěn)和時間有關(guān)， 在12個月的周期內(nèi)，對土壤和沉積物中POPs分析的合成不確定度為：

置信區(qū)間為95%，擴(kuò)展因子k=1.96，則擴(kuò)展不確定度為：

U=ku=1.96×71.1=139 (μg/kg)

3 結(jié)論

土壤和沉積物中POPs的分析不確定度來源于樣品制備、樣品的穩(wěn)定性、樣品前處理和上機(jī)分析。通過嚴(yán)格的制樣過程和均質(zhì)化處理可將樣品不均勻帶來的不確定度降低。對于半衰期較長的POPs，短時間內(nèi)分析產(chǎn)生的穩(wěn)定性不確定度可忽略。采用工作曲線內(nèi)標(biāo)法測定可有效降低GC-MS測試過程產(chǎn)生的不確定度，但儀器分析不確定的主要貢獻(xiàn)來源于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度。土壤和沉積物POPs測定過程中不確定度主要來源于樣品的前處理。有效降低擴(kuò)展不確定度的措施是減小不確定度分量中最大的一個，即樣品前處理產(chǎn)生的不確定度?？赏ㄟ^平行分析取平均值，優(yōu)化樣品前處理技術(shù)路線，提高分析者的操作技巧等方法來降低該不確定度分量。

[1] Frank Wania, Konald Mackay. Tracking the distribution of persis tent organic pollutants[J]. Environmental Science and Technology, 1996,30(9):390-396.

[2] HJ/T 166 -2004 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB/T 17138-1997 土壤質(zhì)量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法[S].

[4] Guide 35: Reference Materials-General and statistical principles for certification[S].

[5] Stephen A Wise, Dianne L Poster. Standard reference materials (SRMs) for determination of organic contaminants in environmental samples[J]. Anal Bioanal Chem, 2006,386:1 153-1 190.

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[7] 楊小寧,郭靚,但德忠.環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度的評估(Ⅲ)[J].四川環(huán)境，2007，26(6)：49-53.