田福林*, 劉成雁, 王志嘉, 趙海波
(遼寧省分析科學(xué)研究院,遼寧省分析測(cè)試技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧沈陽(yáng) 110015)
多環(huán)芳烴(PAHs)是含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔铮约坝伤鼈冄苌龅母鞣N化合物的總稱。PAHs在環(huán)境中分布很廣泛,人體吸收途徑主要通過(guò)大氣、水、食物、吸煙等,某些PAHs屬于強(qiáng)致癌物質(zhì)[1 - 2]。多氯聯(lián)苯(PCBs)是一類苯環(huán)上氫被氯取代的聯(lián)苯化合物,共有209種同類物,被列為斯德哥爾摩公約中優(yōu)先控制的12類持久性有機(jī)污染物之一[3]。某些PCBs還是環(huán)境內(nèi)分泌干擾物,具有致畸、致癌和致突變性[4]。PAHs和PCBs屬于持久性有機(jī)污染物,它們?cè)谧匀画h(huán)境中極難降解并能通過(guò)水或空氣等載體轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致了它們?cè)谌蚍秶奈廴緜鞑5]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于PAHs和PCBs的分析方法大都是對(duì)它們分別提取、凈化與測(cè)定,這樣不僅分析周期長(zhǎng),而且增加了測(cè)試成本[6]。對(duì)PAHs的分析主要采用高效液相色譜-紫外/熒光檢測(cè)法[7 - 8]、氣相色譜-火焰離子化檢測(cè)法[9]和氣相色譜-質(zhì)譜法[10 - 11];PCBs主要使用氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)法[12]和氣相色譜-質(zhì)譜法[11]。而采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)土壤中PCBs和PAHs同時(shí)檢測(cè)的研究,國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。
土壤是PAHs和PCBs在環(huán)境中重要的“匯”[13],土壤中的基質(zhì)較為復(fù)雜,以痕量水平存在于環(huán)境中的PAHs和PCBs,在進(jìn)行樣品分析時(shí),存在大量的基質(zhì)干擾,因此目標(biāo)化合物定性定量的準(zhǔn)確性易受影響。串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)因其選擇性強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于分析背景干擾嚴(yán)重、定性定量困難的痕量有機(jī)污染物的復(fù)雜基質(zhì)樣品[14 - 15]。本研究利用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法建立了同時(shí)測(cè)定土壤中16種優(yōu)先控制的PAHs和15種PCBs的分析方法。
安捷倫7890A氣相色譜儀,7000B三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀(美國(guó),安捷倫公司);BOND Elut SI硅膠固相萃取小柱(500 mg/3mL,美國(guó)安捷倫公司);HP-5ms毛細(xì)管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)。
1.2.1色譜條件采用脈沖不分流模式進(jìn)樣,進(jìn)樣量1 μL,進(jìn)樣口溫度:280 ℃;載氣為高純氦氣,流量1 mL·min-1,梯度升溫程序?yàn)椋?0 ℃保持2 min,以25 ℃·min-1升至150 ℃保持0 min,以3 ℃·min-1升至200°C保持0 min,再以8 ℃·min-1升至280 ℃保持10 min。
1.2.2質(zhì)譜條件使用電子轟擊離子源(EI),離子源溫度230 ℃,四極桿溫度為150 ℃,猝滅氣(He)流量為2.25 mL·min-1,碰撞氣(N2)流量為1.5 mL·min-1。
土壤樣品在研缽中搗碎、混勻,稱取5 g置于錐形瓶中,加入20 mL正己烷∶丙酮(體積比1∶1)混合溶劑,超聲萃取15 min,取出上清液后,再加入20 mL混合溶劑重復(fù)萃取一遍,合并萃取液,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)近1 mL。采用硅膠固相萃取小柱對(duì)樣品進(jìn)行凈化,6 mL正己烷活化硅膠柱,上樣后采用10 mL正己烷∶二氯甲烷(1∶1)混合溶劑淋洗小柱,收集洗脫液,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)近干,加入內(nèi)標(biāo),正己烷定容至1 mL,以備儀器分析。
所有玻璃器皿均在超聲波清洗器中清洗,烘干后在馬弗爐中450 ℃烘烤5 h。溶劑空白和實(shí)驗(yàn)過(guò)程空白檢測(cè)到少量目標(biāo)PAHs,空白樣品中發(fā)現(xiàn)最多的是Nap,不影響樣品中PAHs的分析。測(cè)定樣品的同時(shí)進(jìn)行全程空白實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較和扣除。
通過(guò)調(diào)整升溫程序使16種多環(huán)芳烴和15種多氯聯(lián)苯的測(cè)定可在40 min內(nèi)完成,16種多環(huán)芳烴及15種多氯聯(lián)苯的目標(biāo)化合物,5種內(nèi)標(biāo)化合物峰實(shí)現(xiàn)了基線分離,各組分具有良好的分離度及響應(yīng)值。標(biāo)準(zhǔn)譜圖示于圖1,可見(jiàn)色譜峰形良好,分離度滿足方法要求。
圖1 多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)的MRM色譜圖Fig.1 MRM chromatogram of PAH and PCB standards IS1:[2H10]Ace;IS2:[2H10]Phe;IS3:[2H12]Chr;IS4:[2H12]Per;1-28:refer to the peak number of table 1.
提取與凈化步驟包括活化固相萃取柱、上樣、淋洗雜質(zhì)、洗脫目標(biāo)化合物。采用6 mL正己烷對(duì)固相萃取柱進(jìn)行活化,上樣1 mL后采用3 mL正己烷淋洗除去油脂。采用10 mL正己烷∶二氯甲烷(1∶1)混合溶劑淋洗小柱,將目標(biāo)化合物洗脫下來(lái)。結(jié)果表明,上樣后應(yīng)保持SPE小柱上表面濕潤(rùn),這對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得良好的回收率至關(guān)重要,此外,洗脫目標(biāo)物前,先用3 mL正己烷淋洗去除樣品中的雜質(zhì),可以有效去除樣品中的干擾物,提高分析的準(zhǔn)確性。
首先對(duì)所有待測(cè)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品(包括多環(huán)芳烴混標(biāo)、多氯聯(lián)苯混標(biāo)以及混合內(nèi)標(biāo))進(jìn)行全掃描,確定每種化合物的保留時(shí)間,并篩選出待測(cè)物質(zhì)的特征離子作為母離子。然后質(zhì)譜采用子離子掃描模式,子離子掃描模式中MS1為選擇離子檢測(cè)模式(SIM),只允許篩選出的母離子通過(guò)MS1進(jìn)入碰撞池,MS2為全掃描模式(SCAN),在不同碰撞能下分別掃描特征離子經(jīng)過(guò)碰撞池后產(chǎn)生的子離子,從而篩選出豐度較高、質(zhì)量數(shù)較大且較為穩(wěn)定的子離子。最終質(zhì)譜采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM),MRM中MS1為選擇離子檢測(cè)模式(SIM),只允許篩選出的母離子通過(guò)MS1進(jìn)入碰撞池,MS2同樣為SIM,只允許篩選出的子離子通過(guò)MS2進(jìn)入檢測(cè)器,通過(guò)優(yōu)化碰撞能使子離子有最高的信噪比,從而最終確定各種目標(biāo)物在MRM下信號(hào)采集參數(shù),見(jiàn)表1。
表1 多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯串聯(lián)質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式下的參數(shù)設(shè)置
以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與內(nèi)標(biāo)的濃度之比(x)為橫坐標(biāo),以標(biāo)準(zhǔn)溶液與內(nèi)標(biāo)響應(yīng)之比(y)為縱坐標(biāo),求得回歸方程。樣品的檢測(cè)限(LODs)通過(guò)測(cè)定空白樣品濃度的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算而得。16種PAHs和15種PCBs在20~500 ng·mL-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)(r)均大于0.999,線性方程及檢出限列于表2。對(duì)處理后的空白土壤樣品加入不同量的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后測(cè)定加標(biāo)后土壤中的PAHs濃度,對(duì)照加標(biāo)前后樣品中目標(biāo)物的量,計(jì)算得到PAHs和PCBs的平均回收率,見(jiàn)表2。
采用本方法測(cè)定了沈陽(yáng)城區(qū)中土壤中的PAHs和PCBs,測(cè)定譜圖示于圖2,可以看出在實(shí)際樣品中化合物的分離較好、響應(yīng)較高、基線噪聲平穩(wěn)。結(jié)果表明,土壤中16種PAHs大部分被檢出,只有部分樣品中某些PCBs被檢出。
表2 線性方程、相關(guān)系數(shù)檢出限、回收率和精密度(n=5)
圖2 土壤樣品MRM色譜圖Fig.2 MRM chromatogram of soil sample 1:Nap;2:Ace;3:Acy;4:Fl;5:Phe;6:Flu;7:Pyr;8:BaA;9:Chr;10:BbF/BkF;11:BaP;12:InP;13:DiA;14:BghiP.
采用超聲提取-氣相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法建立了土壤中16種多環(huán)芳烴和15種多氯聯(lián)苯的分析方法,經(jīng)優(yōu)化色譜、質(zhì)譜和碰撞電壓等條件,16種多環(huán)芳烴和15種多氯聯(lián)苯及內(nèi)標(biāo)化合物出峰尖銳分離度較好,該方法高效快速、準(zhǔn)確度好,適合土壤中多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯的測(cè)定。