"劉騰飛，楊代鳳，范 君，毛 健，孫靈湘，董明輝

（江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇蘇州215155）

多氯聯(lián)苯（Polychlorinated Biphenyls，PCBs）是環(huán)境中存在的一類典型的持久性有機(jī)污染物，其具有高毒、難降解、易遷移和生物累積等特性，雖然在全球范圍內(nèi)禁用多年，但在多種環(huán)境介質(zhì)［1－3］中仍廣泛檢出。土壤是環(huán)境中PCBs最重要的賦存介質(zhì)，土壤中的PCBs可通過食物鏈傳遞和富集，經(jīng)飲食攝入等途徑進(jìn)入生物體內(nèi)產(chǎn)生毒害作用。因此，建立快速、準(zhǔn)確地檢測土壤中PCBs的方法，對于保護(hù)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。

氣相色譜／質(zhì)譜法（GC／MS）［1，4－6］是目前測定土壤中PCBs最常用的方法。但土壤基體復(fù)雜，當(dāng)待測物PCBs含量較低時，提取液中的雜質(zhì)對待測物的測定干擾極大，因此必須對土壤提取液進(jìn)行凈化處理?，F(xiàn)有凈化技術(shù)［5－9］大多操作繁瑣、速度慢、效率低，影響樣品檢測的時效性。多壁碳納米管（MWCNTs）是一種具有大比表面積和較強(qiáng)吸附性能的納米碳材料，近年來作為一種理想的凈化材料而被廣泛應(yīng)用［10］，尤其是經(jīng)過羧基化改性后，其比表面積和分散性增加，吸附能力增大，目前在農(nóng)藥［11］、獸藥［12］、抗生素［13］等有害物質(zhì)的殘留檢測中得到良好應(yīng)用。本文作者［14－15］前期將羧基化多壁碳納米管（MWCNTs－COOH）與N－丙基乙二胺（PSA）聯(lián)用，成功用于茶葉及茶青樣品中PCBs檢測的凈化過程，獲得了優(yōu)異的凈化效果，但對于土壤中PCBs檢測的研究尚未見報道。因此，本文利用MWCNTs－COOH作為吸附材料，基于分散固相萃?。―SPE）技術(shù)，建立了一種快速、準(zhǔn)確地同時測定土壤中18種PCBs的GC／MS方法，該方法前處理簡單，凈化效果好，為土壤中PCBs污染物的監(jiān)測提供了一種新方法。

1 實驗部分

1．1 儀器、試劑與材料

7890B－5977A氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國，Agilent）；KQ－500DE超聲波清洗器（昆山超聲儀器公司）；TG16－WS臺式高速離心機(jī)（湖南湘儀實驗儀器公司）；K600粉碎機(jī)（德國，博朗）；HSC－24B氮吹儀（天津恒奧科技公司）；Direct－Q 5UV型超純水機(jī)（美國，Millipore）。

18種PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液：PCB28、PCB52、PCB101、PCB118、PCB153、PCB138、PCB180、PCB81、PCB77、PCB123、PCB114、PCB105、PCB126、PCB167、PCB156、PCB157、PCB169、PCB189（質(zhì)量濃度均為10mg／L，美國o2si）。標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：準(zhǔn)確吸取10mg／L的18種PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液1mL，置于10mL容量瓶中，用正己烷定容，配成1mg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，于4℃冰箱冷藏保存；使用前，取出放至室溫后，用正己烷逐級稀釋成5、10、50、100和500μg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：稱取空白試樣，按照最優(yōu)化提取凈化條件處理后，上機(jī)樣液用氮氣吹干，加入1．0mL不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，振蕩混勻，過0．22μm有機(jī)濾膜，得到對應(yīng)濃度的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液。

羧基化多壁碳納米管（長度：10～30μm，外徑：10～20nm，內(nèi)徑：5～10nm，純度：＞95%，比表面積：＞200m2／g），N－丙基乙二胺（PSA，粒度40～60μm），石墨化碳黑（GCB，粒度40～120μm），十八烷基鍵合硅膠（C18，粒度40～60μm）（南京先豐納米材料科技有限公司）；正己烷（色譜純，瑞典歐普森）；丙酮，甲苯（分析純，上海國藥集團(tuán)）；無水Na2SO4（分析純），使用前于450℃下灼燒4h；無水MgSO4（分析純），使用前于620℃下灼燒4h。實驗用水為超純水。

1．2 樣品制備及前處理

在當(dāng)?shù)啬侈r(nóng)產(chǎn)品（蔬菜、水稻、小麥）生產(chǎn)基地，采集縱向深度為0～15cm的表層土壤樣品。將土樣除去草根、石塊等雜物，在干燥通風(fēng)自然條件下陰干，干燥后的土壤經(jīng)四分法縮分，過2mm篩，取一定量裝入自封袋中密封，于陰涼干燥條件下儲存。稱取2．0g土壤樣品于50mL塑料離心管中，加水0．5mL，渦旋混勻，浸潤，加入1g無水Na2SO4和5mL丙酮－正己烷（1∶1，V／V）提取液，渦旋混勻，在500W功率下超聲提取15min，期間取出振搖2次，8 000r／min離心4min，取2．5mL上清液至試管中，氮吹至近干，加入甲苯5mL，渦旋混勻，待凈化。向待凈化液中加入0．02g MWCNTs－COOH和0．1g無水MgSO4，渦旋2min，以9 000r／min離心5min，取上清液氮吹至近干，加入1．0mL正己烷，渦旋混勻，過0．22μm有機(jī)膜，待測。

1．3 儀器條件

色譜條件：HP－5MS石英毛細(xì)管柱（30m×0．25mm×0．25μm）；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣為高純氮氣；恒流模式，流速1．2mL／min；不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量1．0μL。升溫程序：初溫80℃，保持2min；以20℃／min升溫至180℃，保持2min；再以3℃／min升溫至230℃，保持2min；再以10℃／min升溫至280℃，保持2min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊（EI）離子源，電離能量70eV，離子源溫度280℃，四極桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，檢測方式：選擇離子掃描（SIM），溶劑延遲5min。

2 結(jié)果與分析

2．1 儀器條件的優(yōu)化

實驗根據(jù)18種PCBs的極性，選用弱極性、低流失的HP－5MS毛細(xì)管柱進(jìn)行色譜分離，并根據(jù)靈敏度和分析時間，通過優(yōu)化色譜升溫程序、載氣流速、進(jìn)樣口溫度等參數(shù)，最終確定1．3色譜條件。在選定的色譜條件下，利用GC／MS全掃描方式，在m／z50～450范圍內(nèi)對500μg／L的PCBs混合標(biāo)液進(jìn)行分析，得到總離子流（TIC）色譜圖，根據(jù)TIC譜圖通過NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索，確定各目標(biāo)物的保留時間，并在扣除背景后的質(zhì)譜圖中，選擇豐度高、m／z大且基質(zhì)干擾少的特征離子，分時段分別監(jiān)測。18種PCBs的保留時間、特征離子及其豐度比參見文獻(xiàn)［15］。最優(yōu)條件下的GC－MS色譜圖見圖1。

2．2 提取條件的優(yōu)化

2．2．1 提取溶劑的選擇 PCBs為弱極性的疏水物質(zhì)，根據(jù)相似相溶原理，采用正己烷為提取溶劑比較理想，加入適量丙酮對樣品有一定的滲透作用，有助于提高提取效率。由于土壤樣品含水分少，提取溶劑不易滲透，實驗在10μg／kg加標(biāo)水平下，首先比較了加水與不加水對18種PCBs提取效果的影響。結(jié)果（圖2）顯示，土壤在不加水的情況下，18種待測物的回收率為88．9%～97．3%，加入0．5mL水浸潤后，回收率可提高至93．1%～109．1%，表明土壤加水浸潤后，能在一定程度上改善提取效果，因此實驗中將土壤樣品加水浸潤后再進(jìn)行提取。在此條件下，分別以丙酮－正己烷（0∶1、1∶1、1∶2）作為提取溶劑考察對待測物的提取效率。結(jié)果（圖3）表明，以丙酮－正己烷（0∶1）為提取溶劑時，待測物的提取效率較差，回收率均低于15%；以丙酮－正己烷（1∶1）為提取溶劑時，待測物的提取效率最佳，回收率為94．7%～109．3%，優(yōu)于丙酮－正己烷（1∶2）為提取溶劑時的回收率（88．0%～99．5%）。故選擇丙酮－正己烷（1∶1）作為最佳提取溶劑。

在此基礎(chǔ)上，考察了不同體積（5、8、10、12、15mL）提取溶劑對待測物提取回收率的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)提取溶劑體積為5mL時，所有待測物均可達(dá)到較好的提取效果，回收率為92．5%～108．0%，因此實驗選擇5mL作為最佳提取溶劑體積。

圖1 18種PCBs標(biāo)準(zhǔn)溶液（10μg／L）的選擇離子色譜圖Fig．1 SIM chromatogram of 18PCBs（10μg／L）standard solution1．PCB28；2．PCB52；3．PCB101；4．PCB81；5．PCB77；6．PCB123；7．PCB118；8．PCB114；9．PCB153；10．PCB105；11．PCB138；12．PCB126；13．PCB167；14．PCB156；15．PCB157；16．PCB180；17．PCB169；18．PCB189．

圖2 加水與否對土壤中18種PCBs加標(biāo)回收率的影響Fig．2 Effect of water added or not on recoveries of 18 PCBs spiked in soil

圖3 不同提取溶劑對18種PCBs提取回收率的影響Fig．3 Effect of different extraction solvents on recoveries of 18PCBs

2．2．2 提取方法的選擇 實驗采用超聲提取方法提取土壤中的18種待測物，并在10μg／kg加標(biāo)水平下，考察了超聲提取時間（5、10、15、20min）對待測物提取效率的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)超聲提取時間為5min時，18種待測物的回收率為61．5%～72．3%，回收率隨著超聲提取時間的增加而增大，當(dāng)超聲提取時間為15min和20min時，待測物的回收率分別為94．0%～104．3%和96．9%～106．4%。綜合考慮回收率和分析時間，實驗選擇超聲提取時間為15min。

2．3 凈化條件的選擇

2．3．1 吸附劑種類和用量 實驗選擇MWCNTs－COOH、GCB、C18和PSA為DSPE吸附劑，分別對加標(biāo)濃度10μg／kg的土壤提取液進(jìn)行凈化，比較4種吸附劑的凈化效果。從凈化液顏色來看，經(jīng)過超聲提取后，土壤提取液呈淺黃色，經(jīng)MWCNTs－COOH吸附劑凈化后呈無色透明狀態(tài)，經(jīng)其余吸附劑凈化后，溶液仍具有一定顏色；從回收率來看，以C18和PSA為吸附劑，18種待測物的回收率分別為80．2%～113．1%和80．9%～105．3%，而以MWCNTs－COOH和GCB為吸附劑，大多數(shù)待測物的回收率較差，低于70%，其中PCB81、PCB77、PCB126、PCB169 4種待測物的回收率均為0，這是由于2種吸附劑對平面結(jié)構(gòu)分子具有極強(qiáng)的親和力［16］，而本研究中18種待測物分子因含有平面苯環(huán)而被吸附，從而導(dǎo)致回收率偏低。實驗在提取后濃縮過程中，以甲苯對提取劑丙酮－正己烷（1∶1）進(jìn)行溶劑置換后再凈化，發(fā)現(xiàn)待測物的回收率得到了明顯提高，分別為91．9%～100．2%和88．9%～104．9%，說明加入甲苯通過競爭關(guān)系改善了2種吸附劑對平面結(jié)構(gòu)分子的吸附。進(jìn)一步考察了甲苯用量（2、3、4、5、6mL）對待測物回收率的影響。結(jié)果顯示，隨著甲苯用量的增加，待測物的回收率呈增大趨勢，當(dāng)其用量為5mL時回收率分別為93．0%～105．5%和97．8%～109．2%，繼續(xù)增大甲苯用量至6mL時，回收率變化不大，因此選擇甲苯的最佳用量為5mL。綜合凈化效果和回收率因素，實驗選擇MWCNTs－COOH為最佳吸附劑。

在10μg／kg加標(biāo)水平下，比較了不同 MWCNTs－COOH 用量（0．01、0．02、0．03、0．04g）對18種待測物回收率的影響。結(jié)果顯示，MWCNTs－COOH對土壤提取液凈化效果顯著，隨著其用量的增大，提取液顏色逐漸變淺，但部分待測物因被吸附劑吸附，造成回收率下降。當(dāng)其用量為0．02g時，提取液趨于澄清透明，且所有待測物回收率均在91．9%～109．3%之間。因此，選擇MWCNTs－COOH的最佳用量為0．02g。

圖4為土壤提取液未經(jīng)凈化和經(jīng)0．02g MWCNTs－COOH凈化后的GC－MS色譜圖。結(jié)果顯示，MWCNTs－COOH可有效除雜，樣品凈化效果較好。

2．3．2 凈化時間的選擇 實驗在10μg／kg加標(biāo)水平下，按1．3．3方法，設(shè)置渦旋凈化時間分別為1、2、3、4min，考察凈化劑作用時間對待測物凈化效率的影響。結(jié)果（圖5）顯示，當(dāng)凈化時間為2min時，18種待測物的凈化效率最好，回收率為98．1%～109．3%。繼續(xù)延長凈化時間，部分待測物被吸附劑吸附，導(dǎo)致回收率下降。故選擇最佳吸附凈化時間為2min。

圖4 土壤提取液未經(jīng)凈化（b）和經(jīng) MWCNTs－COOH凈化（a）后的色譜圖Fig．4 Chromatograms of soil extraction unpurified and purified with MWCNTs－COOH

圖5 凈化時間對土壤中18種PCBs加標(biāo)回收率的影響Fig．5 Effect of cleanup time on recoveries of 18PCBs spiked in soil

2．4 基質(zhì)效應(yīng)

實驗以基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率與純?nèi)軇?biāo)準(zhǔn)曲線斜率比值評判基質(zhì)效應(yīng)的程度［17］：比值＞1，表明存在基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)；比值＜1，存在基質(zhì)抑制效應(yīng)；比值越接近1，則基質(zhì)效應(yīng)越小；當(dāng)比值遠(yuǎn)離1，表明存在明顯的基質(zhì)效應(yīng)。表1結(jié)果顯示，18種待測物的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率比值均＞1，表明存在基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)。為降低基質(zhì)效應(yīng)給結(jié)果帶來的誤差，本方法在實際土壤樣品檢測中采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行定量。

2．5 線性范圍、檢出限和定量限

配制質(zhì)量濃度為5、10、50、100、500μg／kg的基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液分別進(jìn)行測定，以各PCBs定量離子的峰面積（y）對其質(zhì)量濃度（x）繪制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，18種待測物在5～500μg／kg范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)不低于0．9998。以最低加標(biāo)水平樣品色譜圖的3倍信噪比（S／N）和10倍S／N確定方法的檢出限（LOD）和定量限（LOQ）分別為0．5～1．4μg／kg和1．6～4．4μg／kg，見表1。

表1 18種PCBs的回歸方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍、基質(zhì)效應(yīng)、檢出限和定量限Table 1 Regression equations，correlation coefficients（r），linear ranges，matrix effects，limits of detection（LOD）and limits of quantitation（LOQ）for 18PCBs

（續(xù)表1）

2．6 回收率與精密度

稱取空白土壤樣品，按5、10、100μg／kg 3個添加水平進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，每個水平做6次平行，采用本方法進(jìn)行前處理和測定，計算加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。結(jié)果顯示，在3個加標(biāo)水平下，18種待測物的平均回收率為90．1%～111．7%，RSD為1．2%～15．3%（表2），表明該方法穩(wěn)定、可靠。

表2 18種PCBs在土壤中的加標(biāo)回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n＝6）Table 2 Average recoveries and relative standard deviations（RSDs）of 18PCBs in spiked soil samples（n＝6）

2．7 與文獻(xiàn)方法的比較

將本方法與文獻(xiàn)報道的方法［11－14，31］從樣品處理時間、試劑用量、準(zhǔn)確性、檢出限等方面進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。與其他方法相比，本方法具有前處理時間短、溶劑消耗少、操作簡單、快速等優(yōu)點，因此可作為土壤中PCBs快速檢測的有效方法。

表3 本方法與文獻(xiàn)方法對土壤中PCBs檢測結(jié)果的比較Table 3 Comparison of this method with other methods reported in the literatures for the determination of PCBs in soil

2．8 實際樣品分析

采用該方法對當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地182個土壤樣品進(jìn)行分析。在被檢測的土壤樣品中，有9．9%（18個）的土壤樣品檢出PCBs，含量在4．6～22．7μg／kg之間，遠(yuǎn)高于我國背景地區(qū)／農(nóng)村中PCBs的土壤背景值（0．424μg／kg）［18］，其中有55．6%（10個）的土壤樣品中PCBs含量在5．8～22．7μg／kg之間，高于全球土壤背景值（5．41μg／kg）［19］。由于PCBs可通過食物鏈威脅人體健康，因此該地區(qū)產(chǎn)地土壤中PCBs污染問題應(yīng)引起重視。

3 結(jié)論

本文建立了測定土壤中18種PCBs的分散固相萃取凈化及GC／MS檢測方法。土壤基質(zhì)復(fù)雜，含有較多的干擾雜質(zhì)，經(jīng)優(yōu)化試驗，樣品經(jīng)丙酮－正己烷（1∶1）超聲波提取，甲苯溶劑置換后，采用 MWCNTs－COOH DSPE凈化，獲得了較好的提取效率和凈化效果，18種待測物的加標(biāo)回收率在90．1%～111．7%之間，RSD（n＝6）低于15．3%，LOD為0．5～1．4μg／kg，LOQ為1．6～4．4μg／kg。該方法操作簡單，凈化效果好，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，為開展土壤中PCBs的檢測分析提供了有效方法。