張 利,楊 玖

(1.攀枝花市仁和區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，四川 攀枝花 617000；2. 攀枝花市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 攀枝花 617000)

前 言

多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，以下簡稱PAHs)是一類持久性有機污染物，由于非線性排列以及大于五環(huán)的高分子量占很大比例，因此很難降解性，同時具有生物累積性、致癌性等特點[1-2]，隨著工業(yè)的發(fā)展，PAHs 排放越來越多，其中大部分通過大氣沉降、污水灌溉等途徑進入土壤，并通過接觸、食物鏈最終對人類健康造成危害。土壤是 PAHs的儲藏庫和中轉(zhuǎn)站，且環(huán)境中90%以上的PAHs存在于土壤中[3]。PAHs可以在環(huán)境中持久存在，且很難被降解，我國 PAHs 污染問題相當(dāng)突出。近年來，國務(wù)院印發(fā)的《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“土十條”)中指出土壤中PAHs監(jiān)測將作為未來幾年環(huán)境政治工作的重點[4-5]。因此，研究土壤中PAHs污染水平有較大的現(xiàn)實意義。常見的具有致癌作用的多環(huán)芳烴多為四到六環(huán)的稠環(huán)化合物。共有超過100種、具有10 000個不同的多環(huán)芳烴化合物。16 種常見的多環(huán)芳香烴為:萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并(a) 蒽、屈、苯并( b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、二苯并(a，h)蒽、苯并 (ghi) 苝、茚苯 (1,2,3-cd) 芘[6]。16種多環(huán)芳烴按苯環(huán)的個數(shù)劃分，可分為兩類，苯環(huán)的個數(shù)為2和3的多環(huán)芳烴為低分子量多環(huán)芳烴，苯環(huán)個數(shù)為4、5和6的多環(huán)芳烴為高分子量多環(huán)芳烴，其中茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并[g,h,i]苝均為苯環(huán)個數(shù)較大的多環(huán)芳烴[7]，其沸點較高，因此在用氣相色譜-質(zhì)譜測定過程中需要考慮進樣口溫度、柱溫等測定影響。

內(nèi)標(biāo)法是一種間接或相對的校準(zhǔn)方法，在分析測定樣品中某組分含量時，加入一種內(nèi)標(biāo)物質(zhì)以校準(zhǔn)和消除出于操作條件的波動而對分析結(jié)果產(chǎn)生的影響，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。外標(biāo)法是以被測組分的純品為標(biāo)樣，作出峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后，在相同的條件下注入一定量的試樣，根據(jù)峰面積，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出待測組分濃度。本文選用快速溶劑萃取法提取，硅酸鎂小柱進行凈化，通過優(yōu)化GC-MS參數(shù)，比較了外標(biāo)法與內(nèi)標(biāo)法對土壤中PAHs定量的影響，建立了土壤中16種多環(huán)芳烴的分析方法，為土壤中PAHs監(jiān)測工作提供技術(shù)支撐及得到更準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

7890A GC-7000MS氣相色譜質(zhì)譜儀(Aglient)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(Caliper lifesciences Turbo VapoRⅡ)，振蕩儀(EYELA MMV-1000w)，冷凍干燥機(美國S/P)，吉天APLE-2000快速溶劑萃取儀。

正己烷(HPLC級)、甲醇(HPLC級)、氯化鈉(優(yōu)級純，經(jīng)300℃灼燒4h，儲存于密閉容器中)、無水硫酸鈉(優(yōu)級純，經(jīng)400℃灼燒4h，儲存于密閉容器中)、丙酮(HPLC級)。石英砂，硅藻土，F(xiàn)lorisil小柱(安譜)。

1.2 測定方法

色譜條件：DB-5MS(30m×0.25μm×0.25mm)，載氣(高純氦氣，純度≥ 99.999%)； 柱流速為1.0mL/min；柱溫：由初始溫度80℃，保持2min，以20℃/min的速率升高至180℃，保持5min，再以10℃/min 的速率升高至 290℃，保持5min，再以20℃/min 的速率升高至 310℃。進樣口溫度310℃，進樣方式:分流進樣，分流比為10∶1，進樣量：1μL。

質(zhì)譜條件：離子源溫度 230℃，EI 源，四級桿溫度：150℃；接口溫度310℃；離子化能量：70eV；掃描模式：全掃描Scan或選擇離子(SIM)模式，溶劑延遲時間：3min。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

內(nèi)標(biāo)法：配制混標(biāo)中間液、替代物中間液和內(nèi)標(biāo)中間液，用丙酮：正己烷混合溶劑定容，配置成以下濃度點標(biāo)準(zhǔn)系列，使得多環(huán)芳烴和替代物濃度均分別為10μg/L、20μg/L、50μg/L、100μg/L、200μg/L 、300μg/L 、500μg/L。內(nèi)標(biāo)物濃度為100μg/L。

外標(biāo)法：與內(nèi)標(biāo)法配置一致，不加內(nèi)標(biāo)物，使得多環(huán)芳烴和替代物濃度均分別10μg/L、20μg/L、50μg/L、100μg/L、200μg/L 、300μg/L 、500μg/L，混勻，標(biāo)準(zhǔn)曲線現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.4 樣品前處理

將土壤樣品放置于墊有錫紙的托盤中，除去枝棒、葉片、石子等異物并混勻，準(zhǔn)確稱取約 10.00 g(精確至 0.01g)新鮮樣品，用冷凍干燥儀對樣品進行脫水，將冷凍后的樣品進行充分研磨、均化成細(xì)小的顆粒，加入適量硅藻土，拌勻混合后，轉(zhuǎn)移至萃取池中，并加入替代物。萃取條件為載氣壓力1.0MPa，加熱溫度100℃，萃取壓力1 500psi，靜態(tài)萃取時間5min，淋洗體積為60% 池體積，氮氣吹掃時間60s，萃取循環(huán)次數(shù)2次。將上述提取液轉(zhuǎn)移至旋蒸瓶中，濃縮至約2mL，3次加入適量的正己烷置換溶劑。將濃縮后的提取液全部經(jīng)過下端放置潤濕的脫脂棉，上端約5g無水硫酸鈉的漏斗中進行除水，并收集濾液于濃縮器皿中。將上述除水后的濃縮液進行氮吹濃縮至約2.0mL，待凈化(詳細(xì)見步驟1.6)，凈化后的溶液再氮吹至約0.5mL，加入適量的內(nèi)標(biāo)中間液，使其的內(nèi)標(biāo)濃度和校準(zhǔn)曲線中內(nèi)標(biāo)濃度保持一致，并用丙酮-正己烷(1∶1)混合溶劑，定容至1.0mL，混勻后待測。

1.5 樣品凈化

將硅酸鎂凈化小柱固定在固相萃取裝置上，用4mL二氯甲烷淋洗凈化小柱，加入5mL 正己烷，待柱充滿后關(guān)閉流速控制閥浸潤5min，緩慢打開控制閥，繼續(xù)加入5mL 正己烷，在填料暴露于空氣之前，關(guān)閉控制閥，棄去流出液。將濃縮后的提取液轉(zhuǎn)移至小柱中，用2mL 正己烷分3次洗滌濃縮器皿，洗滌液全部轉(zhuǎn)入小柱中。緩慢打開控制閥，在填料暴露于空氣之前關(guān)閉控制閥，加入5mL 二氯甲烷-正己烷(1+9)混合溶劑進行洗脫，緩慢打開控制閥，待洗脫液浸滿凈化柱后，關(guān)閉控制閥，浸潤2min，緩緩打開控制閥，繼續(xù)加入5mL 二氯甲烷-正己烷(1+9)混合溶劑，并收集全部洗脫液，待再次氮吹濃縮。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS Statistics 19.0對內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法測定結(jié)果數(shù)據(jù)進行t檢驗分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜條件的選擇

根據(jù)不同進樣口溫度對500μg/L 濃度中16種多環(huán)芳烴響應(yīng)值色譜圖見下圖，前13種物質(zhì)響應(yīng)值均無明顯差異，茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并[g,h,i]苝等三種物質(zhì)響應(yīng)值差別較大，進樣口溫度為310℃，響應(yīng)值最大。進樣口溫度為280℃、290℃、300℃與進樣口溫度310℃的峰面積有顯著的差異。且在濃度較低(10μg/L)的情況下，進樣口溫度為310℃時，響應(yīng)值較大，靈敏度較高。由于茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并[g,h,i]苝均為苯環(huán)個數(shù)較大的多環(huán)芳烴，其沸點較高，適當(dāng)提高進樣口溫度，該三種物質(zhì)響應(yīng)值較大。為降低目標(biāo)物的干擾及目標(biāo)物的檢出限，采用選擇離子方式SIM進行定量。分別對初始柱溫保持時間、初始柱溫、柱流速、程序升溫速率、分流比、進樣量等一系列優(yōu)化實驗得到最優(yōu)色譜條件(同1.2)。

注：從左至右依次為1萘-D8; 2萘; 3 2- 氟聯(lián)苯; 4苊烯; 5苊-D10; 6苊; 7芴; 8菲-D10; 9菲; 10蒽; 11熒蒽;12 芘; 13 對三聯(lián)苯-D-14; 14苯并[a]蒽; 15-D12; 16-; 17苯并[b]熒蒽; 18苯并[k]熒蒽; 19苯并[a]芘; 20苝-D12; 21茚并 [1,2,3-c,d]芘; 22-二苯并[a,h]蒽; 23苯并[g,h,i]芘

2.2 內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法的比較

通過內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法分別對土壤中多環(huán)芳烴進行測定，并且通過檢出限、精密度、加標(biāo)回收及實際樣品測定結(jié)果進行比較。

2.2.1 檢出限的測定

在最佳色譜條件下進行測定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ168-2010)中方法和要求計算檢出限。內(nèi)標(biāo)法測定結(jié)果表明在10～500μg/L內(nèi)，目標(biāo)化合物相對響應(yīng)因子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于20%(見表1)；本方法檢出限均低于國標(biāo)方法檢出限，符合要求。由表2可知，外標(biāo)法測定各目標(biāo)化合物結(jié)果在10～500μg/L內(nèi)線性較好，各目標(biāo)化合物質(zhì)曲線相關(guān)系數(shù)均>0.995，符合要求，各目標(biāo)化合物檢出限均高于內(nèi)標(biāo)法，低于國標(biāo)方法檢出限。

表1 16種多環(huán)芳烴測定平均相對響應(yīng)因子、相對偏差和方法檢出限(內(nèi)標(biāo)法)Tab.1 Average relative standards、relatively response factor and the detection limit of internal standard method

表2 16種多環(huán)芳烴測定的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和方法檢出限(外標(biāo)法)Tab.2 The range of linearity、the correlation coefficients and the detection limit of external standard method

續(xù)表2

2.2.2 精確度和準(zhǔn)確度的測定

對空白樣品進行加標(biāo)，加標(biāo)量為10μg/L，同時稱取適量有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，通過前處理和上機分析，進行準(zhǔn)確度和精密度分析(見表3和表4)，可以看出，各目標(biāo)化合物相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在20%以下，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法(HJ805-2016)質(zhì)控要求，該方法均能滿足要求。對質(zhì)控樣的結(jié)果分析表明，內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法測定16種多環(huán)芳烴物質(zhì)均在質(zhì)量控制范圍內(nèi)，滿足測定要求。

表3 精密度和準(zhǔn)確度的測定結(jié)果(內(nèi)標(biāo)法)Tab.3 The results of accuracy and precision (internal standard method)

表4 精密度和準(zhǔn)確度的測定結(jié)果(外標(biāo)法)Tab.4 The results of accuracy and precision (external standard method)

2.3 實際樣品加標(biāo)回收率的分析

采用周邊土壤樣品進行分析，外標(biāo)法定量，實際樣品加標(biāo)回收率在53%～103%之間，平行樣品的相對偏差在20%以內(nèi)；內(nèi)標(biāo)法定量，實際樣品加標(biāo)回收率在50%～110%，平行樣品的相對偏差在20%以內(nèi)滿足質(zhì)量管理控制要求。

2.4 兩種定量方法的比較

通過對兩組數(shù)據(jù)進行t檢驗，萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[a]菲、苯并[k]熒蒽、苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并[g,h,i]苝測定結(jié)果顯示不同定量方法存在顯著性差異，其值分別為t=4.6666，P=0.001<0.01、t=17.00，P=0.000<0.01、t=-10.111，P=0.000<0.01、t=-3.444，P=0.005<0.01、t=-9.955，P=0.000<0.01、t=-8.324，P=0.000<0.01、t=-3.70，P=0.003<0.01、t=-3.455，P=0.004<0.01、t=9.496，P=0.001<0.01、t=9.344，P=0.001<0.01、t=-3.306，P=0.001<0.01、t=6.562，P=0.001<0.01、t=7.096，P=0.001<0.01；熒蒽、苯并(b)熒蒽和茚并(1,2,3-cd)芘定量結(jié)果顯示無顯著性差異。結(jié)果顯示有差異，可能是土壤基體復(fù)雜，測定結(jié)果偏差較大。

外標(biāo)法是最常用的標(biāo)準(zhǔn)曲線法，對標(biāo)準(zhǔn)樣品及人員的操作要求較高，利用標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度和峰面積制作標(biāo)準(zhǔn)曲線對樣品進行定量分析。外標(biāo)法要求儀器重復(fù)性很嚴(yán)格，會因不同操作人員、不同測定時間及儀器的使用均會變化，每批樣品測定曲線差異較大，因此需要每次分析進行標(biāo)準(zhǔn)曲線校正。此方法的特點是操作簡單，計算方便，不需測量校正因子，適于自動分析[7]。但儀器的重現(xiàn)性和操作條件的穩(wěn)定性必須保證，否則，會影響實驗結(jié)果。內(nèi)標(biāo)法即樣品中加入內(nèi)標(biāo)物進行前處理及進樣，同樣對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和人員要求高，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的選擇也很重要，內(nèi)標(biāo)法是測定有機物定量分析中的重要技術(shù)，可以消除由于系統(tǒng)誤差及人為操作等原因引起的干擾而提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論

本文采用快速溶劑萃取法對土壤中16種多環(huán)芳烴的提取，通過優(yōu)化色譜條件，比較了不同溫度下，土壤中16種多環(huán)芳烴的響應(yīng)值。通過優(yōu)化后的色譜條件，在進樣口溫度為310℃條件下，茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并[g,h,i]苝等3種物質(zhì)峰面積以及響應(yīng)值均高于國家標(biāo)準(zhǔn)方法。同時對不同的定量方法進行了比較，結(jié)果表明，內(nèi)標(biāo)法與外標(biāo)法在各項指標(biāo)均能滿足實驗室要求，對16中多環(huán)芳烴進行定量結(jié)果分析，經(jīng)t檢驗部分項目存在差異性顯著，但質(zhì)控樣定量結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，這可能跟有機物本身測定的范圍較大，不確定較大。外標(biāo)法步驟簡單、快速，但受各種因素較大；但內(nèi)標(biāo)法抗抗干擾性較強，比較穩(wěn)定，測定結(jié)果更加準(zhǔn)確，雖2種定量方法各有優(yōu)點，建議使用內(nèi)標(biāo)法定量，減少其他因素的干擾。