黃 蕓，張 渝

(四川省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站，成都 610091)

前 言

p,p’-DDT是一種有機(jī)氯農(nóng)藥。有機(jī)氯農(nóng)藥是一類在環(huán)境中廣泛存在的持久性有機(jī)污染物(POPs)，對人體和生態(tài)環(huán)境造成極大危害[1-2]。環(huán)境中有機(jī)氯農(nóng)藥的分析方法主要有氣相色譜法[3-4]，氣相色譜-四極桿質(zhì)譜聯(lián)用法[5～7]，氣相色譜-四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法[8]，二維色譜法[9]等方法。在有機(jī)氯農(nóng)藥的這些分析方法中，共同的難點(diǎn)是p,p’-DDT在分析過程中的降解。p,p’-DDT在色譜分析中的降解率EPA8270[10]規(guī)定要低于20%，EPA8081b規(guī)定要低于15%[11]，我國環(huán)保部頒發(fā)的有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)分析方法[12～17]中p,p’-DDT的降解率要小于15%或20%，否則分析數(shù)據(jù)無效。降解的原因可能是色譜進(jìn)樣口及色譜系統(tǒng)被樣品污染，出現(xiàn)較多活性位點(diǎn)，在較高的進(jìn)樣口溫度(如：250℃～280℃)下，這些活性位點(diǎn)產(chǎn)生了類似催化劑的特性，使得p,p’-DDT發(fā)生降解。目前降低p,p’-DDT降解的方法是清潔維護(hù)色譜系統(tǒng)，如更換襯管、清洗進(jìn)樣口、切掉污染的部分色譜柱、惰性化色譜進(jìn)樣系統(tǒng)[10]等，由于有機(jī)氯農(nóng)藥在色譜分析時降解率高，降解速度快，傳統(tǒng)方法存在色譜系統(tǒng)維護(hù)次數(shù)多，分析效率低，儀器耗材成本高的缺點(diǎn)，而且此方法降低p,p’-DDT降解效果不明顯，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。

本方法采用在樣品進(jìn)樣同時加入微量鹵代烴作為降解抑制劑，減少p,p’-DDT在色譜分析過程中的降解，與傳統(tǒng)方法比較，能顯著降低p,p’-DDT降解率，大大降低色譜清潔維護(hù)頻率，操作簡單，顯著提高分析效率，節(jié)約耗材和時間成本，保證分析質(zhì)量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

7890B/5975C 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司)；色譜柱：DB-5MS(30m×0.25mm，0.25μm)(美國Agilent公司)；ASE350快速溶劑萃取儀(美國Thermo公司)；HSC-24B氮吹儀(天津恒奧科技公司)；LGJ-18真空冷凍干燥機(jī)(北京松源華興科技公司)。

正己烷、丙酮、二氯甲烷(農(nóng)殘級，美國fisher公司)；三氯甲烷、四氯化碳、1,1,2,2-四氯乙烷(分析純，國藥集團(tuán)公司)；1,2-二氯乙烷(分析純，成都科隆公司)、1,1,2-三氯乙烷(分析純，上海阿拉丁公司)、六氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯(色譜純，壇墨質(zhì)檢公司)、1-碘丁烷(分析純，百靈威公司)。

有機(jī)氯農(nóng)藥34種混標(biāo)(100μg/ml，美國Accustandard公司)；菲-d10(4.0mg/ml，美國Accustandard公司公司)；四氯間二甲苯(100μg/ml，美國Accustandard公司)；十氯聯(lián)苯(100μg/ml，美國Accustandard公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

萃取方法：取凍干后的實(shí)際土壤樣品20g，在快速溶劑萃取儀中進(jìn)行萃取，萃取條件為：以正己烷/丙酮混合溶劑(1∶1,V/V)為提取溶液，萃取溫度 100℃，萃取壓力 1 500 psi，靜態(tài)萃取時間 5 min，淋洗為 60%池體積，氮?dú)獯祾邥r間 60 s，萃取循環(huán)次數(shù)2次[18]。收集提取溶液。提取溶液采用柔和氮?dú)獯抵?mL萃取濃縮液，再用固相萃取對濃縮液進(jìn)行凈化。

凈化方法：凈化柱為商用佛羅里硅土凈化小柱(1g，6mL)(美國，Agilent公司)，先用10mL正己烷活化凈化柱，轉(zhuǎn)移全部1mL萃取濃縮液至凈化小柱中，用9mL正己烷/丙酮混合溶劑(9∶1,V/V)洗脫，收集全部洗脫液，濃縮后加入內(nèi)標(biāo)定容至1.0mL。

1.2.2 降解率測定

配制濃度為2.0μg/mL的p,p’-DDT正己烷相標(biāo)準(zhǔn)溶液，采取直接進(jìn)樣方式分別測定未加入降解抑制劑鹵代烴的和加入降解抑制劑鹵代烴的p,p’-DDT降解率，考察降解抑制劑鹵代烴對色譜分析過程中降解率的影響，考察的鹵代烴有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、六氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、1-碘丁烷。

隨著我國預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的大量建設(shè)，不少橋梁由于年久失修已出現(xiàn)各種病害。尤其是20世紀(jì)修建的橋梁，由于設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低，承載能力預(yù)計(jì)不夠，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前的交通需求。采取合理有效的方式對該類橋梁進(jìn)行加固以滿足正常使用要求，對于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展尤為重要。

1.2.3 降解率變化情況測定

取上述1.2.2中p,p’-DDT標(biāo)準(zhǔn)溶液和1.2.1中實(shí)際樣品，交替進(jìn)樣標(biāo)準(zhǔn)溶液和實(shí)際樣品，考察在沒有降解抑制劑鹵代烴的條件下，隨著實(shí)際樣品的土壤萃取液進(jìn)樣次數(shù)的增加，p,p’-DDT降解率變化情況。在現(xiàn)有未清潔的色譜條件下，按照上述進(jìn)樣順序，在每次進(jìn)樣p,p’-DDT標(biāo)準(zhǔn)溶液同時加入0.2μL四氯化碳，考察存在降解抑制劑四氯化碳條件下，隨著實(shí)際樣品土壤萃取液進(jìn)樣次數(shù)的增加，p,p’-DDT的降解率變化情況。

1.2.4 有機(jī)氯農(nóng)藥校正曲線比較

配制濃度水平分別為20μg/L、50μg/L、100μg/L、200μg/L、500μg/L、1 000μg/L、2 000 μg/L的有機(jī)氯校正標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察加入和不加入降解抑制劑四氯化碳時的有機(jī)氯校正曲線線性關(guān)系。

1.2.5 氣相色譜條件

進(jìn)樣口溫度為250℃～280℃；進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣；正己烷相p,p’-DDT和異狄氏劑混合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣量為1.0μL；在進(jìn)樣前通過自動進(jìn)樣器加入鹵代烴純品(溶劑)0.2μL；柱流量為1.0mL/min；程序升溫為60℃保持2min，30℃/min升至225℃，保持0min，1℃/min升至232℃，保持0min，30℃/min升至300℃，保持1min；氣質(zhì)接口溫度為280℃。

1.2.6 質(zhì)譜條件

比較降解率變化時采用全掃描模式，掃描范圍：45～500 m/z；比較有機(jī)氯校正曲線線性關(guān)系時采用選擇離子模式；調(diào)諧模式：自動調(diào)諧；離子源溫度：230℃；四級桿溫度：150℃。

按照1.2.1的方法對實(shí)際土壤和實(shí)際土壤加標(biāo)樣品進(jìn)行前處理，加標(biāo)濃度為3.0μg/kg，按照1.2.4～1.2.6的方法測定實(shí)際土壤樣品和加標(biāo)樣品，并測定實(shí)際樣品加標(biāo)回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同鹵代烴對p,p’-DDT色譜分析過程中降解率的影響

按照1.2.2降解率測定方法，直接進(jìn)樣2.0μg/mL的 p,p’-DDT正己烷相混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分析在沒有加入降解抑制劑鹵代烴和加入降解抑制劑鹵代烴時p,p’-DDT的降解率，測定結(jié)果見圖1和表1所示。圖1以四氯乙烯作為降解抑制劑，在其加入前后的p,p’-DDT降解率變化情況圖。表1為采用1.2.2中的鹵代烴作為降解抑制劑時，不同鹵代烴加入前后降解率的變化情況表。

1.p,p’-DDT;2.p,p’-DDD;3.p,p’-DDE

由圖1可見，四氯乙烯的加入對p,p’-DDT降解率的影響極大，降解率從41.9%降低至2.6%，說明在色譜進(jìn)樣過程中加入少量四氯乙烯能有效抑制p,p’-DDT降解的產(chǎn)生，控制降解率在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)。

表1 不同鹵代烴對p,p’-DDT降解率的影響

由表1可見，上述幾種鹵代烴均能有效降低p,p’-DDT在色譜分析過程中的降解情況，其降解率從36.8%～51.1%降至1.00%～6.00%，滿足標(biāo)準(zhǔn)對p,p’-DDT在色譜分析過程中的要求，其中四氯化碳對p,p’-DDT的降解最為有效，其降解率可低至1.00%。從降解率的變化幅度也可以看出，上述幾種鹵代烴中四氯化碳對于p,p’-DDT降解率的影響最為顯著，降解率變化幅度為97.5%。

2.2 p,p’-DDT降解率變化情況測定

按照1.2.3的測定方法，考察加入和不加入降解抑制劑四氯化碳的條件下，隨著實(shí)際樣品進(jìn)樣次數(shù)的增加，p,p’-DDT降解率變化情況，結(jié)果如表2所示。

表2 不同進(jìn)樣次數(shù)下p,p’-DDT降解率變化及四氯化碳對降解率的影響

由表2可見，隨著色譜進(jìn)樣次數(shù)的增加，p,p’-DDT降解率從第一次進(jìn)樣時的3.90%變化至第七次70.4%，降解非常明顯，在第二次進(jìn)樣時p,p’-DDT降解率就超過了標(biāo)準(zhǔn)要求范圍，達(dá)到了46.1%，當(dāng)加入四氯化碳后，p,p’-DDT降解率顯著降低，第一次進(jìn)樣至第七次進(jìn)樣的降解率變化范圍在2.3%～3.8%，不僅滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且降解率的變化范圍很小，僅有不到2%，說明四氯化碳不僅能大幅度降低p,p’-DDT降解率，而且使p,p’-DDT降解率長時間保持穩(wěn)定，有效提高分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 p,p’-DDT和異狄氏劑降解率機(jī)理探討

標(biāo)準(zhǔn)定義p,p’-DDT在色譜系統(tǒng)中降解產(chǎn)物為p,p’-DDD、p,p’-DDE。p,p’-DDT及其降解產(chǎn)物見表3所示。

表3 p,p’-DDT及其降解產(chǎn)物化學(xué)信息

由表3可見，p,p’-DDT降解產(chǎn)物為p,p’-DDD和p,p’-DDE，反應(yīng)類型為鹵代烴的還原和消除反應(yīng)，其中p,p’-DDD占p,p’-DDT降解產(chǎn)物的90%以上，說明主要發(fā)生的降解反應(yīng)為鹵代烴還原反應(yīng)。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，降解主要發(fā)生在色譜進(jìn)樣口，而且樣品是在氣體狀態(tài)下發(fā)生降解，其降解機(jī)理可能是一種自由基型的還原反應(yīng)[19]。在p,p’-DDT含3個氯取代的季碳原子上，由于氯原子強(qiáng)烈的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，使得與氯原子成鍵的季碳原子具有較高的活性，在高溫和活性位點(diǎn)聯(lián)合作用下，這些活性位點(diǎn)產(chǎn)生類似催化劑性質(zhì)，產(chǎn)生氫自由基并發(fā)生鹵代烴還原反應(yīng)，取代連接3個氯原子的季碳原子上氯自由基后生成p,p’-DDD，或者發(fā)生消除反應(yīng)生成p,p’-DDE。

當(dāng)加入降解抑制劑鹵代烴后，大量的鹵代烴先于p,p’-DDT與氫自由基反應(yīng)，從而阻止了p,p’-DDT的降解。

2.4 有無降解抑制劑時有機(jī)氯農(nóng)藥的校正曲線線性關(guān)系比較

選擇四氯化碳作為降解抑制劑，按照1.2.4的方法分析校正曲線，比較有無降解抑制劑時，目標(biāo)化合物的校正曲線線性關(guān)系，校正曲線按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相對響應(yīng)因子[12]法進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)在色譜系統(tǒng)未做清潔維護(hù)的條件下進(jìn)行，結(jié)果見圖2和圖3。

①1,3,5-三氯苯 ②1,2,4-三氯苯 ③1,2,3-三氯苯 ④1,2,4,5-四氯苯⑤1,2,3,5-四氯苯 ⑥1,2,3,4-四氯苯 ⑦五氯苯 ⑧四氯間二甲苯 ⑨α-666 ⑩六氯苯 β-666 γ-666 五氯硝基苯 菲-d10 δ-666 七氯 艾氏劑 三氯殺螨醇 環(huán)氧七氯 外環(huán)氧七氯 γ-氯丹 o,p’-DDE 硫丹Ι α-氯丹 狄氏劑p,p’-DDE o,p’-DDD 異狄氏劑 硫丹Ⅱ p,p’-DDD o,p’-DDT 異狄氏劑醛 硫丹硫酸鹽 p,p’-DDT 異狄氏劑酮 甲氧滴滴涕 十氯聯(lián)苯

由圖2可見，在四氯化碳存在條件下，37種目標(biāo)化合物均能達(dá)到較好分離，說明四氯化碳不會影響目標(biāo)化合物的色譜峰形。

由圖3可見，在不加入四氯化碳的情況下，當(dāng)進(jìn)樣口溫度為250℃時，p,p’-DDT、o,p’-DDT、甲氧滴滴涕的RF的RSD值大于20%；當(dāng)進(jìn)樣口溫度為280℃時，p,p’-DDT、p,p’-DDD、p,p’-DDE、硫丹硫酸鹽、異狄氏劑酮和甲氧滴滴涕的RF的RSD值大于20%，其中甲氧滴滴涕RF的RSD大于40%，說明進(jìn)樣口溫度越高，易降解化合物越容易降解，校正曲線線性越差。在加入四氯化碳的情況下，當(dāng)進(jìn)樣口溫度為280℃時，o,p’-DDT、p,p’-DDT、甲氧滴滴涕RF的RSD值小于沒有四氯化碳時目標(biāo)化合物RF的RSD值，說明四氯化碳能改善易降解化合物校正曲線的線性關(guān)系，但是異狄氏劑、p,p’-DDD、o,p’-DDT、異狄氏劑醛、甲氧滴滴涕幾種物質(zhì)的RF的RSD值仍大于20%，說明即使加入四氯化碳，進(jìn)樣口溫度過高仍然會影響目標(biāo)化合物的線性。在進(jìn)樣口溫度為250℃及加入四氯化碳條件下，目標(biāo)化合物RF的RSD值均小于20%，滿足標(biāo)準(zhǔn)方法[12]要求。

圖3 有和沒有四氯化碳時各目標(biāo)化合物的響應(yīng)因子

2.5 實(shí)際土壤樣品加標(biāo)回收率測定

按照1.2.7的方法測定實(shí)際樣品加標(biāo)回收率，見圖4所示。

圖4 實(shí)際土壤樣品加標(biāo)回收率

由圖4可見，實(shí)際樣品加標(biāo)回收率范圍在62.3%～132.0%之間，滿足標(biāo)準(zhǔn)方法[12]中40%～150%的有機(jī)氯農(nóng)藥實(shí)際樣品加標(biāo)回收率范圍。

4 結(jié) 論

建立了一種加入微量鹵代烴作為降解抑制劑降低氣相色譜/質(zhì)譜分析中p,p’-DDT降解問題的方法。本方法與傳統(tǒng)方法相比，無需對色譜系統(tǒng)進(jìn)行頻繁清潔維護(hù)和耗材更換，只需在進(jìn)樣同時加入微量降解抑制劑即可極大降低p,p’-DDT的降解問題，操作簡單，分析效率高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，成本低，是一種針對于色譜分析中p,p’-DDT降解的簡單有效的方法，這種方法理念也可應(yīng)用于其它易降解化合物的分析。