李創(chuàng)，潘揚昌，韋英亮

（廣西壯族自治區(qū)分析測試研究中心，南寧 530022）

多環(huán)芳烴（PAHs）是指兩個以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的化合物，具有強烈的致癌、致畸、致突變性，對環(huán)境和人體具有較大危害，已被世界各國列入優(yōu)先控制的污染物名單[1-2]。PAHs 廣泛存在于水體、大氣、土壤、生物體等環(huán)境中，具有生物難降解性和累積性，可通過大氣沉降、植物根系吸收等進(jìn)入到農(nóng)作物體內(nèi)，導(dǎo)致農(nóng)作物受到PAHs 的污染。茶葉是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品，研究表明茶葉受到PAHs 的污染[3-6]，研究者們對茶葉產(chǎn)地環(huán)境，特別是灌溉水中多環(huán)芳烴污染狀況調(diào)查，是研究茶葉PAHs污染來源重要途徑。以茶園灌溉水為研究對象，建立灌溉水中多環(huán)芳烴污染檢測方法。多環(huán)芳烴的分析方法主要有液相色譜法[7-9]、氣相色譜-質(zhì)譜法[10-11]。液相色譜法主要使用紫外檢測器和熒光檢測器，檢測器靈敏度高，但由于分離能力限制，復(fù)雜基質(zhì)樣品容易受到干擾從而無法實現(xiàn)準(zhǔn)確定性。氣相色譜-質(zhì)譜法是一種定性定量分析多環(huán)芳烴類物質(zhì)的重要手段，優(yōu)勢是定性準(zhǔn)確，在不能完全將干擾物分離的情況下仍可準(zhǔn)確定量，數(shù)據(jù)采集方式可以選擇全掃描、選擇離子掃描和反應(yīng)監(jiān)測等多種方式，抗干擾能力強。氣相色譜-質(zhì)譜法已成為一種同時分析多種多環(huán)芳烴重要的檢測手段[12-15]。灌溉水相對于潔凈的地表水來說基質(zhì)比較復(fù)雜，干擾物比較多，同時由于多環(huán)芳烴在水中的溶解度很低，特別需要建立一種測定灌溉水中痕量多環(huán)芳烴污染且抗基體干擾能力強的方法。筆者采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，通過液液萃取、硅膠固相萃取小柱凈化、選擇離子模式采集數(shù)據(jù)的方法提高方法檢出限，以滿足地表水[16]、地下水[17]相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中多環(huán)芳烴特別是其中的對苯并[a]芘(BaP)的限值要求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：GCMS TQ-8040 型，附帶自動進(jìn)樣器AOC-20i+s，日本島津公司。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-52A型，上海亞榮生化儀器。硅膠固相萃取凈化柱：CNWBOND Si SPE Cartridge，1 g， 6 mL，上海安譜科技有限公司。

16 種多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)樣品：含有（萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、?、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、茚、[1，2，3-c，d]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]苝），各組分質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為CDAA-M-631004-XD-1 mL，上海安譜科技有限公司。

2-氟聯(lián)苯和對三聯(lián)苯-d14混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：兩組分質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為CDAAM-690054-XE-1 mL，上海安譜科技有限公司。標(biāo)準(zhǔn)使用液用甲醇稀釋配成1 mg/L。

5 種氘代多環(huán)芳烴內(nèi)標(biāo)混合溶液：萘-d8、苊烯-d10、菲-d10、?-d12和苝-d12，各組分質(zhì)量濃度均為2 000 mg/L，上海安譜科技有限公司。標(biāo)準(zhǔn)使用液用甲醇稀釋配置成1 mg/L。

二氯甲烷、正己烷：色譜純，上海安譜科技有限公司。

丙酮：色譜純，德國默克公司。

無水硫酸鎂：優(yōu)級純，于550 °C烘6 h，冷卻后裝入玻璃瓶內(nèi)，存放于干燥器中。

氯化鈉：分析純，于550 °C烘6 h，冷卻后裝入玻璃瓶內(nèi)，存放于干燥器中。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 氣相色譜

色譜柱：DB-5 ms 型石英毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國Agilent公司）；載氣：高純氦氣體積分?jǐn)?shù)為99.999%；柱流量：1.0 mL/rnin；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；進(jìn)樣量：1.0 μL；不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣時間1 min；分流比：20∶1；隔墊吹掃：3.0 mL/min；程序升溫：80 ℃，保持2 min，以20 ℃/min 升溫至180 ℃保持5 min，再以10 ℃/min 升溫至290 ℃，保持10 min。

1.2.2 質(zhì)譜

電子轟擊源：EⅠ源；離子化能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度250 ℃；掃描模式：選擇離子掃描(SⅠM)；四級桿溫度：150 ℃；溶劑延遲時間：4.5 min；調(diào)諧方式：自動調(diào)諧；檢測器電壓：調(diào)諧電壓一致。

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品預(yù)處理

（1）萃取。搖勻水樣，量取1 000 mL水樣，倒入2 000 mL 的分液漏斗中，依次加入2-氟聯(lián)苯和對三聯(lián)苯-d14替代物混合溶液50 μL，氯化鈉30 g，再加入50 mL二氯甲烷，振搖5 min，靜置分層，收集有機相于接收瓶中，重復(fù)萃取兩遍，合并有機相，加入無水硫酸鈉脫水，無水硫酸鈉不結(jié)塊說明脫水完成。放置30 min。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至約1 mL。

（2）凈化。加入5 mL二氯甲烷沖洗硅膠凈化小柱，浸潤5 min。再用10 mL 正己烷平衡凈化柱，待柱內(nèi)充滿后關(guān)閉流量控制閥，浸潤5 min，打開控制閥，棄去流出液。待凈化柱中填料即將暴露于空氣中之前，將濃縮后的樣品萃取液轉(zhuǎn)移至柱內(nèi)，接收流出液。用1.0 mL正己烷洗滌裝樣品的濃縮瓶2 次，將洗滌液一并轉(zhuǎn)移至柱內(nèi)，用10.0 mL二氯甲烷-正己烷混合溶劑（體積比為2∶8）洗脫，待洗脫液流過凈化柱后關(guān)閉流量控制閥，浸潤5 min，再打開控制閥，繼續(xù)接收洗脫液至完全流出。洗脫液于40 ℃減壓濃縮，用正己烷定容至1.0 mL，加入50 μL 萘-d8、苊烯-d10、菲-d10、?-d12和苝-d125 種氘代多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液內(nèi)標(biāo)，轉(zhuǎn)移至樣品瓶中待測。

1.3.2 定性分析方法

將樣品中目標(biāo)物與混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中目標(biāo)物的保留時間、質(zhì)譜圖、碎片離子質(zhì)荷比及其豐度等信息進(jìn)行比較，對目標(biāo)物進(jìn)行定性。多次分析標(biāo)準(zhǔn)溶液得到目標(biāo)物的保留時間均值，以平均保留時間±3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為保留時間窗口，樣品中目標(biāo)物的保留時間應(yīng)在其范圍內(nèi)。目標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖中相對豐度高于30%的所有離子應(yīng)在樣品質(zhì)譜圖中存在，樣品質(zhì)譜圖和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖中上述特征離子的相對豐度偏差為±30%。分子離子峰，即使其相對豐度低于30%，也應(yīng)該作為判別化合物的依據(jù)。如果實際樣品存在明顯的背景干擾，應(yīng)扣除背景影響。

1.3.3 定量分析方法

根據(jù)定量離子的色譜峰面積，采用內(nèi)標(biāo)法定量。利用平均相對響應(yīng)因子計算試樣中多環(huán)芳烴的質(zhì)量濃度。在儀器數(shù)據(jù)處理軟件上定量參數(shù)設(shè)定定量方法為內(nèi)標(biāo)法，曲線擬合類型選擇平均RF。設(shè)定好曲線后，軟件自動計算試液濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取溶劑的選擇

HJ 478—2009《水質(zhì) 多環(huán)芳烴的測定 液液萃取和固相萃取高效液相色譜法》規(guī)定可采用液液萃取或固相萃取處理水樣品。茶園灌溉水基質(zhì)比較復(fù)雜，部分還有懸浮物，潔凈程度無法和地表水地下水相比，不能采用固相萃取方法富集，很容易發(fā)生堵塞，導(dǎo)致實驗無法進(jìn)行，應(yīng)采用二氯甲烷或者正己烷萃取。分別取50 mL 正己烷和二氯甲烷萃取3 次。二氯甲烷萃取回收率為85.7%～117.6%，正己烷萃取回收率為89.6%～116.5%，兩者萃取效率相當(dāng)。二氯甲烷優(yōu)點是溶劑沸點低，易濃縮減少濃縮過程中的損失，對多環(huán)芳烴溶解性好，且它比水密度大，分離操作比正己烷方便，故采用二氯甲烷作為萃取溶劑。

2.2 固相萃取凈化小柱洗脫液用量選擇

HJ 478—2009規(guī)定可選用硅膠柱或者弗羅里硅土柱作為固相萃取凈化小柱。實驗選擇通用性更強的硅膠柱作為固相萃取凈化小柱。為確保好的凈化效率，在用二氯甲烷和正己烷活化凈化柱及用溶劑洗脫凈化柱時，都用相應(yīng)溶劑浸泡凈化柱，停留5 min 后，再用溶劑繼續(xù)洗脫。將1.0 mL 總量為100 ng 的16 種多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液轉(zhuǎn)移至活化后的硅膠固相凈化柱內(nèi)，打開旋塞，待液面接近無水硫酸鈉層時，分別用體積比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5 的二氯甲烷-正己烷混合溶液洗脫15 mL，逐毫升接收洗脫液，加入50 μL 1 mg/L 5 種氘代多環(huán)芳烴內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液作為內(nèi)標(biāo)，后上機測試，回收率分別為82.4%～126.8%、88.2%～117.4%、82.9%～127.6%、77.9%～119.8%、59.0%～126.7%，故選擇二氯甲烷-正己烷（體積比為2∶8）作為洗脫液。16種多環(huán)芳烴化合物主要集中在2.0～7.0 mL 的接收液中，采用10.0 mL 洗脫液進(jìn)行洗脫，可以將多環(huán)芳烴類化合物洗脫完全。

2.3 替代物加標(biāo)回收試驗

使用2-氟聯(lián)苯和對三聯(lián)苯-d14作為替代物，經(jīng)過萃取、凈化、濃縮、分析，2-氟聯(lián)苯和對三聯(lián)苯-d14的加標(biāo)回收率分別為79%～95%、83%～105.4%，說明樣品前處理穩(wěn)定可靠，灌溉水的基質(zhì)效應(yīng)對試驗結(jié)果影響不大，可以忽略。否則需要建立替代物加標(biāo)回收控制圖，按20～30 個為一批樣品進(jìn)行統(tǒng)計，剔除離群值，計算替代物的平均回收率p及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差s，確保實驗室方法替代物回收率控制在p±3 s內(nèi)。

2.4 方法適用性考察

在1.2.1氣相色譜條件下，16種多環(huán)芳烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖見圖1。由圖1可見，16種多環(huán)芳烴均具有理想的分離度。同分異構(gòu)體苯并[a]蒽和?定量離子均為m/z228.0，保留時間分別為17.6、17.7 min，選擇離子色譜圖見圖2；同分異構(gòu)體苯并[b]熒蒽和苯并[k]熒蒽定量離子均為m/z252.0，也得到較好的分離，選擇離子色譜圖見圖3。萘、芴、菲在純水和灌溉水均有少量檢出，檢出質(zhì)量濃度均小于10 ng/L。萘、芴、菲等多環(huán)芳烴在環(huán)境中廣泛存在，在樣品前處理中會進(jìn)入樣品，且比較難以消除。應(yīng)控制實驗室條件盡量確保萘、芴和菲測定結(jié)果小于定量限。色譜純試劑正己烷應(yīng)妥善保存，避免空氣中萘、芴、菲的污染，使用前特別要注意檢查溶劑是否合格。尤其是用于配制校準(zhǔn)工作溶液的正己烷，特別需要注意其純度是否滿足曲線最低點濃度的要求。灌溉水和純水色譜譜圖顯示，除了萘、芴、菲其余的13種多環(huán)芳烴均未檢出。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液、純水和灌溉水及其加標(biāo)總離子流色譜圖

圖2 苯并［a］蒽和?選擇離子色譜圖

圖3 苯并［b］熒蒽和苯并［k］熒蒽選擇離子色譜圖

2.5 方法檢出限和定量限

除了萘、芴、菲，其余13種多環(huán)芳烴方法檢出限以中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[18]《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2020）為測定依據(jù)，基于空白試驗中未檢測出目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行，以2～5倍方法檢出限濃度對純水樣品進(jìn)行加標(biāo)，按照標(biāo)準(zhǔn)方法操作步驟進(jìn)行試樣制備，全程序平行測定7次，計算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，t通過查表得出后導(dǎo)入公式MDL=t(n-1，0.99)×S計算方法檢出限[18]。萘、芴、菲按照樣品分析的全部步驟，重復(fù)7 次空白試驗，將各測定結(jié)果換算為樣品中的濃度或含量，計算n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，方法檢出限計算方法同13 種多環(huán)芳烴。以4 倍方法檢出限計算定量限[18]。16 種多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度線性范圍、相對相應(yīng)因子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限和定量限列于表1。由表1 可知，在對應(yīng)的線性范圍內(nèi)，各目標(biāo)組分的線性良好，相對相應(yīng)因子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%，方法檢出限為1～7 ng/L。

表1 16種多環(huán)芳烴線性、方法檢出限和定量限

2.6 加標(biāo)回收試驗和精密度

在純水和灌溉水中分別添加高、低兩個濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，重復(fù)測定6次，計算回收率和測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果列于表2。由表2 可知，純水和灌溉水中16 種多環(huán)芳烴加標(biāo)回收率范圍分別為84%～95%和82%～110%，6 次平行測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%～10.6%，表明該方法準(zhǔn)確度和精密度均較高。

表2 16種多環(huán)芳烴加標(biāo)回收率和精密度

3 結(jié)語

采用液液萃取-硅膠固相萃取凈化-氣相色-質(zhì)譜法建立了灌溉水中16種痕量多環(huán)芳烴分析方法，方法檢出限滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對多環(huán)芳烴的限量值要求。方法樣品處理方法成熟，測量準(zhǔn)確度高。利用質(zhì)譜選擇離子掃描模式檢測，可以消除復(fù)雜基質(zhì)干擾。該方法適用于基質(zhì)較為復(fù)雜的灌溉水中痕量多環(huán)芳烴檢測。