索氏提取-全二维气相色谱法测定化工区江滩沉积物中20种有机氯农药和7种多氯联苯的含量

吕爱娟，时 磊，沈小明，刘 娇，蔡小虎

(中国地质调查局 南京地质调查中心，南京210016)

有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)是目前关注度较高的2 种持久性有机污染物(POPs)[1]。其理化性质的高度稳定性、难降解性和憎水性，使其在环境中表现出较高的残留性，能通过食物链进入生物体内并富积、浓缩和放大，进而影响人类及其他生物的生殖、免疫力、神经等系统的生理功能[2]。目前，土壤中有机氯农药和多氯联苯的检测和监测工作已被列入国家土壤状况详查的范畴。

目前，土壤中有机氯农药和多氯联苯的检测方法主要有气相色谱法[3]和气相色谱-质谱法[4]。采用的提取方法主要有索氏提取[5]、加速溶剂萃取(ASE)[6]和超声波提取[7]，对于污染严重的土壤须额外采取净化措施，如层析柱净化[8]、凝胶渗透色谱法(GPC)净化[9]、QuEChERS法[10]等，这几种净化方法虽然可以去掉部分杂质，但难以除去化学性质与目标物高度相似的杂质，而土壤样品中含有的目标化合物同分异构体使得样品中组分变得十分复杂，使用柱峰容量有限的普通一维色谱分离时峰重叠现象非常严重，无法实现复杂基质土壤中多种有机氯农药及多氯联苯的同时测定。全二维气相色谱法是20世纪90年代发展起来的一种分析方法，是利用两根不同的色谱柱之间的极性差异，实现目标化合物的正交分离，能够很好地解决复杂样品的分离和定性问题。该方法凭借其高峰容量、高分辨率和高灵敏度等特点，近几年被广泛应用于各类复杂样品的分析，如土壤[11]、植物油[12]和石油类产品[13]等。电子捕获检测器(ECD)对有机氯农药和多氯联苯具有很高的灵敏度，但其专属性较差，全二维气相色谱法的优异性能可以弥补其专属性不足。近年来，将全二维气相色谱法与ECD 联用，应用于分析复杂基质样品的研究越来越多[14]。

本工作在前人研究的基础上，以化工区江滩沉积物为研究对象，利用全二维气相色谱法结合ECD技术的分离、鉴定优势，对20种有机氯农药和7种多氯联苯进行了测定。本方法操作简便、灵敏度高，可以满足复杂基质样品中20种痕量有机氯农药和7种多氯联苯的定性与定量分析。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 6890N 型气相色谱仪，配ECD;Canvas SSM1800型全二维气相色谱仪;250 m L 的索氏抽提器;HH-1-6型恒温水浴锅;KL512J型数控氮吹浓缩仪;LSB-10/20型低温冷却液循环泵;WH-3型旋涡振荡仪;弗罗里硅土固相萃取小柱(1 000 mg/6 mL)。

20 种有机氯农药的混合标准储备溶液:2 000 mg·L－1，介质为甲苯-正己烷(1＋1)溶液。

7种多氯联苯的混合标准储备溶液:10.0 mg·L－1，介质为环己烷。

无水硫酸钠为分析纯，在400 ℃下烘烤4 h保存备用;正己烷和丙酮均为色谱纯;高纯氮气(纯度为99.999%);经15%(体积分数，下同)硝酸溶液活化的铜片。

1.2 色谱条件

一维TG-35MS 色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25μm);二维DB-1 色谱柱(0.80 m×0.18 mm，0.18μm);进 样 口 温 度 为250 ℃;ECD 温 度 为300 ℃;载 气 为 氮 气，纯 度 为99.999%;流 量 为1.0 m L·min－1;进样量为1.0μL;不分流进样。柱升温程序:初始温度为150 ℃，以3 ℃·min－1的速率升温至258 ℃;再以4 ℃·min－1的速率升温至280 ℃。

1.3 试验方法

将新鲜沉积物样品置于搪瓷盘中，除去枝片、石子等异物，充分混匀。称取10.00 g样品进行脱水，加入适量处理过的无水硫酸钠，掺拌均匀，研磨成细粒状。同时另取土壤样品一份，用于含水率的测定。将研磨均匀的样品全部装入滤纸套筒中，置于索氏提取器内，加入体积比为1∶1的正己烷-丙酮混合溶液250 m L，提取8～12 h，回流速率控制为10次·h－1，冷却后收集所有提取液待净化。将活化后的铜片置于提取液中，放置4～6 h 除去硫化物，如果铜片全部变黑需补加铜片，直至铜片不变色为止。过滤、浓缩，浓缩后约0.5 m L 的提取液经弗罗里硅土固相萃取小柱净化，加入体积比为9∶1的正己烷-丙酮混合溶液15 m L 进行洗脱，洗脱液于40 ℃吹氮浓缩，用正己烷定容至1.0 m L，按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

按照仪器工作条件对20.0μg·L－1的20种有机氯农药及7种多氯联苯的混合标准溶液进行测定，色谱图见图1。

图1 混合标准溶液的气相色谱图Fig.1 Gas chromatogram of mixed standard solution

2.2 提取方法的选择

由于试验选择的化工区江滩沉积物的含水率较高，在加入无水硫酸钠混合均匀后，如果采用常规的超声或振荡方式对样品进行提取，可能出现基体极易结块的现象，严重影响提取效率。试验比较了索氏提取法、加速溶剂提取法和超声波提取法等3种提取方法对化工区江滩沉积物的提取效率。选择空白样品3份，分别加入1 000μg·L－1的混合标准溶液100μL，以体积比为1∶1的正己烷-丙酮混合溶液为提取溶剂，按上述3种提取方法进行提取。结果发现:索氏提取法、加速溶剂提取法和超声波提取法对各目标物的回收率分别为83.1%～104%，81.6%～102%，77.5%～94.3%。试验选择的提取方法为索氏提取法。

试验进一步考察了索氏提取时间和提取效率之间的关系。结果发现:以10次·h－1的回流速率对样品进行提取8～12 h时，提取含量基本达到饱和。样品只需提取过夜就能满足要求，适用于批量样品的测定。

2.3 调制周期的选择

全二维气相色谱仪的调制器主要起到浓缩、聚焦和再进样的作用，合适的调制周期有利于目标化合物更好的分离，降低目标化合物的检出限。如果调制周期过短，会使第一维流出的组分未能在同一周期内完成调制就进入下一周期，影响目标化合物的定性和定量;如果调制周期过长，减少了一维峰的切割次数，易出现共流出现象，从而导致一维色谱分辨率下降。因此，在满足分离度的条件下，试验应选择尽可能短的调制周期。试验考察了调制周期分别为1，2，3，4 s时的分离效果，发现当调制周期为4 s时，全部目标化合物均能在同一周期内流出且分离度良好。试验选择调制周期为4 s。

2.4 色谱柱的选择

20种有机氯农药和7种多氯联苯虽然存在极性和沸点的差异，但由于物质较多、样品基质复杂，完全分离的难度依然很大，因此选择极性色谱柱与非极性色谱柱搭配的方式进行分析。目标化合物在极性一维色谱柱上，按目标化合物的沸点规律进行分离，而流出物经调制器聚焦后迅速升温送至二维色谱柱，并在二维色谱柱上按目标化合物的极性差异进行分离。试验比较了多组色谱柱组合方式，其中 一 维TG-35MS 色 谱 柱(30 m×0.25 mm，0.25μm)和二维DB-1 色谱柱(0.8 m×0.18 mm，0.18μm)的组合能够很好地分离所有目标化合物，且每个目标化合物均有独立的一维和二维的保留时间，因此确定采用以上组合方式建立分析方法。

2.5 标准曲线与检出限

按照 色 谱 条 件 对1.0，5.0，10.0，20.0，50.0，100.0，200.0μg·L－1的混合标准溶液系列进行测定。以各目标化合物的质量浓度为横坐标，与其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。各目标化合物的质量浓度均在1.0～200.0μg·L－1内与其对应的峰面积之间呈线性关系，线性回归方程和相关系数见表1。

在10 g石英砂样品中加入低含量的20种有机氯农药和7种多氯联苯的混合标准溶液，平行测定7次，计算标准偏差s，以3.14倍的标准偏差计算方法的检出限(3.14s)，结果见表1。

表1 线性参数和检出限Tab.1 Linearity parameters and detection limits

2.6 精密度与回收试验

以实际空白沉积物样品作为基质，对其添加0.50，10.0μg·kg－1的混合标准溶液，按照试验方法进行测定，平行测定6次，计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD)，结果见表2。

表2 精密度与回收试验结果(n＝6)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表2 可知:各目标化合物的回收率为72.0%～96.3%，测定值的RSD 为2.1%～11%。

2.7 样品分析

按照试验方法对10份化工区江滩沉积物样品进行测定，结果见表3。其中实际样品6的气相色谱图见图2。

结果表明:样品检出率较高，检出物主要为滴滴伊和滴滴滴;其中少量样品检出β-六六六、p，p′-滴滴涕和PCB118;检测结果用气相色谱-质谱法进行验证，结果基本一致。说明该方法测定结果准确、可靠。

本工作建立了测定复杂基质沉积物中20种有机氯农药和7种多氯联苯的全二维气相色谱法，采用索氏提取法提取，提取液经铜片除硫，再用弗罗里硅土固相萃取小柱净化，方法提取效率高、净化效果好。方法精密度和回收率均令人满意，该方法可为检测不同类型地质样品中的有机氯农药和多氯联苯提供参考依据。

图2 实际样品的色谱图Fig.2 Chromatogram of the substantial sample

表3 样品分析结果Tab.3 Analytical results of the samples μg·kg－1