环境样品中二噁英的化学检测技术

（山东省生态环境监测中心 山东济南 250101）

0 引言

二噁英类化合物是多氯代二苯并对二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的总称，是首批被列入《斯德哥尔摩公约》的持久性有机污染物之一。二噁英类共包括210种化合物，其中17种2，3，7，8位全部被氯原子取代的同类物毒性最强。二噁英具有三致效应、生殖毒性及环境内分泌干扰作用等多种毒性，降解周期长，不溶于水，易溶于脂类，因此容易在食物链顶端的人及动物体内积累。

环境样品中的二噁英类检测方法主要分为化学检测法和生物检测法。化学检测法依靠高分辨气相色谱-高分辨质谱及气相色谱-三重四级杆质谱进行定量分析，检出限低、分辨率高、精密度好，但存在前处理繁琐、检测周期长，分析成本高的问题；而以酶免疫分析法、酶活力诱导法、荧光素酶报告基因法等为代表的生物检测法，成本低、周期短，适用于大量样本筛选及快速半定量检测，但无法准确定量。

本文对以高分辨质谱法和三重四级杆质谱法为基础的前处理技术及化学分析技术进行综述和比较。

1 前处理技术

二噁英样品前处理包括样品的提取、净化和浓缩，其中提取和净化对二噁英回收率起重要作用。传统的手工操作如索氏提取和手工净化是前处理的通用方法，成本低，适用于基质复杂的样品，但操作繁琐、周期长、对实验员技术要求高。很多实验室采用了如自动索提仪、自动净化仪等自动前处理技术。与手工方法相比，仪器方法自动化程度高，省时省力，能更好地控制提取及净化环境，回收率稳定，减少了有机溶剂对人的毒害，但也存在购买及维护成本高、易出现故障的缺点。总体来说，自动前处理技术具有良好的发展前景，但相关技术仍需进一步改进。

1.1 提取

索氏提取是环境样品中二噁英前处理最常见的方法，EPA1613B及我国HJ/T77标准均采用此法，设备简单易得、操作简便，可应用于多种环境介质，能达到大部分实验室对提取的要求，但耗时较长（16 h以上），有毒试剂用量大（甲苯300 mL）［1］。

除了传统的索提方法，近年来自动仪器提取方法也得到大量应用，如自动热提取、快速溶剂萃取、超声波提取、固相萃取等。瑞士步琦E-800自动索提仪，在样品和溶剂部分都能加热，可设置循环次数，提取效率高于手工索提，但有时出现漏液和溶剂挥发过快问题。美国赛默飞Dionex ASE350快速溶剂萃取仪，萃取时间短（1 h以内），有机溶剂用量少（小于100 mL），可连续提取几十个样品，但管路清洗难度较大，易造成样品交叉污染。白昭（2014）使用Dionex ASE 350提取空气及土壤样品，采样内标及提取内标回收率均满足要求［2］。

1.2 净化

样品中的二噁英类经提取后需通过净化去除干扰物质，根据净化柱数量可分为一段式、两段式、三段式净化，有的还有四段式净化。以常见的三段式净化为例，第一段为多层硅胶柱，含有硫酸硅胶、氢氧化钾硅胶等，用于去除有色物质、多环芳香族化合物、强极性化合物等；第二段为氧化铝柱；第三段为活性炭柱，用于去除弱极性和非极性化合物、多氯联苯等。

根据自动化程度不同还可分为手工、半自动及全自动净化。手工净化即人工装填及转换净化柱，耗时较长（3～4 h），操作繁琐。半自动净化使用商业化一次性净化柱，不需要人工填柱及配制溶剂，设备价格相对低廉、简单实用，耗时短于手工净化，但实验中仍需要手动转接净化柱。全自动净化实现了全过程自动操作，使用一次性净化柱，如德国DEXTech净化系统，操作简单、溶剂用量少、分析速度快（70 min左右），但管路多、程序复杂，易造成漏液、堵塞以及样品交叉污染问题，设备成本及耗材费用高。饶钦全等（2018）使用DEXTech自动净化系统与手工方法进行比对，结果基本一致［3］。近年来还出现了集萃取、净化于一体的自动前处理系统，如美国FMS Power-Prep多柱样品净化系统。

2 分析技术

2.1 高分辨质谱法

在环境样品二噁英检测中，同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法是世界公认的“黄金法则”，美国EPA1613B、日本JIS K0311、欧盟EN 1948以及我国HJ/T77标准均采用此法。该方法检出限低、灵敏度高，选择性好，方法成熟，缺点是仪器购置费高（500万元左右）、实验室条件要求严格且运维费用高（每年20万元左右）、分析周期长，对前处理操作要求高。市面上的高分辨磁质谱仪有美国DFS、日本电子JMS、以及已停产但仍有较多用户的沃特世Waters AutoSpec。

李翔（2006）采用Dionex ASE 300加速溶剂萃取仪、FMS Power Prep流体控制系统及Waters AutoSpec定量测定了底泥中17种二噁英，结果表明该方法的检出限可达0.1 pg/g，提取内标回收率为 49.8%～85.3%，PAR标准回收率为 93.2%～115.6%［4］。

2.2 三重四级杆质谱法

鉴于高分辨磁质谱仪成本高昂，价格更易被接受的三重四极杆质谱仪受到更多关注。三重四级杆质谱是一种串联质谱，采用多重反应监测模式（MRM），待测化合物在离子源作用下生成带电离子，经第一级质量分析器分离筛选出特征母离子，母离子在碰撞室发生诱导解离生成子离子，在第二级质量分析器得到分离，特征子离子最终到达检测器得到二级质谱。MRM模式实现了母离子和子离子的一一对应，有效减少了其他离子的干扰，降低本底噪音，提高了选择性和灵敏度，因此，串联质谱法特别适用于分析基质复杂、干扰因素多、待测化合物含量极低的样品。

近年来，三重四级杆质谱技术在环境样品的多氯联苯、多环芳烃、二噁英类污染物分析中展现出极大优势。张利飞等（2014）基于Agilent气相色谱-三重四级杆质谱测定环境样品中二噁英，结果表明在浓度范围0.5～2000 ng/mL之间具有良好的线性，17种二噁英的相对响应因子在0.96～1.21之间，定量限范围在0.080～2.83 pg/μL之间，国际实验室比对样品的总I-TEQ值落在给定范围内。研究还将三重四级杆质谱与高分辨质谱的测定结果进行比较，当环境样品二噁英浓度在0～60 ng I-TEQ范围内，两者数据具有较好的线性相关性［5］。孙慧中等（2017）的研究表明，利用三重四级杆质谱仪，进样量为20～200 fg的17种二噁英的信噪比均大于50 dB，色谱峰面积的RSD小于20%（n=12），方法在较宽的浓度范围内具有良好的线性，标准曲线的相对响应因子的RSD均小于15%，并利用本方法测定了大气、土壤和污泥3种不同环境样品中二噁英的浓度，其检测结果与高分辨质谱法具有良好的一致性［6］。

3 结论

传统的人工前处理方法适用范围广但耗时费力，仪器方法自动化程度高，能更好地控制提取及净化环境，减少了有机溶剂对实验人员的毒害，但也存在购买及维护成本高、易出现故障等缺点。高分辨气相色谱-高分辨质谱法是一套成熟的分析方法，但仪器购置及维护费用高，气相色谱-三重四级杆质谱法由于抗干扰能力强、本底噪音低、选择性和灵敏度高，正逐渐成为二噁英定量检测领域的新趋势。