快速溶剂萃取–气相色谱–质谱法测定土壤中12种半挥发性有机物

王岚，高翔宇，杨海文，张华，高文旭，马怡飞，白亮

（西安西北有色地址研究院，西安 710054）

土壤中的半挥发性有机物（SVOCS）是指沸点较高的具有危害性的污染物，其种类繁多，常见的有多环芳烃、邻苯二甲酸酯类、有机农药［1］等，对人体有致癌、致畸、致突变［2］等危害，且在环境方面具有持久性、生物蓄积性、难降解［3］等特性。因此，建立一种准确高效的半挥发性有机物测定方法对环境监测具有重要意义。

目前，土壤中的SVOCS的检测方法主要有气相色谱–质谱（GC–MS）法［3］和气相色谱法［4］等，其中质谱法定性能力较好，且抗干扰能力强，灵敏度高，应用日益广泛。国内外针对土壤中的半挥发性有机物的前处理方法主要有QuEChERS（Quick，Easy，Cheap，Effective，Rugged，Safe）法［5］、加速溶剂（AES）法［6–7］、固相萃取(SPE)法［8］和磁固相萃取法(MSPE)［9］等，但样品容量较大时，经常无法涵盖多种类的有机污染物。与其它萃取方法相比，ASE法具有萃取时间短、溶剂消耗少、操作自动化程度高、提取充分等优点［10］，广泛应用于环境、食品样品中有机污染物的检测［11］。目前主流的土壤样品净化法是固相萃取小柱净化法［12–13］和凝胶色谱净化法［14］，固相萃取小柱法需要针对不同类别物质填充相应的填料［15］，不能满足同时净化多种类物质的需求，而凝胶色谱法虽然能满足大部分类型半挥发性有机物的净化，但是无法净化苯胺［16］，不能满足重点行业企业建设用地土壤详查项目中半挥发性有机物检测［17］。

笔者选择AES法结合氮吹作为前处理的方式［18］，大大降低了方法检出限，采取稀释进样来代替净化，从而降低样品对于仪器的污染，在检出限满足GB 36600—2018 《土壤环境质量建设用地 土壤污染风险管控标准（试行）》中一类用地的筛选限值的1／10的同时提高了回收率，适用于重点行业企业用地土壤详查的SVOCS检测。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱–质谱联用仪：7890–5977B型，美国安捷伦科技公司。

平行浓缩仪：MultiVap–10型，北京莱伯泰科仪器有限公司。

快速溶剂萃取仪：FLEX–HPSE型，北京莱伯泰科仪器有限公司。

苯胺:质量浓度为1 000 mg／L，溶剂为甲醇，编号为CDAA–S–650022–AD–1 mL，上海安谱实验科技有限公司。

11种半挥发性有机物混合标准溶液：包括苯酚、2-氯苯酚、硝基苯、萘、苯并［a］蒽、䓛、苯并［b］荧蒽、苯并［k］荧蒽、苯并［a］芘、茚并［1，2，3-cd］芘、二苯并［a，h］蒽，质量浓度均为1 000 mg／L，溶剂为二氯甲烷，编号为CDAA–M–690060–KD–1 mL，上海安谱实验科技有限公司。

替代物混合标准储备液：包括2-氟酚、苯酚-d6、硝基苯-d5、2-氟联苯、4，4-三联苯-d14，质量浓度均为1 000 mg／L，溶剂为丙酮–二氯甲烷（1∶1），标准物质编号为110450–09–1 mL，美国o2 si标准品公司。

内标混合标准储备液：包括萘-d8、䓛-d12、苝-d12，质量浓度均为1 000 mg／L，溶剂为丙酮–二氯甲烷（1∶1），编号为CDAA–M–629032–XD，上海安谱实验科技有限公司。

半挥发性有机物混合标准溶液：质量浓度为10 μg／L，取1 μL苯胺、1 μL 11种半挥发性有机物混合标准溶液和1 μL替代物混合标准储备液，用二氯甲烷定容至1 mL，再取10 μL此混合溶液用二氯甲烷定容至1 mL。

内标混合标准溶液：取1 μL内标混合标准储备液用二氯甲烷定容至1 mL，再取10 μL此混合溶液用二氯甲烷定容至1 mL，萘-d8、䓛-d12、苝-d12质量浓度均为10 μg／L。

丙酮、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯：均为农残级，上海安谱实验科技有限公司。

硅藻土：75～830 μm，上海安谱实验科技有限公司。

石英砂、无水硫酸钠：均为优级纯，于400 ℃烘烤4 h，保存于干燥器中，成都科隆化学品有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品萃取

称取20 g（精确至0.01 g）样品及适量硅藻土放入玛瑙研钵中，掺拌均匀，研磨成细粒状，装入34 mL萃取池中（内容物离瓶口1 cm左右）进行快速溶剂萃取。萃取溶剂为丙酮–二氯甲烷（体积比为3∶7），萃取温度为100 ℃，萃取压力为10.04 MPa，加热平衡时间为5 min，萃取时间为7 min，循环萃取2次。

1.2.2 样品浓缩

收集全部萃取液，用少量丙酮润洗氮吹瓶壁两圈，氮吹至约20 mL时用少量丙酮润洗氮吹瓶壁两圈，然后氮吹定容至20 mL，取1 mL上机测定。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 气相色谱条件

色 谱 柱：HP–5MS–UI型 石 英 毛 细 管 柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技公司)；进样口温度：280 ℃；进样模式：不分流；进样体积：1.0 mL；柱流量：1.0 mL／min；柱温：初温为40 ℃，保持2 min，以12 ℃／min的速率升至160 ℃，保持5 min，再以10 ℃／min的速率升至280 ℃，保持5 min。

1.3.2 质谱条件

电子轰击源；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；离子化能量：70 eV；接口温度：280 ℃；溶剂延迟时间：3 min；选择离子模式；12种SVOCs的质谱参数列于表1。

表1 质谱参数

1.3.3 总离子流图

参照土壤中半挥发性有机物的标准分析方法，对半挥发性有机物混合标准溶液进行分析，得到选择离子色谱图，如图1所示。由图1可知，12种物质峰形对称，形状尖锐，各组分分离度良好。

图1 12种半挥发性有机物的总离子流色谱图

2 结果与讨论

2.1 萃取条件的优化

2.1.1 萃取溶剂

萃取溶剂对目标化合物的溶解性是影响萃取回收率的重要因素，由于大多半挥发性有机物都是非极性化合物，主要使用二氯甲烷、丙酮等溶剂进行萃取。丙酮的萃取效率高，但是会萃取出色素与水等大分子，对后续流程产生影响，所以应尽可能减少丙酮的比例。本试验考察了二氯甲烷–丙酮（6∶4、7∶3、5∶5）、正己烷–丙酮（1∶1）混合液对空白加标样品萃取回收率的影响，结果见图2。由图2可知，萃取剂为二氯甲烷–丙酮（7∶3）时，目标物的回收率最高，故选择该萃取剂。

图2 不同萃取溶剂下的回收率

2.1.2 萃取温度

快速溶剂萃取是在高温、高压的环境下进行萃取，所以萃取温度极其重要。本试验选取了80、100、120℃3种温度考察了萃取温度对萃取效率的影响。由结果可知，当萃取温度为100℃时，目标物的萃取回收率最佳；80℃时，部分高沸点目标物的萃取回收率低于100℃时的回收率；120℃时，目标物萃取回收率没有明显提高，故选取100℃作为本试验的萃取温度。

2.1.3 萃取时间

快速溶剂萃取过程中，萃取时间也至关重要。选取5、7、9 min考察萃取时长对萃取效率的影响。由结果可知，当萃取时间为5 min时，低沸点目标物的萃取效率较差，7 min和9 min的萃取效率相当，考虑到时间成本，选取7 min作为萃取时间。

2.1.4 循环萃取次数

选取了1、2、3次循环萃取来研究循环萃取次数对萃取回收率的影响。结果表明，循环萃取1次的时萃取回收率为49.02%～80.63%；循环萃取2次的时萃取回收率为64.06%～95.84%，已满足要求；循环萃取3次时萃取回收率为65.13%～96.52%，并没有明显提高。考虑到节约时间与试剂成本的原则，选择循环萃取2次。

2.2 浓缩条件的优化

部分易挥发物质如萘等，在较低温度下即发生挥发，影响含量的测定，而氮吹时间也会影响目标物的挥发，氮吹时间主要是由氮吹时气体压力决定的，所以氮吹温度与氮吹时间必须既能快速达到氮吹目的，又能尽量少的损耗目标物。试验考察了20、25、30 ℃3种不同温度下进行氮吹对目标物回收率的影响。由结果可知，20 ℃时，氮吹时间过长，一部分低沸点目标物的回收率较低；30 ℃时，目标物的回收率与25 ℃时相比，没有明显提高，所以试验选择25 ℃作为氮吹温度。

2.3 线性关系及检出限

在最佳前处理条件下，使用空白土壤作为基底，分别取半挥发性有机物混合标准溶液5、10、25、50、75、100、125、150、175、200 μL，再各加入内标混合标准溶液50 μL，用二氯甲烷定容至1 mL，配制成0.05、0.10、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00 μg／L的混合标准工作溶液，以色谱峰面积（y）对其质量浓度（x，μg／kg）进行回归，使用平均相对响应因子计算结果［16］，建立工作曲线，采用内标法定量。

按照HJ 168—2010 《环境监测分析方法标准制修订技术导则》［18］要求对平均响应因子的标准偏差、检出限等参数进行考察；参考GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》中一类土壤用地筛选限值的1／10对检出限进行评价，结果列于表2。由表2可知，12种SVOCS平均响应因子的标准偏差均小于30%，相关性良好，满足要求，目标物的检出限为0.30～0.65 μg／kg。

表2 12种半挥发性有机物检测参数

2.4 精密度与加标回收试验

于空白土壤样品中加入0.20 μg／L半挥发性有机物混合标准溶液，按照实验方法对土壤样品中12种半挥发性有机物进行测定，平行测定6份，其加标回收率及精密度结果列于表3。由表3可知，加标回收率范围为62.01%～106.87%，精密度范围为4.33%～8.29%，满足实验要求。

表3 精密度与加标回收试验结果

3 结语

利用快速溶剂萃取结合蒸发浓缩的前处理技术，采用气相色谱–串联质谱法进行测定，建立了土壤样品中12种发性有机物的检测方法，该方法满足GB 36600—2018 《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》的要求，具有良好的精密度和准确性，大大缩短前处理流程，可以较好地控制样品对检测仪器的污染，在土壤半挥发性有机物的检测中具有一定的推广意义。