气质联用法测定土壤中多环芳烃及其适用性研究

曾秡斐 王晓红 梁敏聪 余志铨

（广东省佛山生态环境监测站，广东佛山 528000）

1 引言

分子中含有多个苯环的烃称为多环芳烃（PAHs），在生态环境领域，多环芳烃一般指两个或多个苯环共用两个邻位碳原子的稠环芳烃［1］，具有毒性、遗传毒性、突变性和致癌性，可对人体呼吸系统、循环系统、神经系统、肝脏、肾脏等造成多种损害［2］，是目前国际上关注的一类持久性有机污染物（POPs）。

本文依据HJ 805—2016《土壤和沉积物 多环芳烃的测定 气相色谱—质谱法》［3］建立了土壤中15种多环芳烃的测定方法，采用真空冷冻干燥仪对新鲜样品进行脱水，加压流体萃取仪进行样品提取，使用固相萃取小柱进行净化，最后用气相色谱—质谱仪进行试样测定。对部分不利于提高准确度的操作流程进行了调整，针对所使用的仪器对仪器条件进行细化和优化，并就该方法在土壤环境质量监测的适用性进行了研究。

2 仪器与材料

2.1 仪器设备

气相色谱—质谱仪，Agilent 7890B-5975C；色谱柱，DB-EUPAH，柱长20 m，内径0.18 mm，膜厚0.14 μm；加压流体萃取仪，Dionex ASE 350，配备34 mL 萃取池；平行定量浓缩仪，BüCHI Syncore；固相萃取装置；真空冷冻干燥仪，空载真空度达13 Pa以下；一般实验室常用仪器和设备。

2.2 试剂和标准物质

正己烷、丙酮、二氯甲烷，色谱纯；硝酸、无水硫酸钠，优级纯；石英砂，分析纯；Florisil 固相萃取净化小柱，1 000 mg/6 mL。

多环芳烃混标（ρ＝1 000 μg/mL），内含苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并［a］蒽、艹屈、苯并［b］荧蒽、苯并［k］荧蒽、苯并［a］芘、二苯并［a，h］蒽、苯并［g，h，i］苝、茚并［1，2，3，-c，d］芘等15 种化合物；替代物混标（ρ＝2 000 μg/mL），内含2-氟联苯和对三联苯-d14；内标混标（ρ＝4 000 μg/mL），内含苊-d10、菲-d10、艹屈-d12 和n -d12。标准物质均购于坛墨质检。

3 实验步骤

3.1 样品采集和样品准备

按照HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》［4］的相关要求采集和保存土壤样品。将所采土壤样品置于搪瓷托盘中，除去枝棒、叶片、石子等异物，充分混匀。

用真空冷冻干燥仪对样品进行脱水。标准方法为先准确称取样品进行脱水，再将全部样品转入提取装置，然而脱水过程中易有样品损失，因此本文采用先脱水后称样的方式，并使用冻干样品测定干物质含量。干物质含量的测定按照HJ 613—2011《土壤干物质和水分的测定 重量法》［5］执行。

3.2 试样制备

将冻干后的样品进行充分研磨，均化成1 mm左右的细小颗粒。称取20 g（精确至0.01 g）冻干样品，加入替代物，以丙酮—正己烷（1 ∶1，V/V）为提取溶液进行加压流体萃取［6］，收集提取液。萃取条件：萃取温度100 ℃，静态萃取时间5 min，冲洗体积为60%池体积，氮气吹扫时间60 s，静态循环次数2次。

将提取液浓缩至约2 mL。用4 mL 二氯甲烷淋洗Florisil 固相萃取净化小柱，用10 mL 正己烷进行活化，将浓缩后的提取液转移至小柱中，用2 mL 正己烷分3 次洗涤浓缩器皿，洗液转入小柱中，加入5 mL 二氯甲烷—正己烷（1 ∶9，V/V）浸润2 min，缓缓打开控制阀，继续加入5 mL 二氯甲烷—正己烷（1 ∶9，V/V），收集全部洗脱液。

将洗脱液浓缩至＜1 mL，加入内标并定容至1.0 mL，混匀后转移至2 mL 样品瓶中待测。

3.3 仪器条件优化

3.3.1 气相色谱仪条件

进样口温度：300 ℃；进样方式：不分流进样至0.75 min 后打开分流，分流出口流量为50 mL/min；进样量：1.0 μL；柱流量：1.0 mL/min；柱温：80 ℃（2 min）—20 ℃/min—180 ℃（5 min）—10 ℃/min—290 ℃（14 min）。

3.3.2 质谱条件

电子轰击源（EI）；离子源温度：280 ℃；离子化能量：70 eV；接口温度：320 ℃；四级杆温度：150 ℃；质量扫描范围：30～300 amu，28 min 后120～290 amu；溶剂延迟时间：4 min；扫描模式：全扫描（Scan）模式。

3.4 结果计算

采用内标法进行定量。土壤样品中的目标化合物含量（ω）按照下式进行计算：

式中，ω 为目标化合物含量，mg/kg；ρIS为试样中内标的浓度，μg/mL；Vx为试样的定容体积，mL；m 为样品的称取量，g；Wdm为样品干物质含量，%。

4 实验结果

4.1 校准曲线

配制多环芳烃和替代物质量浓度分别为2.0，5.0，10.0，20.0，40.0 μg/mL，内标质量浓度为20.0 μg/mL的标准系列进行分析，得到的标准曲线中，目标化合物的平均相对响应因子（RRF）为0.850～1.680，相对响应因子的相对标准偏差（RRF RSD）均＜20%，结果见表1。

表1 15 种多环芳烃标准曲线 %

4.2 方法检出限

根据方法检出限（MDL）的一般确定方法［7］，配制目标化合物含量为0.25 mg/kg 的空白加标样品进行7 次平行测定，计算标准偏差S1，令DL＝t（6，0.99）×S1＝3.143×S1。如果测定均值x1与DL 的比值在3～5 之间，则MDL＝DL。对比值不在3～5 之间的组分，配制组分含量为0.10 mg/kg 的空白加标样品重新进行测定，计算标准偏差S2，确认S12/S22＜3.05，按下式计算MDL：

式中，SP为组合标准偏差。

计算结果见表2。

表2 15 种多环芳烃的方法检出限 mg/kg

4.3 精密度和正确度

4.3.1 空白加标

配制目标化合物含量为0.25，0.50，1.00 mg/kg的空白加标样品分别进行6 次平行测定，3 个含量的相对标准偏差（RSD）分别为5.2%～8.4%，14%～19%和13%～16%，平均加标回收率（P）分别为76.0%～88.0%，68.0%～74.0%，67.0%～77.0%，结果见表3。

表3 土壤样品空白加标精密度和正确度

续表

4.3.2 土壤样品加标

对某菜地土壤样品进行测定，干物质含量为87.0%，15 种多环芳烃测定结果均为未检出。向土壤样品加入20 μg 目标化合物，加标浓度为1.15 mg/kg，按样品分析步骤重复测定6 次，相对标准偏差为14%～20%，平均加标回收率为67.0%～77.4%，结果见表4。

表4 土壤样品加标精密度和正确度

5 结论

实验结果表明，15 种多环芳烃的检出限为0.03～0.06 mg/kg，以4 倍检出限作为测定下限，则测定下限为0.12～0.24 mg/kg，均低于农用地和建设用地土壤污染风险筛选值［8-9］。低、中、高3 个含量的空白加标和土壤样品加标的精密度及正确度良好，各项指标均证明该测定方法满足土壤环境质量监测要求，可适用于土壤中15 种多环芳烃的测定。