超声提取--气相色谱-质谱法快速测定配生土中16种多环芳烃化合物

杨娜，张冬梅，张文舒，傅仁杰

（1.上海市园林科学规划研究院，上海城市困难立地绿化工程技术研究中心，上海 200232；2.东华大学环境科学与工程学院，上海 201600）

随着我国城市化进程不断加快，公众对于绿化土壤质量提升的意识逐步增强，有机介质、有机肥等改良材料广泛应用于绿化土壤的质量改良。近年来在城市绿化中营养土的使用逐渐增多，但营养土使用成本较高，且侧重于园艺种植的营养需求，对土壤物理结构及安全性关注较少。为改善城市绿化土壤板结、有机质含量低、通气性差、透水性不强等理化性状[1-4]，配生土应运而生。配生土是指人为干预制成并满足植物健康快速生长条件的土壤，具有较好的物理性质和环境调控能力，可以实现工厂化、规模化生产和园林绿化快速成景等[5]。值得注意的是，配生土往往是在普通绿化种植土壤基础上添加一种至多种改良材料，来源相对复杂，可能含有各种污染物，若不加以控制，容易对环境和人类健康产生负面影响。目前，国内外广泛关注的新污染物主要包括国际公约管控的持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素、微塑料等，其中多环芳烃是环境监测工作的重点和难点，主要来源有农药、化工产业等[6]，目前多环芳烃已被列入建设用地土壤污染风险筛选值和管制值的基本项目及农用地土壤污染风险筛选值其它项目中[7]，与城市园林绿化工程的相关性较高，因此准确测定配生土中多环芳烃的含量具有重要的现实意义。

目前关于土壤中多环芳烃的检测方法主要参照HJ 805—2016《土壤和沉积物多环芳烃的测定 气相色谱-质谱法》，但配生土的基体较单一的土壤更为复杂，其中包含种植土和有机肥、有机介质等改良材料，同时土壤和沉积物的样品处理方法为索氏提取法，操作复杂且在基体复杂的情况下耗时长，不利于配生土中多环芳烃的快速测定。超声提取法近年来广泛运用于各类材料中有机污染物的前处理中，具有设备简单、溶剂用量少、对热敏性成分友好、提取时间短、提取效率高等优点[8-15]。相关研究多采用一次超声浸提的方式，由于样本基体相对纯净，一次浸提即可满足检测需求，鉴于配生土成分相对复杂，笔者采用环己烷-丙酮作为浸提剂，通过超声水浴后离心，然后二次浸提残渣，大幅缩短了浸提时间，提高了浸提效率，建立了一种超声提取-气相色谱-质谱法快速测定配生土中16种多环芳烃的检测方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-质谱联用仪：8860-5977B型，美国安捷伦科技有限公司。

定量氮吹浓缩仪：MultiⅤap-10 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

超声波清洗器：KQ3200DE型，青岛精诚仪器仪表有限公司。

丙酮、二氯甲烷、正己烷：液相色谱级，北京沃凯生物科技有限公司。

无水硫酸钠：优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

16 种多环芳烃混合标准溶液：含有萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、䓛、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)芘和茚并(1，2，3-c，d)芘等16种组分，各组分质量浓度均为2 000 mg/L，标准物质编号为80017KOM，批号为21080557，坛墨质检科技股份有限公司。

6种替代物混合标准溶液：含有苯酚-d6、2-氟苯酚、2，4，6-三溴苯酚、硝基苯-d5、2-氟联苯、4，4'-三联苯-d14等6种组分，各组分质量浓度均为4 000 mg/L，标准物质编号为CDAA-M-6900590KF-1 mL，批号为M4251600，上海安谱实验科技股份有限公司。

6 种SⅤOC 混合内标溶液：含有萘-d8、苊-d10、菲-d10、䓛-d12、1，4-二氯苯-d4和芘-d12等6 种组分，各组分 质 量 浓 度 均 为4 000 mg/L，标 准 物 质 编 号 为CDAA-M-629032-KF-1 mL，批号为N3290174，上海安谱实验科技股份有限公司。

硅酸镁净化小柱：规格6 mL (1 g)，杭州微米派科技有限公司。

实验用水为超纯水，由纯水仪直接制备。

配生土样品：基础理化性质见表1，上海市园林科学规划研究院植物所。

表1 4个配生土样品的基础理化指标

1.2 溶液配制

提取溶剂：用正己烷和丙酮按照体积比为1∶1混合制得。

16种多环芳烃混合标准使用液：各组分质量浓度均为200 mg/L。用微量注射器分别移取100 μL 16种多环芳烃混合标准溶液、50 μL 6种替代物混合标准溶液于装有少量正己烷的1 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线。

混合内标使用液：6 种SⅤOC 内标物质量浓度均为1 000 mg/L。用微量注射器移取250 μL 6 种SⅤOC 混合内标溶液于装有少量正己烷的1 mL 容量瓶中，用正己烷定容至标线，混匀。

系列混合标准工作溶液：用微量注射器分别准确移取16 种多环芳烃混合标准使用液5、25、50、100、250 μL 于5 只装有少量正己烷的1 mL 容量瓶中，再准确加入20 μL混合内标使用液，用正己烷定容至标线度，摇匀。系列混合标准工作溶液中16种多环芳烃和替代物的质量浓度均分别为1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/mL，内标物质量浓度均为20.0 μg/mL。

低浓度样品(15 μg/mL)：取16 种多环芳烃混合标准使用液75 μL 加入到装有少量正己烷的1 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线。

中浓度样品(20 μg/mL)：取16 种多环芳烃混合标准使用液100 μL加入到装有少量正己烷的1 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线。

高浓度样品(30 μg/mL)：取16 种多环芳烃混合标准使用液150 μL加入到装有少量正己烷的1 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 气相色谱仪

色谱柱：HP-5MS 型石英毛细管柱[30 m×0.25 mm×0.25 μm，安捷伦科技(中国)有限公司]，以5%苯基-95%甲基聚硅氧烷作为固定相；柱温：程序升温，初始温度为40 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升温至300 ℃，保持8 min；载气：高纯氦气，恒流，流量为1.0 mL/min；进样口温度：280 ℃；进样方式：不分流进样；进样体积：1 μL。

1.3.2 质谱仪

四极杆温度：为150 ℃；离子源温度：230 ℃；传输线温度：250 ℃；扫描模式：全扫描(SCAN)；溶剂延迟时间：2.90 min。

1.4 实验方法

称取配生土样品2.500 g 于50 mL 具塞棕色离心管中，准确加入5 μL 6种替代物混合标准溶液，再加入15 mL提取溶剂后密封，避光置于60 ℃超声波水浴中提取45 min，以4 000 r/min转速离心15 min，冷却至室温，用移液枪移出上清液；在残渣中加入15 mL提取溶剂，按上述方法再次超声提取20 min，冷却离心，合并两次提取处理的上清液。将收集的上清液置于35 ℃水浴中氮吹至约1 mL，用硅酸镁净化小柱进行净化，收集全部洗脱液，再次水浴氮吹浓缩至近1 mL，准确加入20 μL 混合内标使用液，用正己烷定容至1 mL，混匀，转移至2 mL 样品瓶中，采用气相色谱-质谱法测定。用石英砂代替实际样品，按照与上述样品制备相同的方法步骤制备空白样品，进行空白试验。以内标法定量。

2 结果与讨论

2.1 样品处理条件优化

通常配生土中多环芳烃类化合物含量较低，而配生土基体复杂，含有多种干扰物质，因此在检测配生土样品中多环芳烃时，样品处理至关重要。在保证提取率的前提下，以节省浸提时间、提高浸提速率为原则，试验考察提取溶剂用量、水浴温度、两次提取时间4 个主要因素对提取效率的影响。

2.1.1 提取溶剂用量

固定称样质量为2.5 g，水浴温度为60 ℃，第一次提取时间为45 min，第二次提取时间为15 min，提取溶剂体积分别为5、10、15、20、25 mL，对加标配生土样品中的16种多环芳烃类化合物进行测定，计算回收率，结果见表2。从表2 可知，提取溶剂体积分别为5、10、20、25 mL 时，回收率不能满足HJ 805—2016 中加标回收率为40%～150%的要求；当提取溶剂体积为15 mL时，16种多环芳烃类化合物的加标回收率均在规定范围内，且精密度符合检测标准相关要求，因此选择提取溶剂用量为15 mL。

表2 不同体积提取溶剂下16种多环芳烃类化合物的测定结果

2.1.2 水浴温度

固定称样质量为2.500 g，提取溶剂体积为15 mL，第一次提取时间为45 min，第二次提取时间为15 min，设置水浴温度分别为50、55、60、65、70 ℃，对加标配生土样品中的16 种多环芳烃类化合物进行测定，计算回收率，结果见表3。由表3可知，当水浴温度分别为50、55、65、70 ℃时，大部分目标物回收率不能满足要求，且精密度较差；当水浴温度60和65 ℃时，16 种多环芳烃类化合物的回收率均在规定范围内，且在60 ℃时精密度较高，因此选择水浴温度为60 ℃。

表3 不同水浴温度下16种多环芳烃类化合物的测定结果

2.1.3 提取时间

固定称样质量为2.500 g，水浴温度为60 ℃，提取溶剂体积为15 mL，第二次提取时间为15 min，将第一次提取时间分别设定为40、45、50、55，60 min，对加标配生土样品中的16 种多环芳烃类化合物进行测定，结果见表4。由表4 可知，第一次提取时间为45 min 时16 种多环芳烃类化合物的回收率满足技术要求且精密度较高，提取时间过短或过长均会导致多环芳烃类化合物回收率偏低，因此选择第一次提取时间为45 min。

表4 第一次提取不同提取时间下16种多环芳烃类化合物测定结果

固定称样量为2.500 g，水浴温度为60 ℃，提取溶剂体积为15 mL，第一次提取时间为45 min，设定第二次提取时间分别为10、15、20、25、30 min，对加标配生土样品中的16 种多环芳烃类化合物进行测定，结果见表5。由表5 可知，当第二次提取时间为15 min时，16种多环芳烃类化合物的回收率满足技术要求且精密度较高，因此选择第二次提取时间为15 min。

表5 第二次提取不同提取时间下16种多环芳烃类化合物测定结果

由上述试验结果可知，最优实验条件为：称样质量0.250 0 g，水浴温度60 ℃，第一次提取时间45 min，第二次提取时间20 min，在此条件下加标后16种多环芳烃的含量测定值的相对标准偏差为0.30%～3.91%，加标回收率为66.6%～89.8%。

2.2 方法的线性关系与检出限

在优化的仪器条件下，对多环芳烃系列混合标准工作溶液进行测定，从低浓度到高浓度依次进样分析，以目标化合物质量浓度和内标化合物质量浓度比值为横坐标，以目标化合物与内标化合物定量离子响应值的比值为纵坐标，绘制校准曲线，计算线性方程、相关系数。

按照HJ 168—2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》试验并确定方法检出限，以4倍方法检出限为定量限。16种多环芳烃的线性方程、相关系数与检出限列于表6。

表6 16种多环芳烃的校准曲线分析

由表6可知，16种多环芳烃线性关系良好，相关系数大于0.990，检出限为0.01～0.02 mg/kg (设取样体积为2.500 g，定容体积为1.0 mL)，方法灵敏度可满足配生土中16种多环芳烃含量的检测。

2.3 精密度试验

用有证标准物质配制成低、中、高3个不同浓度的样品，按该方法进行6次平行测定，计算测定结果的相对标准偏差，以评估方法的精密度，结果见表7。由表7可知，16种多环芳烃化合物在低、中、高3个浓度水平下测定值的相对标准偏差分别为1.1%～6.3%、0.3%～4.0%、0.1%～6.3%，均满足HJ 805—2016中测量相对标准偏差小于30%的要求。

表7 精密度试验结果

2.4 加标回收试验

选择空白配生土样品进行加标试验，混合标准溶液、样品及加标样品总离子流色谱图见图1，测定结果见表8。由表8可知，在高、中、低3种浓度添加下16 种多环芳烃化合物的加标回收率为71.2%～98.1%，符合HJ 805—2016 中加标回收率在40%～150%范围内的要求，表明该方法能够准确的测定配生土中16种多环芳烃化合物的含量。

图1 多环芳烃化合物混合标准溶液、配生土样品、加标配生土样品色谱图

表8 加标回收试验结果

3 结语

通过均匀设计试验优化了称样量、水浴温度、第一次和第二次提取时间，依据试验结果最终确定最佳前处理条件为称样量0.250 0 g，水浴温度60 ℃，第一次提取时间45 min，第二次提取时间20 min。建立了测定配生土中16 种多环芳烃化合物的超声提取-气相色谱-质谱法。该方法前处理快速便捷，提取时间短，提取效率高，可以满足快速测定配生土16种多环芳烃化合物的需要。