土壤中64種痕量半揮發(fā)性有機(jī)物的分析方法研究

    土壤樣品的提取和凈化在測(cè)定土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物的過(guò)程中非常關(guān)鍵，酸堿度計(jì)| 電導(dǎo)計(jì)| 水分測(cè)定儀| 濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)|傳統(tǒng)方法多針對(duì)某類化合物采用索氏提取或長(zhǎng)時(shí)間浸泡等方法提取待測(cè)物質(zhì)，用濃硫酸凈化或采用佛羅里硅土等凈化柱凈化提取物。超聲提取技術(shù)具 有提取時(shí)間短、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)EPA方法3550B_8 即采用該技術(shù)提取土壤中的半揮發(fā)性有機(jī)物。由于不同的凈化劑對(duì)不同的化合物凈化效率存在著差異，因此必須選擇合適的凈化劑對(duì)64種待測(cè)物的土壤提取液進(jìn)行凈化。本文參考美國(guó)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)方法EPA8270C、EPA3550B、EPA3600C等，在樣品凈化部分提出了新的處理方法，即用二氯甲烷提取后，用ODSC18柱作為凈化柱凈化提取液。該方法克服了EPA8270C規(guī)定方法繁瑣及儀器費(fèi)用高的缺點(diǎn)，一次處理可將所有待測(cè)有機(jī)污染物全部提取凈化濃縮后取部分濃縮液注入氣相色譜質(zhì)譜儀分析。并且通過(guò)對(duì)比使用ODSC18與佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠凈化相同環(huán)境土壤加標(biāo)樣質(zhì)譜檢測(cè)結(jié)果后，未發(fā)現(xiàn)使用ODSC18凈化的樣品有明顯高于其它3種凈化方法的背景干擾物。該測(cè)定方法操作簡(jiǎn)單、快速、回收率高、精密度好、檢出限低，是一種方便實(shí)用的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

    HP5890／5972氣相色譜．質(zhì)譜儀；KQ．250DB型數(shù)控超聲波清洗器(山東昆山超聲波儀器有限公司)；注射針：100、50、10 若干；干燥管：若干。

    64種半揮發(fā)有機(jī)物標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 mg/L)、6種8270替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液(4000mg/L)菲一dlO內(nèi)標(biāo)溶液(2OOOmg/L)：美國(guó)SUPELCO公司；調(diào)諧物質(zhì)十氟三苯基膦(DFTPP)(2500mg/L)：美國(guó)Agilent公司；農(nóng)殘級(jí)二氯甲烷、甲醇、丙酮、正己烷溶劑：Fisher公司。ODSC18柱：美國(guó)Agilent公司；凈化劑佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠：天津市化學(xué)試劑三廠；無(wú)水硫酸鈉：北京化工廠，400℃烘4 h。冷卻后裝瓶，于干燥器中保存。

    凈化柱的裝填與凈化：在直徑10mm干燥管底部放人適量玻璃棉。裝入5 g凈化劑，使用前必須使用50mL提取溶劑沖洗凈化柱以消除雜質(zhì)的干擾。

1．2．1 色譜條件色譜柱：DB一5ms(30m×0.32mm i.d．，1.0μm)；柱溫：40℃(4 min)，6℃／min升溫到320℃(10min)；進(jìn)樣口溫度：280℃；傳輸線溫度280℃；載氣為氦氣，流速為：1.3mL／min；進(jìn)樣量:1.0μl；分流模式，分流比為5：1；數(shù)據(jù)采集方式：全掃描離子檢測(cè)(SCAN)。

1．2．2 質(zhì)譜條件電子轟擊源，電離能量70 eV，掃描范圍：40～500 amu，掃描速度:1.66 scans／s。

    用微量注射器分別取一定量的半揮發(fā)標(biāo)準(zhǔn)溶液、替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)溶液至盛有4．0 mL二氯甲烷的棕色玻璃儲(chǔ)液瓶里，制備成內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度為20mg/L，其它校準(zhǔn)物質(zhì)和替代物質(zhì)量濃度分別為:2.0、5.0、10.0、20.0、40.0mg/L的校準(zhǔn)溶液；將DFTPP溶液配制成50mg/L的使用液。

    稱取3Og自然風(fēng)干的土樣于三角瓶中，加人5O ml(二氯甲烷):(丙酮)=50：50混合液，搖勻，放人超聲波清洗器中，在室溫下用8OHz功率萃取3O min。萃取液過(guò)2cm高無(wú)水硫酸鈉柱(使用前須先用10mL二氯甲烷淋洗以除去干擾)，凈化后的濃縮液收集在250mL燒瓶中。再分別用5OmL上述萃取混合溶液萃取樣品2次，過(guò)無(wú)水硫酸鈉柱，最后用50mL混合溶液洗土樣及無(wú)水硫酸鈉柱，萃取液合并收集在250mL燒瓶中。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在40℃下濃縮到約5 mL。用二氯甲烷2mL活化ODSC₁₈凈化柱，將濃縮液洗人凈化柱中，用10 mL混合溶液洗凈化柱，合并凈化液，轉(zhuǎn)移到氮吹管中在40℃濃縮到1mL，加人lOμL 20mg/L的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，取1.0注人氣相色譜中，用DB一5ms柱分離，用氣相色譜質(zhì)譜儀(GC—MS)進(jìn)行定性定量分析。

    根據(jù)保留時(shí)間和化合物質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)譜庫(kù)中對(duì)應(yīng)化合物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖匹配度被測(cè)化合物定性；計(jì)算每種化合物的特征離子峰面積與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)特征離子峰面積相對(duì)響應(yīng)因子(RF)，計(jì)算2.0、5.0、10.0、20.0、40.0mg/L 5種質(zhì)量濃度校準(zhǔn)溶液的RF值，每個(gè)化合物和替代物RF的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏箍(％RSD)要大于20％，根據(jù)平均響應(yīng)因子( )來(lái)作定量。

    RF值的計(jì)算公式如下：

    RF=Ax ×ρis/(Ais×ρx)

    其中：Ax為目標(biāo)化合物特征離子峰面積；Ais為內(nèi)標(biāo)化合物特征離子峰面積；ρis為內(nèi)標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度,μg/ml；ρx為目標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度，μg/ml。

    目標(biāo)化合物濃度的測(cè)定公式如下：

    土樣中化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(μg/kg)=Ax×Pis×Vex/(Ais×RF×m₀×D)

    其中：Ax 一目標(biāo)化合物特征離子峰面積；Ais一相對(duì)應(yīng)的內(nèi)標(biāo)化合物特征離子峰面積；ρis一內(nèi)標(biāo)化合物質(zhì)量濃度,μg/ml；Vex一樣品提取液的體積mL；m₀一土樣取樣量，g；RF一由初始校準(zhǔn)測(cè)定取得的被測(cè)物平均響應(yīng)因子；D=(100一樣品中濕度％)／100。

    由于半揮發(fā)性有機(jī)污染物(SVOC)的沸點(diǎn)在170—350℃，蒸汽壓在(O．1～10 ^-7)×133．322 Pa，因此分離這些物質(zhì)需要使用較高溫度耐受性的柱子。分別選擇了使用HP一1和DB一5ms柱，發(fā)現(xiàn)使用DB一5ms柱能很好的分離大部分的64種半揮發(fā)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、6種替代物及1種內(nèi)標(biāo)物，并且離子豐度絕大部分都很好。圖1是20.0mg/L的64種半揮發(fā)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和6種替代物的總離子流圖。(圖1中各化合物的名稱及保留時(shí)間參見(jiàn)表3)。          

                                     圖1  64種半揮發(fā)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和6種替代物的總離子流圖

    取6份同一種蔬菜基地土壤樣品各30 g，分別向其中加入2 ng的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和10 ng替代物，選擇二氯甲烷、(二氯甲烷)：(丙酮)=1：1、正己烷、(正己烷)：(丙酮)=1：1 4種溶劑作為萃取溶劑，用ODSC18作為凈化小柱，分別按照樣品測(cè)定方法測(cè)定回收率并作平行測(cè)定，結(jié)果使用(二氯甲烷)：(丙酮)=1：1作為萃取溶劑對(duì)于大部分目標(biāo)化合物回收率最高。其中替代物加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

                    表1  不同萃取溶劑對(duì)土壤樣品替代物加標(biāo)回收率的影響

    土壤樣品中含有復(fù)雜的背景干擾物，在溶劑提取后必須進(jìn)行足夠的凈化以消除對(duì)色譜柱及質(zhì)譜檢測(cè)器的污染，延長(zhǎng)使用壽命同時(shí)使定性定量更加準(zhǔn)確。EPA3640建議對(duì)酚類、硝基芳烴類、酞酸酯類、多環(huán)芳烴類等用GPC(凝膠滲透色譜)凈化萃取液，該方法使用儀器昂貴，成本較高。本實(shí)驗(yàn)分別選取ODSC18、佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠作凈化劑，先測(cè)試這幾種凈化劑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸附情況：將10ng 64種標(biāo)準(zhǔn)半揮發(fā)性有機(jī)物分別加入各凈化劑中，再分別用10 mL二氯甲烷淋洗凈化柱，再按樣品分析方法分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用ODSC18凈化的標(biāo)準(zhǔn)溶液各化合物回收率可達(dá)95％一105％，幾乎是無(wú)保留的將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)洗脫出來(lái)，而用佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠對(duì)部分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)尤其是酚類物質(zhì)的洗脫效率都非常低。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這幾種凈化劑對(duì)土壤樣品的凈化能力，取天津市蔬菜基地的土壤樣品每份稱取30g，分別加入10ng的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和10ng替代物，按樣品測(cè)定方法分別選取ODSC18、佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠作凈化劑對(duì)土壤樣品進(jìn)行凈化，測(cè)定其回收率，結(jié)果佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠對(duì)酚類化合物的回收率都較低，另外通過(guò)對(duì)其它化合物的回收率對(duì)比發(fā)現(xiàn)佛羅里硅土對(duì)某些酯類化合物的回收率也較低。而ODSC18對(duì)測(cè)定的7O種化合物回收均較好，符合EPA8270C規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。并且經(jīng)過(guò)ODSC18凈化過(guò)的提取液在質(zhì)譜圖上未發(fā)現(xiàn)明顯比用其它3種凈化柱凈化液的質(zhì)譜圖多背景干擾。因此選擇ODSC18作為凈化柱同時(shí)測(cè)定64種半揮發(fā)性有機(jī)物是可行的。表2是四種凈化柱替代物加標(biāo)回收率對(duì)比表。

                 表2  不同的凈化劑凈化樣品替代物回收率對(duì)比

2．4．1 校準(zhǔn)曲線RF值在儀器的調(diào)諧和系統(tǒng)檢驗(yàn)滿足要求后，依次進(jìn)行2．O、5．O、lO．O、2O．O、40.0mg／L 5個(gè)不同濃度校準(zhǔn)樣品的測(cè)試；計(jì)算曲線的響應(yīng)因子，并計(jì)算各響應(yīng)因子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算結(jié)果各化合物的響應(yīng)因子RF值均大于O．05，RF值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD％)均小于

15％。具體結(jié)果見(jiàn)表3。

    濃度的實(shí)驗(yàn)室空白加標(biāo)樣品，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差s，再根據(jù)以下公式計(jì)算檢出限。

    MDL=St(n-1,0.99)

    其中：t(n-1,0.99)為置信度為99％、自由度為n一1時(shí)的t值；n為重復(fù)分析的樣品數(shù)。結(jié)果見(jiàn)表3。

    分別向5份同樣的土壤樣品中加入15.0ng 6種替代物和15.0ng 64種混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照樣品分析步驟進(jìn)行操作，做基體加標(biāo)(MS)和基體加標(biāo)平行(MSD)分析，計(jì)算它們的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，來(lái)考察基體效應(yīng)和精密度。結(jié)果MS與MSD的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10％，符合EPA8270C的要求。