超声辅助气相色谱-质谱联用技术检测土壤中多环芳烃.pdf

69超声辅助气相色谱一质谱联用技术检测土壤中多环芳烃骆越（广州检验检测认证集团有限公司，广东广州510 0 0 0）摘要：建立一种高效、简便、低成本的土壤中16 种重点多环芳烃的测定方法，优化超声波提取。采用气相色谱一质谱联用技术对提取时间和溶剂体系进行了优化，并对该方法进行了验证。分别采用环已烷：丙酮为1:1和正已烷：丙酮为1:1的溶剂体系，超声时间分别为30,6 0 min，得到了最佳的超声效果。关键词：超声；气相色谱；质谱；多环芳烃Abstract:The aim of this study was to optimize ultrasonic extraction and establish an efficient,simple and low-costmethod for the determination of 16 priority PAHs in soil.The extraction time and solvent system were optimized by gaschromatography-mass spectrometry,and the method was verified.Cyclohexane:acetone(1:1)and hexane:acetone(1:1)solvent systems were used respectively.The ultrasonic time was 30 min and 60 min respectively,and the bestultrasonic effect was obtained.Key words:ultrasound;gas chromatography;mass spectrum;polycyclic aromatic hydrocarbons中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：16 7 4-10 2 1(2 0 2 3)0 7-0 0 6 9-0 51引言多环芳烃(PAHs)是由两个或两个以上的苯芳香族环熔融而成的有机污染物，它们具有不同的结构、物理和化学性质，以10 0 多种不同的变体存在于各地的空气、水、沉积物和土壤中 1。受污染土壤中多环芳烃的存在取决于源物质的释放速率、溶解的多环芳烃对土壤的亲和力以及溶液相的组成。长期的污染可能导致土壤的永久性变化，并可能导致农作物减产 2 为了鉴定在环境中痕量水平中发现的单个多环芳烃,研究者采用了各种分析方案,最重要和最常用的方法是色谱技术，如使用紫外和荧光检测器的高效液相色谱和使用质谱(CGC-MS)检测器的气相色谱 3。对于土壤等固体样品，色谱分析的样品制备程序应包括采样和样品均质、多环芳烃的提取、所得提取物的清理和定量几个阶段。从土壤中提取多环芳烃的方法在很大程度上取决于样品基质的性质，最收稿日期：2 0 2 3-0 3-10；修订日期：2 0 2 3-0 7-12。作者简介：骆越，女，1995年生，助理工程师，主要研究方向为环境检测。常用的方法是索氏提取，通常用于所需化合物在溶剂中的溶解度有限,而杂质在该溶剂中不溶解 4。索氏萃取费时费力，溶剂用量大，可降解热不稳定化合物,对多环芳烃选择性较差。溶剂萃取和分散固相萃取是一种快速、简便、廉价、有效、安全的分析方法，它大大简化了复杂样品的分析过程，使用压力和温度保持在临界一超临界流体萃取的溶剂，可以从起始液体或固体混合物中提取大量的组分 5。该方法的优点体现在通过降低压力从萃取液中去除超临界流体时，可以控制溶解一超临界流体压力和温度的变化以及超临界流体的低毒性。加压液体萃取是一种相对较新的技术，它利用有机溶剂在较高的温度和压力下进行萃取，与传统的索氏萃取技术相比，大大加快了萃取过程。本研究旨在优化土壤中16 种重点多环芳烃的超声提取工艺，对溶剂体系和超声时间进行优化，并对方法进行了验证。环境保护与循环经济702材料与方法2.1化学品和试剂实验所需化学品和试剂包括：丙酮、环已烷、正已烷（HPLC级Sigma-Aldrich公司）；苞烯、葱、苯并a葱、苯并 a芘、苯并 b荧葱、苯并 g，h，i 苝、苯并 k荧葱、煤油、二苯并 a，h 葱、荧葱、荔、1,2,3-cd、萘、菲、芘、苞-d10、苝-d12（标准品，上海洽姆分析技术有限公司）。使用电导率为0.0 5S/cm的去离子水对实验室容器进行萃取和洗涤。2.2标准溶液在二氯甲烷中制备了含有16 种化合物的多环芳烃标准溶液，总多环芳烃浓度为1.6 91g/mL。所有标准溶液和工作溶液都储存在4的硅化棕色玻璃瓶中，并在保质期内使用。在二氯甲烷中制备含苞-d10和花-d12的内标准溶液（各8 0 g/mL)及对三苯基-d14替代标准溶液(10 0 g/mL)。添加内部标准来量化分析物，同时添加替代标准来监测提取回收率。用二氯甲烷稀释0 50 0 L含16 种多环芳烃的标准溶液，制备一系列标准溶液。每个标准液中含有2 0 0 L内标液和10 0 L代标液，一式三份。2.3样品制备未受污染的土壤样品，经证实不含多环芳烃，使用多环芳烃标准进行强化。首先分别使用5,0.5,0.05g/mL的多环芳烃强化5.0 0 0 g干燥和均质后的沉积物。强化土在开口容器中放置12 h后提取。在二氯甲烷中加人替代标准溶液（对三苯基-d14,浓度为10 0 g/mL)。按照相同的步骤制备空白，不添加多环芳烃。2.4气相色谱一质谱联用分析的化合物根据限定离子和保留时间进行鉴定。色谱采用HP-5MS(5%苯基甲基硅氧烷)色谱柱（长30 m，内径0.2 5m）。G C烘箱按以下温度程序运行：先是7 5保持3min，然后以6/min升高到300，保持最终温度10 min。总运行时间为50.5min。以无分裂方式注人提取物共5uL。载气为氮气，流量为1.0 mL/min。质谱条件为电离电压为7 0 eV，采集质量范围为40 56 0 分子量，扫描时间为0.32 s。基于保留时间对每种多环芳烃进行定量分析。使用MassHunterQQQ定量分析软件（安捷伦科技，美国）对结果进行处理。2.5多环芳烃分离溶剂体系为正已烷：丙酮为1:1和环已烷：丙酮为1:1。共5g强化土，用45mL溶剂处理30 min或6 0 min，在40 蒸发至干燥。将残留物溶解在5mL溶剂中,1mL上清液用50 mgPSA(乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶）和50 0 mg活性Al.0，处理，混合，以8 0 0 0 r/min的速度离心10 min。用0.2 mL内标液处理总共0.6 mL的结果溶液,并用GC-MS分析。3结果与分析3.1正已烷：丙酮为1：1和环已烷：丙酮为1：1时每种化合物在5g/mL时的响应正已烷：丙酮为1:1处理的5g/mL强化土壤的GC-MS图见图1。2.453406810121416 1820 2224 2628 30 32 34 36 38 404244 464850图1正已烷：丙酮为1:1处理的5g/mL强化土壤的GC-MS图环已烷：丙酮为1：1处理的5g/mL强化土壤的GC-MS图见图 2。1.61.412341.21.00.80.60.40.268101214161820222426283032343638404244464850图2 环已烷：丙酮为1:1处理的5gmL强化土壤的GC-MS图因为没有分离,所以将煤油和苯并 a葱放在一起分析。环已烷：丙酮为1：1体系获得了更高的信噪比(见图2）。多环芳烃的超声提取效率是用多环芳烃强化的土壤样品进行评估的。3.2准确度、检测限和定量限、精密度3.2.1准确度准确度是利用强化样品中每种多环芳烃的回收率来估计的。分析物的回收率计算为样品中分析物与添加浓度的比率。为避免挥发性多环芳烃的损失，提高提取效率，采用高效无毒溶剂进行提取。土壤样品在5.0 0,0.50 0.0 5g/mL的浓度下进行强化，回收率见表1。891071112t/min8,91516115101213t/min1713151161414181718192021192021222371表1采用正已烷：丙酮为1:1和环已烷：丙酮为1:1超声法回收多环芳烃每种PAH强化量/PAH(ugmL-)5.00茶0.500.055.00范烯0.500.055.00范0.500.055.000.500.055.00菲0.500.055.000.500.055.00荧葱0.500.055.00花0.500.055.00煤油+苯并 a葱0.500.055.00苯并 b荧葱0.500.055.00苯并 k荧葱0.500.055.00苯并 a花0.500.055.00节 1,2,3-cd芘0.500.055.00二苯并 a,h0.500.055.00苯并 g,h,门花0.500.05正已烷：丙酮(1:1)/%超声30 min超声6 0 min93.354.3173.452.64113.686.5779.281.96100.179.1182.393.3457.952.1382.201.3994.556.3993.297.4595.502.6789.390.9353.681.8469.391.0698.857.3073.295.36109.474.6571.386.6269.362.3073.295.3574.021.9359.390.2890.623.5568.358.30100.969.9194.763.40111.7111.8091.689.2298.386.4887.565.3956.613.1076.469.0098.247.5973.988.40109.619.4481.676.20118.239.2091.337.2967.333.0892.385.9254.835.6685.388.50108.278.2985.908.4387.405.2074.756.3868.446.3371.877.5994.257.3069.654.3085.147.9175.127.44115.7510.7370.654.8874.814.7773.898.9399.427.2690.656.1570.056.3881.657.3096.468.3089.768.2997.955.9278.548.4074.826.1181.994.9185.895.3991.717.0345.082.4287.498.3743.614.5979.206.39102.999.3089.224.0088.628.4091.398.37106.907.3394.407.03111.6011.3299.648.99106.587.3091.299.7492.429.4894.387.4971.577.0658.391.7466.667.5662.382.4864.774.6867.393.08环已烷：丙酮(1:1)/%超声30 min96.689.12100.967.3496.495.3996.432.38116.9811.02112.957.2998.589.04119.4713.32114.448.9550.141.94117.8012.3076.206.04106.3210.02120.489.7792.208.39104.6210.32108.497.08120.1511.72100.9010.82106.017.33120.6210.46106.608.47101.4110.29109.838.6690.7610.2085.447.3194.336.4470.635.2262.823.10115.307.0268.593.12103.3610.56109.189.28106.379.13108.757.38102.348.9456.907.9476.304.8573.106.3498.737.8495.378.73105.946.2994.197.4468.854.3958.481.48超声6 0 min100.964.0571.183.10102.388.54116.989.05119.2812.6984.034.56119.4712.00109.286.92104.1810.48110.529.95102.4510.0314.860.90105.6511.30102.617.67106.388.20105.2111.46102.688.29103.528.27103.829.5451.194.7462.213.9993.4511.3264.364.2051.333.2976.569.1883.247.8480.238.6317.550.1978.244.28102.338.2799.018.4073.483.17115.9311.3443.726.2224.611.0223.780.48104.858.0272.505.3366.957.0389.529.3338.510.3634.231.0794.428.5962.607.3892.635.49环境保护与循环经济72在优化过程中，考察了最佳溶剂体系、萃取时间和强化浓度对回收率的影响。结果表明，相比5.00g/mL的强化，0.0 5,0.50 g/mL强化土壤的准确度更高。综合考虑，在强化浓度为0.50 g/mL、溶剂组合环已烷：丙酮为1:1、超声时间30 min的条件下,得到了最佳的回收率,准确度更高(见图2)。此时，只有苯并 b荧葱和苯并 g,h,i苝回收率低于70%，不在可接受范围内。并且使用环已烷：丙酮为1:1,萃取时间短、效率高。3.2.2检测限和定量限检测限和定量限见表2。表2 使用正已烷：丙酮为1:1进行鉴定的定量和验证参数检测限/定量限/PAH(g.kgl)(g.kg*)茶18.12烯7.4412.189.96菲6.241.92荧蕙4.052.94煤油+苯并 a葱11.51苯并 b荧蕙3.87苯并 k荧蕙2.34苯并 a花11.13节 1,2,3-cd芘9.69二苯并 a,h蒽15.99苯并 g,h,花8.37正已烷丙酮为1:1的最佳检测限为葱1.92 g/kg、苯并 k荧葱2.34g/kg、芪2.94g/kg;葱的最佳定量限为6.4g/kg。使用环已烷：丙酮为1:1（见表3)的检测限为葱1.0 2 g/kg、苯并 k荧葱1.41g/kg、1.68g/kg;最佳定量限为葱3.4g/kg、苯并 k荧蒽4.7g/kg、苞5.6 g/kg。表3使用环已烷：丙酮为1:1进行鉴定的定量和验证参数检测限/定量限/PAH(g.kgl)(g.kg*l)茶15.69苞烯4.321.68苏13.62菲11.791.02方程相关系数60.4y=1.635xx24.8y=1.766xx40.6y=1.171xx33.2y=1.872xx20.8y=1.751xx6.4y=1.069xx13.5y=1.014xx9.8y=1.014xx38.4y=1.429xx12.9y=0.987xx7.8y=1.040 xx37.1y=0.611xx32.3y=0.181xx53.3y=0.353xx27.9y=0.271xx方程相关系数52.3y=0.352xx14.4=0.386xx5.6y=0.257xx45.4y=0.430 xx39.3y=0.411xx3.4y=0.244xx荧惠2.220.96花0.96煤油+苯并 a葱0.96苯并 b炭葱0.95苯并 k荧葱0.95苯并 a芘0.95节 1,2,3-cd比0.95二苯并 a,h蕙0.98苯并 g,h,苝0.970.970.970.970.970.970.970.970.970.970.970.980.977.4y=0.235xx1.836.123.6778.92.769.2y=0.722xx1.414.75.2817.63.0910.31.956.5y=0.331xx2.648.8用回归分析评价线性关系。通过绘制平均峰面积与浓度的关系来构建单个多环芳烃的校准曲线，并计算回归方程。校准曲线显示，浓度与峰面积呈线性关系，正已烷：丙酮为1:1的相关系数在0.95 0.98之间（见表2）,环已烷：丙酮为1:1的相关系数在0.940.99之间(见表3)。3.2.3精密度用相对标准偏差来评价方法的精密度。对5.00,0.50,0.05g/mL强化土壤进行了3次重复分析，正已烷：丙酮为1:1萃取验证参数见表4。0.97y=1.905xx0.99y=0.449xx0.940.99y=0.763xx0.99y=0.429xx0.99y=0.941xx0.980.99y=1.230 xx0.9973表4正已烷：丙酮为1:1萃取验证参数超声30 min的PAH重复性相对标准偏差重复性相对标准偏差茶10.10范烯25.90范33.9214.33菲13.6463.30荧蕙41.91花22.63煤油+苯并 a葱15.98苯并 b荧葱19.36苯并 k荧葱14.42苯并 a花41.24节 1,2,3-cd花9.67二苯并 a,h葱9.61苯并 g,h,苝5.19环已烷：丙酮为1:1萃取验证参数见表5。表5环已烷：丙酮为1：1萃取验证参数超声30 min的PAH重复性相对标准偏差重复性相对标准偏差茶2.58苍烯10.019.8441.93菲13.307.28荧葱9.37花4.01煤油+苯并 a葱4.96苯并 b荧葱34.15苯并 k荧葱23.42苯并 a芪3.06节 1,2,3-cd芘15.12二苯并 a,h葱5.40苯并 g,h,i北24.88相对标准偏差是在相同条件下分析同一样品和%超声6 0 min的5.246.502.258.144.174.534.368.563.369.696.647.353.004.875.21%超声6 0 min的20.3422.778.9961.262.311.4932.0524.903.8650.4524.6813.0323.6335.5220.64进行仪器确定。由表4可以看到，在以正已烷：丙酮为1:1为溶剂,超声时间为6 0 min时的相对标准偏差几乎都低于超声时间为30 min时的相对标准偏差。超声时间为6 0 min时，相对标准偏差最高的是苯并 b荧葱，也只有9.6 9%。由表5可见，当以环已烷：丙酮为1:1为溶剂，超声时间为6 0 min时的相对标准偏差普遍都高于超声时间为30 min时的相对标准偏差。超声时间为30 min时,萘、苏的相对标准偏差分别为2.58%，41.93%。结果表明，正已烷：丙酮为1:1超声时间为6 0 min时，环已烷：丙酮为1:1超声时间为30 min时，精度较高。4结论本文开发了一种基于超声提取一气相色谱一质谱联用法测定16 种重点多环芳烃的方法。多环芳烃采用内标法测定。对提取条件进行了优化，包括时间、溶剂体系。使用正已烷：丙酮为1:1超声时间为60min时，环已烷：丙酮为1:1超声时间为30 min时,精度最高。参考文献1魏万之，胡妍波，夏建军，等.气相色谱一质谱联用法分析卷烟烟气中15种多环芳烃 J.湖南大学学报（自然科学版),2 0 0 5,32(2):7 6-8 0.2翟有朋,江启明，张宗祥.加速溶剂一固相萃取一气相色谱质谱法测定土壤中多环芳烃 J.污染防治技术，2 0 2 2,31(5):1-5.3马春华，梁立娜，白清林，等.固相微萃取一气相色谱一质谱法检测肉制品中多环芳烃的含量 J.许昌学院学报，2021,40(2):79-82.4郝晓红，史福霞，肖湾，等.气相色谱一质谱法测定书写笔用橡塑材料中18 种多环芳烃的含量 J.理化检验：化学分册,2 0 2 2,58(1):7-12.5吕春玲，陈小媚，王秀嫔，等.气相色谱一质谱联用法测定植物油料中角鲨烯的含量及方法比较 J.食品工业科技，2021(2):210-214.