采用气质联用法一针进样、同时分析 土壤中 147 种半挥发性有机物

摘要 ：由于土壤基质本身较复杂，且常规分析所涉及的半挥发性有机物种类较多，对土壤中半 挥发性有机污染物的检测存在一定难度。本方法参考美国 EPA8270D 方法和新国家标 准 HJ834-2017、HJ835-2017 的内容，建立了仅需一针进样并能快速筛查、分析土壤中 147 种半挥发性有机物的方法。该方法涵盖了土壤中的苯系物、苯酚类、苯胺类、硝基芳 香烃类、氯代芳烃类、多环芳烃类和有机氯农药等半挥发性有机物的分析，并且获得了出 色的回收率和检测限，整个实验过程中的样品前处理快速、简便，仪器分析方法快速、 稳定。

前言 ：随着中国社会经济的迅猛发展，工业企业规模不断扩大，长期累积的环境问题开始凸显。 土壤作为人类生存和发展的重要环境因素，其污染状况越来越受到人们关注。在此背景 下，国家颁布的“土十条”及相关的“分析测试方法技术规定”使土壤污染状况详查成为 热点。半挥发性有机物广泛分布于环境土壤中。由于其难以挥发或降解的特性，甚至某些 化合物还具有持久性和生物蓄积性，因此会在环境中长期沉积和迁移。 半挥发性有机物种类繁多，特性不一，常见的有苯酚类、苯胺类、硝基芳香烃类、氯代芳 烃类、多环芳烃类和有机氯有机磷农药等。因此，有关半挥发性有机物检测的标准方法大 多侧重于其中某一类，未见同时测定土壤中 147 种半挥发性有机物的方法。本方法参考 美国 EPA 8270D 方法[1]、新国家标准《HJ834-2017 土壤和沉积物 半挥发性有机物的测 定 气相色谱-质谱法》[2] 以及《HJ 835-2017 土壤和沉积物 有机氯农药的测定 气相色谱质谱法》[3]，建立了一针进样、同时测定土壤中 147 种半挥发性有机物的气质联用分析 方法。

土壤样品的提取和净化在测定土壤中半挥发性有机物的过程中起 到关键作用。传统方法大多针对某一类化合物进行提取和净化， 各有其优缺点。本方法通过比较实验，终选用国家标准《HJ 783-2016 土壤和沉积物 有机物的提取 加压流体萃取法》中规定 的方法，对土壤中 147 种不同性质的半挥发性有机物进行萃取， 不仅精减了样品的净化步骤，还保证了样品的回收率，提高了分 析效率。

实验部分 ：试剂与样品 半挥发性有机物标准品：AccuGrand 64 组分半挥发性有机物混合 标准溶液，1000 mg/L 购于 Accustandard；AccuGrand 39 组分半 挥发性有机物混合标准溶液，1000 mg/L 购于 Accustandard； 22 组分有机氯农药混合标准溶液，2000 mg/L 购于 Accustandard； 3 组分 o,p’-滴滴涕混合标准溶液，1000 mg/L 购于 o2si；TCL 联 苯胺混合标准溶液，2000 mg/L 购于 Supelco；硝基氯苯混合标 准溶液，2000 mg/L 购于 o2si；以及部分由 Dr. Ehrenstorfer 提供 的纯物质标准品 8270D 替代物：EPA8270 BNA 替代物标准溶液，4000 mg/L 购 于 o2si 8270D 内标物：EPA8270 内标标准溶液，4000 mg/L 购于 o2si 二氯甲烷、丙酮、正己烷，农药残留级，购自 ACS (Anaqua Chemicals Supply) 公司。无水硫酸钠，购自国药集团化学试剂有 限公司，在 450 °C 下焙烧 4 h，冷却后装瓶保存于干燥器中 土壤样品：来至于用户实地采集土样，包括污染土样与一般土样 仪器和设备 Agilent Intuvo 9000 气相色谱/5977B 单四极杆气质联用系统，EI 离子源，配备 ALS7693 自动进样器。 其它设备：加压流体萃取仪；经典式玻璃索氏提取装置；超声萃 取仪；翻转式振荡萃取器；Kuderna-Danish (K-D) 浓缩装置；8 孔 恒温水浴锅，温度范围 37–100 °C (± 0.5 °C)。

样品预处理 取空白石英砂，用正己烷反复清洗三次，作为空白样品用于空白 加标实验。取实际污染土壤样品，自然风干、研磨后，过 100 目 孔径尼龙筛，在 250 mL 玻璃瓶中密封保存，作为实际样品进行 加标分析。

样品萃取 索氏萃取法[4] 准确称取 2.0 g 样品，放入滤纸筒中，如制备加标样品，此时加 入标准品和替代物；将滤纸筒置于索氏提取器中，在 500 mL 圆 底烧瓶中加入 150 mL 丙酮:二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合溶剂，加热回 流 18 h，每小时 4–6 次回流；萃取结束后进行过滤，待浓缩。 超声波萃取法[5] 准确称取 2.0 g 样品置于 100 mL 烧杯中，如制备加标样品，此时 加入标准品和替代物；加入约 50 mL 丙酮:二氯甲烷 (1:1, V/V) 混 合溶剂，超声波萃取 10 min；离心分离出萃取液，重复 3 次，将 3 次萃取液混合，待浓缩。 翻转振荡萃取法 准确称取 2.0 g 样品置于 250 mL 蓝盖瓶中，如制备加标样品，此 时加入标准物质和替代物；加入 100 mL 丙酮:二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合溶剂，盖上瓶盖，于翻转振荡器上振摇 2 h，转速 30 r/min ± 2 r/min；振摇结束后进行过滤，待浓缩。 加压流体萃取法[6] 准确称取 2.0 g 样品置于 10 mL 的萃取池内，如制备加标样品， 此时加入标准物质和替代物；加入丙酮:二氯甲烷 (1:1, V/V) 混合 溶剂进行萃取，加速溶剂萃取仪的温度设定为 100°C，压力设定 为 100 bar，预加热平衡 5 min，静态萃取时间为 5 min，溶剂淋 洗 60% 萃取池体积，氮气吹扫时间 1 min，循环 2 次，待浓缩。 样品浓缩 所有萃取液转移至 K-D 浓缩装置进行浓缩，终样品浓缩定容至 1 mL，待上机测试。KD 浓缩装置含 10 mL 接收管、 500 mL 加 液烧瓶、三球施耐德柱 (Snyder Column) 和两球施耐德柱，使用 前需用二氯甲烷润洗一遍，弃去废液后使用。 终样品浓缩定容至 1 mL 体积，准备上机分析

色谱条件 色谱柱： Agilent HP-5MS UI 毛细管柱，30 m × 250 μm × 0.25 μm 程序升温： 初始温度 45 °C，保持 2 min，以 20 °C/min 升温到 265 °C，以 6 °C/min 升温到 285 °C，再以 10 °C/min 升温 到 320 °C，保持 4 min 进样口温度： 300 °C 芯片式保护柱温度设置： 跟踪柱温 芯片式流路温度： 320 °C； 载气： 氦气：1 mL/min 进样量： 1.0 μL，不分流模式 质谱条件 离子源： EI，70 eV 离子源温度： 280 °C 四极杆温度： 150 °C 采集模式： Scan 全扫描 扫描范围： 35–500 m/z 传输线温度： 280 °C 溶剂延迟： 3.9 min

结果与讨论 ：半挥发性有机物的分离 由于半挥发性有机污染物的沸点在 170–350 °C 的范围内，因此分 离这些物质需要使用具有高温耐受性的色谱柱。美国 EPA 8270D 方法推荐使用 HP-5MS 或类似色谱柱，本方法采用具有超低柱流 失性的 Agilent HP-5MS UI 色谱柱进行目标化合物分离。图 1 为 5 mg/L 混合溶液中 147 种半挥发性有机物标准品、6 种内标和 6 种替代物的总离子流色谱图。从图中可以看出，HP-5MS UI 色 谱柱能够很好地分离大部分目标化合物，且绝大部分化合物均获 得了较高的丰度值。

 不同样品萃取方法的比较 对于筛查实验来说，萃取方法和萃取效率至关重要。本文在土壤 中半挥发性有机物的分析方法开发过程中，对不同萃取方法所得 到的回收率进行了比较。为尽可能减小土壤背景对实验的影响， 取自然风干后的土壤样品，过 100 目筛后，经马弗炉 450 °C 烘 烤 3 h，冷却至室温后装瓶密封，作为萃取方法实验空白土壤样 品。将标准溶液用甲醇稀释至一定浓度后，在萃取前加入空白土 壤样品中，充分混合，经过上文所述 4 种萃取方法和浓缩方法处 理后，制备得到目标化合物浓度达到 2.5 μg/g 的待测样品。 采用 4 种萃取方法（索氏萃取、超声波萃取、翻转振荡萃取和 加压流体萃取）所得到的空白土壤样品中目标化合物的加标回收 率结果如表 1 所示。从中可以看出，四种萃取方法的目标化合 物加标回收率结果差异不大，加压流体萃取方法所得到的回收率 略高。综合考虑回收率、萃取样品所需的时间、仪器自动化程度 及可操作性等因素，本文选用加压流体萃取法作为样品萃取 方法。

结论 ：本文成功开发了同时分析土壤样品中多种半挥发性有机物的方 法。通过对不同萃取方法所得回收率进行比较，发现加压流体 萃取法更适合批量样品的处理，萃取速度快、自动化程度高， 节省溶剂和时间。此外，为保证化合物的回收率和检出率，在样 品前处理过程中省去了净化步骤，经萃取和浓缩后直接进样分 析，节省了样品预处理的时间。本文采用新的 Agilent Intuvo 9000 GC/5977B GC/MS，配备了*的芯片式保护柱和直接加 热技术，既提高了分析速度，又能够有效地耐基质污染，适用于 经过简单前处理的批量样品筛查分析。芯片式保护柱可以使色谱 柱和质谱检测器承受的污染大大减少，只需更换芯片式保护柱， 无需切割色谱柱，保证系统的稳定性；而普通气相色谱质谱系 统，无法避免频繁切割色谱柱和清洗质谱离子源的工作；直接加 热技术有效地提高了样品分析的速度，本文中分析方法时间总共 22 min，而根据 EPA8270D 或 HJ 834-2017 标准中提供的分析方 法时间为 40 min 左右，节省了约 50% 的时间。总体而言，整个 实验方法简单、快速、稳定，并能够满足现行标准要求。