土壤中64種痕量半揮發(fā)性有機物的分析方法研究

    土壤樣品的提取和凈化在測定土壤中半揮發(fā)性有機物的過程中非常關(guān)鍵，酸堿度計| 電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計| 粘度計| 折射計| 滴定儀| 密度計|傳統(tǒng)方法多針對某類化合物采用索氏提取或長時間浸泡等方法提取待測物質(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 有提取時間短、提取效率高等優(yōu)點，美國EPA方法3550B_8 即采用該技術(shù)提取土壤中的半揮發(fā)性有機物。由于不同的凈化劑對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64種待測物的土壤提取液進行凈化。本文參考美國環(huán)境標準方法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用高的缺點，一次處理可將所有待測有機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。并且通過對比使用ODSC18與佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠凈化相同環(huán)境土壤加標樣質(zhì)譜檢測結(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。該測定方法操作簡單、快速、回收率高、精密度好、檢出限低，是一種方便實用的分析方法。

1 實驗部分

    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)有機物標準溶液(1000 mg/L)、6種8270替代物標準溶液(4000mg/L)菲一dlO內(nèi)標溶液(2OOOmg/L)：美國SUPELCO公司；調(diào)諧物質(zhì)十氟三苯基膦(DFTPP)(2500mg/L)：美國Agilent公司；農(nóng)殘級二氯甲烷、甲醇、丙酮、正己烷溶劑：Fisher公司。ODSC18柱：美國Agilent公司；凈化劑佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠：天津市化學試劑三廠；無水硫酸鈉：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)；進樣口溫度：280℃；傳輸線溫度280℃；載氣為氦氣，流速為：1.3mL／min；進樣量: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(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)標準溶液、替代物標準溶液和內(nèi)標溶液至盛有4．0 mL二氯甲烷的棕色玻璃儲液瓶里，制備成內(nèi)標質(zhì)量濃度為20mg/L，其它校準物質(zhì)和替代物質(zhì)量濃度分別為:2.0、5.0、10.0、20.0、40.0mg/L的校準溶液；將DFTPP溶液配制成50mg/L的使用液。

    稱取3Og自然風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2cm高無水硫酸鈉柱(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，過無水硫酸鈉柱，最后用50mL混合溶液洗土樣及無水硫酸鈉柱，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)標標準溶液，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)進行定性定量分析。

    根據(jù)保留時間和化合物質(zhì)譜圖與標準物質(zhì)質(zhì)譜庫中對應(yīng)化合物的標準質(zhì)譜圖匹配度被測化合物定性；計算每種化合物的特征離子峰面積與內(nèi)標物質(zhì)特征離子峰面積相對響應(yīng)因子(RF)，計算2.0、5.0、10.0、20.0、40.0mg/L 5種質(zhì)量濃度校準溶液的RF值，每個化合物和替代物RF的相對標準偏箍(％RSD)要大于20％，根據(jù)平均響應(yīng)因子( )來作定量。

    RF值的計算公式如下：

    RF=Ax ×ρis/(Ais×ρx)

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

    目標化合物濃度的測定公式如下：

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

    其中：Ax 一目標化合物特征離子峰面積；Ais一相對應(yīng)的內(nèi)標化合物特征離子峰面積；ρis一內(nèi)標化合物質(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一由初始校準測定取得的被測物平均響應(yīng)因子；D=(100一樣品中濕度％)／100。

    由于半揮發(fā)性有機污染物(SVOC)的沸點在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)標準物質(zhì)、6種替代物及1種內(nèi)標物，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)標準物質(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間參見表3)。          

                                     圖1  64種半揮發(fā)標準物質(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的標準物質(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，分別按照樣品測定方法測定回收率并作平行測定，結(jié)果使用(二氯甲烷)：(丙酮)=1：1作為萃取溶劑對于大部分目標化合物回收率最高。其中替代物加標回收率測定結(jié)果見表1。

                    表1  不同萃取溶劑對土壤樣品替代物加標回收率的影響

    土壤樣品中含有復雜的背景干擾物，在溶劑提取后必須進行足夠的凈化以消除對色譜柱及質(zhì)譜檢測器的污染，延長使用壽命同時使定性定量更加準確。EPA3640建議對酚類、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。本實驗分別選取ODSC18、佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠作凈化劑，先測試這幾種凈化劑對標準溶液的吸附情況：將10ng 64種標準半揮發(fā)性有機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凈化的標準溶液各化合物回收率可達95％一105％，幾乎是無保留的將標準物質(zhì)洗脫出來，而用佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠對部分標準物質(zhì)尤其是酚類物質(zhì)的洗脫效率都非常低。為了進一步驗證這幾種凈化劑對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的標準物質(zhì)和10ng替代物，按樣品測定方法分別選取ODSC18、佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠作凈化劑對土壤樣品進行凈化，測定其回收率，結(jié)果佛羅里硅土、中性氧化鋁、硅膠對酚類化合物的回收率都較低，另外通過對其它化合物的回收率對比發(fā)現(xiàn)佛羅里硅土對某些酯類化合物的回收率也較低。而ODSC18對測定的7O種化合物回收均較好，符合EPA8270C規(guī)定的標準。并且經(jīng)過ODSC18凈化過的提取液在質(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作為凈化柱同時測定64種半揮發(fā)性有機物是可行的。表2是四種凈化柱替代物加標回收率對比表。

                 表2  不同的凈化劑凈化樣品替代物回收率對比

2．4．1 校準曲線RF值在儀器的調(diào)諧和系統(tǒng)檢驗滿足要求后，依次進行2．O、5．O、lO．O、2O．O、40.0mg／L 5個不同濃度校準樣品的測試；計算曲線的響應(yīng)因子，并計算各響應(yīng)因子的相對標準偏差，計算結(jié)果各化合物的響應(yīng)因子RF值均大于O．05，RF值的相對標準偏差(RSD％)均小于

15％。具體結(jié)果見表3。

    濃度的實驗室空白加標樣品，計算其標準偏差s，再根據(jù)以下公式計算檢出限。

    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時的t值；n為重復分析的樣品數(shù)。結(jié)果見表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種混合標準溶液，按照樣品分析步驟進行操作，做基體加標(MS)和基體加標平行(MSD)分析，計算它們的相對標準偏差，來考察基體效應(yīng)和精密度。結(jié)果MS與MSD的相對標準偏差均小于10％，符合EPA8270C的要求。