土壤中8种多环芳烃检测方案(便携GC-MS)

Mars-400 便携式气相色谱-质谱联用仪应用案例 结合固相微萃取技术分析土中多环芳烃 Mars-400 便携式快速气相色谱-质谱联用仪 应用案例 聚光科技 Focused Photonics Inc. 目 录 TOC \o "1-3" \h \z \u 1 固相微萃取分析土中8种多环芳烃 1 1.1 方法概述 1 1.2 主要仪器与试剂 2 1.3 标准样品配制 2 1.3.1 标准样品储备液配制 2 1.3.2 标准系列样品溶液的配制 3 1.4 样品分析 3 1.4.1 样品分析条件 3 1.4.2 样品分析步骤 4 1.5 结果与讨论 4 1.5.1 绘制校准曲线 4 1.5.2 方法精密度 6 1.5.3 方法检出限 7 1.6 总结 7 1 固相微萃取分析土中8种多环芳烃 1.1 方法概述 环境中的多环芳烃（PAHs）由有机物（如煤、石油和木材等）燃烧不完全而产生，是常见的环境和食品污染物。由于PAHs具有致癌、致畸和致突变性，更具有较强的持久性，美国环保署已把16种多环芳烃列入优先控制有毒有机污染物黑名单中，在我国环保部第一批公布的68种优先污染物中，PAHs有7种。根据《全国土壤污染状况调查公报》，全国土壤总的超标率为16.1%，总体状况不容乐观，其中有机污染物以六六六、滴滴涕和多环芳烃为主，多环芳烃的点位超标率达到1.4%，仅次于滴滴涕。在不同类型用地中，耕地是多环芳烃的主要污染区，在典型地块的周边土壤污染调查中，结果表明工业废弃地、工业园区、采油区、采矿区、污水灌溉区及干线公路两侧都是多环芳烃的主要污染地块，在调查的同地块中超标点位分别占34.9%、29.4%、23.6%、33.4%、26.4%和20.3%，。由此可见，建立现场快速分析土壤中多环芳烃的分析方法，判断污染程度，对保护人体健康具有重要的实际意义。 土壤基体复杂，且PAHs浓度低（痕量或超痕量），难以直接测定，必须采用一定的预处理技术使其可以达到可检测的水平。对于PAHs的检测大多采用GC、GC-MS或LC方法，便携式GC-MS技术是传统的GC-MS技术的衍生和发展，作为现场快速检测设备，更真实地反映了污染物的排放情况，而固相微萃取是集采样，浓缩，萃取及进样于一体的无需使用溶剂的一种前处理方法，操作方便、简单，省时省力，将其与体积小、重量轻及分析速度快的Mars 400 Plus便携式GC-MS相结合，能及时快速地应对一些突发事故。 因此本文采取选用SPME方法结合Mars 400 Plus便携式GC-MS分析土中的PAHs，建立了便携式GC-MS分析土中的萘、苊烯和苊等8种多环芳烃的分析方法。 1.2 主要仪器与试剂 （1）仪器 Mars-400便携式气相色谱质谱联用仪，聚光科技（杭州）股份有限公司； LTM DB-5ms 快速气相色谱柱（5 m×0.1 mm×0.4 μm）； SPME综合前处理装置：聚光科技（杭州）股份有限公司； 便携式分析天平。 （2）试剂 标准样品：浓度2000 mg/L的8种多环芳烃标样 （3）材料 微量移液器（10 μL）； 微量移液器（100 μL）； 微量移液器（1000 μL）； SPME手柄：购于Supelco公司； PDMS/DVB萃取头：65μm，部分交联，蓝色平头； 涡旋振荡器； 载气：氦气，纯度>99.999%。 1.3 标准样品配制 1.3.1 标准样品储备液配制 标准样品溶液：取50μl 8种多环芳烃的有机物母液于5 ml容量瓶中，以乙腈为溶剂，定容，得到20mg/L的标准样品储备液。 1.3.2 标准系列样品溶液的配制 取5个40 mL的样品瓶，分别称取5g土壤，向各样品瓶中分别加入0.5μL、1μL、2μL、5μL、10μL的标准样品储备液，再分别加入20 mL水萃取溶剂，配制成目标化合物浓度分别为0.5 μg/L 、1 μg/L、2μg/L、 5 μg/L、10 μg/L的标准系列样品溶液，放入搅拌子，用涡旋振荡仪振荡5min，密封待测。利用固相微萃取技术，由低浓度到高浓度依次萃取和分析，绘制校准曲线。 1.4 样品分析 1.4.1 样品分析条件 表 1 样品分析条件 仪器条件 参数 参数条件 色谱条件 载气流速 0.3 mL/min 分流比 15:1 进样口温度 230 °C 气质接口温度 250 °C 色谱柱升温程序 60 °C保持0.5min，以20 °C /min升至180 °C，再以20 °C /min升至290℃，保持1 min。 质谱条件 扫描范围 45 u-400 u（full scan） 离子阱温度 150 °C 质谱传输线温度 220 °C 溶剂延迟 3min SPME综合前处理装置分析条件 样品温度 90 °C 老化温度 250 °C 搅拌速度 1000 rpm 平衡时间 5 min 老化时间 2 min 萃取时间 20 min 1.4.2 样品分析步骤 （1）打开Mars-400便携式GC-MS，并调试稳定； （2）设定SPME综合前处理装置的分析条件，将标准样品溶液放入SPME综合前处理装置的加热模块中，预热和平衡样品； （3）将SPME萃取纤维插入老化口，点击装置上的老化按钮，老化纤维2min； （4）取样品溶液，放入样品瓶座中平衡； （5）待样品溶液平衡完成，纤维老化完成后，将SPME插入样品瓶中，使萃取纤维置于液面以上位置，点击萃取界面的启动按钮，此时磁力搅拌器启动，进行样品搅拌萃取； （6）打开主机的选择方法界面，选择固相微萃取进样方法，设定分析条件，激活方法，萃取完成后，将SPME手柄插入进样口，运行方法； （7）按照步骤（2）至（5）从低到高分析标准系列样品溶液，建立校准曲线。当样品高低浓度交叉分析时，需在中间插入样品空白分析，降低残留影响； （8）标准样品分析完成后输出分析报告，并进行仪器维护。 1.5 结果与讨论 1.5.1 绘制校准曲线 按照章节1.4.2的样品分析方法，从浓度低到浓度高分析标准系列样品。本试验采用特征离子定量法进行定量。以样品浓度作为横坐标，以样品特征离子峰面积作为纵坐标，绘制校准曲线曲线（图 1，表 2）。 图 1 土中8种PAHs总离子流图 注：1-萘；2-苊烯；3-苊；4-芴；5-菲；6-蒽；7-荧蒽；8-嵌二萘 表 2 土中8种PAHs的校准曲线 序号 化合物名称 CAS NO. 保留时间/min 拟合方程 R R^2 1 萘 91-20-3 4.49 Y=57118.47X+46954.41 0.998 0.995 2 苊烯 208-96-8 6.305 Y=47933.35X+20791.6 0.998 0.996 3 苊 83-32-9 6.512 Y=80860.59X+13977.03 0.998 0.996 4 芴 86-73-7 7.099 Y=48468.27X-3960.746 0.998 0.996 5 菲 85-01-8 8.187 Y=10398.38X+3077.333 0.999 0.997 6 蒽 120-12-7 8.245 Y=8084.169X-1312.001 0.996 0.991 7 荧蒽 206-44-0 9.562 Y=1054.999X+1371.923 0.998 0.996 8 嵌二萘 129-00-0 9.815 Y=792.1563X+478.3998 0.997 0.995 注：标准溶液以干净土壤为基质。 图 1是结合SPME进行萃取后，便携式GC-MS分析得到的8种PAHs的总离子流图。表 2为8种PAHs的标准曲线，由表 2可以看出，8种PAHs的标准曲线线性较好，相关系数（R）都在0.99以上。 1.5.2 方法精密度和准确度 分别采用低浓度1 μg/L和高浓度5 μg/L的8种多环芳烃标准溶液进行6组平行对照试验，计算其相对标准偏差，得到方法的精密度。以土壤为基质，用5 μg/L的8种多环芳烃标准溶液进行6组平行对照试验，计算加标回收率，从而得到方法的准确度，加标回收率应在70%～130%之间。 表 3 土中8种PAHs在浓度为1 μg/L的精密度分析结果 序号 化合物名称 CAS NO. 含量 (μg/L) RSD (%) 1 2 3 4 5 6 平均值 1 萘 91-20-3 0.87 0.74 0.95 0.81 0.95 1.01 0.89 11.44 2 苊烯 208-96-8 0.80 0.69 0.74 0.80 0.78 0.85 0.77 7.22 3 苊 83-32-9 0.84 0.79 0.78 0.87 0.90 0.86 0.84 5.49 4 芴 86-73-7 0.81 0.85 0.83 0.89 0.90 0.96 0.87 6.19 5 菲 85-01-8 0.71 0.75 0.68 1.04 0.71 0.97 0.76 19.24 6 蒽 120-12-7 0.82 0.72 0.90 0.88 1.06 1.01 0.90 13.72 7 荧蒽 206-44-0 1.10 1.18 1.04 0.87 0.67 1.11 1.00 19.24 8 嵌二萘 129-00-0 1.83 1.30 1.35 1.34 1.56 1.67 1.51 14.25 注：样品溶液以干净土壤为基质。 表 4 土中8种PAHs在浓度为5μg/L的精密度分析结果 序号 化合物名称 CAS NO. 含量 (μg/L) RSD (%) 1 2 3 4 5 6 平均值 1 萘 91-20-3 5.82 5.59 5.41 5.20 5.27 5.40 5.45 4.10 2 苊烯 208-96-8 5.87 5.27 4.80 4.34 4.85 5.11 5.04 10.22 3 苊 83-32-9 5.43 4.76 4.62 4.04 4.53 4.61 4.67 9.57 4 芴 86-73-7 5.31 4.60 4.38 3.54 4.62 4.55 4.50 12.67 5 菲 85-01-8 5.58 4.60 3.97 3.89 5.09 4.02 4.53 15.31 6 蒽 120-12-7 5.84 4.93 4.49 5.55 5.10 4.58 5.08 10.52 7 荧蒽 206-44-0 4.64 4.46 5.38 3.41 5.41 4.15 4.58 16.72 8 嵌二萘 129-00-0 6.10 4.19 4.57 4.46 4.69 3.89 4.65 16.49 注：样品溶液以干净土壤为基质。 如表 3所示，在浓度为1 μg/L时，6组平行试验得到8种PAHs的相对标准偏差（RSD）在20%以内。如表 4所示，在浓度为5μg/L时，6组平行试验得到8种PAHs的相对标准偏差（RSD）在17%以内，精密度良好。 表 5 土中8种PAHs在浓度为5μg/L的加标回收率 序号 化合物名称 CAS NO. 加标前浓度 均值(μg/L) 加标量(μg/L) 加标后浓度 均值 (μg/L) 加标回收率(%) 1 萘 91-20-3 0 5 5.45 108.96 2 苊烯 208-96-8 0 5 5.04 100.74 3 苊 83-32-9 0 5 4.67 93.30 4 芴 86-73-7 0 5 4.50 89.94 5 菲 85-01-8 0 5 4.53 90.50 6 蒽 120-12-7 0 5 5.08 101.62 7 荧蒽 206-44-0 0 5 4.58 91.50 8 嵌二萘 129-00-0 0 5 4.65 93.00 由表5可知，8种PAHs的加标回收率都在70%～130%之间，方法准确度较好。 1.5.3 方法检出限 检出限采用0.5 μg/L的标准样品在设定条件下进样分析，计算每种物质对应的信噪比，以3倍信噪比（S/N）计算。 表 6 结合SPME分析土中8种PAHs的方法检出限 序号 化合物名称 CAS NO. 标准偏差 检出限（μg/L） 1 萘 91-20-3 0.122 0.383 2 苊烯 208-96-8 0.119 0.374 3 苊 83-32-9 0.104 0.327 4 芴 86-73-7 0.059 0.185 5 菲 85-01-8 0.078 0.245 6 蒽 120-12-7 0.071 0.223 7 荧蒽 206-44-0 0.107 0.336 8 嵌二萘 129-00-0 0.073 0.229 如表 6所示，8种PAHs的检出限在0.185～0.383 μg/L之间。 1.6 总结 从实验结果看来，采用SPME技术结合便携GC-MS分析土中多环芳烃的方法是有效可行的。结果表明，土中8种多环芳烃的相关系数都达到了0.99，且在低浓度和高浓度时，8种多环芳烃的RSD都在20%以内，重复性结果较好。从检出限上看，8种多环芳烃的检出限也在0.185～0.383 μg/L之间。因此，利用SPME结合便携GC-MS的方法操作简单、分析速度快，是作为现场快速分析行之有效的分析方法之一，可及时应对水、土污染等突发事故。 1 1.1 方法概述环境中的多环芳烃（PAHs）由有机物（如煤、石油和木材等）燃烧不完全而产生，是常见的环境和食品污染物。由于PAHs具有致癌、致畸和致突变性，更具有较强的持久性，美国环保署已把16种多环芳烃列入优先控制有毒有机污染物黑名单中，在我国环保部第一批公布的68种优先污染物中，PAHs有7种。根据《全国土壤污染状况调查公报》，全国土壤总的超标率为16.1%，总体状况不容乐观，其中有机污染物以六六六、滴滴涕和多环芳烃为主，多环芳烃的点位超标率达到1.4%，仅次于滴滴涕。在不同类型用地中，耕地是多环芳烃的主要污染区，在典型地块的周边土壤污染调查中，结果表明工业废弃地、工业园区、采油区、采矿区、污水灌溉区及干线公路两侧都是多环芳烃的主要污染地块，在调查的同地块中超标点位分别占34.9%、29.4%、23.6%、33.4%、26.4%和20.3%，。由此可见，建立现场快速分析土壤中多环芳烃的分析方法，判断污染程度，对保护人体健康具有重要的实际意义。土壤基体复杂，且PAHs浓度低（痕量或超痕量），难以直接测定，必须采用一定的预处理技术使其可以达到可检测的水平。对于PAHs的检测大多采用GC、GC-MS或LC方法，便携式GC-MS技术是传统的GC-MS技术的衍生和发展，作为现场快速检测设备，更真实地反映了污染物的排放情况，而固相微萃取是集采样，浓缩，萃取及进样于一体的无需使用溶剂的一种前处理方法，操作方便、简单，省时省力，将其与体积小、重量轻及分析速度快的Mars 400 Plus便携式GC-MS相结合，能及时快速地应对一些突发事故。因此本文采取选用SPME方法结合Mars 400 Plus便携式GC-MS分析土中的PAHs，建立了便携式GC-MS分析土中的萘、苊烯和苊等8种多环芳烃的分析方法。1.2 主要仪器与试剂（1）仪器Mars-400便携式气相色谱质谱联用仪，聚光科技（杭州）股份有限公司；LTM DB-5ms 快速气相色谱柱（5 m×0.1 mm×0.4 μm）；SPME综合前处理装置：聚光科技（杭州）股份有限公司；便携式分析天平。（2）试剂标准样品：浓度2000 mg/L的8种多环芳烃标样（3）材料微量移液器（10 μL）；微量移液器（100 μL）；微量移液器（1000 μL）；SPME手柄：购于Supelco公司；PDMS/DVB萃取头：65μm，部分交联，蓝色平头；涡旋振荡器；载气：氦气，纯度>99.999%。1.3 标准样品配制详情可下载附件查看1.4 样品分析详情可下载附件查看1.5 结果与讨论 绘制校准曲线按照章节1.4.2的样品分析方法，从浓度低到浓度高分析标准系列样品。本试验采用特征离子定量法进行定量。以样品浓度作为横坐标，以样品特征离子峰面积作为纵坐标，绘制校准曲线曲线（图 1，表 2）。图 1 土中8种PAHs总离子流图注：1-萘；2-苊烯；3-苊；4-芴；5-菲；6-蒽；7-荧蒽；8-嵌二萘表 2 土中8种PAHs的校准曲线序号化合物名称CAS NO.保留时间/min拟合方程RR^21萘91-20-34.49Y=57118.47X+46954.410.9980.9952苊烯208-96-86.305Y=47933.35X+20791.60.9980.9963苊83-32-96.512Y=80860.59X+13977.030.9980.9964芴86-73-77.099Y=48468.27X-3960.7460.9980.9965菲85-01-88.187Y=10398.38X+3077.3330.9990.9976蒽120-12-78.245Y=8084.169X-1312.0010.9960.9917荧蒽206-44-09.562Y=1054.999X+1371.9230.9980.9968嵌二萘129-00-09.815Y=792.1563X+478.39980.9970.995注：标准溶液以干净土壤为基质。图 1是结合SPME进行萃取后，便携式GC-MS分析得到的8种PAHs的总离子流图。表 2为8种PAHs的标准曲线，由表 2可以看出，8种PAHs的标准曲线线性较好，相关系数（R）都在0.99以上。方法精密度和准确度分别采用低浓度1 μg/L和高浓度5 μg/L的8种多环芳烃标准溶液进行6组平行对照试验，计算其相对标准偏差，得到方法的精密度。以土壤为基质，用5 μg/L的8种多环芳烃标准溶液进行6组平行对照试验，计算加标回收率，从而得到方法的准确度，加标回收率应在70%～130%之间。表 3 土中8种PAHs在浓度为1 μg/L的精密度分析结果序号化合物名称CAS NO.含量 (μg/L)RSD(%)123456平均值1萘91-20-30.870.740.950.810.951.010.8911.442苊烯208-96-80.800.690.740.800.780.850.777.223苊83-32-90.840.790.780.870.900.860.845.494芴86-73-70.810.850.830.890.900.960.876.195菲85-01-80.710.750.681.040.710.970.7619.246蒽120-12-70.820.720.900.881.061.010.9013.727荧蒽206-44-01.101.181.040.870.671.111.0019.248嵌二萘129-00-01.831.301.351.341.561.671.5114.25注：样品溶液以干净土壤为基质。表 4  土中8种PAHs在浓度为5μg/L的精密度分析结果序号化合物名称CAS NO.含量 (μg/L)RSD(%)123456平均值1萘91-20-35.825.595.415.205.275.405.454.102苊烯208-96-85.875.274.804.344.855.115.0410.223苊83-32-95.434.764.624.044.534.614.679.574芴86-73-75.314.604.383.544.624.554.5012.675菲85-01-85.584.603.973.895.094.024.5315.316蒽120-12-75.844.934.495.555.104.585.0810.527荧蒽206-44-04.644.465.383.415.414.154.5816.728嵌二萘129-00-06.104.194.574.464.693.894.6516.49注：样品溶液以干净土壤为基质。如表 3所示，在浓度为1 μg/L时，6组平行试验得到8种PAHs的相对标准偏差（RSD）在20%以内。如表 4所示，在浓度为5μg/L时，6组平行试验得到8种PAHs的相对标准偏差（RSD）在17%以内，精密度良好。表 5  土中8种PAHs在浓度为5μg/L的加标回收率序号化合物名称CAS NO.加标前浓度均值(μg/L)加标量(μg/L)加标后浓度均值 (μg/L)加标回收率(%)1萘91-20-3055.45108.962苊烯208-96-8055.04100.743苊83-32-9054.6793.304芴86-73-7054.5089.945菲85-01-8054.5390.506蒽120-12-7055.08101.627荧蒽206-44-0054.5891.508嵌二萘129-00-0054.6593.00由表5可知，8种PAHs的加标回收率都在70%～130%之间，方法准确度较好。方法检出限检出限采用0.5 μg/L的标准样品在设定条件下进样分析，计算每种物质对应的信噪比，以3倍信噪比（S/N）计算。表 6  结合SPME分析土中8种PAHs的方法检出限序号化合物名称CAS NO.标准偏差检出限（μg/L）1萘91-20-30.1220.3832苊烯208-96-80.1190.3743苊83-32-90.1040.3274芴86-73-70.0590.1855菲85-01-80.0780.2456蒽120-12-70.0710.2237荧蒽206-44-00.1070.3368嵌二萘129-00-00.0730.229 如表 6所示，8种PAHs的检出限在0.185～0.383 μg/L之间。1.6 总结从实验结果看来，采用SPME技术结合便携GC-MS分析土中多环芳烃的方法是有效可行的。结果表明，土中8种多环芳烃的相关系数都达到了0.99，且在低浓度和高浓度时，8种多环芳烃的RSD都在20%以内，重复性结果较好。从检出限上看，8种多环芳烃的检出限也在0.185～0.383 μg/L之间。因此，利用SPME结合便携GC-MS的方法操作简单、分析速度快，是作为现场快速分析行之有效的分析方法之一，可及时应对水、土污染等突发事故。