土壤和固体废物中2,2,3,4,4'',5,- 六氯联苯检测方案

thermoscientific 结果和讨论 应用指南 通过加速溶剂萃取和 GC-MS/MS测定土壤和固体废物中的多氯联苯 (PCBs) Fabrizio Galbiati， Thermo Fisher Scientific (Schweiz) AG， Reinach， SwitzerlandLuca Teli， Consulenze Ambientali SpA， Scanzorosciate， Italy赛默飞世尔科技(中国)有限公司 关键词 加速溶剂萃取、U.S. EPA 方法 8082A、PCBs、在线净化、Rocket 蒸发器、TSQ 8000 三重四极杆 GC-MS/MS、Xcalibur、TraceFinder 目标 展示加速溶剂萃取和 GC-MS/MS 法测定土壤和固体废物中多氯联苯(PCB)。 简介 图1. Thermo Scientific Dionex ASE 350 加速溶剂萃取仪和 ThermoScientific Rocket 蒸发器。 多氯联苯 (PCBs) 属于广泛的合成有机化学物品系列，被称为氯化烃类。在美国， PCBs 自1929年开始生产，直到1979年禁止生产。这些化合物具有一系列毒性，并且从稀薄的浅色液体到黄色或黑色蜡状固体，稠度不同。由于其不易燃、化学稳定性、高沸点和电绝缘性能， PCBs 用于数百种工业和商业应用，包括电气、热传递和液压设备；用作涂料、塑料和橡胶制品中的增塑剂；用于颜料、染料和无碳复写纸中；以及许多其他工业应用。 此外，常规萃取过程中可能会可能会萃取到所需分析物之外的干扰物。这些不需要的共萃取物可能会干扰分析物检测，需要消除。例如，根据 U.S. EPA 方法3660B，从土壤、沉积物和工业废弃物中去除元素硫需要使用铜粉或四丁基亚硫酸铵进行萃取后净化。 目前索氏萃取(U.S. EPA方法3540)、超声萃取(U.S.EPA 方法3550)和微波萃取 (U.S. EPA 方法3546)等技术用于在分析测定前从土壤中萃取 PCB。然而，这些技术为劳动密集型并且溶剂消耗高。人们开发出加速溶剂萃取来满足减少固体样品制备所用溶剂量的新要求。使用加速溶剂萃取，与常规样品萃取技术(例如索氏萃取和超声萃取)相比，可在非常短的时间内完成萃取，并使用最少量的溶剂。 在U.S. EPA 方法3665A中，通过使用浓硫酸和5%的高锰酸钾水溶液按顺序处理来实现去除干扰性有机化合物。如多个出版物1-20中所述，使用加速溶剂萃取系统的最新进展包括：在样品萃取过程中选择性去除干扰的方法，从而将萃取和净化合并成一个步骤。 ThermoFisher 虽然可以合成所有209 种 PCBs 同系物，但≥0.05%浓度 时仅在市售 PCBs 混合物中鉴定出约130个独立同系物。本文报道的方法适用于测定土壤中209种可能 PCB 同系物中的32种，包括浓度介于5至200ug/kg(干重)之间的类二恶英 PCBs((“不含氯原子”、“含一个氯原子的PCBs”和“含两个氯原子的 PCBs”)。按照 U.S. EPA 方法8082A， 将四氯间二甲苯用作替代品，并将十氯联苯作为内标物。 实验 设备 使用 BinderM 的 ED53烘箱干燥样品。使用 SartoriusM分析天平平取干燥的土壤样品和标准品。使用 FritschPulverisette TM 行星式球磨机研磨样品。使用配备 34mL 不锈钢萃取池 (P/N 068089) 的 Thermo ScientificM DionexMASE 350TM加速溶剂萃取仪(P/N 083114 (120V) 或083146 (240V))进行萃取。将萃取物收集在60mL双头Thermo ScientificM RocketM Flip-FlopTM 管 (P/N 076360)中，并使用 Thermo Scientific Rocket 蒸发器(P/N 075904，120 V 或 082766，240V)直接在 2mL 自动进样器玻璃小瓶 (Thermo ScientificTM ChromacolM VAGK ISP： GC 2-SVW+9-SCK(B)-ST1)中浓缩。使用配备有分流/不分流进样口的 Thermo ScientificM TRACETM 1310 气相色谱仪、ThermoScientific M TraceGOLDTM TG-17MS GC 柱 (30m ×0.25mm× 0.25um， P/N 26089-1420) 和 Thermo Scientific MTSQM8000三重四极杆 GC-MS/MS(图2)。 农残级己烷 (Fluka° P/N 34484) 是 ASE 的萃取溶剂。浓缩期间，使用农残级甲苯 (Fluka P/N 34494) 作为定位件小心控制最终容积。硅藻土(DE) 采用 Thermo ScientificMDionexTM ASETM Prep DE (P/N 062819)。 从 Carlo ErbaReagents 购买硅胶(70-230目，用于柱色谱法， P/N453337)。从 ULTRA Scientific 购买异辛烷 (P/N RPCM-240) 中浓度为 10ug/mL 的 PCB 校准混合物、甲苯中浓度为 1000mg/mL 的十氯联苯(内标物， P/N PPS-150) 和丙酮中浓度为2000pg/mL 的四氯间二甲苯(替代品，P/N IST-440)。从 Fluka 购买正十八烷酸十八烷基酯 (P/N46408)和无水硫酸钠 (P/N 71962)。 通过向1L 己烷中加入 0.1mL 十氯联苯来制备内标溶液。通过向1L 己烷中加入 50mL四氯间二甲苯来制备替代溶液。两种溶液的最终浓度都是 0.10mg/L。 通过稀释贮备液来制备浓度为 0.20、0.10、0.05、0.01、0.005和0.001mg/L 的 PCB 标准溶液。向每个PCB 标准溶液中加入内标溶液，并用己烷将标准品最终容积定为10mL。 通过在马弗炉中以550℃加热至少4小时来活化硅胶。通过将 100mg 正十八烷酸十八烷基酯溶于 100mL 正己烷中来制备正十八烷酸十八烷基酯 (C36H72O2) 的试液。通过向填充了2.0g硅胶和2g硫酸钠的净化柱中加入10mL 式液来检查每批硅胶的净化效率。对洗脱液进行色谱分析后，正十八烷酸十八烷基酯的回收百分比不得超过5%。 萃取、浓缩和测量 将 Thermo Scientific M DionexM纤维素过滤膜 (P/N 056780)置于34mL萃取池的底部，然后加入5g 活化的硅胶和另一个纤维素过滤膜(图3)。将1g干燥的已筛样品与足量的ASE Prep DE 混合并将所得混合物小心倒入萃取池中，然后加入1mL 的替代溶液。使用 ASE Prep DE 填充所有空的容积。根据下方报告的条件对加速溶剂萃取仪进行编程。 加速溶剂萃取的条件 溶剂 正己烷 温度 130℃ 循环次数 2 静态萃取时间 9min 冲洗体积 50% 吹扫时间 90s 每个样品的总萃取时间 30min 每个样品的总溶剂容积 ~40mL 衬管 SSL 不分流衬管，去活化， 4mm ×6.3mm × 78.5mm， P/N 453A1925 进样量 2pl 不分流时间 1.0min 分流流量 50mL/min 柱头脉冲压力 5.0kPa 气相色谱参数设置 GC柱 TraceGOLD TG-17MS (30m×0.25mm x0.25pum) 气体载体 氦气 流速 1.0mL/min，恒定流速 初始温度 130℃ 2min 10℃ /min 至220℃ (16min) 5℃ /min 至235℃(8min) 25℃ /min 至330℃ (5min) 最终温度 330℃ 5min 总结的 GC 和MS 条件如下。 表1中呈现了选中的反应监测 (SRM) 选择离子扫描。 将萃取物直接收集到 Flip-Flap 小瓶中。加入 1.5mL甲苯和1mL内标物后，将它们在 Rocket 蒸发器上进行浓缩，直到最终容积约为1mL。 质谱参数 源温度 280℃ 离子化方式 EI 电子能量 70eV 灯丝发射电流 50uA 表1 SRM 选择离子扫描。星号表示“类二恶英类多氯联苯”PCB。定量离子对 m/z 以粗体显示。 PCB# 化合物名称 分子式 保留时间 分子量 精确质量 母离子(m/z) 子离子(m/z) 碰撞能量(eV) 18 2，2'，5-三氯联苯 C12HCIg 11.21 258 255.9613 256.0 186.0 26 258.0 186.0 26 28 2，4，4'-三氯联苯 C12H，CI 12.30 258 255.9613 256.0 186.0 26 258.0 186.0 26 31 2，4'，5-三氯联苯 C12H7Cl 12.30 258 255.9613 256.0 186.0 26 258.0 186.0 26 52 2，2'，5，5'-四氯联苯 C12HCI4 13.19 292 291.9194 289.9 220.0 26 291.9 222.0 26 44 2，2'，3，5'-四氯联苯 C12H6CI4 14.22 292 291.9194 289.9 220.0 26 291.9 222.0 26 95 2，2'，3，5'，6-五氯联苯 C12H，CI5 15.91 326 325.8804 323.9 253.9 28 325.9 255.9 26 101 2，2'，4，5，5'-五氯联苯 C12H，CIs 16.40 326 325.8804 323.9 253.9 28 325.9 255.9 26 土壤是一个非常复杂的分析基质，尤其是它们来自受污染的场所时。土壤的性质和组成对萃取效率和方法灵敏度有显著影响。典型土壤由约45%的矿物质、5%的有机物质、20-30%的水和20-30%的空气组成。特别是有机物质含有可保留在 GC 系统中的高分子量的非挥发性化合物，并导致分析性能不佳。许多分析人员使用广泛的样品制备技术从这种不需要的非挥发性材料中萃取和浓缩目标化合物。然而，这些萃取和浓缩技术耗时且昂贵。 根据 US EPA 方法 8082A，使用索氏萃取(U.S. EPA 方法 3540)、自动化索氏萃取(U.S. EPA 方法3541)、微波 萃取(U.S.EPA 方法3546)、超声萃取(U.S.EPA 方法 3550)或超临界流体萃取(U.S. EPA 方法3562)，利用己烷-丙酮(1：1)或二氯甲烷-丙酮(1：1) 来萃取固体样品。所得萃取物可采用连续硫酸/高锰酸钾净化来去除有机物(U.S. EPA 方法3665)和/或使用铜粉或四丁基亞硫酸铵来去除元素硫(U.S. EPA 方法3660)。净化后，将萃取液进样到配备了窄孔或宽孔熔融石英毛细管柱和电子捕获探测器 (GC/ECD) 的气相色谱仪中分析。U.S. EPA 方法8082A 还提及将加速溶剂萃取 ((U.S. EPA 方法 3545A)作为替代萃取方法；然而，在这之后仍然需要手动萃取净化。最近多个出版物描述了加速溶剂萃取期间选择性去除干扰的方法，从而将萃取和净化合并成一个步骤。1-20 PCB由各种氯化物同系物的混合物制成，通过连续氯化联苯批次直到达到氯的确定目标重量百分比。最常见的市售混合物是 Aroclor，并且每个都具有表明不同氯化程度的后缀编号：前两位数字表示苯环中的碳原子数(PCB 为12)， 后两位数字表示混合物中氯的质量百分比。 当样品含有多于一种 Aroclor 以及 Aroclor 长时间暴露于环境的空气中或通过处理技术降解时， PCB 作为 Aroclor 的定量特别困难。本客户应用说明提供了测定209 种可能 PCB同系物中32种化合物的方法，其中包括被归类为“类二恶英”的毒性当量因子 (TEF) 在0.1至0.00001之间的化合物。还选择了32 中PCB同系物，因为其中许多同系物代表了普通 Aroclor 制剂特有的同系物。 萃取实验采用加标方式进行(为了完全除去土壤中有机物，使用的前以800℃加热4小时)。PCB 加标水平为5、50和200mg/kg。每个浓度水平萃取20个样品。结果表明， 5ug/kg 处加标的加标回收率为95.0和129.6%之间、50 ug/kg 处加标的加标回收率为82.0和107.2%之间、200 u g/kg 处加标的加标回收率为87.9和112.4%之间。这些 RSD 值符合内部 QC 性能标准。U.S. EPA 方法8082A 报告了通过加速溶剂萃取 (U.S. EPA方法3545)从污水污泥、河流沉积物标准参考材料 (SRM 1939)和已认证的土壤参考材料 (CRM911-050) 萃取的 PCB 的单实验室QC数据。认证值可用于污水污泥的五个PCB同系物和 SRM 1939 中的四个同系物。土壤参考材料已经 Aroclor1254认证。U.S. EPA 方法 8082A中的所有数据仅供参考。 表2和图4中报告了5、50和 200 u g/kg 加标水平的平均回收率和 RSD。星号表示“类二恶英”PCB：不含氯原子(77，126，169)、含一个氯原子(105，114，118，123，156，157，167，189)和含两个氯原子 (170，180)。5 p g/kg 加标样品的典型 SRM 色谱图如图5所示。未显示三氯联苯(18、 28和31)。 表2.5、50和 200pg/kg 加标水平的平均回收率和 RSD。星号表示“类二恶英”PCB。 PCB 平均回收率 % RSD % 平均回收率 RSD % 平均回收率 % RSD % 18 95 14.3 82 13.5 88 18.3 28+31 107 13.6 93 13.5 98 17.9 52 111 14.3 96 13.2 107 18.4 44 118 13.8 100 13.3 108 17.6 95 109 15.3 93 14.5 105 20.4 101 110 12.8 96 13.6 102 19.0 99 105 12.5 94 13.3 99 18.2 81 121 13.0 105 12.8 112 16.2 PCB 平均回收率 % RSD % 平均回收率 % RSD % 平均回收率 % RSD % 151 113 11.2 100 12.3 101 17.2 110 106 12.7 91 13.3 99 18.3 77* 124 12.8 105 13.3 107 15.7 123* 119 14.4 106 13.6 112 18.8 149 124 15.0 104 13.0 103 18.0 118* 120 15.2 101 12.5 103 17.7 146 117 13.3 103 12.4 101 16.9 153 129 19.7 105 11.1 102 16.1 114* 115 13.1 101 13.0 100 15.5 105* 114 15.2 97 12.0 100 16.5 138 121 17.1 97 12.1 96 16.4 187 128 17.4 106 11.0 99 14.0 183 128 13.8 107 11.0 101 14.4 126* 117 17.3 102 13.2 104 18.5 167* 108 13.8 96 11.5 96 15.6 128 107 13.0 93 11.4 92 15.6 177 123 13.4 103 10.4 95 13.3 156* 112 13.8 97 11.3 94 15.1 180* 130 18.9 102 10.0 94 13.3 157* 104 13.9 92 11.4 90 15.5 169* 111 14.5 98 11.3 97 16.9 170* 128 16.2 105 10.4 99 13.4 189* 125 13.6 107 10.3 98 12.8 图4.5、50和200pg/kg 加标水平的平均回收率。 289.9→220.0 323.9→253.9 16.31 16.6119.22 325.9→255.9 35 35.95 31.87 31.32 395.8→325.9 25.7526.45 35.94 31.85 图 5.ASE 萃取浓缩后5pg/kg PCB 加标土壤羊品的SRM 色谱图。 图6和图7中展示了受污染的住宅区土壤样品的两个典型色谱图。根据“萃取、浓缩和测量”章节中描述的程序处理样品。对于在 QC 离子比例标准中测试的所有 PCB， 清晰探测到定量 SRM 离子以及验证性 SRM 离子。 总浓度为 1.18mg/kg(图5)和 0.43mg/kg(图6)，两种土壤样品均超过了意大了法规 (D.Lgs 152/2006)规定的住宅区为 0.06mg/kg(工业区为5mg/kg) 限值。 四氯联苯 图6.受污染土壤样品的 PCB SRM 色谱图。 323.9-253.9 16.35 20.57 19.26 325.9-255.9 16.34 19.26 0 5 10 15 20 25 30 35 40 时间(min) 七氯联苯 331.3993.8-323.9 25.84 36.0538.56 31.40395.8→325.9 25.86 图7.受污染土壤样品的 PCB SRM 色谱图。 使用加速溶剂萃取以及在线净化来萃取受污染土壤中的多氯联苯时，加标回收率和再现性都很好。使用在线净化选择性地消除干扰避免了耗时和昂贵的萃取后手动净化程序。使用加速溶剂萃取处理样品仅需20分钟并且只需 40mL 溶剂。Rocket 蒸发器不需要繁琐的氮吹浓缩。通过使用 Flip-Flop 系统，可以直接将样品浓缩到 GC 小瓶中。高性能TSQ 8000三重四极杆 GC-MS/MS 系统是一个可靠且易于使用的系统，可实现更快、更精确、无错误的分析，节省时间并降低实验室成本。 ( 致谢 ) 特别感谢意大利 Scanzorosciate 的 Consulenze AmbientaliSpA (UNI CEI EN ISO/IEC 17025：2005 认证公司)的 LucaTeli，他进行了土壤样品工作，并感谢他的主管 RaffaellaGibellini 批准使用此客户应用说明数据。 ( 1. . E zzell， J.； Richter， B.； Francis， E. Selective Extractionof Polychlorinated Biphenyls from Fish Tissue UsingAccelerated Solvent Extraction， American EnvironmentalLaboratory， 1996，8(12)，12-13. ) ( 2. T hermo S c ientific A pplication N ote 322：SelectiveExtraction of PCBs from Fish Tissue Using AcceleratedSolvent Extraction (ASE)， Sunnyvale， CA，1996. ) ( 3. Thermo Scientific Application N ote 342：Determinationof PCBs in Large-Volume Fish Tissue Samples UsingAccelerated S olvent Extraction (ASE)， Sunnyvale， C A， 2000. ) ( 4. Bjorklund， E.； Muller ， A.； von Holst， C . Comparison of Fat Retainers in Accelerated Solvent E xtraction for the Selective Extraction of PCBs from Fat-Containing Samples， Anal.Chem.， 2001， 73， 4050-4053. ) ( 5. Sporring S.； B jorklund， E. Selective Pressurized L iquidExtraction of Polychlorinated Biphenyls f rom Fat-Containing Food and F eed Samples：Influence of CellDimensions， S olvent Type， Temperature and F l ushVolume， J . Chromatogr.， A .， 2004， 1040， 1 55-161. ) ( 6. H aglund， P . ； S porring， S .； Wiberg， K.； Bjorklund， E. ) ( Shape-Selective Extraction of PCBs and D ioxins fromFish and F ish O il Using I n-Cell Carbon FractionationPressurized Liquid Extraction， Anal.Chem.， 2007， 79 2945-2951. ) ( 7. Thermo Scientific Application Note 356：Determinationof Perchlorate in Vegetation Samples U sing A cceleratedSolvent Extraction (ASE) and lo n ChromatographySunnyvale， CA， 2006. ) ( 8.( G entili， A.； Perret， D. ； Marchese， S.； Sergi， M.； Olmi，C.； Curini ， R. Accelerated Solvent E xtraction andConfirmatory A nalysis of Sulfonamide R esidues in R awMeat a nd I nfant Foods by Liquid ChromatographyElectrospray Tandem Mass Spectrometry， J. Agric.FoodChem.，2004，52，4614-4624. ) ( 9 B jorkl u nd， E.； S porring， S.；W i berg， K.； Haglund， P. ； vo n Holst， C. New Strategies for Extraction and Clean-upof Persistent Organic Pollutants from Food and FeedSamples Using Selective Pressurized Liquid E x traction， T rends i n Anal.Chem.， 2 006， 25(4)， 318-325. ) ( 10.Hussen， A.； Westbom， R.； M egersa， N.； R etta，N.； Mathiasson， L . ； Bjorklund， E . O p timisation ofPressurized Liquid Extraction for the Determinationof p，p’-DDT and p，p’-DDE in Aged C ontaminatedEthiopian Soils， Anal.Bioanal.Chem.， 2 006， 3 8 6(5)， 1525-1533. ) ( 11. Hussen， A. ； Westbom， R.； Megersa， N.； Mathiasson，L.； Bjorklund， E . Development of a Pressurized LiquidExtraction and Clean-up Procedure for the Determinationof Alpha-Endosulfan， Beta-Endosulfan and EndosulfanSulfate in Aged Contaminated E t hiopian Soils， J.Chromatogr.A， 2006， 1103 ， 202-210. ) ( 12. Sporring， S .； von Holst C.； Bjorklund， E . SelectivePressurized Liquid Extraction of PCB’s from Food andFeed Samples：Effects of High L ipid Amounts and L i pidType on Fat Retention， Chromatograpia， 2006， 64(9-10)， 553-557. ) ( 13.Wiberg， K.； Sporring， S.； Haglund， P.； B j orklund， E. Selective P ressurized Liquid E x traction of ) ( Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins， dibenzofurans anddioxin-like polychlorinated biphenyls from F ood a n dFeed Samples， J. Chromatogr.A， 2007， 1138， 5 5-64. ) ( 14. Hussen， A.； Westbom， R. ； Megersa， N.； Ma t hiasson， L.；Bjorklund， E. Selective Pressurized Liquid Extraction forMulti-residue A nalysis of Organochlorine Pe s ticides inSoil， J. Chromatogr.A，2007，1152，247-253. ) ( 15.Thermo Scientific Application Note 409：Fast Determination of Acrylamide in Food Samples U singAccelerated Solvent Extraction (ASE) Followed by IonChromatography with UV o r MS Detection， Sunnyvale， CA， 2003. ) ( 16. T hermo Scientific Application Note 358：Extraction andCleanup of A crylamide in C omplex M a trices UsingAccelerated S olvent E xtraction (ASE) Followed by LiquidChromatography， Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS)， Sunnyvale， CA， 2007. ) ( 17. Poerschmann J .； Carlson， R. New FractionationScheme for L ipid Classes Based on 'In-Cell Fractionation ' Using Sequential P ressurized L iquidExtraction， J. Chromatogr.A， 2006，1127， 1 8-25. ) ( 18.Poerschmann， J.； T rommler， U .； Biedermann， W.； Truyen， U.； Lucker， E . S equential Pressurized LiquidExtraction to Determine B rain-Originating Fatty Acidsin Meat Products as Markers in Bovine SpongiformEncephalopathy Risk Assessment Studies， J.Chromatogr.A， 2006，1127， 2 6-33. ) 19. Thermo Scientific Customer Application Note120：Determination of Total Petroleum Hydrocarbons inRubble and Soils by Accelerated Solvent Extraction andGC-FID， Sunnyvale， CA， 2015. 20. Thermo Scientific Customer Application Note122：Determination of Persistent Organic Pollutants inFish Tissues by Accelerated Solvent Extraction and GC-MS/MS， Sunnyvale， CA， 2016. scIS CIENTIFIC 多氯联苯 (PCBs) 属于广泛的合成有机化学物品系列，被称为氯化烃类。在美国，PCBs 自 1929 年开始生产，直到1979 年禁止生产。这些化合物具有一系列毒性，并且从稀薄的浅色液体到黄色或黑色蜡状固体，稠度不同。由于其不易燃、化学稳定性、高沸点和电绝缘性能，PCBs 用于数百种工业和商业应用，包括电气、热传递和液压设备；用作涂料、塑料和橡胶制品中的增塑剂；用于颜料、染料和无碳复写纸中；以及许多其他工业应用。目前索氏萃取（U.S. EPA 方法 3540）、超声萃取（U.S.EPA 方法 3550）和微波萃取（U.S. EPA 方法 3546）等技术用于在分析测定前从土壤中萃取 PCB。然而，这些技术为劳动密集型并且溶剂消耗高。人们开发出加速溶剂萃取来满足减少固体样品制备所用溶剂量的新要求。使用加速溶剂萃取，与常规样品萃取技术（例如索氏萃取和超声萃取）相比，可在非常短的时间内完成萃取，并使用最少量的溶剂。此外，常规萃取过程中可能会可能会萃取到所需分析物之外的干扰物。这些不需要的共萃取物可能会干扰分析物检测，需要消除。例如，根据 U.S. EPA 方法 3660B，从土壤、沉积物和工业废弃物中去除元素硫需要使用铜粉或四丁基亚硫酸銨进行萃取后净化。在 U.S. EPA 方法 3665A 中，通过使用浓硫酸和 5％ 的高锰酸钾水溶液按顺序处理来实现去除干扰性有机化合物。如多个出版物 1-20 中所述，使用加速溶剂萃取系统的最新进展包括：在样品萃取过程中选择性去除干扰的方法，从而将萃取和净化合并成一个步骤。