液液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測定環(huán)境水體中18種多氯聯(lián)苯

楊小莉，肖潔，張春紅，譚娟娟，楊小麗*，楊紅梅

1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），湖北 武漢 430205；2.湖北省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)，湖北 孝感 432000

多氯聯(lián)苯（PCBs）是聯(lián)苯上氫原子被不同個(gè)數(shù)氯原子取代后形成的氯代聯(lián)苯化合物，曾作為優(yōu)質(zhì)工業(yè)添加劑（阻燃劑、增塑劑、絕緣材料等）被大量生產(chǎn)并應(yīng)用于印刷、化工、電力、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域(劉騰飛等，2018)，其物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在環(huán)境中極難降解，殘留時(shí)間長，且具有致畸性、致癌性、致突變性，易溶于脂肪，并通過土壤、水、大氣等在食物鏈中累積，對生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署簽署的《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》將PCBs列為12種優(yōu)先控制的污染物之一(吳銀菊，2022)。

雖然從20世紀(jì)70年代末，PCBs已被禁止用于商業(yè)、工業(yè)用途，但近年來仍有學(xué)者從土壤(葉新榮等，2013；田福林等，2017；吳亮等，2019；車凱等，2021)、沉積物(陳秋蘭等，2017；朱蕓等，2019；劉星等，2020)、固體廢棄物(盧益等，2012)、自然水體(張付海等，2019；程加德等，2020；黃智峰等，2022；黃檣等，2022)、大氣(迭慶杞等，2014；馬文鵬等，2016；夏曉陽等，2017)、食品(曹艷平，2018；江豐，2020；吳銀菊等，2022)中廣泛檢出PCBs。環(huán)境介質(zhì)中PCBs的普遍污染導(dǎo)致人體的高暴露風(fēng)險(xiǎn)，蒙華俊等(2020)、李想等(2022)在電子垃圾拆解地的人體指甲、血液中也檢出了PCBs，進(jìn)一步證明環(huán)境暴露及食物鏈作用會(huì)使PCBs在人體內(nèi)累積。

污染物常通過各種環(huán)境作用匯集于水中，對人體健康和生態(tài)環(huán)境安全造成嚴(yán)重威脅。為了更好地履行“斯德哥爾摩公約”，我國出臺(tái)的《GB/T 14848-2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2017）、《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（國家環(huán)境保護(hù)總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2002）也將多氯聯(lián)苯列為需要實(shí)施監(jiān)測的管控對象。因此，建立準(zhǔn)確、快速測定環(huán)境水體中PCBs的方法對水體環(huán)境污染現(xiàn)狀的判別、風(fēng)險(xiǎn)評估及污染源的追溯具有重要科學(xué)意義。

目前，用于水質(zhì)PCBs的檢測方法主要有氣相色譜-電子捕獲檢測法（GC-ECD）(馬晗宇，2010；胡紅美，2016；葉凱，2020)、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)(黃檣等，2022)、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS/MS)(邵陽，2016；彭婕等，2020)、高分辨質(zhì)譜法(宋淑玲等，2013；黃智峰等，2022)等，其中GC-MS法具有很強(qiáng)的選擇性和較高的靈敏度，且儀器價(jià)格相對低廉，被廣泛應(yīng)用于低濃度有機(jī)物的準(zhǔn)確定量分析。

由于GC-MS上機(jī)測試樣品為有機(jī)溶液，不能直接測定水溶液，且PCBs在水體中含量一般較低，在上機(jī)測定之前需進(jìn)行萃取分離、富集前處理。前處理方法主要有液液萃取(LLE)(馬晗宇，2010；胡紅美等，2016)、固相萃取(SPE)(葉凱等，2020)、固相膜萃?。⊿PDE）(宋淑玲等，2013)、固相微萃取（SPME）(Joshi et al.,2014)、頂空固相微萃取(HS SPME)(Liu Y L et al.,2014)、分散固相萃?。―SPE）(Zhang J B et al.,2015)等。本文采用傳統(tǒng)的液-液萃取前處理方法，氣相色譜-質(zhì)譜法定量檢測，實(shí)現(xiàn)了對水體中6種指示性多氯聯(lián)苯（PCB28、PCB52、PCB101、PCB153、PCB138），12種二噁英類PCBs（PCB81、PCB77、PCB123，PCB118、PCB114、PCB105、PCB126、PCB167、PCB156、PCB157、PCB180、PCB169、PCB189）的同時(shí)分離測定，該方法靈敏度高、檢出限低、精密度高。將該方法應(yīng)用于實(shí)際地下水和地表水樣品的分析，得到的目標(biāo)物加標(biāo)回收率滿足檢測要求，證明該方法可用于批量水質(zhì)樣品中PCBs的準(zhǔn)確測定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

氣相色譜-質(zhì)譜儀(7890-5977B，美國Agilent公司)；全自動(dòng)定量濃縮儀(AutoVap S12，美國ATR公司)；分液漏斗振蕩器(MMV-1000W，日本東京理化公司)；超純水儀(美國Millipore公司)。

18種PCBs混 合 標(biāo) 液：2,4,4′-三 氯 聯(lián) 苯（PCB28）、2,2′,5,5′-四氯聯(lián)苯（PCB52）、2,2′,4,5,5′-五 氯 聯(lián) 苯（PCB101）、2,3′,4,4′,5-五 氯 聯(lián) 苯（PCB118）、2,2′,4,4′,5,5′-六氯聯(lián)苯（PCB153）、2,2′,3,4,4′,5′-六氯聯(lián)苯（PCB138）、2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯聯(lián)苯（PCB180）、3,4,4′,5-四氯聯(lián)苯（PCB81）、3,3′,4,4′-四 氯 聯(lián) 苯（PCB77）、2′,3,4,4′,5-五 氯 聯(lián) 苯（PCB123）、2,3,4,4′,5-五氯聯(lián)苯（PCB114）、2,3,3′,4,4’-五 氯 聯(lián) 苯（PCB105）、3,3′,4,4′,5-五 氯 聯(lián) 苯（PCB126）、2,3′,4,4′,5,5′-六氯聯(lián)苯（PCB167）、2,3,3′,4,4′,5-六氯聯(lián)苯（PCB156）、2,3,3′,4,4′,5′-六氯聯(lián)苯（PCB157）、3,3′,4,4′,5,5′-六氯聯(lián)苯（PCB169）、2,3,3′,4,4′,5,5′-七氯聯(lián)苯（PCB189），質(zhì)量濃度為100 mg/L，購于美國AccuStandard公司。

替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液：PCB 28-2′,3′,5′,6′-d4，PCB 114-2′,3′,5′,6′-d4，質(zhì)量濃度為100 mg/L，購于美國O2si公司。

內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液：萘-d6，苊烯-d6，菲-d8，?-d8，苝-d10，質(zhì)量濃度為2000 mg/L，購于美國O2si公司。

丙酮、正己烷：HPLC級，CNW，上海安譜科技股份有限公司。

氯化鈉、無水硫酸鈉：分析純，上海安譜科技股份有限公司，450℃灼燒4小時(shí)，冷卻后儲(chǔ)于磨口瓶中密封保存。

1.2 儀器條件

1.2.1 氣相色譜條件

色譜柱：HP-5MS UI色譜柱UI(30 m×0.25 mm×0.25μm，美國安捷倫公司)；進(jìn)樣口溫度：280℃；載氣：高純氮?dú)?；柱流量?.2 mL/min，恒流模式；進(jìn)樣方式：不分流；進(jìn)樣量：1 μL。升溫程序見表1。

表1 氣相色譜升溫程序Table 1 Procedure of the gas temperature program

1.2.2 質(zhì)譜條件

離子源：電子轟擊源(EI)；離子源溫度：230℃；傳輸線溫度：280℃；掃描方式：選擇離子掃描（SIM）模式；電離能量：70 eV；溶劑延遲時(shí)間：3 min；質(zhì)量范圍：45～550 amu。18種PCBs、2種替代物及5種內(nèi)標(biāo)物的保留時(shí)間、定量離子及定性離子見表2。

表2 質(zhì)譜參數(shù)條件設(shè)置Table 2 Parameters setting of GC-MS

1.3 樣品前處理

取待測水樣1000 mL，采用0.45μm濾膜過濾后置于分液漏斗中（分液漏斗分別經(jīng)蒸餾水、丙酮及正己烷潤洗），稱取20 g氯化鈉加入分液漏斗，并加入替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液，量取50 mL正己烷加入分液漏斗進(jìn)行自動(dòng)液-液萃取。靜置分層，收集有機(jī)相于250 mL接收瓶。重復(fù)萃取兩次，合并有機(jī)相。加入無水硫酸鈉脫水干燥。將有機(jī)相轉(zhuǎn)移至氮吹管，氮吹濃縮，并加入內(nèi)標(biāo)，精確定容至1.0 mL，轉(zhuǎn)移至樣品瓶，待測。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

18種PCBs混合標(biāo)液經(jīng)正己烷稀釋100倍得中間儲(chǔ)備溶液.再依次用正己烷配制成各質(zhì)量濃度分別為5、10、20、40、60、80、100 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，并加入內(nèi)標(biāo)，待用。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法的優(yōu)化

2.1.1 萃取方式的選擇

前文提到直接采集的水質(zhì)樣品不能直接通過GC-MS來分離測定目標(biāo)物，而必須經(jīng)過萃取、富集。固相萃取、固相膜萃取雖然可以富集大體積水樣，但固相萃取柱/膜的活化、吸附、解吸過程耗時(shí)較長，且當(dāng)水樣中含較多懸浮物時(shí)，萃取裝置容易被堵塞，因此萃取前需先過濾水樣，增加前處理時(shí)間，容易造成損失，且商品化萃取柱填充材料以及膜介質(zhì)材料中的干擾物質(zhì)可能會(huì)隨洗脫劑洗脫下來影響測定結(jié)果。固相微萃取成本較高，萃取涂層易磨損,萃取后樣品需要解析，使用壽命較短，多次使用還存在交叉污染問題，重現(xiàn)性也較差。水樣直接分散固相萃取也需分散、吸附、分離、解吸等操作，且找到一種合適的吸附材料是提高萃取效率的關(guān)鍵(胡紅美等，2016)。因此，從成本、效率又兼顧操作便利來考慮，本研究選擇經(jīng)典的液-液萃取(LLE)方法，該方法雖然溶劑用量相對較大，但對非水溶性的物質(zhì)回收率通常較高，穩(wěn)定性好，所需儀器設(shè)備更為簡單經(jīng)濟(jì)，且在大體積富集濃縮方面具有優(yōu)勢(楊小莉等，2022)。

2.1.2 儀器條件的優(yōu)化

根據(jù)PCBs為弱極性化合物的特點(diǎn)，選用弱極性、低流失的HP-5MS UI毛細(xì)管柱進(jìn)行色譜分離，并根據(jù)目標(biāo)物靈敏度、分離度和分析時(shí)間，調(diào)整升溫程序、載氣流速、進(jìn)樣口溫度等參數(shù)，最終確定色譜分離條件（見表1）。

在選定的色譜條件下，選用1.4中最高濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣，利用GC-MS全掃描方式，在m/z 45～450范圍內(nèi)，分別得出18種目標(biāo)物、2種替代物、5種內(nèi)標(biāo)物的總離子流（TIC）色譜圖，并根據(jù)NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行檢索，確定各目標(biāo)物的保留時(shí)間，并在扣除背景后的質(zhì)譜圖中選擇響應(yīng)豐度高、相對分子質(zhì)量大且基質(zhì)干擾少的特征離子分時(shí)段分別監(jiān)測。從而得到在SIM模式下，18種PCBs目標(biāo)物及替代物、內(nèi)標(biāo)物分離檢測圖譜（圖1）。從圖1可見，18種目標(biāo)物均得到了良好的分離，且具有較高的靈敏度。

圖1 18種PCBs及內(nèi)標(biāo)、替代物的SIM色譜圖Fig.1 SIM chromatogrom of PCBs/internal standards/substitute

2.2 方法性能評價(jià)

2.2.1 線性范圍、檢出限和定量限

將1.4節(jié)中配置的標(biāo)準(zhǔn)系列按照1.2節(jié)樣品分析條件進(jìn)行測定，以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)色譜峰面積的相對響應(yīng)為縱坐標(biāo)，目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)相對濃度為橫坐標(biāo)，采用內(nèi)標(biāo)法建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到18種PCBs線性范圍、回歸方程、檢出限和定量下限、RSD(以平均相對響應(yīng)因子擬合)（表3）。由表3可以看出，PCBs在5～100 μg/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2均不小于0.995。

通過在空白樣品中添加PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，制備模擬超低濃度樣品，按照1.3節(jié)前處理，采用1.2節(jié)色譜、質(zhì)譜條件上機(jī)檢測，計(jì)算方法檢出限。計(jì)算公式為：

MDL=t(n-1,0.99)*S

其中，MDL為方法檢出限；S為樣品平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t為自由度n-1，置信度為99%時(shí)的t分布；n為平行分析的樣品數(shù)量。計(jì)算得到PCBs方法檢出限為0.44～0.96 ng/L，取4倍方法檢出限作為方法定量下限(表3)。結(jié)果表明，本方法18種PCBs檢出限均低于標(biāo)準(zhǔn)方法（HJ 715-2014水質(zhì)多氯聯(lián)苯的測定氣相色譜-質(zhì)譜法）（環(huán)境保護(hù)部，2014）檢出限。

表3 18種PCBs的線性方程、檢出限和定量下限Table 3 Linear regression equation,correlation coefficient and detection limit of PCBs

2.2.2 精密度及加標(biāo)回收率

通過在未檢出目標(biāo)物的水質(zhì)樣品中添加一定濃度PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，制成濃度分別為10ng/L、50ng/L、100 ng/L的平行樣品各6份，按照前處理流程富集濃縮后分別上機(jī)檢測，驗(yàn)證方法精密度及加標(biāo)回收率，結(jié)果見表4。由表4可知：18種PCBs相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=6)為0.272%～3.28%，加標(biāo)回收率為78.1%～101%，目標(biāo)化合物的RSD均小于4%、加標(biāo)回收率均大于78%。結(jié)果表明，方法的準(zhǔn)確性和重復(fù)性良好。

表4 精密度及加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)Table 4 Recoveries and RSD(n=6)of the samples

2.2.3 實(shí)際樣品的檢測

按照試驗(yàn)方法對不同地區(qū)采集的13份水樣處理后進(jìn)行測定，結(jié)果均未檢出PCBs。在其中兩份樣品中加入一定濃度的18種PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，樣品的加標(biāo)回收率在70.8%～104%之間，滿足水質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 715-2014（環(huán)境保護(hù)部，2014）對回收率的要求（大于70%），表明該方法適用于水體中18種多氯聯(lián)苯的同時(shí)檢測。

3 結(jié)論

采用液液萃取-氣相色譜質(zhì)譜法建立了水體中18種多氯聯(lián)苯的分析方法，經(jīng)優(yōu)化色譜、質(zhì)譜等條件，18種多氯聯(lián)苯及內(nèi)標(biāo)化合物出峰尖銳，分離度較好。該方法靈敏度高，檢出限低，高效快速且準(zhǔn)確度好，適合水體中不同含量多氯聯(lián)苯的同時(shí)測定。