岳瑞江 邱自兵 王志苗 何姝 张从铃 叶文婷 李凌文 何婷

（深圳市宇驰检测技术有限公司 广东深圳 518055）

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析土壤中多环芳烃含量

岳瑞江 邱自兵 王志苗 何姝 张从铃 叶文婷 李凌文 何婷

（深圳市宇驰检测技术有限公司 广东深圳 518055）

建立了顶空固相微萃取（Head -space Solid phase microextraction，HS-SPME)与气相色谱-质谱（Gas chromatog-raphy and mass spectrometer，GC-MS）联用测定土壤中16种多环芳烃的快速分析方法。考察了萃取温度、萃取时间和加水量等因素对萃取效率的影响。结果表明，最佳萃取温度40℃，萃取时间30m in，加水量3:5（m L/g）。同时对该方法的检出限、精密度、回收率等进行了评价，结果表明，该方法精密度良好，相对标准偏差小于5.05%，16种组分的回收率在82.8%～101.6%，检出限0.001～0.023μg/kg。该方法前处理步骤简单，灵敏度高，为土壤中的多环芳烃的检测提供了一种简便、快捷、可靠的测定方法。

固相微萃取；气相色谱-质谱；多环芳烃；土壤

多环芳烃（polycyclic aromtichydrocarbon，PAHs）是指分子中含有两个或两个以上苯环的化合物。根据苯环的连接方式分为联苯类、多苯代脂肪烃和稠环芳香烃三类。多环芳烃是一类惰性较强的碳氢化合物，由于这种较强的惰性致使它们比较稳定，能广泛地存在于环境、水和土壤中。目前研究表明，其中有16种具有较强的致癌、致畸和致突变性，已被美国环保局（EPA）列入优先控制和检测的有毒有机污染物的黑名单中[1-3]，我国第一批68种优先控制污染物也将7种多环芳烃列入其中[4]。目前已对2000多种化合物做了致癌试验，发现有致癌作用的有500余种，其中200余种系芳香烃类[5]。在这些致癌物中多环芳烃是最重要的一类。

多环芳烃不易溶于水，极易附着在固体颗粒上，所以一般来说，大气、土壤中的大多数多环芳烃处于吸附态[6]。在土壤中，多环芳烃将发生一系列的物理、化学和生物行为，其中一部分污染物降解或转化为无害物质；一部分通过挥发等途径进入其它相中；还有一部分会长期存在于土壤环境中，进而对环境产生长期和深远的影响。

目前土壤样品萃取技术主要有：索氏萃取[7]，超声萃取[8,9]，微波辅助萃取[10-12]，加速溶剂萃取[13-16]，超临界流体萃取[17]。其中索氏萃取最为经典，成为其它萃取方法的参照萃取方法。土壤样品中有机物提取最经典的方法是使用索氏萃取器进行溶剂连续抽取法，但是萃取时间长，溶剂的使用量大。其它方法在萃取时间和溶剂使用量上有所改进，但是存在着各自的缺点：超声萃取易使稳定性较差的有机物分解（如菲）；微波辅助萃取时弱极性或非极性有机物在萃取时所用的非极性萃取剂对微波能利用率不高；加速溶剂萃取所用设备价格昂贵；超临界萃取是近年来发展很快的一种样品制备技术。超临界流体的性质介于气体与液体之间，既有液体的高密度又有提起的高扩散性，能够渗透到固体内部溶解被测组分，但是对高沸点化合物的萃取效果差等等。

固相微萃取（Solid-PhaseMicroextraction,SPME）技术是由加拿大Waterloo大学的Pawliszyn等[18]人于1989年提出来的（Smedes and Boer，1997;Arthur and Pawliszyn,1990;Potter and pawliszyn, 1992)。它是以固相萃取为基础发展起来的新方法。它最突出的优点就是集萃取、浓缩、进样为一体[19]，不需要溶剂。属于非溶剂型选择性萃取法。

目前，运用顶空固相微萃取-气相色谱质谱法（HS-SPME-GC-MS）测定大气、水中PAHs的文献较多，而关于土壤中PAHs测定的文献较少。本实验采取顶空固相微萃取-气相色谱质谱法（HS-SPME-GC-MS）对土壤中的16种多环芳烃进行了分析，取得较理想的检测结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

气相色谱-质谱联用仪，GCMS-QP2010Ultra（日本岛津公司）；毛细管色谱柱，Rtx-5MS，30m×0.25mm(i.d.)×0.25μm（日本岛津公司）；固相微萃取装置，包括SPME手柄及100μmPAMS萃取头（均为美国Supelco公司）；顶空进样器，DANI HSS86.50。

16种 PAH标准 （AccuStandard,Inc）：苊（Acenaphthene，200.8μg/mL），二氢苊（Acenaphthylene，199.8μg/mL），蒽（Anthracene，199.6μg/mL），1,2-苯并蒽（1,2-Benzanthrancene，198.2μg/mL），苯并[a]芘（Benzo(a)pyrene，199.6μg/mL），苯并[b]荧蒽（Benzo(b)fluoranthen，199.0μg/mL），苯并[g,h,i]芘（Benzo(g,h,i)perylene，198.0μg/mL），苯并[k]蒽（Benzo(k)fluoranthene，200.1μg/mL），屈（Chrysene，199.0μg/mL），二苯蒽（Dibenz(a,h)anthracene，198.6μg/mL），荧蒽（Fluoranthene，200.4μg/mL），芴（Fluorene，199.6μg/mL），茚（1,2,3-cd）芘（Indeno (1,2,3-cd)pyrene，199.4μg/mL），萘（Nahpthalene,198.2μg/mL），菲（Phenanthrene，199.0μg/mL），芘（Pyrene，201.4μg/mL），溶剂为50%甲醇和50%二氯甲烷；实验室用水为去有机质的二次蒸馏水；甲醇（色谱纯）；二氯甲烷（色谱纯）。

1.2 GC-MS条件

1.2.1 气相色谱条件

载气：高纯He，纯度大于99.999%。

进样口温度：250℃；进样模式：不分流。

进样量：1μL，柱流量：1.01ml/min。

柱温：70℃（2min）→10℃/min→320℃（5.5min）。

1.2.2 质谱条件

电子轰击（EI）离子源；电子能量70eV。

扫描模式：选择离子（SIM）模式；质量扫描范围m/z:50～650。离子源温度：230℃；接口温度：280℃；溶剂延迟时间：6.00min。

1.3 标准样品准备

将采集的土壤样品经自然风干后，除去土样中石子和动植物残体等异物，用研钵研磨，过20目筛混匀后，置烘箱内150℃烘8h，以除去水分及其他挥发性有机物，再用研钵研磨后过100目筛，混匀后置干燥器中备用。取30mL顶空瓶若干只，各加入10g上述处理过的土样，加入6mL二次蒸馏水，盖紧瓶盖，加适量标准溶液，于混匀器上混匀。置顶空进样器中平衡30min，然后进行分析。

1.4 实际样品测试

称取待测土样10g，置于30mL顶空瓶中，加入6mL二次蒸馏水，盖紧瓶盖，按标准试样测试条件进行分析。

2 结果与讨论

2.1 固相微萃取条件的优化

2.1.1 萃取温度对测定结果的影响

对于顶空固相微萃取处理过程来说，温度在分析中起着重要的影响作用[7]，一方面，随着温度的升高，亨利常数和扩散系数增大；另一方面，组分在萃取相上的分配系数却随着温度的升高而降低。扩散系数的增大可以加快分析物的传质速度，亨利常数的增大可以提高分析物在样品顶空的浓度，从而降低萃取达到平衡的时间；萃取相分配系数的降低会导致平衡时被萃取组分的量减少，从而降低了萃取效率。不仅如此，长时间处于过高的温度下，会降低涂层的使用寿命。因此要综合考虑萃取温度对HS-SPME的影响。分别在30、40、50、60、70、80℃进行试验，萃取时间30min，从图1中可以看出在30℃～80℃，萘随着温度上升峰面积呈下降趋势，芴、菲及荧蒽等随温度上升萃取量增加，综合考虑选取60℃为最佳萃取温度。

图1 萃取温度对多环芳烃萃取效果的影响

2.1.2 萃取时间对测定结果的影响

图2为不同萃取时间段中16中PAHs被萃取的效率，可见随着萃取时间的延长，16种PAHs被萃取的效率均呈逐渐上升趋势，但时间越长萃取量增加越慢。在分析的30min内大多数PAHs均未达到萃取平衡，依据SPME的非平衡理论，并且考虑实际分析中GC-MS分析时间为28min，本文选择30min作为萃取时间。

图2 萃取时间对多环芳烃萃取效率的影响

2.1.3 加水量对测定结果的影响

对土壤样品进行HS-SPME-GC-MS分析，需要在土壤样品中加入一定量的水分，利于有机物从土壤中脱附出来[20]，在加入相同标准溶液的情况下，分别加入30%，40%，50%，60%，70%，80%（水体积/土样重）的二次蒸馏水。结果如图3所示，加水量在30%～60%时，被分析组分的峰面积均随着加水量的增大而增大。当加水量达到60%时，峰面积达到最大，加水量超过60%，峰面积开始降低。因此本实验选择60%的加水量。

通过以上对HS-SPME萃取条件的实验，得到的优化萃取条件是：萃取温度60℃，萃取时间30min，加水量60%（V/m）。

图3 加水量对多环芳烃萃取效率的影响

2.2 方法的检出限、线性范围、相关系数、准确度试验

在优化的萃取条件下，测定16种多环芳烃化合物的线性范围与线性相关系数、检出限（S/N=3）和回收率，从表1中可以看出该方法的重现性好RSD＜5.05%，现行范围0.05～100μg/kg，回收率在82.8%～101.6%之间。

表1 多环芳烃的检出限、线性范围和回收率（n=7）

2.3 实际样品检测

将建立的方法应用于样品1（哈尔滨）、样品2（长春）、样品3（西安）、样品4（合肥）土壤样品中多环芳烃含量和回收率的测试，结果见表2。

表2 土壤样品中多环芳烃含量和回收率

3 结语

本文采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱法（HS-SPME-GC-MS）对土壤中16种多环芳烃进行了测试，并对萃取条件进行了优化，本方法不仅准确度和精密度高，而且还有快速、简单、经济的特点。

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深圳市科技研发资金（GGJS20140421160918350）。

岳瑞江（1981—），男，山东潍坊人，本科，助理工程师，主要从事环境检测工作。