张延平,陈振超,孙晓薇,沈丹玉,钟冬莲,莫润宏,汤富彬*

(1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 杭州 311400；2.河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008)

持久性有机污染物(POPs)是指长期存在于土壤、水、底泥、空气等自然环境中，难以降解并对人类和生物造成危害的有机污染物[1]。常见的POPs有多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)和有机氯农药(OCPs)等。PAHs是2个及2个以上的苯环以稠环形式相连的化合物，主要来源于化石燃料的加工和使用、生物质和有机物的不充分燃烧[2]。PCBs因具有良好的热导性、半挥发性、结构稳定性及耐酸耐碱性，在20世纪70年代曾被广泛应用于冷凝器、变压器、印染及塑料等工业产品的生产和制造，造成了PCBs向环境中的排放与污染[3]。而OCPs也因其高效、低成本和广谱杀虫的特点，在20世纪50～80年代被广泛使用[4]。虽然OCPs因具有高毒性、高蓄积性和迁移性已被禁用，但目前在环境介质中仍被检出[5]。PAHs、PCBs和OCPs均具有较强的致癌、致畸和致突变性，因此建立有效检测环境中POPs的分析方法显得十分重要。

土壤是PAHs、PCBs、OCPs等POPs的主要汇聚地，同时也是将POPs传递到其他环境介质中的天然缓冲带[6]。目前开展PAHs、PCBs和OCPs研究的土壤类环境介质包括水体沉积物[7-9]、室内灰尘[10-11]、土壤[12-13]等。沈丹玉等[8]采用索氏提取法提取了杭州西溪湿地沉积物中的OCPs，比较了不同固相萃取柱的净化效果，并建立了同时测定16种OCPs的GC/ECD方法。王道玮等[14]建立了加速溶剂萃取-固相萃取净化/气相色谱-三重四极杆质谱联用同时测定沉积物中16种PAHs和28种PCBs的方法，并用该方法测定了滇池东部捞鱼河入湖口处的表层沉积物。Sazakli等[15]采用索氏抽提法提取、弗罗里硅土柱净化、气相色谱-质谱(GC-MS)测定了阿索波斯河流域土壤及底泥中的16种PAHs、7种PCBs及16种OCPs。

竹笋是受大众欢迎的竹林蔬菜，对竹笋中POPs的测定已有相关研究[16]，但同时对竹笋产地土壤中PAHs、PCBs和OCPs污染状况的研究尚未见报道，且土壤中PAHs、PCBs和OCPs同时测定的气相色谱-串联质谱法报道也很少。而竹笋产地土壤中POPs的污染水平可能与竹笋中POPs含量有关，因此有必要对竹笋产地土壤POPs的污染水平进行研究。气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)的选择性强、灵敏度高，能够很大程度地消除基质效应，对于基质复杂的土壤样品可有效排除假阳性[17-18]，本文建立了竹笋产地土壤中42种POPs的GC-MS/MS检测方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

AR5120电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)，PHOENIX微波马弗炉(美国培安有限公司)，KQ-3000B大功率超声波清洗仪(功率3000W，清洗频率40kHz，昆山市超声仪器有限公司)，Biofuge Stratos高速冷冻离心机(美国热电公司)，IKA RV10旋转蒸发仪(德国艾卡公司)，Waters固相萃取装置(美国沃特世公司)，HGC-24A干式氮吹仪(天津恒奥科技发展有限公司)，XW-80A涡旋混合器(海门市其林贝尔仪器制造有限公司)，7000B-QQQ气相色谱-三重四极杆质谱联用仪(美国安捷伦科技有限公司)。

8种PAHs混标：Phe、An、Flu、Pyr、BaA、Chr、Bkf、BaP，质量浓度均为200mg/L，购于美国o2si公司；18种PCBs混标：PCB28、PCB52、PCB101、PCB81、PCB77、PCB123、PCB118、PCB114、PCB153、PCB105、PCB138、PCB126、PCB167、PCB156、PCB157、PCB180、PCB169、PCB189，质量浓度均为100mg/L，购于美国o2si公司；16种OCPs混标：灭蚁灵(100mg/L)，顺-氯丹、反-氯丹(质量浓度均为200mg/L)，α-硫丹、β-硫丹、六六六的4种异构体(α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC)、滴滴涕的4种异构体(o,p′-DDT、p,p′-DDT、p,p′-DDD、p,p′-DDE)、七氯、艾氏剂、狄氏剂(质量浓度均为1000mg/L)，购于国家标准物质中心。

丙酮(分析纯，浙江汉诺化工科技有限公司)；正己烷(色谱纯)、弗罗里硅土柱(1000mg/6mL Florisil)，购于美国赛默飞世尔科技有限公司；多壁碳纳米管(MWCNT，粒径5nm)、石墨化炭黑(GCB，粒径38～120μm，天津艾杰尔科技有限公司)，SBEQ-CA1301硅胶(Si，粒径40～63μm，德国安谱有限公司)，N-丙基乙二胺吸附剂(PSA，粒径45μm)、十八烷基键合硅胶吸附剂(C18，粒径45μm，月旭科技(上海)股份有限公司)，无水硫酸钠(Na2SO4，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；空白土壤样品由竹笋产地土壤样品在600℃马弗炉内灼烧2h而得。

1.2 实验方法

1.2.1混合标准储备液的配制42种POPs标准品先分别经正己烷稀释10倍得中间储备溶液，再准确吸取8种PAHs、18种PCBs、顺-氯丹和反-氯丹各2.5 mL，七氯、灭蚁灵、α-硫丹、β-硫丹、δ-六六六各0.5 mL，狄氏剂0.375 mL，艾氏剂、α-六六六、β-六六六、γ-六六六、o,p′-滴滴涕、p,p′-滴滴涕和p,p′-滴滴滴各0.25 mL，p,p′-滴滴伊0.125 mL于25 mL容量瓶中，以正己烷定容至刻度，得混合标准储备液。

1.2.2样品制备采集纵向深度为0～30 cm的竹笋土壤样品1.5 kg，用塑料袋密封，除去枯枝落叶、石子瓦砾后，将土壤样品在干燥通风自然条件下阴干，干燥后的土壤经四分法缩分，过筛(筛孔径250 μm)，筛下部分的土样收集至自封袋中密封，置于阴凉干燥条件下储存。

1.2.3样品前处理称取10 g(精确至0.01 g)土壤样品于100 mL离心管中，加入50.0 mL丙酮-正己烷(1∶1，体积比)，加盖后振摇3 min，大功率超声45 min后冷却，5 000 r/min离心5 min，移取10.0 mL上清液于 150 mL烧瓶中，在30 ℃水浴条件下旋转蒸发至近干，待过复合Florisil固相萃取小柱(从下至上依次为成品Florisil固相萃取小柱，100 mg C18和100 mg PSA混合吸附剂，1 000 mg Na2SO4)净化。固相小柱先用5 mL正己烷活化预淋洗，弃去预淋洗液，然后在烧瓶中加入4 mL正己烷，涡旋混合器振荡溶解提取物，倒入固相小柱中淋洗，流速控制在1滴/s。再在烧瓶中加入3 mL丙酮-正己烷(1∶19)，振荡溶解后加入小柱中淋洗，重复3次，合并4次淋洗液于15 mL小管中，以柔和N2吹干，正己烷定容至1.0 mL，涡旋1 min，待测。

1.3 实验条件

1.3.1色谱条件HP-5MS毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，载气为高纯氦气(纯度≥99.999%)，恒压，柱压力为74.35 kPa，进样口温度250 ℃，不分流进样，进样体积1 μL。程序升温：初始温度70 ℃，保持2 min，以25 ℃/min升至150 ℃，再以3 ℃/min升至200 ℃，最后以8 ℃/min 升至250 ℃，保持10 min。

1.3.2质谱条件离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；电离模式：电子轰击离子源(EI)，电子能量：70 eV；溶剂延迟时间：5.00 min；碰撞气：高纯氮气(≥99.999%)，流量2.168 mL/min;Q1峰宽：0.7，Q2峰宽：0.7；峰驻留时间：20 ms；数据采集模式：多反应监测模式(MRM)。其他参数如表1所示。

表1 42种POPs的保留时间、特征离子对及碰撞能量Table 1 Retention times,characteristic ion pairs and collision energies of 42 POPs

(续表1)

No.CompoundRetentiontime(min)Characteristic ion pairs(m/z)Collisionenergy(eV)24p,p'-DDD(p,p'-滴滴滴)25.549235.0/198.8*,235.0/165.015,3025PCB114(2,3,4,4',5-五氯联苯)25.601325.9/255.7*,325.9/218.625,4526o,p'-DDT(o,p'-滴滴涕)25.628235.0/165.3*,235.0/200.220,1027PCB153(2,2',3,4,4',5'-六氯联苯)26.021359.9/289.5*,359.9/324.530,2028PCB105(2,3,3',4,4'-五氯联苯)26.131325.9/255.6*,325.9/184.020,3029p,p'-DDT(p,p'-滴滴涕)26.789235.0/164.9*,235.0/198.930,1030PCB138(2,2',3,4,4',5'-六氯联苯)26.900359.9/289.6*,359.9/324.525,1531PCB126(3,3',4,4',5-五氯联苯)27.175325.9/255.6*,325.9/218.525,4532PCB167(2,3',4,4',5,5'-六氯联苯)27.762359.8/289.6*,359.8/218.030,2533BaA(苯并[a]蒽)28.050228.1/202.0*,228.1/213.0,228.1/189.035,35,4534Chr()28.189228.1/202.0*,228.1/213.0,228.1/189.035,30,3535PCB156(2,3,3',4,4',5-六氯联苯)28.400359.8/289.6*,359.8/287.030,2536PCB157(2,3,3',4,4',5'-六氯联苯)28.558359.9/289.7*,359.9/287.545,2037PCB180(2,2',3,4,4',5,5'-七氯联苯)28.867395.8/325.5*,395.8/360.3,395.8/323.345,25,2538PCB169(3,3',4,4',5,5'-六氯联苯)29.412359.8/289.6*,359.8/287.540,3039Mirex(灭蚁灵)29.458271.8/236.7*,271.8/143.0,271.8/118.720,40,4040PCB189(2,3,3',4,4',5,5'-七氯联苯)30.370393.8/323.5*,393.8/253.845,3041Bkf(苯并[k]荧蒽)31.685252.1/226.0*,252.1/202.040,4042BaP(苯并[a]芘)32.450252.1/226.1*,252.1/202.040,45

*quantitative ion pair

2 结果与讨论

2.1 固相萃取净化方式的优化

2.1.1提取方式与提取条件的选择土壤或沉积物中POPs最常用的提取方法为加速溶剂萃取法、索氏提取法、超声提取法等。加速溶剂萃取法的提取过程中，整个体系封闭，且有机溶剂用量少，对环境污染小，但氮气用量较大，仪器设备成本高[19]。索氏提取法操作繁琐、溶剂消耗量大、毒性强、耗时长，不适用于多个样品的提取，且易对环境造成污染[20]。而超声提取法可加速土壤中POPs的溶出[21]，成本低，因此本实验采用该法提取土壤中的POPs。

目前土壤或沉积物中POPs常用的提取溶剂为丙酮-正己烷(1∶1)[14-15,21]，本实验亦选其作为提取溶剂，并考察了超声时间(30、45、60 min)对42种POPs提取效率的影响。结果显示，42种POPs在3种超声时间下的回收率差异不大，回收率为60.0%～130%的分析物数量分别为39、42和40个。但当超声时间为30 min时，γ-BHC的回收率仅58.2%，Pyr和PCB189的回收率分别为133%和131%；当超声时间为60 min时，BaA的回收率仅58.0%，p,p-DDT的回收率为132%；而超声时间为45 min时，所有POPs的回收率均在60.0%～130%范围内。故最终选择最佳超声提取时间为45 min。

2.1.2固相萃取小柱净化方式的优化经过超声提取后，土壤提取液呈深黄绿色，考虑到竹笋产地土壤可能含有较丰富的有机杂质，参照文献[14]，采取复合Florisil小柱对土壤提取液进行净化。依次在6 mL/1 000 mg的Florisil柱中分别填入吸附剂(500 mg C18、500 mg Si、500 mg PSA、500 mg GCB和100 mg MWCNT)与1 000 mg的Na2SO4，用真空泵抽取2 min压实。结果显示，C18、Si、PSA、GCB和MWCNT吸附剂下回收率在60.0%～130%范围内的化合物分别为34、31、40、20和18个。因此实验选择将C18和PSA分别按照150 mg+150 mg、100 mg+200 mg和200 mg+100 mg的配比混合，Na2SO4的量保持为1 000 mg。结果显示回收率在60.0%～130%范围内的化合物分别为41、37和39个，其中以150 mg C18+150 mg PSA为吸附剂时，p,p′-DDT的回收率<60.0%；以100 mg C18+200 mg PSA为吸附剂时，Phe、An、PCB28、七氯和p,p′-DDT的回收率均<60.0%；以200 mg C18+100 mg PSA为吸附剂时，Phe、An和p,p′-DDT的回收率均<60.0%。因此以150 mg C18+150 mg PSA吸附剂的净化效果最佳，进一步降低用量，发现当吸附剂为100 mg C18+100 mg PSA时，回收率在60.0%～130%范围的化合物为42个；当吸附剂为50 mg C18+50 mg PSA时，β-硫丹和p,p′-DDD的回收率>130%，回收率在60.0%～130%范围的化合物为40个。故最终选择100 mg C18+100 mg PSA为最佳吸附剂。

2.1.3净化上清液体积及洗脱液比例的选择采用实际土壤样品进行试验。分别移取5.0、10.0、15.0、20.0 mL的上清液进行固相萃取，发现移取5.0 mL上清液时的回收率偏低，有7个化合物的回收率<60.0%；而移取15.0 mL和20.0 mL上清液时，净化后的滤液呈黄绿色，为避免柱子污染、柱效变差，选择移取10.0 mL上清液进行净化。

考虑到42种POPs既有极性组分，又有非极性组分，选择丙酮-正己烷作为洗脱液，并考察了不同体积比(1∶1、1∶9、1∶15、1∶19、0∶1)的丙酮-正己烷对42种POPs回收率的影响。结果显示，当两者的体积比为1∶19时，所有POPs的回收率均为60.0%～130%，而当体积比为1∶1、1∶9、1∶15、0∶1时回收率在60.0%～130%范围的化合物分别有36、37、40和38个。故选择丙酮-正己烷(1∶19)作为洗脱液。

优化条件下，42种POPs混合标准储备液的气相色谱-串联质谱图如图1所示。

图1 42种POPs的总离子流色谱图Fig.1 Total ion current chromatogram of 42 persistent organic pollutants peak numbers correspond to compounds in Table 1

2.2 方法学考察

2.2.1线性关系与检出限采用经马弗炉灼烧2 h后的土壤样品作为空白土壤，在优化条件下，用丙酮-正己烷(1∶1)提取的空白土壤样品提取液将42种POPs混合标准溶液依次稀释2倍、5倍、10倍、20倍、50倍、100倍，分别进行测定，以每种POPs定量离子对的峰面积(y)对其质量浓度(x，μg/L)绘制标准曲线，结果见表2。42种POPs在各自线性范围内均呈良好的线性关系，相关系数(r2)不低于0.995 2。向空白土壤中逐级添加低浓度的标准品，以3倍信噪比(S/N≥3)时空白土壤加标后的质量浓度为检出限(LOD)，得到LOD为0.070～6.902 μg/kg；以S/N≥10计算得定量下限(LOQ)为0.232～23.005 μg/kg。

表2 42种POPs的线性范围、回归方程、相关系数、检出限及定量下限Table 2 Linear ranges,regression equations,correlation coefficients，LODs and LOQs of 42 POPs in soil

(续表2)

CompoundLinear range(μg/L)Regression equationr2LOD(μg/kg)LOQ(μg/kg)cis-Chlordane20.0～2 000.0y=123.43x-5 571.50.998 21.0323.441Dieldrin15.0～1 500.0y=17.769x-359.700.999 81.1843.948PCB8110.0～1 000.0y=685.96x-17 5170.997 50.7412.470p,p'-DDE5.0～500.0y=767.85x-9 297.40.997 70.3551.185PCB7710.0～1 000.0y=697.46x-21 6520.995 80.8642.880β-Endosulfan20.0～2 000.0y=20.212x-650.510.999 36.90223.005PCB12310.0～1 000.0y=629.91x-16 3940.997 70.6952.317PCB11810.0～1 000.0y=523.98x-16 1810.995 40.6902.301o,p'-DDT10.0～1 000.0y=819.48x-29 0650.996 00.6182.060p,p'-DDD10.0～1 000.0y=536.09x-11 5130.998 80.7032.344PCB11410.0～1 000.0y=794.00x-15 9930.999 00.6732.243PCB15310.0～1 000.0y=502.03x-11 4520.998 20.6092.030PCB10510.0～1 000.0y=574.65x-9 965.70.999 30.7652.551p,p'-DDT10.0～1 000.0y=418.67x-16 1120.996 00.9573.190PCB13810.0～1 000.0y=406.27x-8 249.30.998 70.6202.065PCB12610.0～1 000.0y=496.15x-12 5540.997 70.6372.124PCB16710.0～1 000.0y=467.82x-12 1690.997 00.6692.231BaA20.0～2 000.0y=606.03x-40 1470.995 66.40521.351Chr20.0～2 000.0y=877.56x-57 9790.995 61.6135.376PCB15610.0～1 000.0y=531.14x-15 1340.996 60.5701.900PCB15710.0～1 000.0y=365.37x-11 8580.995 50.6072.024PCB18010.0～1 000.0y=156.79x-3 308.20.998 40.5631.875PCB16910.0～1 000.0y=308.70x-9 612.10.995 30.6192.063Mirex2.0～200.0y=1 027.9x-2 481.70.999 60.0700.232PCB18910.0～1 000.0y=192.99x-5 654.10.995 80.6232.075Bkf20.0～2 000.0y=426.47x-25 6940.996 31.0343.448BaP20.0～2 000.0y=151.76x-8 887.90.996 01.0723.574

2.2.2回收率与精密度在空白土壤样品中添加42种POPs混合标准物质进行2个水平的加标回收试验，加标浓度见表3，每个水平做3个平行。结果显示，42种POPs的加标回收率为62.3%～128%，相对标准偏差(RSD)为0.5%～15.8%(见表3)。表明该方法的回收率较好，精密度高。

表3 不同加标水平下42种POPs的加标回收率与相对标准偏差(n=3)Table 3 Recoveries and RSDs of 42 POPs in soil at two sipked levels(n=3)

2.3 实际土壤样品的测定

分别采用环境标准HJ 505-2016、HJ 922-2017和HJ 921-2017方法以及本方法测定1个竹笋产地土壤样品中的42种POPs，测定结果差异不大，但3种环境标准方法的工作量大，而本方法则可以实现检测与数据分析同时进行。

采用本方法对杭州市临安区30个竹笋产地土壤中的42种POPs进行测定，POPs化合物的检出率为10.0%～100%，Phe、Flu、Pyr和α-BHC在所有土壤样品中均有检出，检出率为100%。其中PAHs的含量为0～1 172.829 μg/kg，PCBs为0～2.636 μg/kg，OCPs为0～265.172 μg/kg(表4)。说明竹笋产地土壤中的PAHs及OCPs污染应引起关注。

表4 30个竹笋地样品的检测结果Table 4 Detection results of 30 geographical origin soil of bamboo shoot samples

“ND”represents not detected;“-”means average values less than LOD

3 结 论

本文建立了大功率超声提取，复合固相弗罗里硅土柱净化，GC-MS/MS同时测定竹笋产地土壤中42种POPs的方法。优化了提取方式、提取溶剂、提取时间，以及洗脱液的比例，最终确定添加100 mg C18和100 mg PSA为吸附剂，丙酮-正己烷(1∶19)为洗脱液。该方法操作方便易行，平行性、准确度好，灵敏度高，可用于批量样品的处理，同时也为竹笋产地土壤的POPs污染水平监控提供了数据基础。