固体废弃物中多环芳烃的测定

前言

       多环芳烃(PAHs)是由2个或2个以上的苯环以稠环形式相连的有机化合物，具有致癌性，国际癌症研究ZX（IARC）（1976年）列出的94种对实验动物致癌的化合物，其中15种属于多环芳烃。多环芳烃主要是由煤，石油，木材，烟草，有机高分子化合物等有机物不完全燃烧而产生，是重要的环境和食品污染物，严重危害环境与公众健康，因此对于多环芳烃的监控变得尤为重要。

       本文参考《HJ 950-2018固体废物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》提供的方法，使用FLEX HPSE全自动GX压力溶剂萃取、MultiVap-10 多通道平行浓缩仪和SPE-1000全自动固相萃取系统，进行固废中多环芳烃的萃取及净化，并用气质联用仪进行检测。方法中测试的16种目标多环芳烃回收率在63.5%~106.9%之间，RSD在3.4~9.8%之间。

       本方法实现对固废中污染物的提取、净化过程的全自动化，提高了实验效率，减少了人为误差。

1.仪器设备及试剂

1.1 仪器和设备

       SPE 1000全自动固相萃取系统，莱伯泰科公司；

       Flex HPSE全自动GX压力溶剂萃取，莱伯泰科公司；

       MultiVap-10 多通道平行浓缩仪，莱伯泰科公司；

       7890B-5977B气质联用仪，安捷伦公司

1.2 试剂和耗材

       二氯甲烷（色谱纯 FISHER Chemical）；

       正己烷（色谱纯 FISHER Chemical）；

       无水硫酸钠：在马弗炉400℃烘烤4小时后冷却，置于干燥器内保存；

       硅藻土：在马弗炉400℃烘烤4小时后冷却，置于玻璃瓶中干燥器内保存；

       弗罗里固相萃取柱  1000mg/6mL，莱伯泰科公司；

       多环芳烃混合标准液：200μg/mL，正己烷，安谱公司；

       多环芳烃工作液：40μg/mL，正己烷；

       多环芳烃内标工作液：40μg/mL，正己烷。

1.3土壤样品处理

1.3.1 提取

       取研细过筛后的环境土壤样品20.0g，与7g硅藻土混合均匀，装填至34mL的萃取罐中。同样方法装填好两个萃取罐后，置于FLEX-HPSE样品架中（双通道运行，Z多可连续萃取30个样品），萃取溶剂为丙酮正己烷混合溶剂（1.2.6），系统压力10Mpa，萃取温度100℃，加热平衡时间3min，静态萃取时间6min，冲洗体积60%，N2吹扫60s，循环运行两次，萃取液收集到50mL浓缩杯中。

1.3.2 浓缩

       将收集管置于MultiVap-10中，浓缩温度30℃，开启定容功能。Z后置换溶剂为乙酸乙酯环己烷混合溶剂（1.2.7），样品体积在5mL左右。

1.3.3 净化

       净化过程采用凝胶渗透色谱净化的方式，具体方法如下：

       按照图1方法进行净化实验，收集时间为8min~32min，收集液用MultiVap-10浓缩，定容浓缩完成后再浓缩一定时间，溶液转移至2mL进样瓶中，加入适量内标后，定容至1mL，待测。

图1 凝胶净化方法

1.4土壤加标回收率实验

       按1.3.1方法装填土壤样品，进行加标实验，20.0g样品加目标物（1.2.9）和替代物（1.2.13）各10μg，然后按照1.3.1~1.3.3方法进行实验，分别进行三组6个平行样品，用来测定加标回收率。

1.5 分析步骤

1.5.1 气质条件

        色谱柱：HP-5MS，30m*0.25mm*0.25μm；进样口温度：250℃；不分流进样；载气流速：1.0mL/min；恒流模式；进样量：1.0μL；柱温：35℃保持2min，以15℃/min升温至150℃，保持5min；再以3℃/min升温至290℃，保持2min。

        离子源：电子轰击源，70eV；四极杆温度：150℃；离子源温度：230℃；辅助加热温度：280℃；溶剂延迟时间：4.0min；扫描模式：全扫描Scan（化合物保留时间，定量和定性离子见表1）。

表1定量和定性选择离子

2.实验过程

2.1样品萃取

       称取一定量污泥于离心管中，记录质量，经离心分离水相、避光风干15h，记录风干后质量。

       称取2.0g（精确记录）风干样品，加入3g硅藻土研磨均匀，在10mL萃取池内加入1g弗洛里硅土，将研磨均匀的试样转移至萃取池内，按照下图条件用丙酮-正己烷（1：1）提取。提取液在30℃水浴下，氮吹（2psi）浓缩至1mL，定容至3ml（浓缩过程中，用正己烷多次淋洗杯壁），待SPE系统净化。

图1 Flex HPSEGX溶剂萃取方法

2.2SPE净化过程

        用弗罗里柱按照图2的方法进行全自动固相萃取净化，收集的净化液在30℃水浴下，氮吹（2psi）浓缩至1mL，加入内标，得到待测样品，待GC-MS检测。浓缩过程中，用正己烷淋洗杯壁。

 图2   SPE-1000固相萃取方法

2.3空白样品

       用硅藻土代替实际样品，进行2.1和2.2的步骤，得到空白试样。

2.4加标样品

       称取2g样品，加入50μL的40μg/mL 多环芳烃混合标准液及替代物，然后按照2.1和2.2的步骤进行加标样品的萃取净化，得到加标样品试样。样品的加标浓度为1mg/kg。

2.4GC-MS检测

2.5.1 气质条件

       色谱柱：mage-5ms  30m*0.25mm*0.25μm；

       进样口温度：280℃；

       柱流速：1mL/min（恒流）；

       不分流进样：吹扫流量：60mL/min，吹扫时间：1.0min；

       进样量：1μL；

       柱箱温度：80℃，保持2min，以20℃/min升温至180℃，保持5min，以10℃/min升温至290℃，保持5min。

       溶剂延迟时间：5min；

       四极杆温度：150℃；离子源温度：280℃；传输线温度：290℃；

       扫描模式：选择离子扫描（SIM），16种多环芳烃及内标的主要特征离子参见表1。

表1 16种多环芳烃及替代物、内标的主要特征离子

2.5.2标准曲线绘制

       用40μg/mL多环芳烃工作液配制标准系列，多环芳烃目标化合物标准系列浓度为：400ng/mL、800 ng/mL、2000 ng/mL、4000 ng/mL、8000 ng/mL，分别加入内标溶液，使内标浓度均为2000 ng/mL。

按照2.5.1气质条件进行分析，得到不同浓度各目标化合物的质谱图，记录各目标化合物的保留时间和定量离子质谱峰的峰面积。

2.5.3测定

       分别取待测样品（2.2）、空白试样（2.3）和加标试样（2.4），按照与绘制标准曲线相同的分析步骤进行测定。

3.实验结果

3.1多环芳烃标样SIM色谱图

       图3为2000ng/mL的多环芳烃混标SIM色谱图。

图3   2000ng/mL的多环芳烃混标SIM色谱图

3.2标准曲线绘制结果

       采用内标法定量，以目标化合物和内标化合物的相对浓度作为横坐标，目标化合物的定量离子峰和内标化合物的特征离子峰的相对响应为纵坐标得到各目标化合物的定量标准曲线。

       16种目标化合物得到的标准曲线相关系数R­2 ≥0.995。以部分目标物为例，标准曲线绘制结果如下：

图4 多环芳烃目标化合物标准曲线绘制结果

3.3空白样品

       图5为空白样品的SIM色谱图，从图4中可以看出，空白样品中除个别杂峰外，在目标化合物位置均未有检出，说明实验过程中所使用的溶剂、材料及仪器等均不产生干扰。

 图5 空白样品的SIM色谱图

3.4样品定量结果

       图6为沉积物样品SIM色谱图。实验中做了2组样品平行，结合3.2 标准曲线绘制结果计算出样品中各目标化合物的含量（μg/kg），结果如表2所示。样品中菲、荧蒽、芘有少量检出，但均低于检出限。

图6污泥样品SIM色谱图

表2 沉积物样品的定量结果

3.5加标回收率结果

        图6为加标样品的SIM色谱图。整个实验过程的加标回收率结果如表3所示。16种PAHs的回收率在63.5%~106.9%之间，RSD在3.4~9.8%之间。

图6加标样品SIM色谱图

表3加标回收率结果

4.结果与讨论

       本方法参考《HJ 950-2018 固体废物 多环芳烃的测定 气相色谱-质谱法》，使用FLEX HPSE全自动GX压力溶剂萃取、MultiVap-10 多通道平行浓缩仪和SPE-1000全自动固相萃取系统进行固废中多环芳烃的萃取及净化，并用气质联用仪进行检测。方法中测试的16种目标物多环芳烃回收率在63.5%~106.9%之间，RSD在3.4~9.8%之间。

       本方法实现对固废中污染物的提取、净化过程的全自动化，提高了实验效率，减少人为误差。

5.参考标准

       1、HJ 950-2018 固体废物 多环芳烃的测定 气相色谱-质谱法