李元瀚,馬博,梁敏娜,孫曉霞,宋騰騰

(1.陜西省環(huán)境科學研究院,陜西 西安 710000;2.陜西省環(huán)保集團生態(tài)建設管理有限公司,陜西 西安 710000)

半揮發(fā)性有機物(SVOCs)包含氯代烴類、鄰苯二甲酸酯類、亞硝胺類、醚類、鹵醚類、酮類、苯胺類、吡啶類、喹啉類、硝基芳香烴類、酚類包括硝基酚類、有機氯農(nóng)藥類、多環(huán)芳烴類等多種化合物,大部分為內(nèi)分泌干擾物(EDCs),具有致畸、致癌和致突變的“三致”毒性作用,多種SVOCs被我國生態(tài)環(huán)境部和美國環(huán)保部(EPA)列為優(yōu)先監(jiān)測的有機污染物“黑名單”[1]。SVOCs的土壤累積對農(nóng)作物污染間接影響人類健康,尤其可能對人類神經(jīng)系統(tǒng)造成危害[2],因此,準確高效分析監(jiān)控半揮發(fā)性有機物濃度十分重要。

目前,實驗室一般使用HJ 834—2017的方法分析土壤中半揮發(fā)性有機物[3],該方法運行時間長,在樣品量較大的情況下,日通量十分有限,且容錯率低,這也是制約開展大規(guī)模半揮發(fā)性有機物檢測的關鍵所在。本研究使用不同色譜條件優(yōu)化儀器參數(shù),橫向比較不同條件下數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準確性,以期顯著提高實驗效率的同時兼顧數(shù)據(jù)質量,建立土壤半揮發(fā)性有機物的高效測定方法。

1 實驗原理

土壤或沉積物中的半揮發(fā)性有機物使用適當?shù)妮腿》椒?如加壓流體萃取、超聲提取等)提取,根據(jù)要檢測的目標化合物性質及樣品本身基體效應情況選擇合適的凈化方法(如GPC、固相萃取等)對提取液凈化,再通過濃縮和定容進行量化,經(jīng)過氣相色譜分離,質譜檢測。根據(jù)保留時間和碎片離子質荷比定性,使用內(nèi)標法并根據(jù)目標物質豐度進行定量。

2 材料與方法

2.1 試驗儀器

萬分之一天平,ME204型,梅特勒-托利多上海儀器有限公司;氣相色譜—質譜聯(lián)用儀,GC/MS 7890B-5977A,安捷倫科技有限公司;高壓流體萃取儀,ASE 350型,賽默飛世爾科技公司;有機樣品前處理平臺,J2-preplinc platform,北京普立泰科儀器有限公司;全自動平行濃縮儀,AUTOEVA-20L,?？苾x器有限公司。

2.2 試驗試劑

丙酮:上海安譜實驗科技有限公司,色譜純;正己烷:上海安譜實驗科技有限公司,色譜純;6種替代標:Reagecon;6種內(nèi)標:Reagecon;64種半揮發(fā)性有機物混標:Reagecon。

2.3 方法

2.3.1 研究方法

本研究摒棄了以往通過加標回收率、準確度等參數(shù)來判定方法優(yōu)劣的模式,根據(jù)質譜檢測的方法特點選擇更具代表性的參數(shù)進行比較(本方法選擇響應值、峰寬和標準曲線穩(wěn)定性),探究一種更加高效同時兼顧精度的參數(shù)條件。其中,響應值即目標物含量強度,是定量的主要參數(shù),可以反映檢測器對目標物質的收集效率[4];峰寬,主要反映選擇分離條件好壞(升溫程序),理論上峰寬越窄,峰型越好,說明分離度更好,響應更集中[4];標準曲線平均響應因子(RRF),該參數(shù)為內(nèi)標法特有的標準曲線擬合參數(shù),利用內(nèi)標規(guī)避掉定量體積、基體效應等干擾,可以很好地體現(xiàn)測定目標化合物的準確度和穩(wěn)定性[5],按照標準要求,所有化合物需要滿足RRF≤30[2]。

2.3.2 色譜及質譜參數(shù)

本研究挑選了三種檢出限、精密度和正確度均可達到標準要求的參數(shù)條件進行比較分析。

色譜條件1(63 min):DB-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 mm);進樣口溫度280 ℃;載氣:氦氣;柱流量1.0 mL/min;不分流進樣;進樣體積1 μL;升溫程序:初始35 ℃保持2 min,以10 ℃/min升至150 ℃,保持5 min,以3 ℃/min升至290 ℃保持2 min;接口溫度280 ℃。

色譜條件2(43 min):DB-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 mm);進樣口溫度280 ℃;載氣:氦氣;柱流量1.0 mL/min;不分流進樣;進樣體積1 μL;升溫程序:初始40 ℃保持2 min,以10 ℃/min升至150 ℃保持5 min,以3 ℃/min升至180 ℃保持2 min,以10 ℃/min升至300 ℃保持5 min;接口溫度300 ℃。

色譜條件3(28 min):DB-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 mm);進樣口溫度280 ℃;載氣:氦氣;柱流量1.0 mL/min;不分流進樣;進樣體積1 μL;升溫程序:初始35 ℃保持2 min,以15 ℃/min升至100 ℃,以20 ℃/min升至240 ℃,以5 ℃/min升至290 ℃保持5 min;接口溫度290 ℃。

質譜條件:電子轟擊源EI;離子源溫度230 ℃;離子化能量70 eV;四級桿溫度150 ℃;質量掃描范圍35～450 amu;容積延遲5 min;數(shù)據(jù)采集模式SCAN。

2.3.3 測定

在儀器條件穩(wěn)定情況下,按照以上不同色譜條件測定標準系列并繪制標準曲線,標準系列濃度分別為1.0,5.0,10.0,20.0,50.0 μg/mL。測定結果選擇最具代表性的最高濃度點,使用安捷倫Qualitative Navigator導出目標物質響應值、峰寬等信息,使用安捷倫Qualitative Workflows繪制標準曲線,導出標準曲線相關信息,使用Excel處理數(shù)據(jù)并剔除異常值,使用Origin對數(shù)據(jù)進行可視化處理,橫向比較三種色譜條件下結果特征。

3 結果與討論

3.1 響應值分析

使用安捷倫Qualitative Navigator導出圖譜及響應值數(shù)據(jù)(見表1),將數(shù)據(jù)進行可視化處理后(見圖1),可明顯看出三種條件下整體響應值63 min>43 min>28 min,由表1可知43 min方法平均響應值比63 min方法下降了14.92%,28 min方法平均響應值比63 min方法下降了34.16%。由圖1可知43 min方法響應值整體下降,但大部分與63 min方法響應值處于同一水平,28 min方法響應值下降明顯。

表1 各化合物響應值

圖1 響應值趨勢圖

3.2 峰寬分析

使用安捷倫Qualitative Navigator導出峰寬數(shù)據(jù)(見表2),將數(shù)據(jù)進行可視化處理后(見圖2),可明顯看出,在化合物2,4-二氯苯酚之前,峰寬變化趨勢63 min >43 min>28 min;化合物2,4-二氯苯酚之后,峰寬變化趨勢63 min與43 min接近,28 min明顯低于其他兩種。由表2可知43 min方法平均峰寬比63 min方法降低了12.17%,28 min方法平均響應值比63 min方法降低了37.09%,結合響應值帶來的影響,63 min與43 min基本處于同一水平,28 min峰寬整體更窄,分離度更好,響應更集中。

表2 各化合物峰寬

表2(續(xù))

圖2 峰寬趨勢圖

3.3 標準曲線穩(wěn)定性

使用安捷倫Qualitative Workflows繪制標準曲線(見表3),將數(shù)據(jù)進行可視化處理后(見圖3),可明顯看出,63 min和43 min擬合標線所有化合物RRF均小于方法要求30,28 min有部分化合物RRF未達到使用標準,其中63 min方法55種化合物有28種RRF≤10,49種化合物RRF≤20,所有化合物RRF≤30;43 min方法55種化合物20種RRF≤10,48種RRF≤20,所有化合物RRF≤30;28 min方法55種化合物9種化合物RRF≤10,29種RRF≤20,47種化合物RRF≤30,有8種未達到標準要求。

表3 不同色譜條件下各化合物標準曲線RRF

表3(續(xù))

圖3 標準曲線RRF散點圖

3.4 討論

1)本實驗中,63 min方法響應值最高,說明檢測器收集效率高,但同時峰寬也最高,分離度和集中度相對較差,部分化合物存在明顯拖尾現(xiàn)象;28 min方法峰寬最低,分離度和集中度最好,且不存在拖尾現(xiàn)象,但是響應值降低幅度較明顯;43 min方法響應值與63 min方法比較降低幅度較小,峰寬與28 min方法比較雖然降低幅度較大,但幾乎不存在拖尾現(xiàn)象,具有較好的分離度。

2)本實驗中,63 min標準曲線RRF整體值最小,說明該方法綜合正確度和穩(wěn)定性最高;43 min方法整體水平與63 min方法幾乎持平,也體現(xiàn)出較高的準確度和穩(wěn)定性;28 min方法與前兩個方法相比RRF數(shù)值明顯變高,表明該方法對不同濃度的樣品分析穩(wěn)定性較差,尤其是對沸點較高的目標化合物,對不同濃度的樣品收集效率存在較大差異。

4 結論

1)綜合上述內(nèi)容,對于全部半揮發(fā)性有機物的分析測試,43 min方法具有響應值高、分離度好、標準曲線穩(wěn)定的優(yōu)勢,是最佳的全指標測定方法。

2)63 min的標準方法和28 min 的方法都存在一定問題,但是在特定情況下也可選擇使用。時間較充裕,避開易拖尾的化合物或需要測定響應值較低的化合物時,可以選擇63 min標準方法;時間緊張,避開穩(wěn)定性較差的高沸點化合物時,可以選擇28 min方法提高效率。