加速溶剂萃取多层硅胶柱净化气相色谱串联三重四级杆质谱法测定土壤和沉积物中的多氯萘

张利飞　张秀蓝等

摘 要 通过制作多氯萘（PCNs）在商品多层硅胶柱上的流出曲线、优化气相色谱质谱参数和利用三重四级杆质谱的多重反应监测模式，应用氘代一氯萘#2作为一氯和二氯代萘的定量内标，建立了基于DB5MS和RtβDEXcst两根色谱柱的同位素稀释测定土壤和沉积物中多氯萘的分析方法，实现了两种高毒性六氯代萘#66和#67的基线分离。 18种多氯萘同类物校正曲线在1.0～240 μg/L浓度范围的相对响应因子为0.70～5.45，相对标准偏差小于18.5%。方法检出限在0.014～0.858 μg/L之间，定量限在0.048～2.862 μg/L之间。30 m的RtβDEXcst色谱柱方法效果优于60 m的DB5MS色谱柱，但前者耗时较长。实际样品分析表明，7种PCNs回收率标记物，除一氯代萘约为6%外，其余均大于28%。测试土壤和沉积物样品中以低氯代萘为主。

关键词 三重四级杆质谱；多氯萘；多层硅胶柱

1 引 言

多氯萘（Polychlorinated naphthalenes，PCNs）是一类理化性质与二噁英相似的持久性有机污染物（Persistent organic pollutants， POPs），根据萘环上氯原子取代的数目和位置不同，共有75种同类物[1]。2011年，POPs审查委员会认为二至八氯代萘满足《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》附件D具体规定的筛选标准，具有持久性、生物蓄积性、远距离环境迁移潜力和生物毒性，已被提议列入候选POPs[2]。近年的研究表明，PCNs是全球环境中普遍存在的一类POPs[1，3～6]。

针对环境样品中PCNs的检测，目前还没有国际公认的标准分析方法。早期采用气相色谱带电子捕获检测器测定PCNs，随着质谱技术的发展，逐渐开始采用气相色谱质谱（EI或NICI源）法[7，8]。近年来，高分辨气相色谱串联高分辨质谱兼具色谱的高分离度和质谱的高分辨能力，已在环境样品PCNs分析中得到广泛应用[6，9～11]。然而，高分辨质谱仪的购置和维护成本昂贵、操作复杂、对仪器使用人员要求较高[12]，限制了环境样品中PCNs的分析。气相色谱串联三重四级杆质谱（GCQqQMS/MS）在使用成本和操作维护方面均与一般低分辨质谱较接近，其多重反应监测（MRM）模式可有效去除仪器检测中的背景干扰，降低仪器的检出限，适合超痕量POPs的分析[13～15]。

利用气相色谱串联三重四级杆质谱测定环境样品中的PCNs已有报道。Teng等[16]采用TSQ Quantum XLS三重四级杆气质联用仪带TR5MS（30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm）毛细管色谱柱，测定了四至八氯代萘共6种PCNs同类物。该研究仅采用SIM模式，即单四级杆对PCNs进行测定，并未发挥三重四级杆质谱MRM模式的优势。刘芷彤等[17]采用78907000B三重四级杆气相气谱质谱联用仪， 配DB5MS（60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm）毛细管色谱柱，在MRM模式下测定了一至八氯代萘共20种PCNs同类物，且采用稳定同位素标记的PCNs作为内标，建立了同位素稀释气相色谱串联三重四级杆质谱法测定环境样品中的PCNs，检出限为0.04～0.48 μg/L。该研究的缺点在于采用3种层析柱对PCNs进行净化，方法净化效果良好，但过程繁琐、耗时较长。此外，该研究利用碳13同位素标记的1，3，5，7四氯代萘（IUPAC #42）作为一氯代萘（#2）、二氯代萘（#6）和三氯代萘（#13）的内标，由于一至三氯代萘的挥发性高于四氯代萘，将导致一至三氯代萘定量结果偏低。

本研究以土壤和沉积物为研究对象，基于PCNs在多层硅胶层析柱上的流出曲线、氘代一氯萘（#2）的使用、60 m DB5MS和30 m RtβDEXcst两根毛细管色谱柱等，建立了加速溶剂萃取多层硅胶柱净化同位素稀释气相色谱串联三重四级杆质谱测定土壤和沉积物中PCNs的分析方法。本方法简化了样品前处理过程，减少了有机溶剂的使用量，操作简便、灵敏度高，能够满足土壤和沉积物中痕量PCNs的定性和定量分析的需求。 2 实验部分

2.1 仪器与试剂

78907000B型气相色谱串联三重四级杆质谱（安捷伦公司）；DB5MS毛细管色谱柱 （60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm，J&W公司），RtβDEXcst（30 m×0.25 mm ×0.25 μm，RESTEK公司）；ASE 300型加速溶剂萃取仪（戴安公司）； R215型旋转蒸发浓缩仪（步琪公司）；CVE3100型平行蒸发浓缩仪（Eyala公司）；NEVAP112型氮吹仪（Organomation Associates公司）。

PCNs标准品：PCNMXA（包括#2， #6， #13， #28， #52， #66， #73和#75）和PCNMXC（包括#27， #36， #46， #48， #50， #53， #69和#72），购自Wellington Laboratories公司；ECN2641（#42）、ECN2664（#68）、ECN5102（包括13C #27， #42， #52， #67， #73和#75）、DLM2005S（D7#2）和ECN5260（13C#64），购自Cambridge Isotope Laboratories公司；Halowax 1014（10 μg/mL，环己烷）购自Dr. Ehrenstorfer GmbH公司。

商品多层硅胶柱（Multilayer silica gel， MSG）：Presep 29141653，H2SO4含量为13%（和光纯药工业株式会社）；硅藻土（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；正己烷、二氯甲烷（农残级， J.T. Baker公司）；癸烷（特级，和光纯药工业株式会社）。

2.2 流出曲线的制作

商品多层硅胶柱使用前以正己烷浸润，用空气泵赶尽柱内的气泡后，用50 mL正己烷进行预淋洗，淋洗液弃去。在柱上添加500 μL Halowax 1014，并用150 mL 正己烷进行淋洗，每10 mL淋洗液单独收集于刻度试管中，用平行蒸发浓缩仪浓缩至约1.0 mL，添加回收率内标ECN5260，混匀后待测。

2.3 样品前处理

供试土壤和沉积物样品采于江苏省昆山市景枫公园和苏州市糖坊湾桥。分别称取供试样品和硅藻土各10.0 g左右，称取铜粉约5.0 g，将上述物质混匀装填入ASE萃取池中，加入ECN5102和DLM2005S标记物后进行萃取。加速溶剂萃取仪条件：溶剂为正己烷二氯甲烷（1 ∶ 1， V/V）混合溶液，加热温度100 ℃，10.4 MPa（1500 psi）压力，预加热平衡时间5 min，静态萃取时间5 min，淋洗液体积为池体积的40%，吹扫时间100 s，循环两次。

收集到的萃取液用旋转蒸发浓缩仪浓缩至约2 mL，浓缩后的萃取液过商品多层硅胶柱进行净化，淋洗液为150 mL 正己烷，净化后的萃取液经旋转蒸发浓缩后，进一步氮吹浓缩至约200 μL，添加回收率内标ECN5260，混匀后待测。

2.4 样品分析

标准曲线的配制：由低至高共配制CSL， CS1， CS2， CS3， CS4和CS5共6个浓度点，对应PCNs的浓度分别为0.5， 1.0， 5.0， 20， 80和240 μg/L，ECN5102和DLM2005S标记物浓度为100 μg/L，回收率内标ECN5260浓度为100 μg/L，溶剂为癸烷。其中CSL供测定方法检出限和定量限使用。

气相色谱进样方式为不分流进样，进样量为1.0 μL。色谱柱所用载气为高纯氦气，恒流模式，流速为1.0 mL/min。DB5MS色谱柱的条件：进样口温度为280℃；传输线温度为280 ℃；程序升温条件为80 ℃保持2 min，以20 ℃/min升至180 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升至255 ℃，再以5 ℃/min升至280 ℃， 保持9.5 min，总运行时间为60 min；RtβDEXcst色谱柱的条件：进样口温度为220 ℃；传输线温度为220 ℃；程序升温条件为110℃保持0.5 min，以20 ℃/min升至160 ℃，再以0.5 ℃/min升至225 ℃，保持20 min，总运行时间为150 min。

三重四级杆质谱条件：电离模式为EI，电离能量为70 eV，碰撞池淬灭气（He）流速为2.25 mL/min， 碰撞气（氮气）的流速为1.5 mL/min，离子源温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，监测模式为MRM，具体参数见表1。

仪器控制和数据分析软件为MassHunter工作站软件（版本均为B.05.00）。

2.2 流出曲线的制作

商品多层硅胶柱使用前以正己烷浸润，用空气泵赶尽柱内的气泡后，用50 mL正己烷进行预淋洗，淋洗液弃去。在柱上添加500 μL Halowax 1014，并用150 mL 正己烷进行淋洗，每10 mL淋洗液单独收集于刻度试管中，用平行蒸发浓缩仪浓缩至约1.0 mL，添加回收率内标ECN5260，混匀后待测。

2.3 样品前处理

供试土壤和沉积物样品采于江苏省昆山市景枫公园和苏州市糖坊湾桥。分别称取供试样品和硅藻土各10.0 g左右，称取铜粉约5.0 g，将上述物质混匀装填入ASE萃取池中，加入ECN5102和DLM2005S标记物后进行萃取。加速溶剂萃取仪条件：溶剂为正己烷二氯甲烷（1 ∶ 1， V/V）混合溶液，加热温度100 ℃，10.4 MPa（1500 psi）压力，预加热平衡时间5 min，静态萃取时间5 min，淋洗液体积为池体积的40%，吹扫时间100 s，循环两次。

收集到的萃取液用旋转蒸发浓缩仪浓缩至约2 mL，浓缩后的萃取液过商品多层硅胶柱进行净化，淋洗液为150 mL 正己烷，净化后的萃取液经旋转蒸发浓缩后，进一步氮吹浓缩至约200 μL，添加回收率内标ECN5260，混匀后待测。

2.4 样品分析

标准曲线的配制：由低至高共配制CSL， CS1， CS2， CS3， CS4和CS5共6个浓度点，对应PCNs的浓度分别为0.5， 1.0， 5.0， 20， 80和240 μg/L，ECN5102和DLM2005S标记物浓度为100 μg/L，回收率内标ECN5260浓度为100 μg/L，溶剂为癸烷。其中CSL供测定方法检出限和定量限使用。

气相色谱进样方式为不分流进样，进样量为1.0 μL。色谱柱所用载气为高纯氦气，恒流模式，流速为1.0 mL/min。DB5MS色谱柱的条件：进样口温度为280℃；传输线温度为280 ℃；程序升温条件为80 ℃保持2 min，以20 ℃/min升至180 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升至255 ℃，再以5 ℃/min升至280 ℃， 保持9.5 min，总运行时间为60 min；RtβDEXcst色谱柱的条件：进样口温度为220 ℃；传输线温度为220 ℃；程序升温条件为110℃保持0.5 min，以20 ℃/min升至160 ℃，再以0.5 ℃/min升至225 ℃，保持20 min，总运行时间为150 min。

三重四级杆质谱条件：电离模式为EI，电离能量为70 eV，碰撞池淬灭气（He）流速为2.25 mL/min， 碰撞气（氮气）的流速为1.5 mL/min，离子源温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，监测模式为MRM，具体参数见表1。

仪器控制和数据分析软件为MassHunter工作站软件（版本均为B.05.00）。

2.2 流出曲线的制作

商品多层硅胶柱使用前以正己烷浸润，用空气泵赶尽柱内的气泡后，用50 mL正己烷进行预淋洗，淋洗液弃去。在柱上添加500 μL Halowax 1014，并用150 mL 正己烷进行淋洗，每10 mL淋洗液单独收集于刻度试管中，用平行蒸发浓缩仪浓缩至约1.0 mL，添加回收率内标ECN5260，混匀后待测。

2.3 样品前处理

供试土壤和沉积物样品采于江苏省昆山市景枫公园和苏州市糖坊湾桥。分别称取供试样品和硅藻土各10.0 g左右，称取铜粉约5.0 g，将上述物质混匀装填入ASE萃取池中，加入ECN5102和DLM2005S标记物后进行萃取。加速溶剂萃取仪条件：溶剂为正己烷二氯甲烷（1 ∶ 1， V/V）混合溶液，加热温度100 ℃，10.4 MPa（1500 psi）压力，预加热平衡时间5 min，静态萃取时间5 min，淋洗液体积为池体积的40%，吹扫时间100 s，循环两次。

收集到的萃取液用旋转蒸发浓缩仪浓缩至约2 mL，浓缩后的萃取液过商品多层硅胶柱进行净化，淋洗液为150 mL 正己烷，净化后的萃取液经旋转蒸发浓缩后，进一步氮吹浓缩至约200 μL，添加回收率内标ECN5260，混匀后待测。

2.4 样品分析

标准曲线的配制：由低至高共配制CSL， CS1， CS2， CS3， CS4和CS5共6个浓度点，对应PCNs的浓度分别为0.5， 1.0， 5.0， 20， 80和240 μg/L，ECN5102和DLM2005S标记物浓度为100 μg/L，回收率内标ECN5260浓度为100 μg/L，溶剂为癸烷。其中CSL供测定方法检出限和定量限使用。

气相色谱进样方式为不分流进样，进样量为1.0 μL。色谱柱所用载气为高纯氦气，恒流模式，流速为1.0 mL/min。DB5MS色谱柱的条件：进样口温度为280℃；传输线温度为280 ℃；程序升温条件为80 ℃保持2 min，以20 ℃/min升至180 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升至255 ℃，再以5 ℃/min升至280 ℃， 保持9.5 min，总运行时间为60 min；RtβDEXcst色谱柱的条件：进样口温度为220 ℃；传输线温度为220 ℃；程序升温条件为110℃保持0.5 min，以20 ℃/min升至160 ℃，再以0.5 ℃/min升至225 ℃，保持20 min，总运行时间为150 min。

三重四级杆质谱条件：电离模式为EI，电离能量为70 eV，碰撞池淬灭气（He）流速为2.25 mL/min， 碰撞气（氮气）的流速为1.5 mL/min，离子源温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，监测模式为MRM，具体参数见表1。

仪器控制和数据分析软件为MassHunter工作站软件（版本均为B.05.00）。