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Agilent 5977B單四極桿氣質聯用系統測定土壤中硝基苯類化合物
閱讀：1069 發布時間：2021-3-10摘要：本文采用 Agilent 7890B 氣相色譜/5977B 單四極桿氣質聯用系統測定土壤樣品 中的硝基苯類化合物含量。文中所述樣品前處理方法以及儀器分析方法參考 《GC-MS 測定半揮發性有機物》(EPA 8270D)、《土壤污染狀況詳查-土壤樣品 分析測試方法技術規定》以及土壤樣品前處理標準 HJ 783-2016。分別采用國標 要求前處理方法和安捷倫優化前處理方法對土壤樣品進行提取與凈化，并成功 應用于土壤中 14 種硝基苯類化合物的分析測定。采用優化后前處理方法，樣 品加標回收率達到了 73%-104%（標準要求為 40%-150%），儀器低檢測限為 1.3-2.3 μg/kg，方法檢測限為 0.26-0.47 μg/kg。
前言 硝基苯類化合物（硝基苯、間硝基甲苯、對硝基甲苯等）廣泛應用于醫藥、農 藥、染料、造紙、紡織等工業領域，是一類重要的取代苯類化合物，其 結構穩定、種類多且復雜、難以降解。硝基苯類化合物被美國環境保護署 (EPA) 列為“優先污染物”，同時也被我國列入環境優先污染物“黑名單”。鑒于硝基 苯類化合物的高毒性、高致畸和高致癌特點，其不僅造成環境的嚴重污染，同 時也嚴重危害著人體健康。因此，加強環境中硝基苯類同系物的分析與檢測變 得至關重要。 2016 年 5 月 31 日，為切實加強土壤污染防治，逐步改善土壤環境質量，《土壤 污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”）正式由國務院印發實施，并展開了一系 列土壤污染現狀調查。此次詳查對檢測項目、分析方法和參考標準做了明確的 規定：共包括土壤、地下水和農產品（小麥/水稻）3 個檢測領域，其中土壤污染物包括無機污染物（氟化物和 15 種重金屬）、 有機污染物（10 種）和理化性質（5 項）；地下水污染物包 括無機污染物和有機污染物（項目同土壤）。其中土壤中 硝基苯類化合物的測定，采用《GC-MS 測定半揮發性有機 物》（EPA 8270D）方法。 為了配合國家關于“土十條”中硝基苯類化合物檢測的實 施，安捷倫推出了針對《土壤污染狀況詳查-土壤樣品 分析測試方法技術規定》方法的完整解決方案，供廣大的 安捷倫用戶作為日常檢測的參照。
實驗部分 試劑和樣品 丙酮、正己烷、二氯甲烷，農殘級，購于百靈威；分別配 制正己烷-丙酮混合溶劑（1:1，V/V）、正己烷-丙酮混合溶 劑（9:1，V/V）和正己烷-二氯甲烷混合溶劑（1:9，V/V）。 干燥劑采用粒狀硅藻土（安捷倫，散裝 1 kg，部件號 198003）和弗羅里硅土填料（安捷倫，100 g，部件號 12214013），分別在馬弗爐中 450 °C 烘烤 4 小時后冷卻，置 于干燥器內玻璃瓶中備用。14 種硝基苯系物標準品，購于 百靈威，用正己烷配制得到 100 mg/L 的硝基苯系物混合標 準溶液。內標物萘-D8 和苊-D10，購于百靈威，用正己烷配 制得到 10 mg/L 的內標標準溶液；替代物硝基苯-D5 和 2-氟 聯苯，購于百靈威，用正己烷配制得到 10 mg/L 的替代物 標準溶液。 儀器和設備 儀器： Agilent 7890B 氣相色譜/5977B 單四極桿氣質 聯用系統，配備 EI 源（Inert Plus 離子源） 提取裝置： 萊博泰科快速溶劑萃取儀 (HPSE) 濃縮裝置： 萊博泰科氮吹濃縮儀 固相萃取裝置，弗羅里硅土固相萃取凈化小柱（安捷倫， 1000 mg，6 mL，30/包，部件號 12256014） 其它： 移液槍
采集與保存 土壤樣品按照 HJ/T 166 的相關要求采集和保存，沉積物樣 品按照 GB 17378.3 的相關要求采集和保存。
試樣制備 去除新鮮土壤樣品中的異物，平行稱取兩份樣品，每份約 5 g（到 0.01 g），一份按照 HJ613 測定干物質含量，另 一份加入適量硅藻土 (2.5-3 g)，研磨均化成流砂狀。 沉積物樣品一份按照 GB17378.5 測定含水量，另一份按照土 壤樣品脫水，然后加入適量硅藻土 (2.5-3 g)，研磨均化成流 砂狀。如水分含量較高，可以采用凍干法進行脫水。
國標要求樣品前處理方法 加壓流體萃取 研磨好的試樣填入萃取池中，要求填滿萃取池空間，如果 需要制備加標樣品，則向萃取池中加入 10 μL 10 μg/mL 的 硝基苯標準品中間儲備液、10 μL 40 μg/mL 的替代物標準品 中間儲備液，之后以正己烷-丙酮混合溶劑（1:1，V/V）為 提取溶劑。萃取溫度 100 °C，萃取壓力 1500 psi，靜態萃取 時間 5 min，淋洗為 60% 池體積，氮氣吹掃時間 60 s，萃取 循環次數 2 次。收集提取溶液。 樣品濃縮和更換溶劑 收集萃取溶液過無水硫酸鈉的小柱（安捷倫，3g Jr，部件 號 12162051B），之后收集濾液，采用氮吹濃縮法將溶液吹 至近干，用 1 mL 正己烷將其復溶后以備凈化。 氮吹過程中需要關閉加熱裝置，保持室溫氮吹，同時保證 氮氣流速較小，并隨時調整氮氣出口距離液面的高度，始 終使氣流在液面上形成細小波紋即可；吹至近干的狀態為 使液體保留 0.5 mL 左右，通過多加入幾次正己烷溶劑的方 式，*置換出丙酮溶劑，千萬不能*吹干或吹至低于 0.5 mL 溶劑體積，這點對于硝基苯回收率的影響很大。 樣品凈化 凈化柱活化：使用 12 mL 正己烷-二氯甲烷混合溶劑（1:9， V/V）淋洗弗羅里硅土凈化小柱，之后使用 12 mL 正己烷淋 洗小柱，流速均為液滴自然淋洗速度 上樣：在正己烷液面消失之前，將濃縮后的樣品溶液和使 用少量正己烷溶劑多次洗滌濃縮瓶的洗滌液一并轉移至活 化好的凈化柱上，待濃縮液面消失時將小柱流速關閉，保 持 2 min 后，打開流速控制器，通過液體流速閥控制其流 速，使其流速始終控制在 20 滴/min，收集流出液
洗脫：使用 12 mL 正己烷-二氯甲烷混合溶劑（1:9，V/V） 進行洗脫，洗脫速度控制在 20 滴/min，待洗脫結束后，使 用加壓注射器多次壓出存留于凈化柱上的洗脫液，收集所 有洗脫液 濃縮定容：氮吹吹至近干，正己烷復溶，加入內標標準品 10 μL（10 μg/mL 中間儲備液），使用正己烷溶劑定容至 1 mL，準備 GC/MS 分析 在樣品凈化過程中需注意：上樣后將流速筏關閉，使樣品 與吸附材料充分接觸，保持 1-2 min，之后再打開閥門，進 行洗脫。洗脫速度控制在 20 滴/min，不要太快。選擇合適 極性的淋洗溶劑，使目標物能夠被充分洗脫，同時優化合 適的淋洗體積，這兩點對于獲得合規的回收率非常重要。 氮吹過程的氮氣流速和對吹至近干的要求如上所述。 安捷倫優化樣品前處理方法 由于硝基苯類化合物的揮發性較強，因此在氮吹步驟和固 相萃取 (SPE) 凈化過程中，都會帶來較大的損失，從而影響 樣品的回收率。很多操作者都反映硝基苯類化合物在土壤 樣品中的回收率很差，前處理不好掌握。 安捷倫與 Lab Tech 通過大量實驗比對，共同開發了一種新的 快速溶劑萃取 (ASE) 方案，其基本的原理為：通過在 ASE 萃 取池的底部首先添加一定量的弗羅里硅土，然后再填充土 壤與硅藻土的混合樣品，選擇合適極性的提取溶劑，實現 一步操作，完成提取、凈化兩步效果，從而減少了操作步 驟，降低了硝基苯類化合物的損失，確保分析的準確性。 加壓流體萃取 稱取 1 g 高溫處理過的弗羅里硅土，填入萃取池底部；稱 取 5 g 土壤樣品與 1.5 g 硅藻土，研磨均化成流砂狀后，填 入萃取池中，要求填滿萃取池空間；如果需要制備加標樣 品，則向萃取池中加入 10 μL 10 μg/mL 的硝基苯標準品中 間儲備液、10 μL 40 μg/mL 的替代物標準品中間儲備液； 之后以正己烷-丙酮混合溶劑（9:1，V/V）為提取溶劑。萃 取溫度 100 °C，萃取壓力 1500 psi，靜態萃取時間 5 min， 淋洗為 60% 池體積，氮氣吹掃時間 60 s，萃取循環次數 2 次。收集提取溶液。
樣品濃縮和更換溶劑 收集萃取溶液過無水硫酸鈉的小柱（安捷倫，3g Jr，部件 號 12162051B），之后收集濾液，采用氮吹濃縮法將溶液吹 至近干，正己烷復溶，加入內標標準品 10 μL（10 μg/mL 中 間儲備液），定容至 1 mL，以備 GC/MS 分析。 注意氮吹過程中的注意點與前述方法一致。
儀器分析條件 氣相色譜條件 氣相色譜： Agilent 7890B 氣相色譜系統 色譜柱： Agilent DB-5MS UI 毛細管柱， 30 m × 0.25 mm × 0.25 μm （部件號 122-5532 UI） 程序升溫： 初始溫度 40 °C，保持 4 min， 以 10 °C/min 升至 300 °C，保持 2 min 載氣： 氦氣；恒流模式，1.0 mL/min 進樣口： MMI 進樣口 進樣口溫度： 采用程序升溫進樣模式，初始溫度 60 °C， 保持 0.05 min，以 750 °C/min 升至 280 °C 進樣方式： 不分流進樣 進樣量： 1.0 μL 傳輸線溫度： 280 °C 質譜條件 質譜： Agilent 5977B 單四極桿氣質聯用系統 （Inert Plus 離子源） 離子源： 電子轟擊源，70 eV 離子源溫度： 280 °C 四極桿溫度： 180 °C 溶劑延遲： 6.0 min EM 電壓： 增益因子 1 檢測方式： SIM+Scan （化合物保留時間，定量和定性 離子見表 1）
結論 本文采用 Agilent 7890B 氣相色譜/5977B 單四極桿氣質聯用 系統成功開發出兩種測定土壤樣品中硝基苯含量的方法， 并在方法開發過程中，針對標準中的樣品前處理方法、氣 相色譜升溫程序和標準曲線繪制方法等進行了優化，通 過 SIM+SCAN 的采集方法，獲得了更出色的定性和定量結 果。其中，遵從國標方法的樣品分析解決方案*國 家環境保護標準《GC-MS測定半揮發性有機物》(EPA 8270) 規定的前處理和分析方法要求。安捷倫優化前處理方法與 國標要求前處理方法相比具有前處理步驟簡單、提取溶劑 選擇合理的特點，既保證了目標物的充分提取，又有效減 少了土壤中的干擾物質，樣品平行處理的穩定性也明顯優 于國標要求前處理方法，是一種更簡單可靠的硝基苯分析 解決方案。因此選擇使用 Agilent 7890B 氣相色譜/5977B 單 四極桿氣質聯用系統可作為土壤中硝基苯含量測定的推薦 方案。