一种气相色谱质谱联用法同时检测水体中多种有机污染物的方法

技术领域

本发明属于水质检测领域，具体涉及一种气相色谱质谱联用(GC-MS)同时检测水体中多种类有机污染物的方法。

背景技术

环境中的有机污染物会随着药物投放、地表径流、大气扩散等进入养殖用水中，水体中的这些有机污染物会随着食物链影响到人体健康。水体中的有机污染物种类繁多，其中，多环芳烃是指含两个或两个以上苯环的芳烃，是持久性有机污染物，具有毒性、遗传毒性、突变性和致癌性，对人体可造成多种危害，如对呼吸系统、循环系统、神经系统会造成损伤，对肝脏、肾脏也会造成损害，被认定为影响人类健康的主要有机污染物；有机氯农药毒性大，几乎不降解，积累性甚高，对生态系统有显著影响；多氯联苯(PCB)是联苯分子中一部分氢或全部氢被氯取代后所形成的各种异构体混合物的总称，多氯联苯和硝基苯一样都属于致癌物质；氯苯类、百菌清及拟除虫菊酯类在《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中分别作为有机物综合指标和农药指标，并给出了具体限值。以上这些项目是疾控中心、环境监测站和自来水公司等机构的日常水质监测项目。

常规水体中有机污染物的检测方法分别采用各自的检测标准，采用液液萃取或者固相萃取的方式，净化后进行气相色谱-质谱分析。其中，分别采用了《HJ478-2009水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》、《HJ699-2014水质有机氯农药和氯苯类化合物的测定气相色谱-质谱法》、《HJ716-2014水质硝基苯类化合物的测定气相色谱-质谱法》、《HJ715-2014水质多氯联苯的测定气相色谱-质谱法》和《HJ753-2015水质百菌清及拟除虫菊酯类农药的测定气相色谱-质谱法》等四种检测方法。然而，以上几种检测方法每次只能检测一种有机污染物，在日常工作中，分析一份水样的以上有机污染物项目就需要重复进行前处理操作，当实际检测水样较多时，就需要花费更多的时间、人力和物料的成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服采用现有的方法一次只能检测一种有机污染物的缺陷，而提供一种新的气相色谱质谱联用法检测水体中有机污染物的方法，采用该方法能够同时检测水体中的多种有机污染物。

本发明的发明人经过深入研究之后发现，同时选取氘代萘、氘代苊、氘代菲、氘代屈、氘代苝、硝基苯-d5、PCB28-d4、PCB77-d6和PCB114-d4作为替代物，并且在样品预处理过程中，将取样量控制在0.8～1.2L这一大剂量并以二氯甲烷作为萃取剂，能够使得待检测水体中所含的有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯类化合物、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和多环芳烃这些污染物实现有效萃取及良好分离，准确反馈出待检测水体中所含的以上污染物的定性定量信息。基于此，完成了本发明。

具体地，本发明提供了一种气相色谱质谱联用法同时检测水体中多种有机污染物的方法，该方法包括以下步骤：

S1、标准溶液配制：将各种标准品和替代物分别复配内标物后用溶剂稀释并最终配制成具有浓度梯度的标准溶液；所述标准品包括有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯类化合物、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和多环芳烃；所述替代物包括替代物1、替代物2和替代物3，所述替代物1包括氘代萘、氘代苊、氘代菲、氘代屈和氘代苝，所述替代物2包括硝基苯-d5，所述替代物3包括PCB28-d4、PCB77-d6和PCB114-d4；

S2、样品预处理：将0.8～1.2L待检测水体与15～25μL替代物混标混合均匀，将所得混合物采用20～100mL二氯甲烷萃取，所得萃取液进行干燥并浓缩，之后往所得浓缩液中加入内标1、内标2和内标3各8～12μL，得到待检测水体；所述替代物混标为替代物1、替代物2和替代物3的混合溶液且替代物1、替代物2和替代物3的浓度分别为0.05～0.15μg/mL、0.5～1.5μg/mL和0.5～1.5μg/mL；所述内标1为四氯间二甲苯，所述内标2为PCB156-d3，所述内标3为1-溴-2-硝基苯；

S3、气相色谱质谱检测：将步骤S1所得标准溶液以及步骤S2所得待检测水体分别注入气相色谱质谱联用仪中进行检测，将所得待检测谱图与标准谱图进行比对即得到待检测水体中各有机污染物的含量。

在本发明中，所述待检测水体中含有有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和多环芳烃中的至少一种。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述有机氯包括七氯、艾氏剂、三氯杀螨醇、外环氧七氯、环氧七氯、γ-氯丹、op’-DDE、硫丹I、α-氯丹、pp’-DDE、狄氏剂、pp’-DDD、硫丹II、op’-DDD、op’-DDT、异狄氏剂醛、硫丹硫酸酯、pp’-DDT、异狄氏剂酮、甲氧滴滴涕、甲体六六六、乙体六六六、丙体六六六和丁体六六六。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述氯苯包括1，3，5-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，5-四氯苯、1，2，3，4-四氯苯、五氯苯和六氯苯。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述多氯联苯包括PCB28、PCB101、PCB52、PCB123、PCB118、PCB81、PCB77、PCB114、PCB153、PCB138、PCB105、PCB156、PCB167、PCB157、PCB126、PCB180、PCB169和PCB189。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述硝基苯类化合物包括五氯硝基苯、硝基苯、对-硝基甲苯、邻-硝基甲苯、间-硝基甲苯、间-硝基氯苯、对-硝基氯苯、邻-硝基氯苯、间-二硝基苯、对-二硝基苯、邻-二硝基苯、2，6-二硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯、3，4-二硝基甲苯、2，4-二硝基氯苯和2，4，6-三硝基甲苯。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述多环芳烃包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、屈、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1，2，3-cd)芘、二苯并(a，h)蒽和苯并(ghi)苝。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述标准溶液配制过程中，所述有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯类化合物、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、替代物2和替代物3的浓度梯度均包括10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL、100ng/mL、200ng/mL、500ng/mL和1000ng/mL。如上所述，所述有机氯包括七氯、艾氏剂、三氯杀螨醇、外环氧七氯、环氧七氯、γ-氯丹、op’-DDE、硫丹I、α-氯丹、pp’-DDE、狄氏剂、pp’-DDD、硫丹II、op’-DDD、op’-DDT、异狄氏剂醛、硫丹硫酸酯、pp’-DDT、异狄氏剂酮、甲氧滴滴涕、甲体六六六、乙体六六六、丙体六六六和丁体六六六。所述氯苯包括1，3，5-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，5-四氯苯、1，2，3，4-四氯苯、五氯苯和六氯苯。所述多氯联苯包括PCB28、PCB101、PCB52、PCB123、PCB118、PCB81、PCB77、PCB114、PCB153、PCB138、PCB105、PCB156、PCB167、PCB157、PCB126、PCB180、PCB169和PCB189。所述硝基苯类化合物包括五氯硝基苯、硝基苯、对-硝基甲苯、邻-硝基甲苯、间-硝基甲苯、间-硝基氯苯、对-硝基氯苯、邻-硝基氯苯、间-二二硝基苯、对-二二硝基苯、邻-二二硝基苯、2，6-二硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯、3，4-二硝基甲苯、2，4-二硝基氯苯和2，4，6-三硝基甲苯。所述替代物2包括硝基苯-d5，所述替代物3包括PCB28-d4、PCB77-d6和PCB114-d4。因此，以上每一种有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯、替代物2和替代物3均需要分别配制成10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL、100ng/mL、200ng/mL、500ng/mL和1000ng/mL这些浓度梯度，并且百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯也均需要分别配制成10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL、100ng/mL、200ng/mL、500ng/mL和1000ng/mL这些浓度梯度。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯和氯氟氰菊酯的浓度梯度均包括100ng/mL、200ng/mL、500ng/mL、1000ng/mL、2000ng/mL、5000ng/mL和10000ng/mL。也即，溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯和氯氟氰菊酯均需要分别配制成100ng/mL、200ng/mL、500ng/mL、1000ng/mL、2000ng/mL、5000ng/mL和10000ng/mL这些浓度梯度。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述多环芳烃和替代物1的浓度梯度均包括1ng/mL、2ng/mL、5ng/mL、10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL和100ng/mL。所述多环芳烃包括萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、屈、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1，2，3-cd)芘、二苯并(a，h)蒽和苯并(ghi)苝。所述替代物1包括氘代萘、氘代苊、氘代菲、氘代屈和氘代苝。也即，以上每一种多环芳烃以及替代物1均需要分别配制成1ng/mL、2ng/mL、5ng/mL、10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL和100ng/mL这些浓度梯度。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述多氯联苯及替代物3所复配的内标物为内标2且这些物质的标准溶液中内标物的浓度均为100ng/mL。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述硝基苯类化合物及替代物2所复配的内标物为内标3且这些物质的标准溶液中内标物的浓度均为200ng/mL。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述有机氯、氯苯、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯、多环芳烃及替代物1所复配的内标物均为内标1且这些物质的标准溶液中内标物的浓度均为100ng/mL。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述替代物混标按照以下方法配制：分别移取10μL浓度为10μg/mL的替代物1、50μL浓度为20μg/mL的替代物2以及100μL浓度为10μg/mL的替代物3，用丙酮定容至1.0mL。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述干燥的方式为采用干燥剂干燥，所述干燥剂选自无水硫酸钠、无水氯化钙和无水硫酸镁中的至少一种。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述浓缩的温度不高于40℃，此时能够最大限度地减少组分挥发，所得结果更准确。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述溶剂为正己烷，且步骤S2中，所述浓缩的方式为将干燥产物浓缩至0.3～0.6mL，再将所得浓缩产物与3～8mL正己烷混合均匀并继续浓缩至0.8～1.2mL，此时所得检测结果更为准确。

在一种优选实施方式中，步骤S3中，所述检测过程中气相色谱检测的条件包括：色谱柱TG-5-MS 30m×0.25μm×0.25μm，载气氦气，流速1.0mL/min，进样口温度250℃，进样量1μL，不分流模式，溶剂延迟时间4.5min，程序升温如下：初温设置在50℃，20℃/min到150℃，保持2min，12℃/min到290℃，保持7min，此时能够使得待检测水体中的有机污染物实现有效分离，从而实现对水体中多种有机污染物的同时检测。

在一种优选实施方式中，步骤S3中，所述检测过程中质谱检测的条件包括：离子源EI，电离能量70eV，离子源温度230℃，传输线温度300℃，根据标准方法设置SIM采集方法。

本发明提供的方法步骤简单，准确度高，重现性好，能够对水体中的有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯类化合物、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和多环芳烃这些污染物同时进行定性和定量分析，对水体中有机污染物的检测工作具有实际指导意义。

附图说明

图1为实施例所有目标检测项目、替代物及内标物的总离子流图(TIC)。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例

本实施例以气相色谱质谱联用法，建立了养殖水中多种类有机污染物的检测方法，具体流程如下：

S1、标准溶液配制：分别精密移取市售标准品和替代物于密封进样瓶中，往各进样瓶中分别加入内标物并用正己烷稀释定容到所需浓度。其中，所述标准品包括有机氯、氯苯、多氯联苯、硝基苯类化合物、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和多环芳烃。所述替代物包括替代物1、替代物2和替代物3，所述替代物1包括氘代萘、氘代苊、氘代菲、氘代屈和氘代苝，所述替代物2包括硝基苯-d5，所述替代物3包括PCB28-d4、PCB77-d6和PCB114-d4。所述有机氯、氯苯、百菌清、联苯菊酯、甲氰菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯、多环芳烃及替代物1所复配的内标物均为内标1(四氯间二甲苯)且这些物质的标准溶液中内标物的浓度均为100ng/mL。所述多氯联苯及替代物3所复配的内标物为内标2(PCB156-d3)且这些物质的标准溶液中内标物的浓度均为100ng/mL。所述硝基苯及替代物2所复配的内标物为内标3(1-溴-2-硝基苯)且这些物质的标准溶液中内标物的浓度均为200ng/mL。所述标准品和替代物的具体浓度见表1。

表1

替代物混标的配制：分别移取10μL浓度为10μg/mL的替代物1、50μL浓度为20μg/mL的替代物2以及100μL浓度为10μg/mL的替代物3，用丙酮定容至1.0mL。

分别准确移取各检测项目的标准品和替代物，配制成具有浓度梯度的标准溶液，具体如表2所示。

表2

S2、样品预处理：取1.0L待检测水样置于2L分液漏斗中，加入20μL替代物混标并混合均匀，之后加入50mL二氯甲烷萃取4min(注意放气)，静置8min分层，分离有机相，再加入30mL二氯甲烷重复萃取一次，合并有机相并经无水硫酸钠干燥，浓缩至约为0.5mL，加入5mL正己烷，继续浓缩至约1.0mL，加入内标1(浓度为10μg/mL)、内标2(浓度为20μg/mL)和内标3(浓度为20μg/mL)各10μL，转移至进样小瓶中，待测水样。

S3、气相色谱质谱检测：将步骤S1所得标准溶液以及步骤S2所得待检测水体分别注入气相色谱质谱联用仪中进行检测，将所得待检测谱图与标准谱图进行比对即得到待检测水体中各有机污染物的含量。其中，仪器参数如下：

气相色谱条件：色谱柱TG-5-MS(30m×0.25μm，0.25μm)；载气氦气，流速1.0mL/min；进样口温度250℃；进样量1μL，不分流模式，溶剂延迟时间4.5min。程序升温如下：初温设置在50℃，20℃/min到150℃，保持2min，12℃/min到290℃，保持7min。待检测水体的总离子流图(TIC)见图1。从图1可以看出，采用本发明提供的方法能够使待检测水体中的多种有机污染物实现高效分离。

质谱条件：离子源EI；电离能量70eV；离子源温度230℃，传输线温度300℃，根据标准方法设置SIM采集方法，检测项目的特征离子信息见表3。

表3检测项目特征离子表

采用本方法对22份养殖区水样进行检测，结果发现检出氯苯类(1，3，5-三氯苯)，浓度在0～35.4ng/L；检出有机氯农药3种(七氯、异狄氏剂和硫丹I)，总浓度在24.9～746.8ng/L；检出硝基苯类6种(邻-硝基甲苯、间-硝基甲苯、间-硝基氯苯、对-硝基氯苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯)，总浓度在215.2～1581.9ng/L；检出拟除虫菊酯类农药3种(联苯菊酯、胺菊酯和溴氰菊酯)，总浓度在282.5～314.4ng/L；检出多环芳烃类污染物7种(萘、苊、荧蒽、苯并(a)荧蒽、屈、苯并(a)芘和苯并(ghi)苝)，总浓度在2.5～104.3ng/L。可见养殖区水域中有机物污染的情况存在，值得引起关注。

本发明采用内标法定量，所有检测项目在各自工作曲线范围内的曲线方程相关系数R

表4检测项目检测限表

以养殖淡水和养殖海水为基底进行低、中、高三个浓度的加标实验，同时做平行试验(n＝3)，其中测定回收率及相对标准偏差(RSD)见表5。结果显示，淡水基质回收率在60.6％～138.2％，RSD在0.1％～10.9％；海水基质的回收率在50.0％～126.0％，RSD在0.2％～11.9％。也即，测定结果符合检测准确度的要求。