气相色谱法测定土壤中德克隆

黄贵凤，张席席，王继忠,2，邹敬，张家宝

（1.广电计量检测（合肥）有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230000）

德克隆是一类添加型含氯阻燃剂，有2 种空间异构体，即顺式-德克隆和反式-德克隆。由于其价格低廉、性能稳定、适应性广，已广泛应用于电线电缆、电脑连接件、塑料屋顶等材料中[1-3]。德克隆因产量和消耗量较高，已被美国环境保护署归入“高生产量化学品”，被加拿大列入“国内物质清单”[4]。德克隆具有较高的亲脂性，不易光降解及生物降解，难挥发，是一种持久性有机污染物，易于吸附在土壤和颗粒物上[5-6]，在环境中可广泛检测到[7-9]。因此有必要研发一种易于操作的土壤中德克隆的分析方法。

目前，环境中德克隆的分析检测主要采用气相色谱质谱法[10-13]和液相色谱质谱法[14]。其中负化学电离源、高分辨质谱或串联质谱都具有较高的选择性和灵敏度，但存在价格昂贵、普及率低、操作要求高等问题，不易普及。鉴于德克隆的物理化学性质，前处理和仪器分析条件有待于进一步优化，以便该方法能普遍应用。本研究拟建立一种基于气相色谱-电子捕获检测器法(GC-ECD)测定土壤中德克隆含量的检测技术，并对该方法的准确度、精密度和检出限进行验证。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

安捷伦7890B 气相色谱仪（电子捕获检测器）；12 连套索氏提取装置；德国艾卡旋转蒸发仪RV10；DK-S28 电热恒温水浴锅。

市售硅胶柱（500 mg，6 mL）、市售中性氧化铝柱（500 mg，6 mL）和市售弗洛里硅土柱（500 mg，6 mL）；顺式-德克隆（CAS：135821-03-3，纯度：99%，浓度：50 μg/mL），市售有证标准物质，AccuStandard，批次号：219 061163；反式-德克隆（CAS 号：135821-74-8，纯度：99%，浓度：50 μg/mL），市售有证标准物质，AccuStandard，批次号：218051039。二氯甲烷、丙酮和正己烷等溶剂均为色谱纯；石英砂为60～90 目，分析纯。

1.2 仪器条件

进样口：温度：280 ℃；分流比：2:1；色谱柱：HP-5（30 m×320 μm×0.5 μm）；气体流量：1.0 mL/min；升温程序：180 ℃保持1 min，以15 ℃/min 的速率升到260 ℃，再以8 ℃/min 的速率升到300 ℃，并保持10 min；检测器温度：280 ℃。

1.3 实验过程

将所采土壤样品置于搪瓷托盘中，除去枝棒、叶片、石子等异物。称取10.0 g 样品，加入无水硫酸钠，研磨成流砂状脱水。将称好的样品用玻璃纤维滤膜包裹起来，放入索氏提取回流管中，向平底烧瓶中加入100 mL 二氯甲烷与正己烷体积比为1:1 的混合溶剂，设置水浴锅加热温度为70 ℃，提取10 h，完成提取，收集提取液。提取液旋转蒸发浓缩至0.5～1.0 mL，加入正己烷5.0 mL，再浓缩定容至1.0 mL。将提取液转移至用10 mL 正己烷洗涤并活化的硅胶净化柱上，停留1 min，收集流出液；再加入8 mL 二氯甲烷洗脱，接收洗脱液；洗脱液浓缩至0.5～1.0 mL，加入正己烷5.0 mL，再浓缩定容至1.0 mL。浓缩液经气相色谱分离后检测。

2 结果与分析

采用索氏提取对土壤中德克隆进行提取，由于土壤基质较复杂，提取液需要进行净化。索氏提取利用溶剂的回流和虹吸原理，对固体混合物中所需成分进行连续提取，不同的提取溶剂和时间对提取效率有较大影响。为建立一种精密度和准确度高的分析检测方法，对影响方法准确度的萃取条件和净化条件等进行优化。

2.1 色谱行为

500 ng/mL 的顺式-德克隆和反式-德克隆标准混合溶液在1.2 仪器条件下的分离色谱图见图1。从图1 可以看出，顺式-德克隆和反式-德克隆的分离情况良好。在5～500 ng/mL 的浓度范围内，以溶液浓度为横坐标，响应为纵坐标，绘制标准曲线，见图2，相关系数（R2）均达到0.995 以上，相关性较高。说明该方法的仪器条件适合，可以对顺式和反式-德克隆进行定性和定量。

图1 500 ng/mL 的顺式-德克隆和反式-德克隆标准溶液的分离色谱图Fig.1 Chromatogram of syn-and anti-Dechlorane plus standard solution with concentration of 500 ng/mL

图2 顺式-德克隆和反式-德克隆的标准曲线Fig.2 Calibration curve of syn-and anti-Dechlorane plus

2.2 提取时间的优化

为了优化提取时间，提高萃取效率，研究了不同提取时间对德克隆的萃取效果，对顺式-德克隆和反式-德克隆进行100 ng 的空白加标实验。在150 mL 平底烧瓶中加入100 mL 丙酮与正己烷体积比为1:1 的混合溶剂，分别提取3 h、10 h 和17 h。提取液浓缩定容至1 mL，经GC-ECD定量，结果见图3。由图3 可知，10 h 萃取效率最好，顺式-德克隆和反式-德克隆的回收率分别为(94.1±6.1)%和(95.6±5.7)%，其中3 h 的萃取效率最低，顺式-和反式-德克隆的回收效率分别为(83.5±10.2)%和(77.0±10.9)%，推测可能是由于萃取时间太短，无法完成有效萃取。萃取17 h 后顺式-和反式-德克隆的回收效率分别为(88.2±5.0)%和(87.3±8.1)%，延长萃取时间，会增加溶剂损失。

图3 不同提取时间的回收效率图Fig.3 Diagram of recovery efficiency of different extraction time

2.3 提取溶剂的优化

为考察不同的提取溶剂对索氏提取效率的影响，对顺式和反式-德克隆进行100 ng 的空白加标实验，分别用100 mL 二氯甲烷与正己烷体积比为1:9 的混合溶剂、二氯甲烷与正己烷体积比为1:1 的混合溶剂、丙酮与正己烷体积比为1:9的混合溶剂和丙酮与正己烷体积比为1:1 的混合溶剂，在65 ℃下提取，提取时间为10 h。将提取液浓缩定容至1 mL，经GC-ECD 定量，结果见图4。由图4 可知，二氯甲烷与正己烷体积比为1:1的混合溶剂提取效率最好，顺式和反式-德克隆的回收率分别为(94.1±6.1)%和(95.6±5.7)%；丙酮与正己烷体积比为1:9 的混合溶剂提取效率最低，可能原因是丙酮与正己烷体积比为1:9 共沸点较高，回流次数少。

图4 不同提取溶剂的回收效率图Fig.4 Diagram of recovery efficiency of different extraction solvents

2.4 净化柱的选择

净化柱是净化富集过程中重要的实验条件，为考察净化柱对富集效果的影响，分别对顺式-德克隆和反式-德克隆在硅柱、中性氧化铝层析柱和弗洛里硅土上进行加标量为100 ng 的空白加标实验，用20 mL 丙酮与正己烷体积比为1:9的混合溶剂洗脱，浓缩、定容后进行仪器分析。定量结果见图5。3 种净化柱对顺式-德克隆和反式-德克隆的回收效率均在80%以上，其中硅胶柱的回收效率最高，分别为(95.9±6.1)%和(92.2±5.9)%，因此本方法选择硅胶层析柱作为净化层析柱。

图5 不同净化柱的回收效率Fig.5 Diagram of recovery efficiency of different cleanup column

2.5 净化洗脱溶剂种类的选择

为了优化净化过程的实验条件，确保良好的洗脱效果，分别选择正己烷、丙酮、二氯甲烷、丙酮与正己烷体积比为1:9 的混合溶剂、二氯甲烷与正己烷体积比为1:1 的混合溶剂、丙酮与正己烷体积比为1:1 混合溶剂、二氯甲烷与正己烷体积比为1:9 混合溶剂等7 种溶剂进行优化。在活化后的硅胶柱上进行加标量为100 ng 的空白加标实验，再分别用16 mL 前述的7 种溶剂进行洗脱，浓缩、定容后，进行仪器分析。结果如表1 所示，7 种溶剂的顺式-德克隆回收效率在84.3%～100.5%，反式-德克隆回收效率在82.5%～91.2%，其中洗脱溶剂为二氯甲烷时回收率最高，顺式-德克隆和反式-德克隆的回收率分别达到（100.5±5.0）%和（91.2±4.4）%。因此确定洗脱溶剂为二氯甲烷。

表1 不同洗脱溶剂的加标回收率及精密度Tab.1 Spike recovery and precision of different eluents

2.6 洗脱溶剂用量的优化

净化过程中，洗脱溶剂用量不仅影响萃取效率，还影响到实验成本及有机废液的产生和排放，因此有必要对洗脱溶剂用量进行详细研究。在活化后的硅胶柱上进行加标量为100 ng 的空白加标实验，再分别用4 mL、8 mL、12 mL 和16 mL 二氯甲烷连续洗脱层析柱，收集各段的洗脱溶剂，浓缩、定容后，进行仪器分析。各段洗脱溶剂的累积回收率见表2。前4 mL 洗脱溶剂可回收顺式-德克隆90.6%和反式-德克隆80.0%，第二个4 mL 的洗脱液可洗脱出顺式-德克隆和反式-德克隆累积回收率可达100.5% 和91.2%；第三个4 mL 的洗脱液中未检出，第四个4 mL 的洗脱液中未检出目标成分。因此前面8 mL 洗脱溶剂可洗脱出100.5% 和91.2% 的顺式-德克隆和反式-德克隆，而后面继续增加洗脱液体积对洗脱效果未有明显影响。综合考虑回收率及对环境的影响，确定洗脱溶剂体积为8 mL。

表2 不同体积洗脱溶剂的累积加标回收率及精密度Tab.2 Accumulated recovery and precision of eluting solvents with different volumes

2.7 精密度和准确度实验

对不含目标物的土壤样品进行低、中、高3个不同含量的加标，按照1.3 进行前处理，重复3次，结果见表3。顺式-德克隆3 个浓度的相对标准偏差分别为1.5%、1.6%和2.6%，反式-德克隆3 个浓度的相对标准偏差分别为2.1%、3.6%和4.3%，由此可见，本方法用于不同含量的土壤样品分析中，均具有较好的重复性。进行低、中、高3个不同含量的加标实验，顺式-德克隆加标回收率为90.2%～97.1%，反式-德克隆加标回收率为90.1%～91.4%，由此可见，在土壤基质影响的前提下，也可得到较好的回收效率。

表3 实际样品精密度、准确度Tab.3 Precision and accuracy of soil sample

2.8 方法检出限

根据HJ 168—2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》附录A 中方法验证要求，制作并检测7 个低浓度样品，分析后计算7 次平行样测定结果的标准偏差(SD)，计算样品溶液检出限（DL=3.143×SD），根据取样质量m 和定容体积V换算出方法检出限（MDL=DL×V/m）。以取样10 g，浓缩定容至1 mL 计算，结果见表4，顺式-德克隆最低检出限为0.14 μg/kg，反式-德克隆最低检出限为0.09 μg/kg。

表4 7 个低浓度样品检测结果、标准偏差和方法检出限Tab.4 Test results,standard deviation and method detection limits of seven low-level spiked samples

3 结论

本研究通过实验条件的探究，最终建立了一种以索氏提取-硅胶柱净化-气相色谱-电子捕获检测器法测定土壤中顺式-德克隆和反式-德克隆的定性定量方法。本方法所用的仪器设备易得，普适率较高，操作便捷，且具有较高的准确性和精密度，可对土壤中顺式-德克隆和反式-德克隆进行有效分离和准确的定性与定量分析，为环境中该污染物的研究提供参考。