安益譜 7600 氣質(zhì)聯(lián)用儀測定土壤和沉積物中揮發(fā)性有機(jī)物的方法研究
技術(shù)博客 | 2025-09-18 | 閱讀
揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是一類具有低沸點(diǎn)、易揮發(fā)特性的有機(jī)化合物，廣泛存在于土壤和沉積物環(huán)境中。這類物質(zhì)多來源于工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)活動、生活垃圾滲濾液等，不僅具有異味，部分物質(zhì)（如苯、氯仿、四氯化碳等）還具有強(qiáng)毒性、致癌性和生物累積性，會通過土壤滲透、地下水遷移等途徑威脅生態(tài)系統(tǒng)安全，甚至通過食物鏈進(jìn)入人體，對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重隱患。
《HJ 605-2011 土壤和沉積物 揮發(fā)性有機(jī)物的測定 吹掃捕集 / 氣相色譜 - 質(zhì)譜法》是我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域測定土壤和沉積物中 VOCs 的核心標(biāo)準(zhǔn)方法。傳統(tǒng)檢測手段存在前處理復(fù)雜、靈敏度低、抗干擾能力弱等問題，而吹掃捕集 - 氣相色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（P&T-GC-MS） 憑借 “無溶劑富集 + 高分離效率 + 高特異性檢測” 的優(yōu)勢，能有效捕獲痕量 VOCs，且避免了有機(jī)溶劑對樣品的二次污染，成為當(dāng)前環(huán)境介質(zhì)中 VOCs 檢測的主流技術(shù)。
安益譜 7600 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀作為國產(chǎn)高端分析設(shè)備，在性能穩(wěn)定性、檢測靈敏度和操作便捷性上表現(xiàn)優(yōu)異。本研究基于該儀器，結(jié)合吹掃捕集前處理技術(shù)，建立土壤和沉積物中 71 種 VOCs 的檢測方法，旨在為環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)、科研單位提供高效、可靠的技術(shù)方案，助力土壤污染調(diào)查與風(fēng)險管控，保障生態(tài)環(huán)境與人體健康。
安益譜7600單四極桿氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀
本方法以《HJ 605-2011》為技術(shù)依據(jù)，通過 “吹掃捕集前處理 - 氣相色譜分離 - 質(zhì)譜檢測” 三步實(shí)現(xiàn)土壤和沉積物中 VOCs 的定性與定量，核心原理如下：
- 吹掃捕集前處理：將土壤或沉積物樣品與超純水混合，置于吹掃瓶中，通入高純氮?dú)猓ɑ蚝猓┳鳛榇祾邭猓瑢悠分袚]發(fā)性有機(jī)物吹脫至捕集管（填充吸附劑）中；待吹掃完成后，通過程序升溫使捕集管中的 VOCs 快速脫附，隨載氣進(jìn)入氣相色譜儀，實(shí)現(xiàn)痕量 VOCs 的富集與無溶劑引入。
- 氣相色譜分離：選用弱極性色譜柱（AB-624），通過優(yōu)化柱溫程序（初始低溫保留低沸點(diǎn)組分，梯度升溫分離高沸點(diǎn)組分），使 71 種 VOCs 按保留時間差異依次流出，避免色譜峰重疊干擾。
- 質(zhì)譜檢測：采用電子轟擊離子源（EI）將流出的 VOCs 離子化，通過全掃描（SCAN）模式獲取化合物的完整質(zhì)譜圖，結(jié)合保留時間和特征離子進(jìn)行定性；通過選擇離子（SIM）模式監(jiān)測目標(biāo)化合物的特征離子對，結(jié)合內(nèi)標(biāo)法（添加氟苯、氯苯 - D5 等內(nèi)標(biāo)）進(jìn)行定量，提高檢測靈敏度與準(zhǔn)確性。
為滿足土壤和沉積物中痕量 VOCs 的檢測需求，實(shí)驗(yàn)采用以下儀器配置，確保前處理效率與檢測精度：
- VOCs 混合標(biāo)準(zhǔn)品：包含二氯二氟甲烷、氯甲烷、苯、甲苯、氯苯等 71 種目標(biāo)化合物（純度均≥98%），用于配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。
- 內(nèi)標(biāo)物質(zhì)：氟苯（CAS：462-06-6，純度≥99%）、氯苯 - D5（CAS：3114-55-4，純度≥99%）、1,4 - 二氯苯 - D4（CAS：3855-82-1，純度≥99%），終濃度均為 50 μg/L，用于校正樣品前處理損失與儀器響應(yīng)波動。
- 替代物：二溴氟甲烷（CAS：1868-53-7）、甲苯 - D8（CAS：2037-26-5）、4 - 溴氟苯（CAS：460-00-4），用于評估前處理效率與基質(zhì)干擾程度。
- 試劑：甲醇（色譜純）—— 用于溶解標(biāo)準(zhǔn)品，配制標(biāo)準(zhǔn)儲備液；高純氮?dú)猓兌取?9.999%）—— 作為吹掃捕集的吹掃氣與載氣。
- 空白基質(zhì)：經(jīng)驗(yàn)證不含目標(biāo) VOCs 的石英砂或潔凈土壤（過 100 目篩），用于基質(zhì)匹配校正，減少土壤基質(zhì)對檢測結(jié)果的影響。
- 樣品采集與制備：采集土壤或沉積物樣品，去除石子、植物殘體等雜質(zhì)，過 100 目篩，置于棕色玻璃瓶中密封，4℃冷藏保存，24 h 內(nèi)完成檢測。
- 樣品提取：準(zhǔn)確稱量 10.0 g 樣品置于 40 mL 吹掃瓶中，加入 20 mL 超純水，振蕩 10 min，使樣品中 VOCs 充分溶出；若樣品含水率較低（＜20%），可適當(dāng)增加超純水用量至液固比 2:1，確保吹掃效率。
- 內(nèi)標(biāo)與替代物添加：向吹掃瓶中加入 10 μL 500 μg/L 內(nèi)標(biāo)混合液和 10 μL 500 μg/L 替代物混合液，使內(nèi)標(biāo)和替代物終濃度均為 50 μg/L，加蓋密封，搖勻。
- 吹掃捕集：將吹掃瓶連接至 PTC-III 吹掃捕集儀，設(shè)定吹掃條件：吹掃時間 11 min，捕集管溫度 35℃，吹掃氣流量 40 mL/min；脫附條件：脫附溫度 250℃，脫附時間 1 min，脫附后捕集管反吹 5 min（去除殘留雜質(zhì)）；脫附后的 VOCs 隨載氣進(jìn)入氣相色譜儀。
為實(shí)現(xiàn) 71 種 VOCs 的有效分離，結(jié)合 AB-624 色譜柱的特性，優(yōu)化色譜條件如下：
- 色譜柱：AB-624（30m×250μm×1.4μm）；
- 載氣：高純氮?dú)猓兌取?9.999%），恒流模式，流量 1.0 mL/min；
- 進(jìn)樣口溫度：200℃，分流進(jìn)樣，分流比 20:1（減少進(jìn)樣量過載，改善峰形）；
- 柱溫程序：初始溫度 38℃，保持 1.8 min（保留低沸點(diǎn)組分如二氯二氟甲烷、氯甲烷）；以 10℃/min 速率升溫至 120℃（分離中等沸點(diǎn)組分如苯、氯仿）；再以 15℃/min 速率升溫至 240℃，保持 5 min（分離高沸點(diǎn)組分如萘、1,2,3 - 三氯苯，同時老化色譜柱）；
- 溶劑延遲：1.5 min（避免溶劑峰干擾低沸點(diǎn) VOCs 檢測）。
通過全掃描（SCAN）模式確定各 VOCs 的保留時間與特征離子，再通過選擇離子（SIM）模式優(yōu)化特征離子監(jiān)測參數(shù)，提高檢測靈敏度，具體條件如下：
- 離子源溫度：300℃（確保 VOCs 充分離子化，減少吸附損失）；
- 傳輸線溫度：250℃（避免 VOCs 在傳輸過程中冷凝）；
- 掃描模式：定性采用 SCAN 模式（掃描范圍 35~270 amu），定量采用 SIM 模式（監(jiān)測各目標(biāo)物的第一、第二特征離子，詳見表 1）；
- 倍增器電壓：根據(jù)空白噪音水平調(diào)節(jié)（通常為 1500~1800 V），確保目標(biāo)物信噪比（S/N）≥3。
五、內(nèi)標(biāo)法校正曲線
