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【摘要】研究了玉米中16种多环芳烃的快速分析方法。采用加速溶剂萃取法（ASE）对玉米样品进行提取，提取溶剂为二氯甲烷，萃取池中依次加入3 g中性氧化铝吸附剂和10 g待测样品，提取的同时能够在线净化除去小分子杂质。收集的提取液进一步用凝胶渗透色谱（GPC）除去样品中大分子油脂和色素，流动相为二氯甲烷，流速为3 mL/min，收集9～13 min的流出液，提取液浓缩定容至1 mL后用GCSIMMS进行分析。16种 PAHs以及4种替代物在2个浓度水平添加时的平均添加回收率在55.7%～145.3%之间; RSD为1.4%～16.8%;方法检出限为0.005～0.120 ng/g。本方法简便、快速、准确，净化效果较好，满足残留分析的要求，且能应用于其它谷物样品的日常分析。
【关键词】 多环芳烃，加速溶剂萃取，凝胶渗透色谱，气相色谱质谱，玉米，残留分析
1 引言
多环芳烃（PAHs）是2个或2个以上的芳香环稠合在一起的一类惰性较强、性质稳定的化合物，PAHs具有致癌性、致畸性、致突变性。美国环保总署确定了16种PAHs作为优先监测污染物[1]。人类的活动是PAHs的主要来源，包括煤炭、原油的工业加工过程和燃烧过程；各种交通工具排放的废气、车辆轮胎的磨损；吸烟、烹调油烟和家庭燃具等。环境中的多环芳烃会被植物、农作物等吸收，最终传递给人类[2]。PAHs对人类存在着很大直接或间接的危害，其在环境中的行为、生态毒性和生物降解的研究一直为国内外科研人员关注的热点。因此研究谷物中的多环芳烃的残留现状，建立准确、可靠、快速、灵敏的分析检测方法十分必要。目前，我国水质中6种特定多环芳烃的国标测定方法（GB1319891）是采用液相色谱紫外/荧光法。环境样品中PAHs的浓度一般很低，当基质复杂时，采用紫外检测器会给测定带来一定困难，往往需要多次净化或质谱进一步确证。目前国内外GCMS检测16种PAHs文献报道比较多[3～6]，张廉奉等［7］采用ＧＣ方法测定了土壤中的多环芳烃。但谷物中16种PAHs的分析方法国内报道比较少，且大都净化步骤繁琐[8]。玉米作为代表性的一种谷物，含有大量的油脂及色素，共存杂质会严重干扰目标化合物的分析，所以净化步骤是关键的技术难点。根据文献报道，GPC能够去除样品中大量的油脂和色素[９,10]。近几年，加速溶剂萃取技术广泛地应用于样品的提取步骤，相比传统的索氏提取方法，它具有快速、节省溶剂、自动化等优点[8，１1]，分析的样品类型比较广泛，如土壤、沉积物、蔬菜、茶叶等，并且能够采用在线净化技术使得样品的提取及净化步骤同时完成[１2]。本研究采用ASE在线提取净化结合GPC净化技术，对玉米样品进行前处理，大大缩短了提取净化时间，气相色谱选择离子质谱（GCSIMMS）对16种PAHs进行检测，定性更为准确。本方法也适用于其它谷物的分析。
２ 实验部分
２．１ 仪器和试剂
DIONEX ASE 200 型加速溶剂萃取仪（美国戴安公司）；KL512/ 509J 型12 位恒温水浴氮吹仪（北京康林科技股份有限公司）；Rotavapor R210旋转蒸发仪（Buchi公司）；自动凝胶渗透色谱仪（LabTech公司）；色谱柱(２５０ mm×15 mm i.d.), 填料为SX3; GCMSQP2010 PLUS气相质谱联用仪（Shimadzu公司），配有四极杆质量分析器。VF5毛细管色谱柱：（30 m×0.25 mm, 0.25 μm，Varian公司）。固相萃取填料：中性氧化铝（粒径0.07～0.15 mm，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。
16种多环芳烃混合标准溶液（200 mg/L）；d8萘(200 mg/L）、d10苊(500 mg/L）、 d10蒽（100 mg/L）、d12(4000 mg/L）、d12苝（4000 mg/L）、d14二苯并(a,h)蒽（10 mg/L），以上标准品溶液均购于百灵威化学技术有限公司。其中d8萘、d10苊、d12、d14二苯并(a,h)蒽作为标准替代物，用于考察回收率。d10蒽、d12苝作为内标物。正己烷、丙酮、二氯甲烷、环己烷均为色谱纯；无水Na2SO4（分析纯）；石英砂粒径0.45～0.9 mm（分析纯）。
空白样品（用抽提过的石英砂替代），玉米实际样品分别采自广西试验田和北京市场。
2.2 实验方法
2.2.1 样品的提取 玉米籽粒晾干磨碎，过0.9 mm筛孔后保存待用。22 mL ASE萃取池中依次装入3 g中性氧化铝， 10 g待测样品，加入40 μL 1 mg/L的标准替代物作为回收率指示物。提取溶剂为二氯甲烷。系统压力为10.3 MPa，温度为80 ℃，加热时间5 min，静态时间5 min，冲洗体积60%，循环2次。
2.2.2 样品的净化 凝胶渗透色谱净化（GPC）净化法：将上述样品提取液浓缩后用流动相定容至2.5 mL于小瓶中，混匀后GPC进行净化。流动相为二氯甲烷，流速为3 mL/min，定量环体积为2 mL（上样品量相当于8 g），收集9～13 min洗脱液（约12 mL），35 ℃下恒温浓缩至1.5～2.0 mL，氮气吹近干，环己烷定容至1 mL，待GC SIMMS检测。
2.2.3 仪器条件 气相色谱条件：初始温度60 ℃，保持1.0 min； 10 ℃/min升至240 ℃， 保持4.0 min； 再以3 ℃/min升至280 ℃， 保持6.0 min； 20 ℃/min升至300 ℃， 保持2 min。分析时长共46 min。进样口温度为280 ℃，载气为氦气，柱流速1.5 mL/min。进样体积1.0 μL，不分流进样。
质谱条件：离子源温度220 ℃，传输线温度280 ℃，电离源为电子轰击电离（EI），电离电压70 eV，倍增器电压1.83 kV。
3 结果与讨论
3.1 标准曲线的绘制
将混合储备液（2mg/L）配制成2.0、5.0、10.0、 40.0、80.0、100.0和200.0 μg/L的混合标准工作液。用空白基质配制标准品，用来减少基质效应[1２]，分析前加入2种内标化合物。16种多环芳烃的标准曲线数据见表1。结果表明，16种多环芳烃在2.0～200.0(g/L范围内线性良好，满足残留定量分析的要求。保留时间相近的化合物根据不同的定性定量离子，通过提取离子色谱图分开。如苯并[a]蒽与d12的保留时间相近，在总离子图中为一个色谱峰，通过采用不同的定量离子（m/z 228和240)达到了很好地分离；茚苯并[1,2,3cd]芘与d14二苯并(a,h)蒽的总离子流色谱峰也较为重叠，通过提取茚苯并[1,2,3cd]芘的特征定量离子m/z 276和d14二苯并(a,h)蒽的m/z 292，也达到了很好的分离。22种化合物（16种PAHs、4种替代物以及2个内标物）在GCSIMMS的总离子流图见图1。
表1 标准曲线参数（略）
Table 1 Parameters of calibration
图1 多环芳烃的气相色谱质谱总离子流色谱图（略）
Fig．1 Ｃhromatogram of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) by GCSIMMS
1. d8萘(d8naphthalene); 2. 萘(naphthalene); 3. 苊烯(acenaphthylene); 4. d10苊(d10acenaphthene); 5. 苊(acenaphthene); 6. 芴(fluorene); 7. 菲(phenathrene); 8. d10蒽(d10anthracene); 9. 蒽(anthracene); 10. 荧蒽(fluoranthene); 11. 芘(pyrene); 12. 苯并[a]蒽(benz[a]anthracene); 13. d12(d12chrysene); 14. (chrysene); 15. 苯并[b]荧蒽(benzo[b]fluoranthene); 16. 苯并[k]荧蒽(benzo[k]fluoranthene); 17. 苯并[a]芘 (benzo[a]pyrene); 18. d12苝(d12perylene); 19. 茚苯并[1,2,3cd]芘(indeno[1,2,3cd]pyrene); 20. d14二苯并(a,h)蒽(d14dibenz[a,h]anthracene); 21. 二苯并[a,h]蒽(dibenz[a,h]anthracene); 22. 苯并[g,h,i]苝(benzo[g,h,i] perylene)。
３．２ 提取方法的优化
谷物中PAHs的提取方法常为振荡提取、超声波提取和索氏等提取方法[1４]。溶剂萃取（ASE）越来越广泛地用于固体颗粒物样品的提取，如土壤、沉积物样品都有文献报道用ASE进行提取[1４]。其提取效率高，溶剂用量少，能够实现自动化。玉米样品基质比较复杂，采用一般的提取方法所需较长的时间才能使得目标化合物有很好的提取效率。本实验研究了ASE对玉米的提取方法，并且采用中性Al2O3在线净化方法，得到了很好的提取结果。文献中报道的提取溶剂有Ｖ（正己烷）∶Ｖ（丙酮）＝1∶1、二氯甲烷、丙酮等[14～17]。本实验结合在线净化的方法，比较了不同提取溶剂的提取效率，选取二氯甲烷、Ｖ（正己烷）∶Ｖ（二氯甲烷）＝1∶1和Ｖ（正己烷）∶Ｖ（二氯甲烷）＝3∶7进行实验，比较16种PAHs回收率的平均值。研究表明，二氯甲烷对结构为三环以下的化合物（即萘到蒽）的提取效果最好，回收率几乎１００％；Ｖ（正己烷）∶Ｖ（二氯甲烷）＝1∶1对环数高的化合物提取回收率为９５％；Ｖ（正己烷）∶Ｖ（二氧甲烷）＝３∶７的提取回收率为８２％，二氯甲烷的平均回收率明显比其它的高，且极性适中共提油脂较少，通过综合比较，最终选用了二氯甲烷作为提取溶剂。在样品提取的同时，萃取池中加入3 g中性Al2O3。对油脂及色素都具有一定的吸附作用。结果表明： ASE在线净化步骤能够除去一部分小分子杂质，如脂肪酸和烷基化合物等。
３．３ 净化方法的选择
采用凝胶渗透色谱（GPC）对玉米提取液进行净化，根据化合物分子大小不同而达到分离净化的目的[18]，可以使16种PAHs很好的与大分子油脂、色素进行分离。实验比较了两种规格的GPC柱子（25０ mm×25 mm和250 mm×15 mm）。结果表明，粗GPC柱的流出时间为19～25 min（见图2A）；细GPC柱的流出时间为9～13 min（见图2B）。相比而言，细GPC柱所需溶剂少，时间短，同时净化效果能满足玉米上样量8 g的要求，最终选用了规格为25０ mm×15 mm的细色谱柱。大部分化合物的回收率都在80％以上。玉米空白样品（图3A）和16种PAHs标准溶液（图3B）的GPC紫外色谱图见图3。图3A中1为玉米样品中的油脂；2为大量的色素；3为玉米共提液中的小分子杂质。从图3中可以看出GPC能够去除样品中大量油脂以及色素干扰物，对于小分子的杂质则无法去除，可采用固相萃取（SPE）、高选择性检测技术等进行排除。
图２ 粗GPC柱（A）和细GPC柱(B)的色谱图的比较（略）
Fig．２ Comparison of chromatogram by thick GPC column(A) and thin GPC column(B)
图３ 玉米空白样品(A)和16种PAHs(B)的GPC 色谱图（略）
Fig．３ Chromatogram of GPC of blank corn(A) and standard of 16 PAHs(B)
本实验采用了ASE在线净化[10]，节省了SPE净化的步骤，节约了大量的试剂及分析时间，同时提高了回收率。比较了不同吸附剂（弗罗里硅土、中性Al2O3）对16种PAHs的回收率以及对样品的净化结果。结果表明，弗罗里硅土对苯并[a]芘有吸附作用，平均回收率只达58.60%；采用Al2O3N柱时苯并[a]芘的平均回收率可达95%以上。同时在线ASE净化也能去除部分小分子干扰物。
３．４ 方法的确证性实验
按照上述优化的前处理方法，ASE提取、GPC净化，对空白样品添加2个浓度水平（2和10 μg/kg）的16种PAHs混合标准溶液，进行回收率实验。称取10 g空白样品，提取前加入4种氘代替代物（d8萘、d10苊、d12、d14二苯并(a,h)蒽）指示回收率情况，仪器测定前加入内标物：d10蒽、d12苝，每个浓度水平重复6次测定。根据添加样品的信噪比（S/N=3）计算得出16种多环芳烃的方法检出限（结果见表2）。由表2数据可见，16种PAHs2个添加水平的回收率在62.4%～145.3%之间；4种替代物的回收率在55.7%～108.8%之间；RSD在1.4%～16.8%之间；方法的检出限为0.005～0.12 ng/g。其中萘和菲的回收率普遍偏高，是由于试剂中含有少量的萘和菲，并且空气环境中也存在污染造成的，定量分析时可通过对空白样品的分析进行差减排除；氘代的萘回收率低于60%，是因为萘的沸点比较低，容易在浓缩过程中损失。总体来说大部分化合物的数据能满足分析的需要，本分析方法流程满足日常检测的要求。
表2 标准加入回收率、相对标准偏差、方法检出限数据（略）
３．５ 实际样品的分析
采用本方法对广西实验田和北京市场采集的玉米籽粒样品中的16种PAHs进行了含量测定。以4种标准替代物作为质量监控的指标，重复实验２次，内标标准曲线法定量。结果表明，玉米中含有的PAHs主要为萘、菲、芴、荧蒽等相对分子量较低的多环芳烃，这可能是因为低环数的PAHs有较高的水溶性、挥发性及生物可移动性；相比之下，分子量相对高的PAHs由于与土壤颗粒和空气中的颗粒物紧密结合而使其不易被植物积累[19，２０]。具体结果见表3。应用本方法对北京和广西采集的玉米样品进行分析，验证了方法的可行性，大多数样品都检出了萘、苊、芴、菲、荧蒽等相对分子量较低的多环芳烃。
表3 玉米实际样品中16种多环芳烃的检测结果（略）
Table 3 Ｄetermination results of 16 PAHs in corn
ＮＤ： 未检出（not detected）。
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