土壤中挥发性有机物的快速测定方法

 

第32卷 第4期2016年8月中 国 环 境 监 测EnvironmentalMonitoringinChina

Vol.32 No.4

 

Aug.2016

土壤中挥发性有机物的快速测定方法

程麟钧,滕恩江

中国环境监测总站,国家环境保护环境监测质量控制重点实验室,北京100012

摘 要:本文建立了用便携式气相色谱⁃质谱仪快速测定土壤中VOCs的方法。该方法能够快速对土壤样品中VOCs进行定性分析和定量测定。当采样量达到5g时,方法检出限0.02~2.11μg/L,相对标准偏差2.0%~13.5%;加标20μg/L时,回收率63%~123%。采用该方法测定北京地区5个土壤样品,总体质量浓度为0~873μg/kg。关键词:便携式气相色谱⁃质谱仪;挥发性有机化合物;土壤DOI:10.19316/j.issn.1002⁃6002.2016.04.22

DeterminationofVolatileOrganicCompoundsinSoilSamplesbyPortableGasChromatography⁃MassSpectrometryCHENGLinjun,TENGEnjiang

StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofQualityControlinEnvironmentalMonitoring,ChinaNationalEnvironmentalMonitoringCentre,Beijing100012,China

Abstract:AmethodforthedeterminationofvolatileorganiccompoundsinsoilsamplesbyportableGasChromatography⁃MassSpectrometrywasestablished.ThemethodcanquicklyandaccuratelyonvolatileorganiccompoundsinsoilsamplesforfivesoilsamplesfromBeijingAreabyusedthismethod,theoverallconcentrationrangewas0⁃873μg/kg.Keywords:portableGasChromatography⁃MassSpectrometry;volatileorganiccompounds;soil

qualitativeandquantitative,whenthesamplereached5g,methoddetectionlimitwas0.02⁃2.11μg/L,therelativestandarddeviationwas2.0%⁃13.5%,andwhenthematrixstandardadditionwas20μg/L,therecoverywas63%⁃123%.Determined中图分类号:X833   文献标志码:A   文章编号:1002⁃6002(2016)04⁃0120⁃06

  土壤中的VOCs污染主要来自工业和生活污水的排放、石油或化工溶剂的泄漏,大气和颗粒物中的VOCs通过干湿沉降最终也进入到土壤中。土壤对VOCs有较强的吸附能力,所以对土壤中VOCs进行定性定量的检测分析,对了解被测地区土壤的污染状况具有重要意义[1⁃3]。

目前,针对VOCs的分析主要采用实验室仪器分析[4⁃5]和现场便携仪器监测2种方式。VOCs具有极易挥发和流失的特点,因此,虽然实验室仪器分析能够对VOCs准确定性和定量,但样品要经过运输、保存等多个中间环节,大大增加了样品挥发的可能,分析结果缺乏及时性,因此急需建立现场实时快速分析方法。便携气相色谱⁃质谱仪能在现场同时对多组分复杂有机物进行定性定量分析,前处理简便,最大限度地减少了样品在上机之前处理的步骤,对于快速准确测定土壤中VOCs的含量具有重要意义,在环境监测尤其是事故现场应急监测中发挥越来越重要的作用[6]。

收稿日期:2015⁃10⁃06;修订日期:2015⁃12⁃28

作者简介:程麟钧(1980⁃),女,黑龙江鹤岗人,硕士,工程师。通讯作者:滕恩江

VOCs的定性定量方法研究已见报道[7⁃9],但是在现场应急监测中用便携式气相色谱⁃质谱仪测定土壤中VOCs的研究报道很少。本文探讨了采用便携式气相色谱⁃质谱仪测定土壤中VOCs的可行性,方法简便,前处理简单,方法的精密度和准确度满足环境监测分析的需要,尤其是在突发环境污染事故应急监测现场,能够在最短的时间内对土壤中的54种VOCs有效地进行定性和定量,填补了现场应急监测中测定土壤中VOCs的方法空白。

便携式气相色谱⁃质谱仪测定空气和水中

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

实验用分析仪器:HAPSITE便携式气相色0.32mm×1.0μm);顶空进样器(美国);40mL谱/质谱仪(美国);SPB⁃1气相色谱柱(30m×

程麟钧等:土壤中挥发性有机物的快速测定方法121  

顶空瓶(美国)。

200mg/L;内标物:氟苯,1,2⁃二氯苯⁃d4(美国),质量浓度为2000mg/L。释为200mg/L,待用。

仪器色谱条件:50℃保持7min,以5℃/min升温至110℃,之后以20℃/min升温至180℃,保持2.5min。载气为高纯氮气[8⁃9]。仪器质谱条

内标溶液:实验前将内标物标液用超纯水稀1.2 分析条件

54种VOCs混合标样(美国),质量浓度为

件:SCANm/z为45~300,电离能量为70eV,时间为0.94s[10]。

顶空进样器条件:平衡温度60℃;传输线温

度60℃,加热时间20min;柱冷却时间1min;进样时间15s[11]。

在选定的实验条件下,对54种VOCs混合

标样以及2种内标进行分析,56种物质除间、对二甲苯无法分离外,其他都得到很好的分离,并且离子丰度绝大部分都很好。总离子流图见图1。

9.1,2⁃二氯乙烷;10.1,1,1⁃三氯乙烷;11.1,1⁃二氯丙烯;12.苯;13.四氯化碳;14.氟苯(内标1);15.二溴甲烷;16.1,2⁃二氯丙烷;24.一氯二溴甲烷;25.1,2⁃二溴乙烷;26.四氯乙烯;27.氯苯;28.1,1,1,2⁃四氯乙烷;29.乙苯;30.三溴甲烷;31.间、对二甲苯;

32.苯乙烯;33.邻二甲苯;34.1,1,2,2⁃四氯乙烷;35.1,2,3⁃三氯丙烷;36.溴苯;37.异丙苯;38.4⁃氯甲苯;39.2⁃氯甲苯;

40.正丙苯;41.1,3,5⁃三甲基苯;42.叔丁苯;43.1,2,4⁃三甲基苯;44.1,3⁃二氯苯;45.1,4⁃二氯苯;46.仲丁苯;

47.1,2⁃二氯苯⁃d4(内标2);48.对异丙苯;49.1,2⁃二氯苯;50.正丁苯;51.1,2⁃二溴⁃3⁃氯丙烷;

52.1,2,4⁃三氯苯;53.萘;54.1,2,3⁃三氯苯;55.六氯丁二烯。

17.一溴二氯甲烷;18.三氯乙烯;19.顺⁃1,3⁃二氯丙烯;20.反⁃1,3⁃二氯丙烯;21.1,1,2⁃三氯乙烷;22.甲苯;23.1,3⁃二氯丙烷;

1.1,1⁃二氯乙烯;2.二氯甲烷;3.反⁃1,2⁃二氯乙烯;4.1,1⁃二氯乙烷;5.顺⁃1,2⁃二氯乙烯;6.溴氯甲烷;7.氯仿;8.2,2⁃二氯丙烷;

图1 标准样品总离子流图

2 结果与讨论

2.1 标准曲线及方法的检出限和精密度2.1.1 标准曲线的建立

将54种VOCs混合标样配制成目标化合物

20μg/L[12]。

根据设定的分析条件测定,得到5个不同质

量浓度值的化合物数据文件,利用HAPSITE软件的calibrate校准功能建立相应的标准曲线,得到各待测组分的回归方程。54种化合物的相关系2.1.2 方法的检出限和精密度数为0.998~1.000。

质量浓度分别为1、5、10、20、50μg/L的5种质量浓度混合标液,溶液中内标物的质量浓度为

依据美国EPASW⁃846方法检出限的计算

122 中 国 环 境 监 测第32卷 第4期 2016年8月 

公式为MDL=t×S[13]。重复测定7次、置信区间99%时,t=3.143;S为重复测定7次的标准偏差。

取空白土壤样品5g加入顶空瓶,注入配制10mL,平行测定7次,根据上式计算出每种化合

序号

12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455

组分

1,1⁃二氯乙烯二氯甲烷反⁃1,2⁃二氯乙烯1,1⁃二氯乙烷顺⁃1,2⁃二氯乙烯

溴氯甲烷氯仿

2,2⁃二氯丙烷1,2⁃二氯乙烷1,1,1⁃三氯乙烷1,1⁃二氯丙烯

苯四氯化碳氟苯(内标1)二溴甲烷1,2⁃二氯丙烷一溴二氯甲烷三氯乙烯顺⁃1,3⁃二氯丙烯反⁃1,3⁃二氯丙烯1,1,2⁃三氯乙烷

甲苯

1,3⁃二氯丙烷一氯二溴甲烷1,2⁃二溴乙烷四氯乙烯氯苯

1,1,1,2⁃四氯乙烷

乙苯三溴甲烷间、对二甲苯苯乙烯邻二甲苯

1,1,2,2⁃四氯乙烷1,2,3⁃三氯丙烷

溴苯异丙苯4⁃氯甲苯2⁃氯甲苯正丙苯

1,3,5⁃三甲基苯

叔丁苯

1,2,4⁃三甲基苯1,3⁃二氯苯1,4⁃二氯苯仲丁苯

1,2⁃二氯苯⁃d4(内标2)

对异丙苯1,2⁃二氯苯正丁苯

1,2⁃二溴⁃3⁃氯丙烷1,2,4⁃三氯苯

1,2,3⁃三氯苯六氯丁二烯

物的检出限,该方法测定土壤中各组分的检出限为0.04~2.76μg/kg。

根据平行测定7次的标准偏差结果,计算各个组分的相对标准偏差RSD为2.0%~13.5%。差见表1。

54种VOCs的相关系数、检出限、相对标准偏

最低检出限/(μg·kg-1)

0.140.440.320.480.400.140.620.040.420.080.401.760.12

0.280.300.600.181.040.440.260.960.460.440.360.561.500.542.680.121.400.160.820.220.321.901.001.340.184.220.620.780.460.520.400.861.280.222.760.120.281.080.420.10

相对标准偏差/%

3.55.06.16.52.38.16.35.66.43.97.86.79.0

5.910.313.52.25.68.47.32.88.110.67.58.45.67.82.04.86.16.44.97.77.53.65.04.710.18.36.15.29.54.04.17.97.02.09.14.87.07.14.14.9

好的含有1μg/L内标物的1μg/L标准溶液

表1 54种VOCs的相关系数、检出限和相对标准偏差

相关系数1.0000.9990.9980.9991.0000.9980.9990.9991.0001.0000.9980.9980.9990.9990.9980.9961.0000.9990.9990.9981.0000.9990.9980.9990.9990.9990.9981.0000.9991.0000.9991.0000.9991.0001.0000.9990.9990.9990.9990.9990.9990.9981.0001.0000.9980.9991.0000.9980.9990.9980.9981.0000.999

 注:空表示没有相应数据。下同。

程麟钧等:土壤中挥发性有机物的快速测定方法123  

2.2 实际土壤样品分析2.2.1 样品的采集

序号12345678表3 实际样品的测定结果

组分1,1⁃二氯乙烯反⁃1,2⁃二氯乙烯顺⁃1,2⁃二氯乙烯

溴氯甲烷氯仿2,2⁃二氯丙烷1,1⁃二氯乙烷二氯甲烷

1号样品12.822.32.1712.926.717.3473301

2号样品7.2821.53.9815.635.57.92469320

3号样品16.56.753.6213.744.210.8484308

4号样品12.73.576.708.0618.810.2440231

μg/kg

5号样品11.26.094.961.6122.48.85507316

由于挥发性有机物的强挥发性,样品采集过

程中最大的难点是从采样到上机全程样品的密闭问题,因此,我们没有采集混合样,样品均是选取区域内较为合理的单点位采集的。选用的采样工具为CHEMISPHERE手持采样器和一次性采样管,在选定的采样点位,全封闭式采集土壤样品,样品采集后密封在一次性采样管中,上机测定时直接转入样品瓶中,最大限度地减少了样品中待测物质的挥发损失。分别在城区内居民住宅区、5路边绿化带个土壤样品、郊区农田,其中工业区采集样品、工业区4个典型区域采集个区域各采集样品1个。采样量为52g,个采集表层,其他3集部分土壤5~20cm土壤,烘箱中,每个点位平行采集120℃反复烘干23份次。,用作实同时采验室空白土壤样品2.2.2 。

将5样品的前处理

个土壤样品烘干,测定其含水率,并根据

含水率计算样品实际质量,结果见表2。顶空进样瓶中注入10mL超纯水,并加入1μL内标储备液μg(200/L,将密封于采样管中的土壤样品迅速加入顶

mg/L),溶液中内标物的质量浓度为20空瓶中,并加盖压紧密封。静置30min,按第1.2节给出的条件进行分析。

表2 样品含水率及实际重量

编号1采样量样品含水率2工业区样品名称5/g

13./%

样品净重3居民区1号515.74./g

4农田513.34.3154.2355

工业区路边2号

55

16.9.286

4.3404.510170

2.2.3 依照第样品的分析

1.2节分析条件对5个土壤样品进行

分析,测定结果见表3。5个样品各组分的总体含量为0~873μg/kg,其中二氯甲烷、氯仿、1、2⁃二氯乙烷、苯、四氯化碳及甲苯六种化合物的含量特295、475、115、211、308、693别高,在5个土壤样品中的平均含量分别达到了

物都是在化工、制药、科研等领域常用的有机试μg/kg。这几种化合剂,在土壤中的累积效应是非常明显的。

在5个土壤样品中,乙苯之前的28个化合物的含量均占到VOCs总含量的99.7%以上,各种有机化合物在不同类型土壤中总体分布比较一致,但是2个工业区土壤样品中的甲苯含量明显偏高。109

1,2⁃二氯乙烷122111,6.1235.10899.2.121121,1,1⁃1⁃二氯丙烯三氯乙烷4.434.73.722.2.48132018714四氯化碳苯2.492489334717360293220532.543272121526730415氟苯二溴甲烷(内标1)1640.32.171,29.339.29.21.618一溴二氯甲烷2⁃二氯丙烷5.531.618.345.4.61943.152.73.449.827.116.727.41.2520顺反⁃1,三氯乙烯⁃1,3⁃3⁃二氯丙烯15.821二氯丙烯

9.874.466.943.664.144.50626.574.425.7719.6221,1,2⁃甲苯三氯乙烷3.2387366712.8260318.6131713.6264243.749050241,一氯二溴甲烷

3⁃二氯丙烷9.4.255.381.6.4.17.29261,23.264.2215.2011.0527四氯乙烯2⁃二溴乙烷12.2281.09.073.17.622.540.434

098.54.57291,1,1,氯苯3.231.4.94025.228.886.314.32.5330三溴甲烷乙苯

2⁃四氯乙烷

49.8332.19044.28.11033.07810.631

0.32间、对二甲苯0.1420.1790.3170.29.18330.724340.0920.0.0394210.0.683420.2640430.0.396548351,邻二甲苯苯乙烯0.374361,1,2,2,3⁃2⁃三氯丙烷

四氯乙烷0.0320.0.2411260.0240.0.4612190.0.791306370.031380.0330.0.0260.0440.0520.1540.0260.0470.061394⁃异丙苯溴苯0.008080.1050.0290.0.08401

402⁃氯甲苯0.0230.41正丙苯氯甲苯0.0130.0080.0190.006090.0750.0850.0220.0140.0660.0060.0160.0430.0050.1020.044421,3,0.006108

43叔丁苯5⁃三甲基苯0.441,0.0120.0.003020.0.0140050.0.0090120.0.062009451,2,4⁃三甲基苯0.0782680.0.1020610.0.0320840.0.1110380.101461,4⁃3⁃二氯苯二氯苯470.2.003780.2.003140.2.018280.2.0.2.01600300.5901

481,2⁃二氯苯仲丁苯

490.501,对异丙苯⁃d4(内标2)

0.0060.0.0.510.0360.005521,0.0040.0140120.0.020.282010.0090.3030250.0080.179531,2⁃二溴正丁苯

2⁃二氯苯2,4⁃⁃3⁃三氯苯

氯丙烷0.017540.0640.00.01755

1,六氯丁二烯

2,3⁃萘

三氯苯0.4480.0410.0.0.0140.01401

0.2870.056040.00.068072

0.5350810.1380

0.4660.2460.015013

0.5730.072011

124 中 国 环 境 监 测第32卷 第4期 2016年8月 

2.2.4 空白样品的加标回收率

对5g空白土壤样品进行加标,加标量分别

162%;加标量10μg/L时,回收率为71%~130%;加标量20μg/L时,回收率为63%~123%。说明对于VOCs含量低的样品,方法准确度并不高,待测组分在分析过程中的挥发流失依然是一个很大的问题。

加标量20μg/L

0.940.831.171.071.130.940.970.720.780.630.820.910.84

0.661.070.800.630.710.990.820.840.941.231.080.971.211.120.791.000.751.420.801.150.930.990.960.851.110.821.021.070.981.050.980.840.980.980.691.220.940.960.960.70

加标回收率/102

加标量5μg/L加标量10μg/L

1.021.251.120.9991.621.521.231.231.331.300.921.061.461.260.821.061.050.870.670.850.841.061.041.090.941.15

0.651.090.850.650.761.010.730.930.981.130.920.851.181.120.860.790.811.070.841.040.881.070.960.851.130.770.981.080.970.950.950.770.850.880.640.650.730.840.480.77

0.711.190.880.720.831.020.831.011.081.221.021.161.281.150.940.940.851.130.851.630.921.121.130.951.310.901.081.291.071.091.091.001.181.010.810.850.990.970.940.97

为1、5、10、20μg/L,平行测定3次,结果见表4。463%;加标量5μg/L时,回收率为48%~加标量1μg/L时,54种化合物的回收率为6%~

表4 54种VOCs的加标回收率

序号12345678910111213151516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455

组分

1,1⁃二氯乙烯二氯甲烷反⁃1,2⁃二氯乙烯1,1⁃二氯乙烷顺⁃1,2⁃二氯乙烯

溴氯甲烷氯仿

2,2⁃二氯丙烷1,2⁃二氯乙烷1,1,1⁃三氯乙烷1,1⁃二氯丙烯

苯四氯化碳氟苯(内标1)二溴甲烷1,2⁃二氯丙烷一溴二氯甲烷三氯乙烯顺⁃1,3⁃二氯丙烯反⁃1,3⁃二氯丙烯1,1,2⁃三氯乙烷

甲苯

1,3⁃二氯丙烷一氯二溴甲烷1,2⁃二溴乙烷四氯乙烯氯苯

1,1,1,2⁃四氯乙烷

乙苯三溴甲烷间、对二甲苯苯乙烯邻二甲苯

1,1,2,2⁃四氯乙烷1,2,3⁃三氯丙烷

溴苯异丙苯4⁃氯甲苯2⁃氯甲苯正丙苯

1,3,5⁃三甲基苯

叔丁苯

1,2,4⁃三甲基苯1,3⁃二氯苯1,4⁃二氯苯仲丁苯

1,2⁃二氯苯⁃d4(内标2)

对异丙苯1,2⁃二氯苯正丁苯

1,2⁃二溴⁃3⁃氯丙烷1,2,4⁃三氯苯

1,2,3⁃三氯苯六氯丁二烯

加标量1μg/L

1.593.733.821.581.811.284.631.351.220.961.351.651.91

0.791.331.061.001.271.730.622.001.311.361.241.431.460.061.250.651.221.391.090.780.991.491.251.121.421.031.161.361.251.161.030.911.030.910.911.090.930.930.820.50

程麟钧等:土壤中挥发性有机物的快速测定方法125  

3 结论

VOCs,方法检出限为0.02~2.11μg/L,相对标准偏差为2.0%~13.5%,方法的精密度和准确度满足环境监测分析的需要。但是对于低含量的样品,该方法的准确度并不高,加标量为1μg/L时,回收率为6%~463%,待测组分在分析过程中的挥发流[6]史绵红,张劲松,张敏等.便携式气质联用仪在环境[7]杨翠萍,连进军,谭培功等.环境污染事故中挥发[8]程麟钧,吕怡兵,张颖,等.吹扫捕集GC/MS测定水

中VOCs的方法优化[J].中国环境监测,2008,24(3):16⁃20.

15(6):35⁃37.28(6):99⁃101.

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污染事件中的应用实例[J].环境科学导刊,2009,

用便携式气相色谱质谱联用仪测定土壤中的

性有机物快速定量方法[J].化学分析计量,2006,

失比较严重。该方法操作简便,几乎没有前处理过程,在突发环境污染事故应急监测现场,能够在最[9短的时间内对土壤中的54种VOCs进行有效定性和定量,满足了环境监测分析(尤其是应急监测工[10]作中)对于土壤中挥发性有机物监测的需要。参考文献:

[1]张焕珠为功能的影响,宋伟民[J]..挥发性有机化合物对小鼠神经行环境与职业医学,2005,22(2):

[2]环境保护部科技标准司112⁃115.

[11]物的测定顶空/气相色.谱土壤和沉积物挥发性有机

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测试学报,2003:22(1):86⁃88.

[13][5]李囯傲.水、土壤、气体样品中挥发性有机物分析方

封跃鹏谱测定,水房丽萍中挥,发邱赫男性有机,王伟物再.现便携式气相色谱质

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[J].EnvironSci

 

第32卷 第4期2016年8月中 国 环 境 监 测EnvironmentalMonitoringinChina

Vol.32 No.4

 

Aug.2016

土壤中挥发性有机物的快速测定方法

程麟钧,滕恩江

中国环境监测总站,国家环境保护环境监测质量控制重点实验室,北京100012

摘 要:本文建立了用便携式气相色谱⁃质谱仪快速测定土壤中VOCs的方法。该方法能够快速对土壤样品中VOCs进行定性分析和定量测定。当采样量达到5g时,方法检出限0.02~2.11μg/L,相对标准偏差2.0%~13.5%;加标20μg/L时,回收率63%~123%。采用该方法测定北京地区5个土壤样品,总体质量浓度为0~873μg/kg。关键词:便携式气相色谱⁃质谱仪;挥发性有机化合物;土壤DOI:10.19316/j.issn.1002⁃6002.2016.04.22

DeterminationofVolatileOrganicCompoundsinSoilSamplesbyPortableGasChromatography⁃MassSpectrometryCHENGLinjun,TENGEnjiang

StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofQualityControlinEnvironmentalMonitoring,ChinaNationalEnvironmentalMonitoringCentre,Beijing100012,China

Abstract:AmethodforthedeterminationofvolatileorganiccompoundsinsoilsamplesbyportableGasChromatography⁃MassSpectrometrywasestablished.ThemethodcanquicklyandaccuratelyonvolatileorganiccompoundsinsoilsamplesforfivesoilsamplesfromBeijingAreabyusedthismethod,theoverallconcentrationrangewas0⁃873μg/kg.Keywords:portableGasChromatography⁃MassSpectrometry;volatileorganiccompounds;soil

qualitativeandquantitative,whenthesamplereached5g,methoddetectionlimitwas0.02⁃2.11μg/L,therelativestandarddeviationwas2.0%⁃13.5%,andwhenthematrixstandardadditionwas20μg/L,therecoverywas63%⁃123%.Determined中图分类号:X833   文献标志码:A   文章编号:1002⁃6002(2016)04⁃0120⁃06

  土壤中的VOCs污染主要来自工业和生活污水的排放、石油或化工溶剂的泄漏,大气和颗粒物中的VOCs通过干湿沉降最终也进入到土壤中。土壤对VOCs有较强的吸附能力,所以对土壤中VOCs进行定性定量的检测分析,对了解被测地区土壤的污染状况具有重要意义[1⁃3]。

目前,针对VOCs的分析主要采用实验室仪器分析[4⁃5]和现场便携仪器监测2种方式。VOCs具有极易挥发和流失的特点,因此,虽然实验室仪器分析能够对VOCs准确定性和定量,但样品要经过运输、保存等多个中间环节,大大增加了样品挥发的可能,分析结果缺乏及时性,因此急需建立现场实时快速分析方法。便携气相色谱⁃质谱仪能在现场同时对多组分复杂有机物进行定性定量分析,前处理简便,最大限度地减少了样品在上机之前处理的步骤,对于快速准确测定土壤中VOCs的含量具有重要意义,在环境监测尤其是事故现场应急监测中发挥越来越重要的作用[6]。

收稿日期:2015⁃10⁃06;修订日期:2015⁃12⁃28

作者简介:程麟钧(1980⁃),女,黑龙江鹤岗人,硕士,工程师。通讯作者:滕恩江

VOCs的定性定量方法研究已见报道[7⁃9],但是在现场应急监测中用便携式气相色谱⁃质谱仪测定土壤中VOCs的研究报道很少。本文探讨了采用便携式气相色谱⁃质谱仪测定土壤中VOCs的可行性,方法简便,前处理简单,方法的精密度和准确度满足环境监测分析的需要,尤其是在突发环境污染事故应急监测现场,能够在最短的时间内对土壤中的54种VOCs有效地进行定性和定量,填补了现场应急监测中测定土壤中VOCs的方法空白。

便携式气相色谱⁃质谱仪测定空气和水中

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

实验用分析仪器:HAPSITE便携式气相色0.32mm×1.0μm);顶空进样器(美国);40mL谱/质谱仪(美国);SPB⁃1气相色谱柱(30m×

程麟钧等:土壤中挥发性有机物的快速测定方法121  

顶空瓶(美国)。

200mg/L;内标物:氟苯,1,2⁃二氯苯⁃d4(美国),质量浓度为2000mg/L。释为200mg/L,待用。

仪器色谱条件:50℃保持7min,以5℃/min升温至110℃,之后以20℃/min升温至180℃,保持2.5min。载气为高纯氮气[8⁃9]。仪器质谱条

内标溶液:实验前将内标物标液用超纯水稀1.2 分析条件

54种VOCs混合标样(美国),质量浓度为

件:SCANm/z为45~300,电离能量为70eV,时间为0.94s[10]。

顶空进样器条件:平衡温度60℃;传输线温

度60℃,加热时间20min;柱冷却时间1min;进样时间15s[11]。

在选定的实验条件下,对54种VOCs混合

标样以及2种内标进行分析,56种物质除间、对二甲苯无法分离外,其他都得到很好的分离,并且离子丰度绝大部分都很好。总离子流图见图1。

9.1,2⁃二氯乙烷;10.1,1,1⁃三氯乙烷;11.1,1⁃二氯丙烯;12.苯;13.四氯化碳;14.氟苯(内标1);15.二溴甲烷;16.1,2⁃二氯丙烷;24.一氯二溴甲烷;25.1,2⁃二溴乙烷;26.四氯乙烯;27.氯苯;28.1,1,1,2⁃四氯乙烷;29.乙苯;30.三溴甲烷;31.间、对二甲苯;

32.苯乙烯;33.邻二甲苯;34.1,1,2,2⁃四氯乙烷;35.1,2,3⁃三氯丙烷;36.溴苯;37.异丙苯;38.4⁃氯甲苯;39.2⁃氯甲苯;

40.正丙苯;41.1,3,5⁃三甲基苯;42.叔丁苯;43.1,2,4⁃三甲基苯;44.1,3⁃二氯苯;45.1,4⁃二氯苯;46.仲丁苯;

47.1,2⁃二氯苯⁃d4(内标2);48.对异丙苯;49.1,2⁃二氯苯;50.正丁苯;51.1,2⁃二溴⁃3⁃氯丙烷;

52.1,2,4⁃三氯苯;53.萘;54.1,2,3⁃三氯苯;55.六氯丁二烯。

17.一溴二氯甲烷;18.三氯乙烯;19.顺⁃1,3⁃二氯丙烯;20.反⁃1,3⁃二氯丙烯;21.1,1,2⁃三氯乙烷;22.甲苯;23.1,3⁃二氯丙烷;

1.1,1⁃二氯乙烯;2.二氯甲烷;3.反⁃1,2⁃二氯乙烯;4.1,1⁃二氯乙烷;5.顺⁃1,2⁃二氯乙烯;6.溴氯甲烷;7.氯仿;8.2,2⁃二氯丙烷;

图1 标准样品总离子流图

2 结果与讨论

2.1 标准曲线及方法的检出限和精密度2.1.1 标准曲线的建立

将54种VOCs混合标样配制成目标化合物

20μg/L[12]。

根据设定的分析条件测定,得到5个不同质

量浓度值的化合物数据文件,利用HAPSITE软件的calibrate校准功能建立相应的标准曲线,得到各待测组分的回归方程。54种化合物的相关系2.1.2 方法的检出限和精密度数为0.998~1.000。

质量浓度分别为1、5、10、20、50μg/L的5种质量浓度混合标液,溶液中内标物的质量浓度为

依据美国EPASW⁃846方法检出限的计算

122 中 国 环 境 监 测第32卷 第4期 2016年8月 

公式为MDL=t×S[13]。重复测定7次、置信区间99%时,t=3.143;S为重复测定7次的标准偏差。

取空白土壤样品5g加入顶空瓶,注入配制10mL,平行测定7次,根据上式计算出每种化合

序号

12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455

组分

1,1⁃二氯乙烯二氯甲烷反⁃1,2⁃二氯乙烯1,1⁃二氯乙烷顺⁃1,2⁃二氯乙烯

溴氯甲烷氯仿

2,2⁃二氯丙烷1,2⁃二氯乙烷1,1,1⁃三氯乙烷1,1⁃二氯丙烯

苯四氯化碳氟苯(内标1)二溴甲烷1,2⁃二氯丙烷一溴二氯甲烷三氯乙烯顺⁃1,3⁃二氯丙烯反⁃1,3⁃二氯丙烯1,1,2⁃三氯乙烷

甲苯

1,3⁃二氯丙烷一氯二溴甲烷1,2⁃二溴乙烷四氯乙烯氯苯

1,1,1,2⁃四氯乙烷

乙苯三溴甲烷间、对二甲苯苯乙烯邻二甲苯

1,1,2,2⁃四氯乙烷1,2,3⁃三氯丙烷

溴苯异丙苯4⁃氯甲苯2⁃氯甲苯正丙苯

1,3,5⁃三甲基苯

叔丁苯

1,2,4⁃三甲基苯1,3⁃二氯苯1,4⁃二氯苯仲丁苯

1,2⁃二氯苯⁃d4(内标2)

对异丙苯1,2⁃二氯苯正丁苯

1,2⁃二溴⁃3⁃氯丙烷1,2,4⁃三氯苯

1,2,3⁃三氯苯六氯丁二烯

物的检出限,该方法测定土壤中各组分的检出限为0.04~2.76μg/kg。

根据平行测定7次的标准偏差结果,计算各个组分的相对标准偏差RSD为2.0%~13.5%。差见表1。

54种VOCs的相关系数、检出限、相对标准偏

最低检出限/(μg·kg-1)

0.140.440.320.480.400.140.620.040.420.080.401.760.12

0.280.300.600.181.040.440.260.960.460.440.360.561.500.542.680.121.400.160.820.220.321.901.001.340.184.220.620.780.460.520.400.861.280.222.760.120.281.080.420.10

相对标准偏差/%

3.55.06.16.52.38.16.35.66.43.97.86.79.0

5.910.313.52.25.68.47.32.88.110.67.58.45.67.82.04.86.16.44.97.77.53.65.04.710.18.36.15.29.54.04.17.97.02.09.14.87.07.14.14.9

好的含有1μg/L内标物的1μg/L标准溶液

表1 54种VOCs的相关系数、检出限和相对标准偏差

相关系数1.0000.9990.9980.9991.0000.9980.9990.9991.0001.0000.9980.9980.9990.9990.9980.9961.0000.9990.9990.9981.0000.9990.9980.9990.9990.9990.9981.0000.9991.0000.9991.0000.9991.0001.0000.9990.9990.9990.9990.9990.9990.9981.0001.0000.9980.9991.0000.9980.9990.9980.9981.0000.999

 注:空表示没有相应数据。下同。

程麟钧等:土壤中挥发性有机物的快速测定方法123  

2.2 实际土壤样品分析2.2.1 样品的采集

序号12345678表3 实际样品的测定结果

组分1,1⁃二氯乙烯反⁃1,2⁃二氯乙烯顺⁃1,2⁃二氯乙烯

溴氯甲烷氯仿2,2⁃二氯丙烷1,1⁃二氯乙烷二氯甲烷

1号样品12.822.32.1712.926.717.3473301

2号样品7.2821.53.9815.635.57.92469320

3号样品16.56.753.6213.744.210.8484308

4号样品12.73.576.708.0618.810.2440231

μg/kg

5号样品11.26.094.961.6122.48.85507316

由于挥发性有机物的强挥发性,样品采集过

程中最大的难点是从采样到上机全程样品的密闭问题,因此,我们没有采集混合样,样品均是选取区域内较为合理的单点位采集的。选用的采样工具为CHEMISPHERE手持采样器和一次性采样管,在选定的采样点位,全封闭式采集土壤样品,样品采集后密封在一次性采样管中,上机测定时直接转入样品瓶中,最大限度地减少了样品中待测物质的挥发损失。分别在城区内居民住宅区、5路边绿化带个土壤样品、郊区农田,其中工业区采集样品、工业区4个典型区域采集个区域各采集样品1个。采样量为52g,个采集表层,其他3集部分土壤5~20cm土壤,烘箱中,每个点位平行采集120℃反复烘干23份次。,用作实同时采验室空白土壤样品2.2.2 。

将5样品的前处理

个土壤样品烘干,测定其含水率,并根据

含水率计算样品实际质量,结果见表2。顶空进样瓶中注入10mL超纯水,并加入1μL内标储备液μg(200/L,将密封于采样管中的土壤样品迅速加入顶

mg/L),溶液中内标物的质量浓度为20空瓶中,并加盖压紧密封。静置30min,按第1.2节给出的条件进行分析。

表2 样品含水率及实际重量

编号1采样量样品含水率2工业区样品名称5/g

13./%

样品净重3居民区1号515.74./g

4农田513.34.3154.2355

工业区路边2号

55

16.9.286

4.3404.510170

2.2.3 依照第样品的分析

1.2节分析条件对5个土壤样品进行

分析,测定结果见表3。5个样品各组分的总体含量为0~873μg/kg,其中二氯甲烷、氯仿、1、2⁃二氯乙烷、苯、四氯化碳及甲苯六种化合物的含量特295、475、115、211、308、693别高,在5个土壤样品中的平均含量分别达到了

物都是在化工、制药、科研等领域常用的有机试μg/kg。这几种化合剂,在土壤中的累积效应是非常明显的。

在5个土壤样品中,乙苯之前的28个化合物的含量均占到VOCs总含量的99.7%以上,各种有机化合物在不同类型土壤中总体分布比较一致,但是2个工业区土壤样品中的甲苯含量明显偏高。109

1,2⁃二氯乙烷122111,6.1235.10899.2.121121,1,1⁃1⁃二氯丙烯三氯乙烷4.434.73.722.2.48132018714四氯化碳苯2.492489334717360293220532.543272121526730415氟苯二溴甲烷(内标1)1640.32.171,29.339.29.21.618一溴二氯甲烷2⁃二氯丙烷5.531.618.345.4.61943.152.73.449.827.116.727.41.2520顺反⁃1,三氯乙烯⁃1,3⁃3⁃二氯丙烯15.821二氯丙烯

9.874.466.943.664.144.50626.574.425.7719.6221,1,2⁃甲苯三氯乙烷3.2387366712.8260318.6131713.6264243.749050241,一氯二溴甲烷

3⁃二氯丙烷9.4.255.381.6.4.17.29261,23.264.2215.2011.0527四氯乙烯2⁃二溴乙烷12.2281.09.073.17.622.540.434

098.54.57291,1,1,氯苯3.231.4.94025.228.886.314.32.5330三溴甲烷乙苯

2⁃四氯乙烷

49.8332.19044.28.11033.07810.631

0.32间、对二甲苯0.1420.1790.3170.29.18330.724340.0920.0.0394210.0.683420.2640430.0.396548351,邻二甲苯苯乙烯0.374361,1,2,2,3⁃2⁃三氯丙烷

四氯乙烷0.0320.0.2411260.0240.0.4612190.0.791306370.031380.0330.0.0260.0440.0520.1540.0260.0470.061394⁃异丙苯溴苯0.008080.1050.0290.0.08401

402⁃氯甲苯0.0230.41正丙苯氯甲苯0.0130.0080.0190.006090.0750.0850.0220.0140.0660.0060.0160.0430.0050.1020.044421,3,0.006108

43叔丁苯5⁃三甲基苯0.441,0.0120.0.003020.0.0140050.0.0090120.0.062009451,2,4⁃三甲基苯0.0782680.0.1020610.0.0320840.0.1110380.101461,4⁃3⁃二氯苯二氯苯470.2.003780.2.003140.2.018280.2.0.2.01600300.5901

481,2⁃二氯苯仲丁苯

490.501,对异丙苯⁃d4(内标2)

0.0060.0.0.510.0360.005521,0.0040.0140120.0.020.282010.0090.3030250.0080.179531,2⁃二溴正丁苯

2⁃二氯苯2,4⁃⁃3⁃三氯苯

氯丙烷0.017540.0640.00.01755

1,六氯丁二烯

2,3⁃萘

三氯苯0.4480.0410.0.0.0140.01401

0.2870.056040.00.068072

0.5350810.1380

0.4660.2460.015013

0.5730.072011

124 中 国 环 境 监 测第32卷 第4期 2016年8月 

2.2.4 空白样品的加标回收率

对5g空白土壤样品进行加标,加标量分别

162%;加标量10μg/L时,回收率为71%~130%;加标量20μg/L时,回收率为63%~123%。说明对于VOCs含量低的样品,方法准确度并不高,待测组分在分析过程中的挥发流失依然是一个很大的问题。

加标量20μg/L

0.940.831.171.071.130.940.970.720.780.630.820.910.84

0.661.070.800.630.710.990.820.840.941.231.080.971.211.120.791.000.751.420.801.150.930.990.960.851.110.821.021.070.981.050.980.840.980.980.691.220.940.960.960.70

加标回收率/102

加标量5μg/L加标量10μg/L

1.021.251.120.9991.621.521.231.231.331.300.921.061.461.260.821.061.050.870.670.850.841.061.041.090.941.15

0.651.090.850.650.761.010.730.930.981.130.920.851.181.120.860.790.811.070.841.040.881.070.960.851.130.770.981.080.970.950.950.770.850.880.640.650.730.840.480.77

0.711.190.880.720.831.020.831.011.081.221.021.161.281.150.940.940.851.130.851.630.921.121.130.951.310.901.081.291.071.091.091.001.181.010.810.850.990.970.940.97

为1、5、10、20μg/L,平行测定3次,结果见表4。463%;加标量5μg/L时,回收率为48%~加标量1μg/L时,54种化合物的回收率为6%~

表4 54种VOCs的加标回收率

序号12345678910111213151516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455

组分

1,1⁃二氯乙烯二氯甲烷反⁃1,2⁃二氯乙烯1,1⁃二氯乙烷顺⁃1,2⁃二氯乙烯

溴氯甲烷氯仿

2,2⁃二氯丙烷1,2⁃二氯乙烷1,1,1⁃三氯乙烷1,1⁃二氯丙烯

苯四氯化碳氟苯(内标1)二溴甲烷1,2⁃二氯丙烷一溴二氯甲烷三氯乙烯顺⁃1,3⁃二氯丙烯反⁃1,3⁃二氯丙烯1,1,2⁃三氯乙烷

甲苯

1,3⁃二氯丙烷一氯二溴甲烷1,2⁃二溴乙烷四氯乙烯氯苯

1,1,1,2⁃四氯乙烷

乙苯三溴甲烷间、对二甲苯苯乙烯邻二甲苯

1,1,2,2⁃四氯乙烷1,2,3⁃三氯丙烷

溴苯异丙苯4⁃氯甲苯2⁃氯甲苯正丙苯

1,3,5⁃三甲基苯

叔丁苯

1,2,4⁃三甲基苯1,3⁃二氯苯1,4⁃二氯苯仲丁苯

1,2⁃二氯苯⁃d4(内标2)

对异丙苯1,2⁃二氯苯正丁苯

1,2⁃二溴⁃3⁃氯丙烷1,2,4⁃三氯苯

1,2,3⁃三氯苯六氯丁二烯

加标量1μg/L

1.593.733.821.581.811.284.631.351.220.961.351.651.91

0.791.331.061.001.271.730.622.001.311.361.241.431.460.061.250.651.221.391.090.780.991.491.251.121.421.031.161.361.251.161.030.911.030.910.911.090.930.930.820.50

程麟钧等:土壤中挥发性有机物的快速测定方法125  

3 结论

VOCs,方法检出限为0.02~2.11μg/L,相对标准偏差为2.0%~13.5%,方法的精密度和准确度满足环境监测分析的需要。但是对于低含量的样品,该方法的准确度并不高,加标量为1μg/L时,回收率为6%~463%,待测组分在分析过程中的挥发流[6]史绵红,张劲松,张敏等.便携式气质联用仪在环境[7]杨翠萍,连进军,谭培功等.环境污染事故中挥发[8]程麟钧,吕怡兵,张颖,等.吹扫捕集GC/MS测定水

中VOCs的方法优化[J].中国环境监测,2008,24(3):16⁃20.

15(6):35⁃37.28(6):99⁃101.

法研究[D].北京:首都师范大学,2013.

污染事件中的应用实例[J].环境科学导刊,2009,

用便携式气相色谱质谱联用仪测定土壤中的

性有机物快速定量方法[J].化学分析计量,2006,

失比较严重。该方法操作简便,几乎没有前处理过程,在突发环境污染事故应急监测现场,能够在最[9短的时间内对土壤中的54种VOCs进行有效定性和定量,满足了环境监测分析(尤其是应急监测工[10]作中)对于土壤中挥发性有机物监测的需要。参考文献:

[1]张焕珠为功能的影响,宋伟民[J]..挥发性有机化合物对小鼠神经行环境与职业医学,2005,22(2):

[2]环境保护部科技标准司112⁃115.

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测试学报,2003:22(1):86⁃88.

[13][5]李囯傲.水、土壤、气体样品中挥发性有机物分析方

封跃鹏谱测定,水房丽萍中挥,发邱赫男性有机,王伟物再.现便携式气相色谱质

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[J].EnvironSci


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