安益谱 7600 气质联用仪测定土壤和沉积物中挥发性有机物的方法研究
技术博客 | 2025-09-18 | 阅读
挥发性有机物（VOCs）是一类具有低沸点、易挥发特性的有机化合物，广泛存在于土壤和沉积物环境中。这类物质多来源于工业排放、农业活动、生活垃圾渗滤液等，不仅具有异味，部分物质（如苯、氯仿、四氯化碳等）还具有强毒性、致癌性和生物累积性，会通过土壤渗透、地下水迁移等途径威胁生态系统安全，甚至通过食物链进入人体，对人类健康构成严重隐患。
《HJ 605-2011 土壤和沉积物 挥发性有机物的测定 吹扫捕集 / 气相色谱 - 质谱法》是我国环境监测领域测定土壤和沉积物中 VOCs 的核心标准方法。传统检测手段存在前处理复杂、灵敏度低、抗干扰能力弱等问题，而吹扫捕集 - 气相色谱 - 质谱联用技术（P&T-GC-MS） 凭借 “无溶剂富集 + 高分离效率 + 高特异性检测” 的优势，能有效捕获痕量 VOCs，且避免了有机溶剂对样品的二次污染，成为当前环境介质中 VOCs 检测的主流技术。
安益谱 7600 气相色谱质谱联用仪作为国产高端分析设备，在性能稳定性、检测灵敏度和操作便捷性上表现优异。本研究基于该仪器，结合吹扫捕集前处理技术，建立土壤和沉积物中 71 种 VOCs 的检测方法，旨在为环境监测机构、科研单位提供高效、可靠的技术方案，助力土壤污染调查与风险管控，保障生态环境与人体健康。
安益谱7600单四极杆气相色谱质谱联用仪
本方法以《HJ 605-2011》为技术依据，通过 “吹扫捕集前处理 - 气相色谱分离 - 质谱检测” 三步实现土壤和沉积物中 VOCs 的定性与定量，核心原理如下：
- 吹扫捕集前处理：将土壤或沉积物样品与超纯水混合，置于吹扫瓶中，通入高纯氮气（或氦气）作为吹扫气，将样品中挥发性有机物吹脱至捕集管（填充吸附剂）中；待吹扫完成后，通过程序升温使捕集管中的 VOCs 快速脱附，随载气进入气相色谱仪，实现痕量 VOCs 的富集与无溶剂引入。
- 气相色谱分离：选用弱极性色谱柱（AB-624），通过优化柱温程序（初始低温保留低沸点组分，梯度升温分离高沸点组分），使 71 种 VOCs 按保留时间差异依次流出，避免色谱峰重叠干扰。
- 质谱检测：采用电子轰击离子源（EI）将流出的 VOCs 离子化，通过全扫描（SCAN）模式获取化合物的完整质谱图，结合保留时间和特征离子进行定性；通过选择离子（SIM）模式监测目标化合物的特征离子对，结合内标法（添加氟苯、氯苯 - D5 等内标）进行定量，提高检测灵敏度与准确性。
为满足土壤和沉积物中痕量 VOCs 的检测需求，实验采用以下仪器配置，确保前处理效率与检测精度：
- VOCs 混合标准品：包含二氯二氟甲烷、氯甲烷、苯、甲苯、氯苯等 71 种目标化合物（纯度均≥98%），用于配制标准系列溶液。
- 内标物质：氟苯（CAS：462-06-6，纯度≥99%）、氯苯 - D5（CAS：3114-55-4，纯度≥99%）、1,4 - 二氯苯 - D4（CAS：3855-82-1，纯度≥99%），终浓度均为 50 μg/L，用于校正样品前处理损失与仪器响应波动。
- 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），用于评估前处理效率与基质干扰程度。
- 试剂：甲醇（色谱纯）—— 用于溶解标准品，配制标准储备液；高纯氮气（纯度≥99.999%）—— 作为吹扫捕集的吹扫气与载气。
- 空白基质：经验证不含目标 VOCs 的石英砂或洁净土壤（过 100 目筛），用于基质匹配校正，减少土壤基质对检测结果的影响。
- 样品采集与制备：采集土壤或沉积物样品，去除石子、植物残体等杂质，过 100 目筛，置于棕色玻璃瓶中密封，4℃冷藏保存，24 h 内完成检测。
- 样品提取：准确称量 10.0 g 样品置于 40 mL 吹扫瓶中，加入 20 mL 超纯水，振荡 10 min，使样品中 VOCs 充分溶出；若样品含水率较低（＜20%），可适当增加超纯水用量至液固比 2:1，确保吹扫效率。
- 内标与替代物添加：向吹扫瓶中加入 10 μL 500 μg/L 内标混合液和 10 μL 500 μg/L 替代物混合液，使内标和替代物终浓度均为 50 μg/L，加盖密封，摇匀。
- 吹扫捕集：将吹扫瓶连接至 PTC-III 吹扫捕集仪，设定吹扫条件：吹扫时间 11 min，捕集管温度 35℃，吹扫气流量 40 mL/min；脱附条件：脱附温度 250℃，脱附时间 1 min，脱附后捕集管反吹 5 min（去除残留杂质）；脱附后的 VOCs 随载气进入气相色谱仪。
为实现 71 种 VOCs 的有效分离，结合 AB-624 色谱柱的特性，优化色谱条件如下：
- 色谱柱：AB-624（30m×250μm×1.4μm）；
- 载气：高纯氮气（纯度≥99.999%），恒流模式，流量 1.0 mL/min；
- 进样口温度：200℃，分流进样，分流比 20:1（减少进样量过载，改善峰形）；
- 柱温程序：初始温度 38℃，保持 1.8 min（保留低沸点组分如二氯二氟甲烷、氯甲烷）；以 10℃/min 速率升温至 120℃（分离中等沸点组分如苯、氯仿）；再以 15℃/min 速率升温至 240℃，保持 5 min（分离高沸点组分如萘、1,2,3 - 三氯苯，同时老化色谱柱）；
- 溶剂延迟：1.5 min（避免溶剂峰干扰低沸点 VOCs 检测）。
通过全扫描（SCAN）模式确定各 VOCs 的保留时间与特征离子，再通过选择离子（SIM）模式优化特征离子监测参数，提高检测灵敏度，具体条件如下：
- 离子源温度：300℃（确保 VOCs 充分离子化，减少吸附损失）；
- 传输线温度：250℃（避免 VOCs 在传输过程中冷凝）；
- 扫描模式：定性采用 SCAN 模式（扫描范围 35~270 amu），定量采用 SIM 模式（监测各目标物的第一、第二特征离子，详见表 1）；
- 倍增器电压：根据空白噪音水平调节（通常为 1500~1800 V），确保目标物信噪比（S/N）≥3。
五、内标法校正曲线
