吹扫-捕集气相色谱-质谱法
方法提要
借助吹扫-捕集装置，用高纯氦 (或氮) 气将土壤试样中的卤代烃、苯系物、内标、替代物标准等可吹扫挥发性有机物吹脱出并被装有适当吸附剂的捕集阱捕集，捕集后的挥发性有机物经加温、高纯氦气解析后直接导入气相色谱毛细管柱，程序升温色谱分离后质谱检测。
方法适用于土壤试样中甲基叔丁基醚、卤代烃、苯系物、氯苯类等挥发性有机物(VOCs) 的测定。本方法可以检测下列化合物 (表85.13) 。
表85.13 分析化合物列表
方法检出限与仪器灵敏度和试样基质等有关，当取样量为 5.00g 时，检出限为0.20～ 0.80ng / g。
仪器与装置
气相色谱-质谱仪 能满足检测灵敏度要求的四极杆气相色谱-质谱联用仪或离子阱气相色谱-质谱联用仪。电子轰击源 (EI) 。
吹扫-捕集系统 根据待测目标物选择适当捕集阱，推荐选用由聚 2，6-苯基对苯醚 (Tenax)-硅胶-碳分子筛各为 1/3 填料制作的捕集阱。5mL、25mL 两种型号砂芯式吹扫管。根据目标物检出限和 GC-MS 灵敏度确定试样吹扫体积。常用 5mL 吹扫管，如果 5mL 满足不了目标物检出限要求，再选用 25mL 吹扫管。
气相色谱柱 能保证各待测目标物较好分离并与吹扫-捕集、质谱检测相匹配，推荐以下型号色谱柱:
色谱柱1，DB-624弹性石英毛细管柱，60m×0.32mmi.d，1.8μm膜厚;
色谱柱2，Rtx-502.2弹性石英毛细管柱，60m×0.32mmi.d，1.8μm膜厚;
色谱柱3，HP-5、DB-5、SPB-5等，30m×0.25或0.32mmi.d，1.0μm膜厚。
40mL带内衬有聚四氟乙烯膜螺旋盖的VOA专用样品瓶。
搅拌磁转子。
10μL、25μL、50μL、100μL、1000μL、5000μL气密性微量注射器。
容量瓶50mL，带磨口塞的A级容量瓶。
样品瓶40mL，带内衬有聚四氟乙烯膜螺旋盖棕色VOA瓶。
试剂
空白试剂水蒸馏水在高纯氮气流下煮沸30min，冷却后GC-MS检测，不含或低于待测目标物检出限。
空白土壤不含或低于待测目标物检出限的土壤。
甲醇农残级或HPLC级。不含目标物或低于待测目标物检出限。保存在无污染区。
保护剂一水合硫酸氢钠，200g/L水溶液。
挥发性有机化合物混合标准物质甲基叔丁基醚、卤代烃、苯系物、氯苯类等挥发性混合标准物质。根据需要购买不同含量的有证混合标准储备液。所有标准储备液均在-18℃以下的冰箱中保存备用。
二级储备液用气密性微量注射器将挥发性有机化合物标准溶液稀释至10μg/mL，甲醇定容，在-18℃以下冰箱中保存备用。
标准的定期校正挥发性有机物标准应该定期检查，当发现与最早标准相比偏差大于15%时应更新标准。
替代物标准4-溴氟苯、甲苯-d8、二溴氟甲烷，甲醇介质，逐级稀释至50μg/mL。P＆T-GC/MS分析前，由自动进样器将1μL替代物溶液添加到每一个样品、标准和空白中。用于监测样品处理、分析带来的污染、基体干扰等。替代物标准溶液应在-18℃保存备用。
内标氟苯、1，4-二氯苯-d4等，甲醇介质。分析前由自动进样器将浓度50μg/mL的内标1μL添加到标准、样品和空白样品中，内标法定量。内标需在-18℃保存备用。
载气氦气、氮气，纯度99.999%，分别通过装有5分子筛、活性炭、硅胶的净化管净化。
分析天平0～50g量程，精确度达到0.0001g。
样品采集、保存和制备
将1粒搅拌磁转子和200g/L硫酸氢钠基体保护剂溶液5mL加入到40mLVOA小瓶中，盖好盖后称量，记下质量。当采样点位置确认后，打开已称量的采样瓶，迅速将质量约为5g的土壤样品放入小瓶中，并立即擦净螺纹口上粘附的土壤并封盖。清除瓶身外侧粘附的土壤，再次称重并记下质量。两次质量差即为土壤样品取样量。一个样品应同时采集正负双样。同时再采集一瓶无任何保护剂的原样一瓶(40mLVOA)，顶上不留空间。用作备份样和含水量测定。对高含量样品可以只采集原样一瓶，实验室分取后直接测定。采集的试样需低温保存并尽快送实验室检测。带基体保护剂的试样需倒置放置。加保护剂的样品用于低含量样品检测，原样用于样品验证和高含量样品测定。
样品到达实验室后立即转入4℃左右冷藏设备中保存直到分析，运输过程中和样品贮存区应远离可能导致污染的挥发性有机物气体。不能在有尾气存在的地方采集或贮存样品。
所有样品在采集后尽快分析，保存期不超过10d。
分析步骤
1)校准曲线。准确称取5.00g空白土壤于40mL样品瓶中，加入1粒搅拌磁转子、5mL200g/L硫酸氢钠基体保护剂，再加入不同质量的目标物标准溶液，迅速封盖，上机分析。
初始标准。配制0.00ng、10.0ng、50.0ng、100ng、400ng、800ng、1500ng系列质量水平的标准。按吹扫捕集-气相色谱质谱法的预处理步骤处理和分析，通过质量与对应响应值进行线性回归，得到待测目标物线性回归方程。挥发性有机物标准不稳定，标准系列需每天重新配制。
确证标准。配制标准曲线中中等质量的标准溶液(本方法推荐200ng)作为标准曲线的确证标准。至少每测定10个试样后，或分析结束时，应用确证标准确证标准曲线，如确证标准与初始标准的偏差超过20%时，应重新配制标准曲线。超标试样应在新标准曲线下重新测定。
气相色谱条件。气化室温度190℃，分流进样，分流比1∶15，柱前压74.2kPa。程序升温，初温40℃，保持2min，以10℃/min升至180℃，再以40℃/min升至220℃，保持4min。
质谱条件。离子源温度200℃，接口温度210℃。离子源EI源，电离能量70eV。全扫描检测模式，扫描速度600u/s，扫描范围45～280m/z，溶剂延迟时间3min。选择离子扫描，目标化合物定性及定量离子见表85.14。目标物、替代物标准、内标定量离子首选基峰离子，如遇干扰则选无干扰离子。
表85.14 目标化合物特征离子表
续表
吹扫-捕集条件。吹脱气(高纯氮气)流速40mL/min，吹扫时间11min，样品温度40℃。脱附预热时间2min，预热温度40℃;脱附温度190℃，脱附时间0.5min;烘焙温度220℃;烘焙时间10min;除水装置温度，吹扫时110℃，烘焙时240℃。
GC-MS仪器调谐。先用全氟三丁胺(FC-43)对GC-MS仪器进行自动调谐(Autotune)，满足全氟三丁胺质量强度标准后，再用25ng4-溴氟苯(BFB)调节GC/MS系统，使其满足表85.15的规定，方能开始试样分析。每隔12h需要用4-溴氟苯继续对GC/MS校准，使其持续满足表85.15的规定。
表85.15 4-溴氟苯质量强度准则①
2)试样检测。将现场采集好的样品(已经加有基体保护剂和搅拌子)进行吹扫-捕集气相色谱-质谱测定，测定前由自动进样器加入1μL浓度为50μg/mL的替代物标准(4-溴氟苯、甲苯-d8、二溴氟甲烷)和内标(氟苯、1，4-二氯苯-d4)到要分析的试样中。余下按分析条件工作。高含量样品采用从原样中分取适当质量样品测定。
3)色谱图的考察。
图85.3 33种挥发性有机物标准总离子流色谱图
4)定性、定量分析。
a.定性分析。将试样待测物保留时间、扣除本底空白质谱图与预期标准目标物保留时间、质谱图相比较并结合随机谱库进行定性分析。试样分析时间与标准分析时间相差不得超过12h。峰高极大值对应的时间即为保留时间。
在仪器状态稳定的条件下，定性的确证必须满足试样待测目标物保留时间、质谱图与标准目标物的保留时间、质谱图相一致。即试样待测目标物保留时间应在标准目标物保留时间的±0.06min之内，且标准质谱图中相对强度大于10%的所有特征离子必须出现在试样质谱图中，扣除背景后的试样中离子强度与标准质谱图中离子强度符合度偏差应在±20%之内(例，在标准质谱图中一个具有丰度为50%的离子，在试样中相应强度应在30%～70%之间)。对有些重要离子(如分子离子)，虽然其相对强度小于10%，也应列入评估中。
b.定量分析。内标法定量。所有定量均采用目标化合物定量离子的峰面积定量。以标准系列中各目标化合物峰面积与内标峰面积的比对目标化合物质量作图，得到该目标化合物定量校准曲线。根据试样中目标物与内标物的峰面积比，由定量曲线得到试样中目标物的质量，再根据取样量计算出试样中浓度。目标化合物峰面积、内标峰面积和定量校准曲线可以由GC-MS仪器工作软件自动完成，定量校准曲线也可以由EXCEL工作软件完成。对自动积分的峰面积应仔细检查峰基线，对不合理基线进行手动修正。试样中挥发性有机物含量的计算:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
至少采用5个质量浓度水平制作校准曲线，校准曲线的线性相关系数必须满足R2≥0.995。
对含量接近检出限水平的试样，可以采用与其浓度相近的标准单点校准。对于含量超过标准曲线上限的试样应减小取样量或稀释，重新测定，使其峰面积保持在校准曲线的线性范围内。对于含水量大于1%的试样应作校正，报出结果为干基结果。
5)质量控制。
实验室试剂加标。每批试样或至多20个试样要进行一次实验室试剂加标分析，按回收率百分数来计算准确度。假如分析组分回收率不在60%～130%，初步认为分析失控，必须查找问题原因并加以解决，否则不能继续分析试样。
试样基体加标。每批试样或至多20个试样进行一个试样基体加标分析。加标浓度不得低于原始试样的背景浓度。
空白和平行双样。每批试样或至多20个试样至少进行一个全流程试剂空白和一个平行双样分析，以监测分析流程中玻璃器皿、试剂、溶剂等带来的干扰和分析精度。
必须调节GC-MS系统符合4-溴氟苯要求(表85.15)。
确证检查。检查时间为每日分析开始和分析结束，以评价分析系统是否正常。当分析超过8h或每分析10个试样后，应用确证标准检查仪器的工作状态，若确证标准与最初标准相比偏离大于20%，需重新测定标准系列，若偏离仍大于20%，需重新制作校准曲线。
替代物标准回收率限值。见表85.16。
表85.16 替代物标准回收率限值
6)方法性能指标。
方法检出限。准确称取5.00g空白土于40mLVOA样品瓶中，加入搅拌磁转子、5mL200g/L硫酸氢钠基体保护剂，再加入适量标准溶液使其添加质量约为10ng，迅速封口按选定工作条件分析。以3倍噪声信号对应的质量与所检测土壤质量的比作为待测组分方法检出限。表85.17是经多次测定后报出的方法检出限。
线性范围。在选定的分析条件下，氯乙烯的线性范围在8.0～1500ng之间，苯系物在2.00～1200ng，其他组分在3.00～1500ng之间。其线性相关系数均在0.997以上。
基体加标回收率及方法精密度。称取5.00g基体土于40mLVOA样品瓶中，加入转子、5mL200g/L硫酸氢钠基体保护剂，再加入适量标准溶液使其浓度为5ng/g，迅速封口按选定工作条件分析，平行测定7次，计算基体加标回收率及方法精密度。各组分的加标回收率及方法精密度见表85.17。
表85.17 检出限、基体加标回收率及方法精密度
续表
注意事项
1)检测过程中的污染主要可能源自实验室内产生的挥发性有机物如非聚四氟乙烯管路、吹扫气不纯和捕集阱可能带来干扰。试剂空白分析和校准可以反映污染的存在。如果发现空白中存在待测组分，应更换吹扫气和再生分子筛净化管。不能从检测组分中减空白的办法来校正。如果实验室报出了未经校正而又明显存在空白污染的检测结果时，应在检测报告中予以相应说明。
2)如果分析高浓度试样后接着分析低浓度试样会造成低浓度试样污染，分析结果失真。应在分析高浓度试样后分析一个或多个空白样，防止试样间的交叉污染和记忆效应。
3)特别注意分析二氯甲烷时环境带来的污染。二氯甲烷有很强的穿透性，在样品采集、运输、储存时应避免或远离二氯甲烷污染源，来自高浓度实验室的工作服都有可能带来污染。
4)在样品运输和储存过程中，由于挥发性有机物(特别是氟代烃和二氯甲烷)的扩散作用可能造成污染物渗透过样品瓶的密封垫进入样品或高浓度样品从内扩散到外面造成其他样品污染等，因此每个样品需用塑料袋封装保存或在塑料袋中加入一定量活性炭，并采集现场空白监测此类污染。
5)搅拌子、基体改进剂的添加应该在洁净实验室完成，第一次称量和第二次称量最好在样品采集现场同时进行。
6)正式取样前，最好在天平上预称5.0g，以估计体积大小，防止实际样品质量与5.0g偏离较大。
7)基体保护剂添加完后，盖上盖子，倒置，检查是否渗漏。如果渗漏，重新采样。
8)对含量较高试样也可采集原样回实验室分取后测定。