黃林艷，趙彥輝，趙亞嫻，魯炳聞，楊 剛，劉海萍，房麗萍

(國家環(huán)境保護污染物計量和標準樣品研究重點實驗室 環(huán)境保護部標準樣品研究所，北京 100029)

0 引 言

多氯聯(lián)苯（PCBs）為一類在環(huán)境中廣泛存在的持久性有機污染物，具有致癌、致畸、致突變的“三致毒性”[1]，是環(huán)境污染監(jiān)測的重要指標之一。監(jiān)測過程中使用的環(huán)境標準樣品是環(huán)境監(jiān)測與分析過程中進行量值傳遞與量值溯源的標準量具[2]，其中量值準確是環(huán)境標準樣品的重要特性之一。在環(huán)境標準樣品研制過程中，標準樣品原料的純度是影響標準樣品量值準確的關鍵因素。

有機物純品的純度測定通常采用色譜法，其中配備氫火焰離子化檢測器的氣相色譜（GC-FID）通常用于分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物純度[3-4]；配備紫外檢測器或二極管陣列檢測器的液相色譜（HPLC-UV/Vis或HPLC-PDA）通常用于分析難揮發(fā)或熱不穩(wěn)定的有機物純度[5]。然而，采用GC-FID和HPLC法時，為了盡可能檢出樣品中的雜質，通常要求樣品配制濃度高達幾千μg/mL，甚至更高。氣相色譜-質譜法（GC-MS）除了能在樣品濃度相對較低的條件下測定純度外，還能對主要雜質進行定性分析[6-7]。對于一些含有特定元素的有機物，如含鹵素的有機物，使用配備電子捕獲檢測器的氣相色譜（GC-μECD）能夠在主成分濃度較低的情況下進行純度測定[8]。由于PCBs純品在制備時的純化難度大、成本高，且為高毒物質，商品化的PCBs純品包裝單元一般較小。因此，在研制PCBs溶液標準樣品時，PCBs純品的純度測定應盡可能選擇在較低進樣濃度下檢出雜質的方法，以減少純品用量。本文以7種指示性PCBs純品為例，研究了常規(guī)的GC-FID法測定純品純度，并探索了GC-MS和GC-μECD方法在PCBs純品純度測定中的應用，為含鹵素有機物純品純度測定提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

7890A型氣相色譜儀（美國Agilent公司）；7890A/5975C型氣相色譜/質譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；XP240 型精密電子天平（精密度為 0.01 mg，瑞士Mettler-Toledo公司）。

異辛烷，HPLC 級，美國 J.T.Baker公司；PCB 28、52、101、118、138、153、180 純品均為美國Accustandard公司；7種指示性PCBs混合標準溶液，質量濃度為10 μg/mL，美國 Wellington Laboratories公司。

1.2 純度測定條件

GC-MS 條件：色譜柱：HP-5MS（30 m×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度：290 ℃；進樣體積：1 μL；進樣方式：不分流進樣；程序升溫：100 ℃（保持 2 min），以 15 ℃/min 升到 180 ℃，后以 3 ℃/min 升到 240 ℃，再以 10 ℃/min 升到 285 ℃（保持 3 min）；離子源溫度：230 ℃；四級桿溫度：150 ℃；全掃描方式：50～550m/z。

GC-FID 條件：色譜柱：HP-5MS UI（30 m×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度：280 ℃；進樣體積：1 μL；進樣方式：不分流進樣；空氣流量：100 mL/min；氫氣流量：30 mL/min；程序升溫：150 ℃，以 15 ℃/min 升到 180 ℃，后以 3 ℃/min 升到 240 ℃，再以 10 ℃/min升到 280 ℃；檢測器溫度：290 ℃。

GC-μECD 條件：色譜柱：HP-5MS UI（30 m×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度：280 ℃；進樣體積：1 μL；進樣方式：分流進樣，分流比為15:1；程序升溫：150 ℃，以 15 ℃/min 升到 180 ℃，后以 3 ℃/min 升到 240 ℃，再以 10 ℃/min 升到 280 ℃；檢測器溫度：290 ℃。

1.3 標準溶液配制

GC-FID 法：分別稱取 10 mg PCB 28、52、101、118、138、153、180純品，并分別溶于 4 mL 異辛烷中，制得樣品質量濃度均為 2 500 μg/mL，用于純度測定；質量濃度為10 μg/mL的7種指示性PCBs混合標準溶液用于GC-FID法的信噪比測定。

GC-MS和GC-μECD法：以異辛烷為稀釋溶劑，分別將配制的質量濃度2500 μg/mL的 PCB 28、52、101、118、138、153、180 溶液稀釋至 10 μg/mL，用于純度測定。將10 μg/mL的7種指示性PCBs混合標準溶液稀釋至20 ng/mL，用于GC-MS法的信噪比測定；類似方法配制10 ng/mL 的PCBs混合標準溶液，用于GC-μECD法的信噪比測定。

2 結果與討論

2.1 GC-MS法測定純度

GC-MS法可以根據化合物的分子離子和碎片離子的質荷比對未知化合物進行定性分析，因此，本研究采用全掃描方式對7種指示性PCBs純品主成分及其雜質進行分析。結果表明，GC-MS法測定質量濃度為20 ng/mL的7種指示性PCBs混合標準溶液，當進樣量為20 pg時，7種指示性PCBs能夠在GC-MS上得到很好的分離，且有明顯的響應，信噪比（Pk-pkS/N）為 10～20。因此，當進樣量達到10 ng時，含量在0.01%以上的低氯代和0.02%以上的高氯代PCBs同類物雜質完全能夠檢出。

圖1 GC-MS法測定7種指示性PCBs純度色譜圖

當進樣量達到10 ng時，7種指示性PCBs的全掃描色譜圖如圖1所示。通過NIST譜庫檢索，對各樣品中的主要雜質進行定性分析。通過質荷比分析和NIST譜庫檢索，推測PCB 28中存在的主要雜質為二氯聯(lián)苯，PCB 52中存在的主要雜質為三氯聯(lián)苯和四氯聯(lián)苯，PCB 101中存在的主要雜質為兩種六氯聯(lián)苯，PCB 118中存在的主要雜質為羥基代四氯聯(lián)苯、三氯聯(lián)苯、四氯聯(lián)苯。PCB 138和PCB 153中除了主成分和柱流失峰，未明顯檢出其他雜質。PCB 180中存在的主要雜質為兩種六氯聯(lián)苯。由于不同氯取代數的PCBs同分異構體較多，在色譜條件有限及缺乏足夠標準品的情況下，很難確定雜質具體為哪種PCBs同分異構體。上述分析可知，7種PCBs純品中的主要雜質均為相同或相近氯取代數的PCBs或結構類似物。PCBs同類物高達209種，在PCBs純品的生產和純化過程中，難免會有其同類物或結構類似物雜質存在[8]。

由于各PCBs純品的主要雜質均為相同或相近氯取代數的PCBs或結構類似物，因而主分成與主要雜質在GC-MS上的響應因子差異不大。因此，在采用峰面積歸一化法計算PCBs純度時，在雜質含量很低的情況下，響應因子差異帶來的誤差可以忽略不計。根據峰面積歸一化法計算各PCBs純品的純度值如表1所示，PCB 28、52、101、118、138、153、180的純度分別為 99.75%、99.44%、99.76%、99.18%、100.0%、100.0%、99.68%。

2.2 GC-FID法測定純度

如圖2所示，GC-FID測定10 μg/mL的7種指示性PCBs混合標準溶液，當進樣量為10 ng時，7種指示性PCBs在色譜上能夠很好的分離，且PCB 28、52、101、118、138、153、180 的信噪比分別為 242、234、264、280、255、259、268。因此，當進樣量達到2.5 μg時，含量在 0.015%以上的其他PCBs同類物雜質完全能夠檢測出來。

進 樣 量 為 2.5 μg的 PCB 28、52、 101、118、138、153、180的GC-FID色譜圖如圖2所示。從圖中可以看到，每種PCBs純品中均有少量的雜質檢出。通過比對出峰時間和質荷比，發(fā)現(xiàn)PCB 101和PCB 180中可能存在PCB 153雜質。然而，由于PCBs共有209種同類物，有限的色譜條件不能將所有的同類物完全分開，PCB 101和PCB 180中存在PCB 153雜質只能是推測。所有樣品重復測定6次，通過峰面積歸一化法計算PCBs純品純度，結果見表2。從混合標準溶液的GC-FID色譜圖中發(fā)現(xiàn)，7種指示性PCBs在GC-FID上的響應因子是相近的，因而推測其他PCBs同類物的響應因子也相近。因此，采用峰面積歸一化法計算純度，尤其是雜質含量很低時，響應因子差異帶來的影響可以忽略不計。GC-FID 法測定 PCB 28、52、101、118、138、153、180的純度分別為 98.63%、98.46%、98.28%、97.28%、99.57%、99.91%、98.39%。

表1 GC-MS法測定7種指示性PCBs的純度值 %

圖2 GC-FID法測定7種指示性PCBs純度色譜圖

表2 GC-FID法測定7種指示性PCBs的純度值 %

2.3 GC-μECD法測定純度

如圖3所示，GC-μECD 測定 10 ng/mL 的 7種指示性PCBs標準溶液，當進樣量為10 pg時，7種指示性PCBs在色譜上能夠很好的分離，且PCB 28、52、101、118、138、153、180的信噪比分別為66.8、44.0、55.1、61.3、106、129、157。因此，當進樣量為10 ng時，含量在0.01%～0.02%以上的其他PCBs同類物雜質能夠完全檢出。

圖3 GC-μECD法測定7種指示性PCBs純度色譜圖

進樣量為 10 ng 的 PCB 28、52、101、118、138、153、180的GC-μECD色譜圖如圖3所示。從圖中可以看出，每種PCBs純品中均有氯取代雜質檢出。電子捕獲檢測器是一種選擇性很強的檢測器，對含氯化合物的響應靈敏度非常高。一般來說，對于同一類有機化合物，含氯原子數越多，其響應因子就越高。根據GC-MS的分析結果，除PCB 118純品外，每種指示性PCBs純品中的雜質主要為相同或相近氯原子取代的PCBs同類物，PCBs主成分與雜質在GC-μECD上的響應因子相近。因此，在雜質含量很低的情況下，可以忽略響應因子存在的差異，進而可以采用峰面積歸一化法計算PCBs純品純度。所有樣品重復進樣6次，通過峰面積歸一化法計算PCBs純品純度，結果見表3。從表中可知，GC-μECD 法測定 PCB 28、52、101、118、138、153、180的純度分別為 99.10%、95.93%、97.25%、92.91%、99.49%、99.62%、98.15%。

2.4 純度值確定及不確定度評定

2.4.1 純度值確定

7種指示性PCBs的標稱純度和3種氣相色譜法的測定純度如圖4所示，其中標稱純度采用的是GC-MS法測得，標稱純度不確定度均為5%。實驗結果與標稱值對比發(fā)現(xiàn)，GC-MS法測得的各PCBs純度值均與標稱值最接近，這與標稱純度也采用GC-MS法測得有關。除了PCB 28，3種氣相色譜法測定其他6種指示性PCBs的純度值大小關系為：GC-MS＞GC-FID＞GC-μECD。根據GC-MS 對主要雜質定性分析結果可知，7種指示性PCBs中的主要雜質均為主成分之外的其他含氯化合物。由于GC-μECD對氯取代的物質靈敏度很高，能檢出的雜質種類更多，且氯取代數不同的化合物的響應因子差異相對較大，因而計算的純度值最小。而GCFID進樣的濃度高，因而雜質的檢出率略高于GCMS，這可能是導致GC-FID法測定純度值略低于GC-MS法測定純度值的原因。此外，值得注意的是，GC-μECD測定的PCB 118純度值明顯低于其他方法的測定值，原因是4.8 min處有一峰面積百分比為5.2%的雜質峰。根據GC-MS分析結果，該雜質可能為羥基代四氯聯(lián)苯。該物質在GC-μECD的響應因子可能與PCB 118存在較大差異，因而在用峰面積歸一化法計算PCB 118純度時，響應因子差異對純度計算結果產生較大影響。因此，用GC-μECD法測定純度時，對于雜質含量不同的PCBs純品，峰面積歸一化法帶來的不確定度是不同的，需要進一步研究。

表3 GC-μECD法測定7種指示性PCBs的純度值 %

圖4 7種指示性PCBs純度的標稱值和測定值

值得注意的是，對于標稱純度越高的PCBs純品，3種氣相方法測得的純度值越接近，與標稱純度的差異也越小。對于純度值稍低的PCBs純品，GC-μECD法測得的純度值與標稱純度值差異較大，這可能與不同雜質組分在GC-μECD上響應因子差異相對較大有關?？紤]到不同氣相色譜方法在測定PCBs純品純度時各自存在的局限性，減少測量方法帶來的誤差，本研究中除PCB 118外的其他6種指示性PCBs的純度測定值采用GC-MS、GCFID和GC-μECD 3種方法測定結果的平均值。由于GC-μECD法測定PCB 118的純度值與GC-MS和GC-FID法的測定值存在較大差異，PCB 118的純度測定值采用GC-MS和GC-FID法的測定均值，結果如表4所示。

表4 7種指示性PCBs的純度測定結果

2.4.2 純度不確定度評定

根據測量不確定度的評定方法[9-10]，分別計算GC-MS、GC-FID 和 GC-μECD 3種測定方法的純度不確定度。

1）GC-MS法測定純度不確定度評定

①測量重復性引入的不確定度u1

色譜儀器的穩(wěn)定性、色譜峰積分面積的重復性，樣品濃度和進樣體積的差異等對測量結果造成的誤差均體現(xiàn)在測量重復性中，測量重復性引入的不確定度用多次重復測量結果的相對標準偏差表示，即u1=RSD。

②響應因子產生的不確定度u2

根據GC-MS法對7種PCBs中主要雜質的定性分析結果，7種PCBs主要雜質均為相鄰1～2個氯取代數的PCBs同類物，主要雜質與主成分在GC-MS法測量條件下的靈敏度不同，對雜質測量帶來的誤差估計為100%，則對主成分純度測量帶來的誤差為雜質含量的100%，即u2(PCB 28)=0.25%，u2(PCB 52)=0.56%，u2(PCB 101)=0.24%，u2(PCB 118)=0.82%，u2(PCB 138)=0.00%，u2(PCB 153)=0.00%，u2(PCB 180)=0.32%。

③儀器的測量線性引入的不確定度u3

由于采用GC-MS測定7種PCBs純品純度定值方法研究過程中所確定的樣品進樣量均在各檢測器的檢測線性范圍內，故該部分不確定度忽略不計。

④合成GC-MS法測定純度標準不確定度

合成上述各項不確定度分量得到GC-MS法純度不確定度為：

則uGC-MS(PCB 28)=0.25%，uGC-MS(PCB 52)=0.56%，uGC-MS(PCB 101)=0.24%，uGC-MS(PCB 118)=0.82%，uGC-MS(PCB 138)=0.00%，uGC-MS(PCB 153)=0.00%，uGC-MS(PCB 180)=0.32%。

2）GC-FID法測定純度不確定度評定

評定響應因子產生的不確定度u2時，PCBs純品主成分與同類物雜質在GC-FID法測量條件下的靈敏度不同，對雜質測量帶來的誤差估計為50%，則對主成分純度測量帶來的誤差為雜質含量的50%，即u2(PCB 28)=1.37%，u2(PCB 52)=1.54%，u2(PCB 101)=1.72%，u2(PCB 118)=2.72%，u2(PCB 138)=0.43%，u2(PCB 153)=0.09%，u2(PCB 180)=1.61%。

與GC-MS法測定純度不確定度評定方法類似，GC-FID法測定純度合成標準不確定度為：uGC-FID(PCB 28)=1.37%，uGC-FID(PCB 52)=1.54%，uGC-FID(PCB 101)=1.74%，uGC-FID(PCB 118)=2.72%，uGC-FID(PCB 138)=0.43%，uGC-FID(PCB 153)=0.09%，uGC-FID(PCB 180)=1.61%。

3）GC-μECD法測定純度不確定度評定

評定響應因子產生的不確定度u2時，由于PCBs純品主成分與同類物雜質在GC-μECD法測量條件下的靈敏度不同，對雜質測量帶來的誤差估計為100%，則對主成分純度測量帶來的誤差為雜質含量的100%，即u2(PCB 28)=0.90%，u2(PCB 52)=4.07%，u2(PCB 101)=2.73%，u2(PCB 138)=0.52%，u2(PCB 153)=0.39%，u2(PCB 180)=1.86%。

與GC-MS法測定純度不確定度評定方法類似，最終GC-μECD法測定純度合成標準不確定度為 ：uGC-μECD(PCB 28)=0.90%，uGC-μECD(PCB 52)=4.11%，uGC-μECD(PCB 101)=2.73%，uGC-μECD(PCB 138)=0.52%，uGC-μECD(PCB 153)=0.39%，uGC-μECD(PCB 180)=1.86%。

4）標準品純度合成不確定度

除PCB 118外的其他6種指示性PCBs的純度不確定度為 GC-MS、GC-FID 和 GC-μECD 3種測定方法不確定度的合成，計算公式如式（2）所示。PCB 118的純度不確定度為GC-MS和GC-FID測定方法不確定度的合成，計算公式如式（3）所示。純度不確定度計算結果如表4所示。

3 結束語

標準樣品純度測定技術是賦予標準樣品準確量值的關鍵。通過多種氣相色譜法對7種指示性多氯聯(lián)苯純品純度進行測定，對其中的主要雜質進行定性分析，并評價了測定純度的不確定度。經測定，7種指示性PCBs純品的主要雜質均為氯取代數相同或相近、取代位置不同的PCBs或結構類似物。由于PCBs在不同檢測器上的靈敏度不同，且不同PCBs的響應因子也存在差異，GC-MS、GC-FID和GC-μECD測得的PCBs純品純度存在一定差別，基本為：GC-MS＞GC-FID＞GC-μECD。在使用峰面積歸一化法計算純度時，當雜質與主成分的結構存在較大差異時，應研究不同的響應因子帶來的差異。