多氯联苯(PCBs)是联苯上的氢被氯取代后的产物，PCBs理论上有209种同系物异构体，目前已在商品中鉴定出130种^[1]。PCBs具有非常稳定的物理化学性质，在石油、农药加工等行业应用广泛，但PCBs毒性很大，具有较强的致癌、致畸和致突变性，以及较强的脂溶性和持久性，是首批列入《斯德哥尔摩公约》的12种最具危害的持久性有机污染物之一。目前虽已禁止生产，但在环境中仍有残留^[2-4]，并可通过食物链传播进入生物体，在生物体内产生累积效应。人类处于食物链顶端，所受到的生物累积作用也最强^[5-6]，研究PCBs在环境中的浓度，对于明确污染残留，采取有针对性的对策措施，开展精准管控具有重要意义。

海洋是人类活动排放污染物的一个重要的“汇”，人类排放的污染物会通过地表径流等多种途径最终汇入海洋，PCBs水溶性较差，最终会残留在沉积物中^[7-8]，研究沉积物中PCBs的污染水平，对于保护海洋生态环境及人类健康具有重要意义。

沉积物中PCBs的前处理方法一般包括快速溶剂萃取、超声萃取、微波萃取等^[9-14]，在外力作用下将目标物转移到正己烷、丙酮等萃取溶剂中，这些方法溶剂用量大、步骤繁琐、耗时耗力，QuEChERS(Quick，Easy，Cheap，Effective，Rugged and Safe) 方法是近年来发展起来的一种新型前处理方式，其优势是溶剂用量少，基本不使用含氯溶剂，对环境污染小，对工作人员的健康风险也较低。该方法操作简便，分析速度快，并且准确度和精密度均较高，能够满足质控要求。目前QuEChERS方法在食品、医药等行业应用广泛^[15-18]，在环境领域应用相对较少^[19-20]。根据已有研究，海洋沉积物中的PCBs用该方法处理时，个别物质的定量限甚至优于传统的溶剂萃取^[21-22]，加之绿色、高效的优势，该方法在有机物的前处理中具有广阔的应用前景。

PCBs的分析方法主要有气相色谱法、气相色谱-质谱法、气相色谱-串联质谱法等^{[9-10, 12-14, 20]}。气相色谱法灵敏度高^[10]，但容易出现假阳性，尤其对于复杂基质，会有较多杂质与目标物出峰时间相同，需要通过加标等方式逐一排除，步骤繁琐，容易出错。气相色谱-质谱法定性相对准确，但灵敏度普遍较低，即便采用选择离子扫描，灵敏度也大大低于其他方法^[9]。串联质谱法一方面具备质谱的定性优势，不易出现假阳性；另一方面，通过二级离子筛选，可大大降低背景干扰，提高灵敏度 ^[12-14]。

现采用QuEChERS方法对海洋沉积物中的PCBs进行提取、净化，结合气相色谱-串联质谱法进行分析，以期为深入开展海洋生态系统PCBs的精准管控提供技术支撑。

1 实验部分 1.1 仪器与试剂

仪器：7890B-7000C气相色谱-三重四极杆质谱联用仪(美国Agilent公司)；L200真空冷冻干燥机(瑞士Buchi公司)；DT5-2低速台式自动平衡离心机(北京时代北利离心机有限公司)；Vortex Genie 2涡旋混合器(美国Scientific Industries公司)。

试剂：丙酮、乙腈(色谱纯，美国Fisher Scientific公司)；石英砂颗粒(20~30目，瑞士Buchi公司)；QuEChERS萃取包，包括4 g硫酸镁(MgSO₄)、1 g氯化钠(NaCl)、1 g二水柠檬酸三钠(TSCD)、0.5 g柠檬酸氢二钠(DHS)，均购自北京迪马科技有限公司；QuEChERS净化包，包括25 mg N-丙基乙二胺(PSA)、25 mg十八烷基硅烷键合硅胶(C₁₈)、150 mg MgSO₄、2.5 mg石墨化碳黑(GCB)，均购自北京迪马科技有限公司；实验用水(GenPure PRO纯水机制备)。18种PCBs混合标准溶液(10 mg/L，溶于正己烷，上海安谱实验科技股份有限公司)，包括PCB-28、PCB-52、PCB-77、PCB-81、PCB-101、PCB-105、PCB-114、PCB-118、PCB-123、PCB-126、PCB-138、PCB-153、PCB-156、PCB-157、PCB-167、PCB-169、PCB-180、PCB-189；2种PCBs同位素内标混合溶液(10 mg/L，溶于正己烷，上海安谱实验科技股份有限公司)，包括PCB-77-D6、PCB-156-D3；2种PCBs同位素替代物混合溶液(10 mg/L，溶于正己烷，上海安谱实验科技股份有限公司)，包括PCB-28-D4、PCB-114-D4。3种标液分别用丙酮稀释至1 000 μg/L，配成中间使用液，于-18 ℃下冷冻保存。

1.2 样品采集和处理

采用抓斗式采泥器采集表层沉积物样品，置于棕色玻璃瓶中，经-40 ℃冷冻干燥后，用研钵研磨，过l mm金属网筛后混匀，于4 ℃下冷藏，避光密封保存。

准确称取10.0 g样品至50 mL离心管中，加入10 mL乙腈混匀，涡旋振荡1 min后，加入QuEChERS萃取盐，振荡1 min，离心5 min，抽取1 mL上清液，加至QuEChERS净化管中，振荡1 min，离心5 min，根据1 mL液体的剩余情况，准确抽取适量上层清液，加入适量内标中间使用液，使得内标质量浓度为10.0 μg/L，供分析用。

1.3 仪器条件 1.3.1 色谱条件

色谱柱：HP-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，美国Agilent公司)；进样口温度：250 ℃；载气：高纯氦气(99.999%)；载气流速：1.0 mL/min；碰撞气：高纯氮气(99.999%)；碰撞气流速：1.5 mL/min；进样方式：分流进样(分流比10 ∶ 1)；进样量：1.0 μL。

程序升温：初始温度70 ℃，以10 ℃/min升至240 ℃(保持2 min)，再以20 ℃/min升至280 ℃(保持5 min)。

1.3.2 质谱条件

离子源：电子轰击(EI)离子源；离子源温度：230 ℃；扫描方式：动态多级反应监测(dMRM)模式；电离能量：70 eV；传输线温度：280 ℃；溶剂延迟时间：4 min。PCBs、同位素内标及替代物的质谱参数见表 1。

1.4 质控方法

为保证操作过程准确可靠，本研究采取了以下质控方法：实验室空白、校准曲线、平行样、替代物加标、基体加标。实验室空白采用石英砂代替沉积物样品，每批次样品带1个空白，目标物质量分数均低于方法检出限。校准曲线线性良好，相关系数为0.999 2~0.999 9，每批次样品带1个中间质量分数点进行校核，相对误差为-2.6%~16.9%。每批次样品均带1个平行样，平行样的相对偏差为-5.8%~14.3%。每批次所有样品均分析替代物加标，并随机选1个样品分析基体加标，目标物的回收率为70.6%~96.5%，替代物的回收率为88.6%~102.4%。

2 结果与讨论 2.1 质谱条件的优化

首先设置质谱扫描模式为单质谱扫描，扫描范围为50~550 amu，确定PCBs、内标及替代物的保留时间，然后固定程序升温条件，设置质谱扫描模式为产物离子扫描，逐步优化每种物质的子离子和碰撞能量，找出响应相对较高的3个离子对，响应最高的子离子为定量离子，其余2个为定性离子。最后在dMRM模式下，对10.0 μg/L的混合标准溶液进样分析，得到总离子流图(图 1)。由图 1可见，22种物质峰形平滑对称，可以满足定性与定量要求。

2.2 样品前处理条件的优化 2.2.1 提取溶剂的优化

为了得到最佳回收率，分别比较了3种溶剂的提取效果：乙腈、5%氨水乙腈和甲醇。乙腈极性范围较宽，组织穿透能力较强，对大多数目标化合物都有较好的溶解性和提取效率，QuEChERS萃取包推荐的提取溶剂即为乙腈。也有研究表明，添加氨水能提高QuEChERS方法的提取率^[23-24]，因此比较了乙腈和5%氨水乙腈的提取效果。此外，甲醇相对乙腈溶解性更好，可能会更好地发挥萃取包的效果，因此也比较了甲醇的提取效果。

在沉积物样品中添加质量分数为5 μg/kg的PCBs，每种提取溶剂重复3次实验，结果见图 2。

由图 2可见，采用甲醇的提取效果最差，回收率为59.1%~79.1%，采用5%氨水乙腈时，大部分物质的回收率有所上升，为69.5%~86.7%，但稳定性较差，部分物质回收率时高时低，不易重现。采用乙腈作为提取溶剂时效果最好，无论回收率或者稳定性都有明显改善，因此最终选择乙腈作为提取溶剂。

2.2.2 提取方式的优化

比较了超声和振荡2种提取方式，通过目标物回收率来验证对PCBs的提取效果。添加目标物质量分数水平为5 μg/kg，每种方式做3个平行，结果见图 3。

由图 3可见，采用超声提取和振荡提取，回收率均较好，超声提取时，目标物回收率为73.4%~105.6%，振荡提取时，回收率为71.0%~92.8%，由于振荡提取操作简单，本研究最终选择振荡提取作为提取方式。

2.2.3 净化剂的选择及用量的优化

QuEChERS净化常用的吸附净化剂有C₁₈、PSA和GCB等。C₁₈是利用十八烷基氯硅烷与硅胶的硅羟基结合而成的，主要的官能团为十八碳烷基，可吸附一些含长碳链的非极性化合物，包括脂肪和一些矿物质。PSA的主要官能团是乙二胺-N-丙基，其解离常数(pKa)值为10.1左右，可以吸附基质中的糖类、色素以及脂肪酸等。GCB吸附范围较宽，对极性、中等极性、非极性化合物均可吸附，主要用于去除部分色素、固醇和具有平面结构等极性大的基质。根据海洋沉积物的基质特点，本研究选择PSA为基础净化剂，在此基础上分别添加了C₁₈和GCB这2种吸附剂，回收率结果见图 4。由图 4可见，PSA和C₁₈组合时，回收率最好。采用PSA为净化剂，回收率为63.9%~82.7%，增加C₁₈后，回收率有明显改善。若使用GCB与PSA组合，则部分目标物回收率有一定程度的改善，部分目标物回收率则有所下降，且标准偏差明显较大，稳定性不好。因此最终选择PSA和C₁₈组合作为吸附净化剂。

2.3 方法学验证 2.3.1 线性范围与检出限

利用1 000 μg/L中间使用液，将PCBs及同位素替代物配制成质量浓度为0，0.10，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00，10.0，20.0，50.0 μg/L的标准系列，同位素内标质量浓度均为10.0 μg/L，在优化后的质谱条件下进样分析。以目标物质量浓度为横坐标，目标物定量离子峰面积与内标定量离子峰面积之比为纵坐标，采用线性拟合法得到18种PCBs及2种替代物的校准曲线(表 2)。由表 2可见，18种PCBs的线性关系良好，相关系数(r)均＞0.999 2。其中PCB-28、PCB-101、PCB-123等物质的响应值较高，线性范围最低可达0.10 μg/L。

方法检出限(MDL)及测定下限根据《环境监测分析方法标准制订技术导则》^[25]进行计算。首先对空白进行检测，以石英砂为空白，根据优化好的方法进行提取、净化、上机分析，结果表明，18种PCBs均未检出，2种替代物的回收率为94.0%~106.4%。随后对空白进行加标，根据不同物质的响应高低，设置了3个加标质量分数：0.10，0.20，0.30 μg/kg，PCB-28、PCB-101、PCB-123、PCB-153、PCB-167和PCB-169这6种物质的空白加标质量分数为0.10 μg/kg，PCB-52、PCB-81、PCB-77、PCB-126和PCB-156这5种物质的空白加标质量分数为0.20 μg/kg，其余均为0.30 μg/kg，每个质量分数水平重复测定7次，根据公式(1)计算方法检出限，测定下限为4倍方法检出限。

$ \mathrm{MDL}=S \times t_{(6, 0.99)} $

(1)

式中：S——7次空白加标测定结果的标准偏差；t_(6，0.99)——自由度为6，置信度为99%时的t分布值。当取样量为10 g时，18种PCBs的方法检出限为0.02~0.08 μg/kg，测定下限为0.08~0.32 μg/kg。

刘星等^[12]利用快速溶剂萃取-气相色谱-串联质谱法测定海洋沉积物中的PCBs，检出限为0.004~0.013 μg/kg，而施家威等^[21]采用同样方法研究滩涂沉积物中的PCBs，检出限为0.23~0.46 μg/kg，说明溶剂萃取的方式繁杂、影响因素多，不同实验室间的重现性并不十分稳定。QuEChERS方法在PCBs的前处理中也有应用，贾晓菲等^[22]利用乙腈和氯化钠进行提取，用PSA等进行净化，得到土壤中18种PCBs的定量限为0.1~0.5 μg/kg，相关系数为0.990 2~0.996 2，而本研究建立的分析方法无论是线性还是测定下限更具优势。

2.3.2 准确度与精密度

采集连云港近岸海域表层沉积物，样品中PCBs的本底质量分数为0.04~0.11 μg/kg，取10 g样品进行加标处理，加标量分别为0.10，0.20，0.50 μg/kg，每个加标量水平重复6次实验，分别考察PCBs的准确度与精密度，结果见表 3。由表 3可见，回收率为70.6%~96.5%，相对标准偏差(RSD)为6.5%~14.8%，符合土壤和沉积物中PCBs测定的现行标准方法中的质控要求^[9-11]，说明样品前处理过程并未造成目标物的明显损失或干扰，方法定量准确、稳定可靠。

2.4 实际样品分析

为验证该方法分析实际样品的可行性，采集6个连云港近岸海域表层沉积物样品，按照上述步骤进行了测定。6个样品中，PCBs共检出12种，质量分数为43.6~163 ng/kg，回收率为81.6%~109.3%。在实际样品分析中，通过PSA结合C₁₈对提取液进行净化，又利用串联质谱对目标物的离子碎片进行2次筛选，排除了复杂基质的影响，能够满足检测要求。

3 结语

本研究建立了QuEChERS-气相色谱-串联质谱法同时检测海洋沉积物中18种PCBs残留的方法，通过对前处理及质谱参数进行优化，方法线性良好，相关系数为0.999 2~0.999 9，18种PCBs的检出限为0.02~0.08 μg/kg，测定下限为0.08~0.32 μg/kg。实际样品加标实验表明，回收率为70.61%~96.5%，RSD为6.5%~14.8%，准确度及精密度均能满足质控要求。方法前处理过程简单、快速，与传统的溶剂提取相比，可避免使用大量有机溶剂，节省了人力、物力和时间。通过2级质谱的筛选，大大降低了海洋沉积物中复杂基质的背景干扰，提高了灵敏度，与现行国家标准及已有研究相比，方法操作简便、灵敏度高，适用于测定海洋沉积物中的PCBs。