李志 张馨允 赵阳 王兴宁 付海滨 于丽 栗杰 张敏

Abstract A gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry (GC-MS/MS) method was developed for the determination of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in corn and its planting soil. Corn and soil samples were extracted, concentrated, purified, and analyzed for qualitative and quantitative analysis. The results showed that the 16 PAHs had a good linear relationship within the concentration range of 0.01-2.5 μg/mL, with correlation coefficients greater than 0.995. The detection limit was 0.023-0.989 μg/kg, and the quantification limit was 0.077-3.297 μg/kg. The spiked recovery rates in corn and soil blank matrix samples at 10 μg/kg, 50 μg/kg, and 100 μg/kg levels were 75.21%-98.56%, with precision of 0.18%-8.95% (n = 6), meeting the requirements of trace residue analysis. This method has the advantages of high sensitivity, good repeatability, convenient sample preparation, and low cost, and can be used for rapid determination of PAHs in corn and soil.

Keywords corn; soil; gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry (GC-MS/MS); polycyclic aromatic hydrocarbons

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，是主要的环境和食品污染物^[1-3]。因部分多环芳烃具有致癌^[4]、致畸和致突变的作用^[5]，早在1979年，美国环境保护署（U.S. Environmental Protection Agency，USEPA）就将16种多环芳烃确定为环境优先控制的污染物^[6-7]；国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）列出的94种具有致癌作用的化合物中，有15种多环芳烃^[8]。因此研发出一种前处理简易快捷、安全环保、准确可靠的多环芳烃检测方法，将对监测农产品及其种植土壤中的多环芳烃污染状况具有重要意义。

关于食品及土壤中多环芳烃的检测方法有高效液相色谱法^[9]、液相色谱-质谱串联法^[10]、气相色谱法^[11]、气相色谱-质谱串联法^[12]等。多环芳烃前处理常用方法有索氏提取法^[13]、加速溶剂提取法^[14]、凝胶渗透色谱法^[15]和固相萃取法^[16]等，然而这些传统的前处理方法操作烦琐，耗时较长，不适合处理大批量样品^[17-18]。

目前关于QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged and Safe）技术结合气相色谱-三重四极杆质谱法检测玉米及其种植土壤中16种多环芳烃的分析方法鲜见报道。本研究以玉米及其种植土壤为研究对象，采用改进的QuEChERS技术对玉米样品进行16种多环芳烃提取，结合超声辅助提取法进行前处理，然后经气相色谱-三重四极杆质谱法检测分析，以期为玉米及其种植土壤中多环芳烃污染风险预警和质量安全监管提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米及其种植土壤：贵阳海关综合技术中心提供。

乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、环己烷、异辛烷、正己烷（均为色谱纯，国药集团化学试剂有限公司）；氢氧化钾（分析纯，河北同盛化工产品销售有限公司）；无水硫酸钠（分析纯，杭州新桂实业有限公司）；苯并[c]芴（Benzo[c]fluorene，BcFL）、苯并[a]蒽（Benz[a]anthracene，BaA）、环戊并[c,d]芘（Cyclopenta[c,d]pyren，CPP）、䓛（Chrysen，CHR）、5-甲基䓛（5-Methylchrysene，MCH）、苯并[b]荧蒽（Benzo[b]fluoranthene，BbFA）、苯并[k]荧蒽（Benzo[k]fluoranthen，BkFA）、苯并[j]荧蒽（Benzo[j]fluoranthen，BjFA）、苯并[a]芘（Benzo[a]pyren，BaP）、茚并[1,2,3-c,d]芘（Indeno[1,2,3-c,d]pyrene，IP）、二苯并[a,h]蒽（Dibenz[a,h]anthracene，DBahA）、苯并[g,h,i]芘（Benzo[g,h,i]perylen，BghiP）、二苯并[a,l]芘（Dibenzo[a,l]pyren，DBalP）、二苯并[a,e]芘（Dibenzo[a,e]pyrene，DBaeP）、二苯并[a,i]芘（Dibenzo[a,i]pyrene，DBaiP）、二苯并[a,h]芘（Dibenzo[a,h]pyren，DBah）等16 种多环芳烃标准品（100 μg/mL，1.2 mL，坛墨质检科技股份有限公司）；QuEChERS盐析试剂包（4 g 无水MgSO₄，1 g NaCl，0.5 g柠檬酸氢二钠，1 g柠檬酸钠）、WondaPak QuEChERS净化管（400 mg PSA，400 mg C₁₈，400 mg GC-e，1200 mg MgSO₄）等均购于上海酶联生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

气相色谱-三重四极杆串联质谱仪（Agilent7890A-5973C，美国Agilent公司）；多功能高速粉碎机（500G, 上海净信实业发展有限公司）；均质器（MT-V3-45，北京同泰联科技发展有限公司）；系列恒温水浴（BK/BA，上海尔迪仪器科技有限公司）；超声波清洗器（UA03MFDN，北京维根技术有限公司）；全自动氮吹浓缩仪（Biotage，上海拜泰齐贸易有限公司）；CHT210R大容量高速台式冷冻离心机（CHT210R，常州亿通分析仪器制造有限公司）；涡旋振荡器（Heidolph，德国海道尔夫公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 标准溶液的配制

标准曲线工作液的配制：准确吸取16种多环芳烃标准品（100 μg/mL，1.2 mL）0.1 mL于10 mL容量瓶中，用丙酮-异辛烷溶液（1:1，V/V）定容至刻度，得到1.0 μg/mL混合中间液。再用移液枪分别吸取0.10 mL、0.20 mL、0.40 mL、1.0 mL和2.5 mL混合中间液于10 mL容量瓶中，用丙酮-异辛烷溶液（1:1，V/V）定容至刻度，即得0.01 μg/mL、0.02 μg/mL、0.04 μg/mL、0.10 μg/mL和0.25 μg/mL标准曲线工作液，现用现配。

1.3.2 样品的制备

将玉米苞去掉外壳，取玉米粒用研磨仪磨浆后放入洁净玻璃容器中于2～4℃保存；在玉米种植农田中随机采集深度＜15 cm的表层土壤，去除石子、植物根茎残渣后，将土壤打碎放于室内阴干3 d，用高速粉碎机研磨成粉末后过80目筛，装入密闭容器中保存。

1.3.3 样品提取与净化

（1）玉米样品的提取。准确称取5.0 g（精确至0.001 g）玉米浆样品于50 mL具塞离心管中，加入乙腈-乙酸乙酯（1:1，V/V）混合溶液后混匀，旋涡振荡提取30 min，再加入QuEChERS盐析试剂包剧烈振荡提取50 min，以8000 r/min离心15 min，将上清液转移至试管中氮吹至约1 mL。加入5 mL 1.5 mol/L氢氧化钾乙醇溶液，混匀后静置15 min，再加入50%正己烷水溶液10 mL后旋涡振荡5 min，以10000 r/min离心10 min，将上清液转移至WondaPak QuEChERS净化管中，旋涡振荡15 min，继续以10000 r/min离心5 min，上清液转移至试管中氮吹至近干，用1.0 mL丙酮复溶后过0.22 μm有机滤膜，供GC-MS/MS分析。

（2）土壤样品的提取。准确称取5.0 g（精确至0.001 g）土壤粉末样品于50 mL具塞离心管中，加入乙腈-乙酸乙酯（1:1，V/V）混合溶液后混匀，加入0.5 g氢氧化钾和4 g无水硫酸镁，旋涡振荡5 min，超声提取50 min，提取温度为40℃，提取功率为120 W，提取频率60 Hz。提取液经8000 r/min离心15 min，取上清液转移至试管中氮吹至约1 mL，然后转入Florisil固相萃取柱，收集过滤液，向其加入5 mL 1.5 mol/L氢氧化钾乙醇溶液，混匀后静置15 min，加入50%正己烷水溶液10 mL后旋涡振荡5 min，以10000 r/min离心10 min，将上清液转移至WondaPak QuEChERS净化管中，旋涡振荡15 min，继续以10000 r/min离心5 min，上清液转移至试管中氮吹至近干，用1.0 mL丙酮复溶后过0.22 μm有机滤膜，供GC-MS/MS分析。

1.3.4 仪器条件

（1）色谱条件。色谱柱：DB-EUPAH毛细管柱（30 m×0.18 mm×0.14 μm）；溶剂延迟：16.5 min；载气：氦气，纯度≥99.999%；进样体积：1 μL；进样口温度：280℃；柱温程序：初温80℃，保持2 min，以10℃/min升至250℃，保持2 min，以8℃/min升至315℃，保持5 min，最后以20℃/min升至320℃，保持5 min。

（2）质谱条件。电离方式：电子轰击源（EI）；电离能量为：70 eV；离子源温度；230℃；传输线温度：280℃；四极杆温度：150℃；测定方式：选择离子监测方式。具体参数见表1。

2 结果与讨论

2.1 多环芳烃混标溶液总离子流色谱图

将现配质量浓度为1.0 μg/mL的16种多环芳烃标准溶液按照1.3.4所述条件上机分析，得到16种多环芳烃标准溶液总离子流色谱图，如图1所示。由图1可知，16种多环芳烃目标化合物色谱峰完全分离，峰型尖锐对称，不存在拖尾及并肩峰，在该参数条件下可得到较为理想的峰形及信噪比。

2.2 多环芳烃线性关系及方法检出限

用现配浓度分别为0.01 μg/mL、0.02 μg/mL、0.04 μg/mL、0.10 μg/mL和0.25 μg/mL标准曲线工作液，按照1.3.4所述的条件上机分析，以标准溶液浓度（X，μg/mL）为横坐标，所测目标化合物峰面积（Y）为纵坐标，绘制校准曲线。以最低浓度点0.01 μg/mL所产生的3倍信噪比（S/N = 3）计算检出限^[19-20]，10倍信噪比（S/N = 10）计算定量限^[21-22]，结果见表2。由表2可知，在质量浓度为0.01～0.25 μg/mL范围内，所测目标化合物的线性关系良好，相关系数r＞0.995，检出限为0.023～0.989 μg/kg，定量限为0.077～3.297 μg/kg，满足 GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》的要求。

2.3 玉米及其种植土壤中16种多环芳烃回收率与精密度

在玉米、土壤空白基质中分别加入3水平不同浓度的标准溶液，使其加标浓度分别为10 μg/kg、50 μg/kg、100 μg/kg，按试验方法处理后进行6次平行测定，结果见表3。由表3可知，3水平加标浓度的回收率为75.21%～98.56%，精密度为0.18%～8.95%，满足 GB/T 27404—2008的要求。

2.4 实际样品的检测

按照本研究建立的方法对20份玉米及相应20份种植土壤进行16种多环芳烃的测定，结果见表4。由表4可知，玉米样品中所测16种多环芳烃，除苯并[a]蒽、环戊并[c,d]芘、䓛、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘、二苯并[a,h]芘等8种目标物未检出外，其余均有不同程度检出；土壤样品中所测16种多环芳烃，除苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、二苯并[a,h]芘等3种目标物未检出外，其余均有不同程度检出。通过实际样品检测，玉米及其种植土壤中多环芳烃有不同程度检出，应引起食品安全监管部门及环保部门的重视。

3 结论

本研究建立了玉米及其种植土壤中16种多环芳烃气相色谱-三重四极杆质谱法的分析方法。在质量浓度为0.01～0.25 μg/mL范围内，所测16种多环芳烃的线性关系良好，相关系数均大于0.995，检出限为0.023～0.989 μg/kg，定量限为0.077～3.297 μg/kg。在玉米、土壤空白基质中分别加入3水平不同浓度标准溶液，使其加标浓度分别为10 μg/kg、50 μg/kg、100 μg/kg，其加标回收率为75.21%～98.56%，精密度为0.18%～8.95%（n = 6），均符合痕量残留分析要求。结果表明，该方法具有操作简单、准确度高、成本较低等优势，可用于快速测定玉米及种植土壤中的多环芳烃。

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表1 多环芳烃测定质谱条件参数

Table 1 Mass spectrum parameters for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons

1: 苯并[c]芴; 2: 苯并[a]蒽; 3: 环戊并[c,d]芘; 4: 䓛; 5: 5-甲基䓛; 6: 苯并[b]荧蒽; 7: 苯并[k]荧蒽; 8: 苯并[j]荧蒽; 9: 苯并[a]芘; 10: 茚并[1,2,3-c,d]芘; 11: 二苯并[a,h]蒽; 12: 苯并[g,h,i]芘; 13: 二苯并[a,l]芘; 14: 二苯并[a,e]芘; 15: 二苯并[a,i]芘; 16: 二苯并[a,h]芘

图1 16种多环芳烃标准溶液总离子流色谱图（1.0 μg/mL）

Fig.1 Total ion chromatography of 16 PAHs standard solutions of 16 PAHs (1.0 μg/mL)

表2 16种多环芳烃线性关系、相关系数、检出限及定量限

Table 2 Linear relationship, correlation coefficient, detection limit and quantitation limit of 16 PAHs

表3 玉米及其种植土壤中16种多环芳烃回收率与精密度（n = 6）

Table 3 Recovery rates and precision of 16 PAHs in corn and its planting soil (n = 6)

表4 玉米及其种植土壤中16种多环芳烃的测定

Table 4 Determination of 16 PAHs in corn and its planting soil

表4（续）

基金项目：国家市场监管重点实验室（热带果蔬质量与安全）基础应用研究课题（KF-2022010）

第一作者：庄鹏（1987—），男，汉族，海南海口人，硕士，工程师，主要从事食品中农药残留分析工作，E-mail: wojia106hao@163.com

通信作者：纪少凡（1984—），女，汉族，海南海口人，本科，高级工程师，主要从事食品及化妆品中有害物质检测工作，E-mail: jishaofan@163.com

1. 海口海关技术中心 国家市场监管重点实验室（热带果蔬质量与安全） 海口 570311

2. 海南省食品检验检测中心 海口 570311

1. Haikou Customs Technical Center, Supported by Key Laboratory of Tropical Fruits and Vegetables Quality and Safety for State Market Regulation, Haikou 570311

2. Hainan Institute for Food Control, Haikou 570311