基于气相色谱-质谱联用技术的岩石样品中环丁砜与BTEX污染物同步检测方法开发与环境应用研究

本研究针对岩石基质中环丁砜（Sulfolane）与BTEX（苯系物）污染物传统检测方法效率低、周期长的问题，开发了微波辅助萃取（MAE）结合GC-MS的同步分析技术。该方法实现了86%-115%的回收率和≤7.9%的相对标准偏差，成功应用于加拿大阿尔伯塔污染场址岩石样本检测，发现甲苯污染率达100%，为裂隙岩体污染迁移机制研究提供了关键技术支撑。

　　

在环境污染物监测领域，岩石基质中有机污染物的精准检测一直是技术难点。环丁砜（Sulfolane）作为一种水溶性工业溶剂，与苯、甲苯、乙苯和二甲苯（统称为BTEX）共同存在于石化污染场址中，二者在裂隙岩体中的迁移行为相互影响。传统土壤检测方法无法适用于岩石样本，且摇瓶萃取需耗时6-8周，严重制约污染评估效率。更棘手的是，环丁砜的高水溶性和低吸附性使其能通过岩石裂隙快速扩散，而BTEX虽迁移性较弱，但其分布特征可能受环丁砜影响改变。这两种污染物均具有潜在生态和健康风险：环丁砜可能引发神经毒性并影响造血系统，苯则是公认的致癌物。因此，开发一种能同步、快速检测岩石中这两类污染物的方法迫在眉睫。

为攻克这一难题，加拿大滑铁卢大学研究团队在《Journal of Chromatography Open》发表论文，系统阐述了基于气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术的分析方法创新。研究人员首先优化了微波辅助萃取（MAE）条件以加速目标物从岩石孔隙中的释放，随后针对甲醇溶剂在GC进样中的技术瓶颈（包括溶剂聚焦困难、峰形畸变等问题），通过引入极性保留间隙柱和优化载气流速程序，成功实现了环丁砜与BTEX的基线分离。该方法在线性范围（10.0-8000 μg/L）、回收率（86%-115%）和精密度（RSD≤7.9%）等方面均满足EPA指南要求，对典型岩石样本的检测限可达0.20-1.2 μg/kg。

关键技术方法主要包括：1）采用微波辅助萃取（MAE）在120°C下处理50分钟替代传统数周摇瓶萃取；2）优化GC-MS分析条件，使用Rxi?-624Sil MS色谱柱结合2米极性保留间隙柱改善峰形；3）通过选择性离子监测（SIM）模式提升检测灵敏度；4）利用磺酸-d₈（Sulfolane-d₈）作为内标物定量；5）所有岩石样本来自加拿大阿尔伯塔中部污染场址钻探岩芯，现场粉碎后立即用甲醇保存以防挥发损失。

3.1. 样品采集

研究采用差异化采样策略：方法开发样本未经甲醇预处理以准确评估萃取动力学，而实际检测样本则在现场粉碎后立即甲醇保存，最大限度保留挥发性组分。

3.2. 萃取溶剂选择

相比二氯甲烷等非水溶性溶剂，甲醇凭借其水互溶性、环境友好性和对目标物的高溶解性被选为萃取剂，有效穿透含水岩石基质。

3.3. GC-MS分析方法

通过采用1:1分流进样、初始高载气流速（4.0 mL/min）和极性保留间隙柱组合策略，成功解决甲醇进样导致的峰展宽问题，实现苯系物与环丁砜的分离（图1）。

3.4. 方法验证与特性表征

线性验证显示所有化合物在10.0-8000 μg/L范围内无拟合偏差（F_计算值<0.05）。加标样本验证显示方法精度（RSD≤7.9%）和准确度（回收率86%-115%）符合要求，LOD和LOQ分别达0.20-1.2 μg/kg和0.66-4.0 μg/kg（表1-2）。

3.5. 环丁砜萃取时间曲线与稳定性

长期监测显示环丁砜在甲醇提取液中可稳定存在1年以上（-8°C），但部分样本需31天才能达到萃取平衡，证实加速萃取技术的必要性（图2）。

3.6. 微波辅助萃取优化

对比索氏提取和加压液体萃取（PLE），MAE在封闭体系中能最大限度保留挥发性组分。通过时间曲线确定120°C下50分钟为最优条件，磺酸和甲苯提取均达平台期（图3-4）。

3.7. 分析方法重现性评估

通过清洁岩石加标样本的三日重复实验，方法重现性良好（RSD 3%-17%），证明方法适用于异质性岩石样本。

3.8. 岩石样本分析

109个现场样本检测发现：甲苯污染率100%（最高227 μg/kg），乙苯、邻二甲苯、间/对二甲苯和苯的检出率分别为82%、44%、40%和4%，仅1个样本含微量磺酸（表3）。所有污染物浓度均低于阿尔伯塔 Tier 1 土壤修复指南限值。

本研究成功开发了岩石基质中环丁砜与BTEX同步分析的GC-MS方法，通过微波辅助萃取将萃取时间从数周缩短至50分钟。方法验证表明其具备良好的灵敏度、准确度和重现性，填补了岩石污染物分析的技术空白。实际场址应用证实了该方法在评估裂隙岩体污染分布中的实用性，虽然当前样本中污染物浓度未超标，但浅层采样局限性提示需进一步开展深层岩芯研究。该技术为理解污染物在裂隙-孔隙双重介质中的迁移机制提供了关键分析工具，对污染场址风险评估与修复策略制定具有重要科学价值。