氣相色譜火焰光度法測定水體中9種有機(jī)磷酸酯阻燃劑

潘　萌，宋淑玲，王　媛，郭曉辰，饒　竹

(國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，北京　100037)

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氣相色譜火焰光度法測定水體中9種有機(jī)磷酸酯阻燃劑

潘萌，宋淑玲，王媛，郭曉辰，饒竹*

(國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，北京100037)

有機(jī)磷酸酯阻燃劑(Organophosphate flame retardants,OPFRs)是一類以磷酸基團(tuán)的氫被取代而形成的磷酸三酯為主的化合物，作為阻燃劑和增塑劑被廣泛應(yīng)用于建材、紡織、塑料等領(lǐng)域，近年使用量逐年增加[1]。OPFRs以添加的形式與材料混合，易從材料中逸出并進(jìn)入不同的環(huán)境介質(zhì)，最終蓄積在人體。文獻(xiàn)研究表明OPFRs具有神經(jīng)毒性、生殖毒性、致癌作用等[2-5]。目前在水體[6-14]、底泥[7,15-16]、室內(nèi)灰塵[17]、生物樣品[18-19]等環(huán)境介質(zhì)中不斷被檢出，已成為一種普遍存在的新型有機(jī)污染物。由于大部分OPFRs的辛醇水分配系數(shù)對數(shù)值(lgKow)小于5.11，表現(xiàn)出一定的親水性(見表1中l(wèi)gKow)；同時(shí)有文獻(xiàn)報(bào)道[13]氯代OPFRs具有難降解性，易在水體中賦存。鑒于OPFRs的以上特點(diǎn)，水體成為一類重要的蓄存介質(zhì)和遷移途徑，因此研究并建立水體中OPFRs的快速、靈敏和準(zhǔn)確分析方法具有十分重要的意義。

表1　9種常見有機(jī)磷酸酯類阻燃劑的理化參數(shù)

目前對水體中OPFRs的前處理方法主要有液液萃取法(LLE)[7,20]、固相萃取法(SPE)[6,12-13,21-23]、固相微萃取法(SPME)[9]以及液相微萃取法(LPME)[8,10-11]等；儀器方法主要有氣相色譜法(GC)[9-10,24]、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)[11,14,20,25]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[6-8,13,22-23]等。這些分析方法主要存在以下問題：①同一提取方法中極性差異較大組分的回收率難以同時(shí)兼顧，如SPE法對弱極性組分TEHP的回收率低于40.0%[6,12,23]；LPME法對中等極性組分TCEP和弱極性組分TEHP的回收率分別為25%和24%[11]。②部分方法的目標(biāo)組分種類有限，未能覆蓋極性較強(qiáng)與較弱組分[6,9,14,21]。③氣相色譜氮磷檢測器(NPD)方法的穩(wěn)定性較差[26]；LC-MS/MS法儀器設(shè)備成本較高；GC-MS法易受到m/z99的背景干擾[26]。而LLE具有方法穩(wěn)定、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，能夠兼顧不同污染濃度的樣品，F(xiàn)PD是針對含硫磷化合物的專用檢測器，具有高靈敏度和高選擇性。因此本文采用LLE/GC-FPD研究建立了水體中9種OPFRs(見表1)的分析方法。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器、材料與試劑

Agilent 7890B氣相色譜儀(美國Agilent公司)，配火焰光度檢測器；色譜柱：DB-5MS(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國Agilent公司)；Rtx-OPPesticides2(30 m×0.32 mm，0.32 μm，美國Restek公司)；Oasis HLB固相萃取柱(美國Waters公司，6 mL，200 mg)。

9種OPFRs標(biāo)準(zhǔn)品：TEP，TBP，TCEP，TDCPP，TPhP(純度均大于97%，美國Accustandard公司)；TPrP(純度大于99%，荷蘭CHIRON AS公司)；TCPP，TEHP，TOCP(純度均大于95%，德國Dr.Ehrenstorfer公司)。回收率指示物氘代磷酸三丁酯(D27-TBP，純度大于98%，加拿大劍橋同位素實(shí)驗(yàn)室)。

所用有機(jī)試劑均為色譜純：正己烷、乙酸乙酯(北京百靈威公司)；二氯甲烷(韓國Duskan公司)；三氯甲烷(美國J.T.Baker公司)；乙腈(美國Fisher公司)?？瞻姿?HPLC/LC-MS級，德國CNW公司)；NaCl、無水Na2SO4(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)：700 ℃灼燒處理10 h。

OPFRs單標(biāo)儲備液(10 μg/mL)均用乙腈配制，9種OPFRs混標(biāo)儲備液(1 μg/mL)用乙腈稀釋單標(biāo)儲備液配制，所有儲備液均置于4 ℃密封冷藏，備用。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1GC-FPD測定條件進(jìn)樣口溫度250 ℃，脈沖不分流進(jìn)樣(脈沖壓力110.3 kPa)；進(jìn)樣量1.0 μL；恒流模式，流速為1.5 mL/min；色譜柱：RTX-OPPesticides 2(30 m×0.32 mm，0.32 μm，Restek)；升溫程序：60 ℃保持1 min，以30 ℃/min升溫至252 ℃保持1 min，以1 ℃/min升溫至255 ℃，然后以30 ℃/min升溫至310 ℃保持4 min；檢測器溫度300 ℃，空氣流量100 mL/min，氫氣流量75 mL/min；載氣N2。

1.2.2樣品制備方法液液萃?。合? L分液漏斗中依次加入20 g NaCl和1 000 mL待分析水樣，振蕩使NaCl完全溶解。隨后加入50 μL 1 μg/mL的替代物溶液搖勻，并分別采用50 mL+25 mL+25 mL二氯甲烷分3次進(jìn)行液液萃取，合并3次有機(jī)相萃取液。將萃取液用無水Na2SO4干燥后旋蒸，氮吹濃縮定容至1.0 mL，待GC-FPD分析測定。

2結(jié)果與討論

2.1氣相色譜條件的優(yōu)化

色譜柱是決定色譜分離效果的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)對比研究了DB-5MS和Rtx-OPPesticides 2兩種不同填料色譜柱對9種OPFRs的分離效果。結(jié)果顯示，DB-5MS色譜柱對中等極性組分TEP，TPrP和TCEP等呈現(xiàn)明顯的拖尾現(xiàn)象且峰形較差，通過對初始溫度、進(jìn)樣口溫度、升溫程序等色譜參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后仍無明顯改善；使用Rtx-OPPesticides 2色譜柱，在優(yōu)化的分析條件下，各組分的峰形對稱，分離度好，響應(yīng)值高，中等極性組分的拖尾現(xiàn)象得到明顯改善，并能在15 min內(nèi)完成9種OPFRs的良好分離。分析認(rèn)為這是由于DB-5MS色譜柱為弱極性色譜柱，TEP，TPrP和TCEP等組分的極性較強(qiáng)，按照“相似相溶”原理，DB-5MS對極性較強(qiáng)化合物的分離能力較差；而Rtx-OPPesticides 2是有機(jī)磷農(nóng)藥的專用分析柱，對含磷化合物有較好的色譜分離能力。因此實(shí)驗(yàn)最終選擇Rtx-OPPesticides 2作為最佳分析柱。

2.2液液萃取條件的優(yōu)化

本研究中9種目標(biāo)組分的理化性質(zhì)差異較大，為使各目標(biāo)組分均有滿意的回收率，分別考察了正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和乙酸乙酯4種不同極性溶劑對各組分萃取率的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)乙酸乙酯的水溶性較大，不能與水相分層，無法提取。而其他3種萃取溶劑對弱極性組分TCPP，TDCPP，TPhP，TEHP，TOCP的回收率較好，均大于80%。對于中等極性組分的回收率存在差異，其中正己烷對中等極性組分的萃取效率偏低，且重復(fù)性差，如TEP，TCEP的回收率分別為2.17%和5.06%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為99.4%和20.4%。三氯甲烷對TEP的萃取效率也不理想且重復(fù)性差，回收率為26.9%，RSD為54.0%。二氯甲烷對中等極性組分(如TEP，TPrP，TCEP等)和弱極性組分(如TEHP，TOCP等)均表現(xiàn)出良好的萃取效率和重復(fù)性，加標(biāo)回收率為75.0%～105%，RSD為6.5%～22.4%。分析認(rèn)為正己烷是一種弱極性的有機(jī)試劑，而TEP和TCEP具有較強(qiáng)的水溶性(lgKow分別為0.80，1.44)，根據(jù)“相似相溶”原理可以解釋其回收率低的原因。TEP不僅極性強(qiáng)而且具有一定的脂溶性，氯仿的極性大于二氯甲烷，親脂能力相對較弱，不利于TEP從水相轉(zhuǎn)移至氯仿相。因此實(shí)驗(yàn)最終選擇二氯甲烷作為萃取溶劑。

2.3萃取方法的選擇

SPE具有快速、低污染的特點(diǎn)，是目前使用較多的分析方法。實(shí)驗(yàn)對比了文獻(xiàn)[22]中SPE方法與本實(shí)驗(yàn)中LLE方法對9種OPFRs的萃取效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，同時(shí)表2中還列出了不同SPE方法對目標(biāo)組分的回收率。SPE方法對各目標(biāo)組分的加標(biāo)回收率為66.9%～115%，但TEHP的回收率僅為34.7%，與文獻(xiàn)結(jié)果一致，而LLE方法的回收率結(jié)果為75.9%～111%，對目標(biāo)組分具有良好的萃取效果。SPE方法對TEHP回收率低的原因可能是由于TEHP的疏水性強(qiáng)，易吸附在玻璃器皿或與溶解的有機(jī)質(zhì)結(jié)合，使得洗脫不完全[26]，也有報(bào)道認(rèn)為柱填料的保留能力不夠會引起TEHP的回收率偏低[12]。因此本實(shí)驗(yàn)采用LLE萃取的方法可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)組分的萃取。

表2　本方法與SPE方法對比

2.4線性范圍與檢出限

分別配制質(zhì)量濃度為1.0，5.0，10，50，100，300，500 ng/mL的9種OPFRs標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化的儀器條件下測定，采用外標(biāo)法定量。結(jié)果顯示，各目標(biāo)組分在1.0～500 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好(r2≥0.998)。

添加5 ng的9種OPFRs標(biāo)準(zhǔn)溶液于1.0 L水樣中，平行處理7份，計(jì)算7次測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)和方法的檢出限(MDL)：MDL=s×t(n-1,0.99)/Kf,式中：n為重復(fù)測定的加標(biāo)樣品數(shù)；s為n次加標(biāo)測定濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t(n-1,0.99)是置信度為99%、自由度為n-1時(shí)的雙邊分布t值(可查表得到)；Kf為樣品的富集倍數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中t(6,0.99)=3.413；Kf為1 000。計(jì)算得各組分的方法檢出限(MDL)為1.0～2.0 ng/L，靈敏度高于文獻(xiàn)報(bào)道值2.6～13 ng/L[7]，具體結(jié)果見表3。

2.5加標(biāo)回收率與精密度

分別配制5,100，300 ng/L 3個(gè)濃度水平的空白加標(biāo)樣品，每個(gè)水平平行測試7次，各目標(biāo)組分的平均加標(biāo)回收率和RSD見表3。結(jié)果顯示，9種OPFRs的回收率為75.9%～111%，RSD均不大于15%。這一結(jié)果優(yōu)于文獻(xiàn)結(jié)果，如Martínez-Carballo等[7]采用LLE方法測得空白樣品在加標(biāo)濃度為200 ng/L時(shí)的加標(biāo)回收率為60%～100%，其中TEP為(63±3.9)%；而Andresen等[20]獲得的TCEP回收率僅為31%。結(jié)果顯示，本方法在低濃度水平下仍具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，能夠?qū)崿F(xiàn)對污染程度低的清潔水樣中目標(biāo)組分的測定，適用范圍更廣。

表3　空白樣品中9種OPFRs的加標(biāo)回收率、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差及方法檢出限(n=7)

2.6實(shí)際樣品的測定

圖1　100 ng/mL標(biāo)準(zhǔn)品(A)與實(shí)際樣品(B)的對照色譜圖Fig.1　Chromatograms of OPFRs(100 ng/mL) standard solution (A) and a real surface water sample(B)1.TEP,2.TPrP,3.TBP,4.TCEP,5.TCPP,6.TDCPP,7.TEHP,8.TPhP,9.TOCP

利用本方法測定了江蘇省某地的6個(gè)湖泊地表水樣品，采用實(shí)驗(yàn)室空白、空白加標(biāo)和平行樣進(jìn)行質(zhì)量控制。分析結(jié)果顯示，6個(gè)樣品中OPFRs的檢出率為100%，各組分的檢出濃度為n.d.～471 ng/L，總OPFRs為408～1 532 ng/L，表明上述環(huán)境水體均受到了OPFRs不同程度的污染。圖1為標(biāo)準(zhǔn)品與實(shí)際樣品的對照色譜圖。

圖2　實(shí)際樣品中OPFRs的分布特征Fig.2　Distributions of OPFRs in six real water samples

從各組分的分布特征看(如圖2)，檢出組分為TEP，TBP，TCEP，TCPP，TDCPP，TEHP，TPhP共7種，除TEHP以外其余6種OPFRs的檢出率為100%，TEP，TBP，TCEP，TCPP的檢出濃度高，在每個(gè)樣品中這4種組分之和的比例均超過90%。分析認(rèn)為TEP，TBP，TCEP，TCPP具有較強(qiáng)的水溶性，且TCEP與TCPP具有難降解的特點(diǎn)，因而在水相中含量較高；TEHP和TPhP的疏水性較強(qiáng)，因此在水相中含量較低；TPrP，TOCP在6個(gè)樣品中均未檢出，推測可能是因?yàn)門PrP在實(shí)際應(yīng)用中的用量較少[27]，而TOCP則可能是因?yàn)樗苄云?，其在水中溶解度僅為0.36 mg/L。這一結(jié)果與已報(bào)道的國內(nèi)水體中OPFRs的分布特征相似[14,21,23]。

3結(jié)論

本文通過對萃取方法的對比研究和儀器分析條件的優(yōu)化，選擇LLE為樣品前處理方法，二氯甲烷為萃取溶劑，有機(jī)磷專用柱Rtx-OPPesticides 2為分析柱。該方法提高了萃取率，改善了目標(biāo)組分的分離度和分析靈敏度，最終實(shí)現(xiàn)了水體中極性差異較大的9種OPFRs的同時(shí)測定。9種OPFRs在1.0～500 ng/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系(r2≥0.998)，方法檢出限為1.0～2.0 ng/mL，加標(biāo)回收率為75.9%～111%,RSD不大于15%。該方法操作簡單，適用范圍廣，靈敏度和準(zhǔn)確度高。在實(shí)際湖泊水樣中均檢測出OPFRs，表明該地區(qū)湖泊水中存在一定程度的OPFRs污染。

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摘要：建立了水體中9種有機(jī)磷酸酯阻燃劑(OPFRs)的液液萃取(LLE)/氣相色譜-火焰光度(GC-FPD)測定方法。對比研究了液液萃取、固相萃取條件和儀器測定條件。最終選擇液液萃取作為樣品的提取方法，以二氯甲烷為提取溶劑；有機(jī)磷專用柱Rtx-OPPesticides 2作為分析柱，15 min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)待測組分的良好分離。在優(yōu)化條件下，9種OPFRs在1.0～500 ng/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系(r2≥0.998)，方法檢出限為1.0～2.0 ng/L。在5，100，300 ng/L加標(biāo)水平下，9種OPFRs空白水樣的加標(biāo)回收率為75.9%～111%；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.3%～15%。該方法應(yīng)用于6個(gè)實(shí)際湖泊地表水樣品的檢測，OPFRs的檢出率為100%，其組分檢出總濃度為408～1 532 ng/L，可見湖泊地表水中存在明顯的OPFRs污染。

關(guān)鍵詞：有機(jī)磷酸酯阻燃劑；液-液萃??；氣相色譜火焰光度法；水體

Determination of 9 Organophosphate Flame Retardants in Water by Gas Chromatography with Flame Photometry DetectionPAN Meng，SONG Shu-ling，WANG Yuan，GUO Xiao-chen，RAO Zhu*

(National Research Center for Geoanalysis，Beijing100037，China)

Abstract：A method for the determination of 9 organophosphate flame retardants(OPFRs) in water by liquid-liquid extraction(LLE) followed by gas chromatography with flame photometry detection was developed.The main analytical conditions,such as water sample preparation and instrument analysis method,were optimized.Liquid-liquid extraction was selected using methylene chloride as extraction solvent,and organic phosphorus Rtx-OPPesticides 2 special column was chosen as analytical column.Under the optimal conditions,a completed base line separation of 9 OPFRs was obtained within 15 min.9 OPFRs in the concentration range of 1.0-500 ng/mL showed good linear relationship(r2≥0.998).The method detection limits(MDLs) ranged from 1.0 ng/L to 2.0 ng/L.At spiked concentrations of 5,100, 300 ng/L,the recoveries of 9 OPFRs were in range of 75.9%-111% with relative standard deviations(RSD) of 3.3%-15%.The method was further applied in the determination of OPFRs in real lake water samples with 9 OPFRs total concentrations of 408-1 532 ng/L.The analytical result showed that the lake water was contaminated by OPFRs.

Key words：organophosphate flame retardants;liquid-liquid extraction;gas chromatography with flame photometry detection;water samples

中圖分類號：O657.71；TQ314.248

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4957(2015)12-1377-05

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2015.12.008

通訊作者：*饒竹，碩士，研究員，研究方向：環(huán)境有機(jī)污染物分析，Tel:010-68999554，E-mail:raozhu@126.com

基金項(xiàng)目：國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(2014CSJ03)；國土資源部地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212010816028,12120115047601)

收稿日期：2015-05-18；修回日期：2015-07-20