超聲輔助離子液體微萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測水中六溴環(huán)十二烷

姚宇翔，苑金鵬，呂海波，錢曉迪，孫友敏

1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101

2.山東省分析測試中心，山東 濟(jì)南 250014

超聲輔助離子液體微萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測水中六溴環(huán)十二烷

姚宇翔1,2，苑金鵬2，呂海波1，錢曉迪1，孫友敏1

1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101

2.山東省分析測試中心，山東 濟(jì)南 250014

建立了超聲輔助離子液體液-液微萃取(USA-IL-DLLME)結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測定水中六溴環(huán)十二烷3種異構(gòu)體(α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD)的分析方法。實驗中分別考察了離子液體萃取劑的種類及體積、超聲時間、樣品pH及鹽濃度等因素的影響。在最佳條件下，HBCDs 3種異構(gòu)體在0.5～100 μg/L質(zhì)量濃度條件下有較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)大于0.998，最低檢出限分別為156.4、84.6、85.5 ng/L，測定下限分別為0.626、0.339、0.342 μg/L。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)為5.3%～9.7%。采用該方法對實際環(huán)境水樣進(jìn)行了檢測與加標(biāo)回收實驗，在1、20 μg/L 2個添加水平下，加標(biāo)回收率為71%～102%。方法具有簡單快速、有機(jī)溶劑用量少、綠色環(huán)保的特點。

USA-IL-DLLME；液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜；六溴環(huán)十二烷

六溴環(huán)十二烷(HBCDs)是一種添加型溴系阻燃劑，被廣泛應(yīng)用于聚苯乙烯泡沫(含量為2.5%)等隔熱材料、室內(nèi)裝潢紡織品(含量為6%～15%)和少量電子產(chǎn)品等領(lǐng)域[1]。隨著多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)在歐洲和北美等國家的禁止使用，HBCDs作為替代品，其生產(chǎn)和使用量不斷增加。2007 年中國HBCDs的生產(chǎn)量達(dá)到7500 t[2]。HBCDs作為添加型阻燃劑是以分子形式與塑料或紡織品聚合體相混合,之間并不形成化學(xué)鍵,因此可以從產(chǎn)品表面分離、釋放進(jìn)入環(huán)境，此類化合物在自然環(huán)境中相當(dāng)穩(wěn)定，不易被降解，能夠在環(huán)境中長期積累，對生物體具有持久性、蓄積性，被認(rèn)為是一種潛在的持久性有機(jī)污染物(POPs)[3]。有研究表明[4], HBCDs可導(dǎo)致血清甲狀腺激素濃度下降，抑制神經(jīng)遞質(zhì)正常吸收，引起肝組織病理學(xué)改變，且具有致畸、致癌潛力。因此亟需一種簡便、快速而且綠色的方法檢測環(huán)境中的HBCDs。

目前HBCDs已從環(huán)境中分離出8種異構(gòu)體, 包括 3 對對映結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體[(±)α-HBCD,(±)β-HBCD和(±)γ-HBCD], 其在環(huán)境中的分布規(guī)律和在生物體內(nèi)的富集代謝規(guī)律都存在很大的差異性[5]。在工業(yè)產(chǎn)品中主要以γ-HBCD為主，占總量的75%～89%，α-HBCD和β-HBCD分別占10%～13%和1%～12%。由于溫度在高于240 ℃時，HBCDs會發(fā)生分解和重排[6]，故不可用氣相色譜進(jìn)行檢測。有文獻(xiàn)報道[7]，選用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS-MS)技術(shù)，大氣壓電噴霧電離源(ESI)，負(fù)離子模式采集，多反應(yīng)監(jiān)測模式進(jìn)行檢測可以取得較好的效果。

環(huán)境樣品中HBCDs等有機(jī)污染物常規(guī)的前處理方法有液-液萃取、索氏提取法等，但是這些方法都會消耗大量的有機(jī)溶劑且耗時較長。近年來，一些新型的前處理方法被開發(fā)出來(如固相微萃取、攪拌萃取、液相微萃取等)。分散液-液微萃取(DLLME)作為一種新型的微萃取技術(shù)，具有回收率與富集倍數(shù)高、操作簡單快速、消耗有機(jī)溶劑少、綠色環(huán)保等優(yōu)點，逐漸被應(yīng)用于萃取富集環(huán)境中的多種有機(jī)污染物[8]。室溫離子液體是一種優(yōu)良溶劑，可以溶解極性和非極性有機(jī)物、無機(jī)物，易于分離，可循環(huán)使用。其液態(tài)范圍很寬，無蒸氣壓，不揮發(fā)，不會造成環(huán)境污染，被譽(yù)為綠色溶液[9]。最近一種被稱作“溫控室溫離子液體分散液相微萃取”的方法被用于HBCDs、二氯苯氧氯酚、三氯卡班和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的富集檢測[10-12]。室溫離子液體隨著溫度的提高，可以完全溶解在水相中，震蕩萃取，以冷卻、離心回收完成萃取過程。但是此方法較為耗時，整個萃取過程需要1 h左右。Vázquez等[13]采用室溫離子液體作為萃取劑，用甲醇作為分散劑將離子液體分散到水中，并比較溫控輔助和超聲輔助離子液體分散液相微萃取技術(shù)對水中6種殺蟲劑進(jìn)行檢測的效果，結(jié)果表明，超聲輔助效果優(yōu)于溫控輔助，檢出限可達(dá)到0.5～1.0 ng/L。本文在優(yōu)化離子液體萃取劑的種類及體積、超聲時間、樣品pH及鹽濃度等因素的基礎(chǔ)上，建立了水樣中HBCDs 3種異構(gòu)體的超聲輔助離子液體分散液相微萃取結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1120-6410型串聯(lián)質(zhì)譜儀(LC-MS-MS，美國)；超聲儀(40 KHz)；微波爐；高速離心機(jī)；α-HBCD、β-HBCD和γ-HBCD標(biāo)準(zhǔn)品(美國)；甲醇(美國)；3種室溫離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸[C4MIM][PF6]、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸[C6MIM][PF6]、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸[C8MIM][PF6])；實驗用水為Millipore高純水。主要材料為40～200 μL、1 mL微量移液器，5 mL玻璃移液管，離心機(jī)，10 mL具塞尖底離心試管，棕色容量瓶。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

用超純水配制100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，于4 ℃下避光保存。使用時用超純水稀釋，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.3 實際樣品

選取飲用水和某石化企業(yè)地下水。水樣用之前均過0.45 μm濾膜。

1.4 方法

1.4.1 色譜、質(zhì)譜條件

色譜柱為Eclipse Plus-C18柱(1.8 μm ,4.6×50 mm)；流動相為甲醇-水溶液(體積比為9∶1)；流速為0.5 mL/min；柱溫為30 ℃；進(jìn)樣體積為10 μL。

離子化模式：大氣壓電噴霧離子源(ESI),負(fù)離子模式；毛細(xì)管電壓為4 kV，干燥氣流量為10 L/min，霧化壓力為30 psi，干燥氣體溫度為350 ℃，高純度氮氣為碰撞氣體。定量使用MRM離子m/z 640.7>640.7，定性離子m/z 640.7>80.8，F(xiàn)ragment電壓為90 V，碰撞電壓(CE)為5 V。在上述條件下，α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD的保留時間分別為3.52、4.11、4.56 min。

1.4.2 實驗過程

移取5 mL水樣至10 mL尖底離心管中，用甲醇配置一定濃度的室溫離子液體[C6MIM][PF6]混合溶液，用1 mL注射器抽取400 μL(含有70 μL離子液體)混合溶液，快速注入盛有水樣的離心管中，超聲3 min，再放入冰水中冷卻5 min，5 000 r/min于0 ℃離心8 min，用移液管和針筒小心移除上層水相，以70 μL甲醇稀釋離子液體，搖晃均勻，使其充分溶解后用移液管將混合溶液移入小瓶供LC-MS-MS測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 條件優(yōu)化

在USA-IL-DLLME過程中，室溫離子液體種類和體積、超聲時間、樣品pH、離子強(qiáng)度都對萃取效率有很大的影響。分別對這些因素做3組平行實驗(n=3)進(jìn)行單因素優(yōu)化，以相對峰面積作圖比較。

2.1.1 離子液體種類及體積

選取[C4MIM][PF6]、[C6MIM][PF6]、[C8MIM][PF6] 3種離子液體比較不同離子液體對萃取效果的影響(圖1)。

圖1 離子液體種類對萃取效率的影響

圖1表明，[C4MIM][PF6]的回收率較差，峰面積也相對較小；[C6MIM][PF6]和[C8MIM][PF6]相對較好，由于[C8MIM][PF6]粘度較大，在實際操作過程中不便移取且[C6MIM][PF6]萃取效率略高于[C8MIM][PF6]，最終選取[C6MIM][PF6]作為萃取劑?？紤]到富集倍數(shù)和回收率的因素，選擇50、60、70、80、90 μL 5個體積的[C6MIM][PF6]，比較不同體積對萃取效果的影響(圖2)。圖2表明，70 μL時峰面積達(dá)到最高，回收率較好。因此選擇70 μL[C6MIM][PF6]作為最終萃取劑。

圖2 離子液體體積對萃取效率的影響

2.1.2 超聲時間

超聲產(chǎn)生的“空化效應(yīng)”可以形成強(qiáng)大的沖擊波，使溶液湍流加速，加快熱傳遞與溶質(zhì)分散，從而增加離子液體與水樣間的質(zhì)量傳輸，以提高萃取效率。首先比較室溫靜置、超聲輔助和光波輔助對萃取效率的影響，時間均為3 min。結(jié)果表明超聲輔助得到的峰面積最高，光波輔助峰面積最低，造成這種現(xiàn)象的原因可能是離子液體受到光波的催化分解作用使回收率降低，所以選擇超聲輔助以提高萃取效率。

超聲時間的選擇也很重要，實驗中選擇1、3、5、7、9 min 5個時間梯度，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 超聲時間對萃取效率的影響

圖3表明，在3 min時萃取效果最好，超過3 min萃取效率逐漸降低。造成這種現(xiàn)象的原因可能是隨著超聲時間的增加，離子液體有少量的解離，并且超聲波與水中熱解產(chǎn)生少量的強(qiáng)氧化自由基反應(yīng)，在一定條件下對HBCDs有降解作用[14]。因此，超聲時間不宜過長，在以下實驗中固定超聲時間為3 min。

2.1.3 水樣pH

通常情況下，水樣的pH對水質(zhì)影響很大，由于HBCDs是疏水性較強(qiáng)的化合物，水樣的pH對于HBCDs的形態(tài)沒有影響，但對于萃取溶劑離子液體有較為明顯的影響，離子液體在強(qiáng)酸作用下可能會被加上電荷而轉(zhuǎn)變性質(zhì)，導(dǎo)致回收率降低，因此，對于水樣pH的優(yōu)化很有必要。實驗中調(diào)節(jié)水樣pH分別為4、6、8、10。結(jié)果表明，pH的改變對萃取效率的影響不明顯，由于pH的變化不會對HBCDs在水中的性質(zhì)造成影響，對實驗中離子液體的影響也不明顯，可以不考慮pH對實驗的影響。

2.1.4 離子強(qiáng)度

鹽析效應(yīng)指在溶液中加入無機(jī)鹽類而使某種物質(zhì)溶解度降低而析出的過程。為了了解離子強(qiáng)度對萃取效率的影響，向溶液中添加不同質(zhì)量的NaCl(0～10%)。實驗結(jié)果見圖4。

圖4 離子強(qiáng)度對萃取效率的影響

圖4表明，隨著離子強(qiáng)度的提高，萃取效率逐漸降低，造成這種現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)添加NaCl時，[C6MIM][PF6]和NaCl之間發(fā)生了離子交換，得到可溶的[C6MIM][Cl]，使其回收率降低而影響了萃取效率。因此在實驗中不添加NaCl等可以提高溶液離子強(qiáng)度的化合物。

2.2 方法驗證

用LC-MS-MS檢測時，分別配置0.5、1、5、10、30、100 μg/L的HBCDs標(biāo)準(zhǔn)溶液，做線性回歸分析。HBCDs 3種異構(gòu)體α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD在0.5～100 μg/L有較好的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.998、0.999和0.999，回歸方程分別為y=16.84x+0.59，y=125.8x+9.11和y=73.47x+4.67。在空白水樣中添加濃度為10 μg/L，平行測定5份，經(jīng)測定，3種異構(gòu)體的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為9.7%、5.3%和5.4%，回收率大于90%。按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2010)的規(guī)定[15]，配制濃度為0.5 μg/L 的空白加標(biāo)樣7份進(jìn)行平行實驗，檢出限=3.143×S(S為7次平行實驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差)，計算得方法檢出限分別為156.4、84.6、85.5 ng/L，以4倍檢出限作為測定下限得出3種目標(biāo)化合物的測定下限分別為0.626、0.339、0.342 μg/L。

2.3 實際樣品分析

為驗證所建立的方法，分析2種實際環(huán)境水樣(包括飲用水和工廠周圍地下水)。飲用水樣品采自實驗室，打開水龍頭5 min后采集1 L水樣；地下水取自某石化企業(yè)，受化工園區(qū)影響水質(zhì)較差。2種水樣中均未檢出HBCDs。圖5為某石化企業(yè)地下水樣空白與加標(biāo)色譜圖(加標(biāo)濃度為20 μg/L)。

圖5 檢測某石化企業(yè)地下水樣中HBCDs3種異構(gòu)體色譜圖

分別添加1、20 μg/L 2個標(biāo)樣對環(huán)境樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1，表1顯示飲用水中加標(biāo)回收率為87.2%～101.2%，而某石化企業(yè)地下水由于水質(zhì)較差，可能受到基質(zhì)效應(yīng)的影響，加標(biāo)回收率為71.3%～89.6%。

表1 實際樣品加標(biāo)回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)

3 結(jié)論

建立了超聲輔助離子液體分散液-液微萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜的方法測定水中的HBCDs 3種異構(gòu)體。對方法的萃取劑種類和用量、超聲時間、pH和離子強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最佳條件，并對方法進(jìn)行了驗證，對實際樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果滿意。該方法具有簡單高效、有機(jī)溶劑用量少、綠色環(huán)保等特點，可應(yīng)用于對水樣中HBCDs的檢測。

[1] MARVIN C H,TOMY G T,ALAEE M,et al.Distribution of hexabromocyclododecane in Detroit River suspended sediments[J].Chemosphere,2006,64(2):268-275.

[2] LUO X J,CHEN S J,MAI B X,et al.Advances in the study of current-use non-PBDE brominated flame retardants and dechlorane plus in the environment and humans[J].Science China Chemistry,2010,53(5):961-973.

[3] YU Z,PENG P,SHENG G,et al.Determination of hexabromocyclododecane diastereoisomers in air and soil by liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry[J].Journal of Chromatography A,2008,1 190(1):74-79.

[4] 李永東,云霞,那廣水,等.高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法分析水體中六溴環(huán)十二烷異構(gòu)體[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2013，29(1):93-97.

[5] 羅孝俊,吳江平,陳社軍,等.多溴聯(lián)苯醚,六溴環(huán)十二烷和得克隆的生物差異性富集及其機(jī)理研究進(jìn)展[J].中國科學(xué)化學(xué)(中文版),2013,43(3):291-304.

[6] 余彬彬,牛禾,牛群鳴.液相色譜-質(zhì)譜法測定土壤中四溴雙酚 A 和六溴環(huán)十二烷[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2013,29(6):108-112.

[7] 章勇,張蓓蓓,穆肅,等.液質(zhì)聯(lián)用法測定水中六溴環(huán)十二烷和四溴雙酚 A[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,32(6):831-835.

[8] REZAEE M,ASSADI Y,HOSSENINI M R M,et al.Determination of organic compounds in water using dispersive liquid-liquid microextraction[J].Journal of Chromatography A,2006,1 116(1):1-9.

[9] 王若男,汪磊,孫磊,等.負(fù)載咪唑型離子液體硅膠吸附材料制備及應(yīng)用研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2013,29(2):69-74.

[10] ZHAO R S,WANG X,SUN J,et al.Temperature-controlled ionic liquid dispersive liquid-phase microextraction for the sensitive determination of triclosan and triclocarban in environmental water samples prior to HPLC-ESI-MS-MS[J].Journal of Separation Science,2010,33(12):1 842-1 848.

[11] SSRAFRAZ-YAZDI A,MOFAZXELI F.Ionic liquid-based submerged single drop microextraction:a new method for the determination of aromatic amines in environmental water samples[J].Chromatographia,2010,72(9/10):867-873.

[12] ZHAO R S,WANG X,YUAN J P,et al.Trace determination of hexabromocyclododecane diastereomers in water samples with temperature controlled ionic liquid dispersive liquid phase microextraction[J].Chinese Chemical Letters,2011,22(1):97-100.

[14] 葉威,何祥,柳龍,等.超聲波降解溴系阻燃劑六溴環(huán)十二烷[J].化學(xué)與生物工程,2014,31(4):60-63.

[15] 環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則：HJ 168—2010[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,2010.

Rapid Determination of Hexabromocyclododecane Diastereomers in Water Samples by Ultrasound-Assisted Ionic Liquid Microextraction Coupled with LC-MS-MS

YAO Yuxiang1,2, YUAN Jinpeng2, LYU Haibo1, QIAN Xiaodi1, SUN Youmin1

1.Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China

2.Analysis and Testing Centre of Shandong Province,Jinan 250014,China

A rapid analysis method, ultrasound-assisted ionic liquid dispersive liquid liquid microextraction (USA-IL-DLLME) coupled with LC-MS-MS, has been developed for the determination of hexabromocyclododecane diastereomers (α-HBCD,β-HBCD,γ-HBCD) in environmental water samples. The factors influencing extraction efficiencies, including kinds and volume of ionic liquid, ultrasonic time, the sample pH and salt concentration, were investigated and optimized. Under the optimum conditions, the calibration graph of the proposed method was line in the range of 0.5-100 μg/L and the correlation coefficient is greater than 0.998. The limit of detection was 156.4，84.6，85.5 ng/L and the limit of quantification was 0.626，0.339，0.342 μg/L and the precisions were 5.3%-9.7%. The method was applied to analyze the environmental water samples and the spike recoveries at the levels of 1，20 μg/L were at about 71% to 102%. The results indicated that the proposed method was simple, quick and green alternative for the analysis of pollutants in environmental water samples.

USA-IL-DLLME;LC-MS-MS;HBCDs

2015-03-17;

2015-06-25

國家自然科學(xué)基金(41173092)；濟(jì)南市科技局高校院所自主創(chuàng)新計劃項目(201102046)

姚宇翔(1991-)，男，江蘇徐州人，碩士。

孫友敏

X832.02

A

1002-6002(2016)02- 0095- 05