C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定極地水體中有機磷酸酯

高宇航，那廣水，李瑞婧，高 會，劉 丹，曹勝凱

(1.上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306；2.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心 國家海洋局近海岸海域生態(tài)環(huán)境重點實驗室，遼寧 大連 116023；3.遼寧師范大學 化學化工學院，遼寧 大連 116029)

研究簡報

C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定極地水體中有機磷酸酯

高宇航1，2，那廣水2*，李瑞婧2，高 會2，劉 丹3，曹勝凱1，2

(1.上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306；2.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心 國家海洋局近海岸海域生態(tài)環(huán)境重點實驗室，遼寧 大連 116023；3.遼寧師范大學 化學化工學院，遼寧 大連 116029)

建立了C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術測定極地水體中10種有機磷酸酯(OPEs)的方法。根據(jù)優(yōu)化后的樣品前處理及儀器方法，利用C18膜富集4 L水體中的10種OPEs，經(jīng)二氯甲烷超聲提取，在電噴霧正離子模式下，采用選擇反應監(jiān)測(SRM)模式進行分析，線性相關系數(shù)為0.994 4～0.999 9。10種OPEs的加標回收率為64.1%～115% ，方法檢出限為0.08～0.55 ng/L。該方法適用于極地水體中10種OPEs的分析，利用該方法對北極水體樣品中的10種OPEs進行檢測，測得冰川融水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.09～2.03 ng/L。

有機磷酸酯；C18膜萃取；液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法；極地水體

有機磷酸酯(Organophosphate esters，OPEs)是一種使用廣泛的添加劑，常作為阻燃劑、增塑劑、防沫劑等添加于紡織、建筑材料、電子器件和化學材料中[1]。由于OPEs以非化學鍵合的方式填充或混合在材料中，當這些材料達到使用壽命時，OPEs極易泄露到環(huán)境中，造成環(huán)境污染，并對生物產(chǎn)生潛在毒性。研究表明，OPEs可通過大氣的遠距離傳輸，形成全球性的污染[2]，在許多國家和地區(qū)的大氣、水體、沉積物、土壤、動植物體中均有檢出[2-8]。

目前已建立的水體中OPEs的分析方法多用于城市污水[9]、湖泊[10]、河流[11]等污染較為嚴重的地區(qū)，這些地區(qū)污染水平較高，對方法靈敏度要求較低，常采用少量水樣進行分析。極地是持久性有機污染物的“匯”，對污染物的全球污染水平具有指示性作用。然而極地中污染物的含量多為痕量或超痕量，常規(guī)分析方法難以滿足實際檢測需要[13]，導致關于極地、大洋等偏遠地區(qū)水體中OPEs的研究相對較少[12]。因此，開發(fā)適用于極地水體中痕量OPEs的分析方法對于研究OPEs極地環(huán)境行為具有重要意義。

C18膜是含有表面改良硅的多孔玻璃纖維基體，可以實現(xiàn)較高流速和大體積水樣的吸附，并減少微粒堵塞，提高萃取效率，適合水體中痕量有機污染物的大體積富集[14]。同時通過液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS/MS)的高靈敏度檢測器分析，能夠滿足對極地水體中痕量OPEs的分析檢測要求。因此，本文建立了C18膜萃取和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS/MS)的極地水體OPEs定量分析方法，并應用該方法檢測了北極新奧爾松地區(qū)海水、冰川融水中的10 種OPEs。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

帶自動進樣器的Finnigan Surveyor液相色譜系統(tǒng)和Finnigan TSQ Quantum Discovery MAX三重四極桿質(zhì)譜分析儀(Thermo Electron,USA)。色譜柱：Waters Symmetry-R18 (150 mm×2.1 mm i.d.,3.5 μm,USA)。X-Bridge 隔離柱(Waters PFC Isolator kit)。47 mm Envi-C18的固相萃取膜(美國Supelco 公司)。RE-2000旋轉蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)。0.22 μm有機相濾膜(津騰實驗設備有限公司)。常用玻璃容器均用洗液浸泡，再用蒸餾水洗凈，置于120 ℃烘箱中烘干備用。

10種OPEs標準品：磷酸三(2-氯乙基) 酯(TCEP)、磷酸三(1-氯-2-丙基) 酯(TCPP)、磷酸三( 1,3-二氯-2-丙基) 酯(TDCP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三苯酯(TPhP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三戊酯(TPeP)、磷酸三丁氧乙酯(TBEP)、磷酸三(2-乙基己基) 酯(TEHP)、磷酸三甲苯酯(TCP)以及全氘代同位素內(nèi)標物D15-TPhP、D27-TnBP、D21-TPrP均購自J&K公司，所有標準物質(zhì)均溶解在甲醇中，并于暗處-4 ℃保存。甲醇、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷(均為色譜純)以及甲酸(99% )購自Tedia Scientific(美國)，實驗室所用超純水由Milli-Q超純水儀(美國Millipore公司)制備。

1.2 樣品的采集與處理

1.2.1樣品的采集分別采集北極新奧爾松地區(qū)海水、冰川融水，每站位點采樣4 L，裝入帶有聚四氟乙烯蓋的棕色玻璃瓶中。樣品保存并運回黃河站內(nèi)，準備處理。

1.2.2C18膜的活化將C18膜用10 mL 甲醇活化，真空抽濾1 mL后，浸泡30 s，真空抽濾，在溶液少量覆蓋膜表面時，加入10 mL超純水活化，在不抽干的情況下上樣。

1.2.3樣品的前處理經(jīng)GF/F膜過濾后，量取4 L水樣，加入OPEs替代內(nèi)標后，通過活化后的C18膜，以20～35 mL/min的流速真空抽濾，棄去濾液。將負壓抽干的C18膜置于玻璃離心管中，加入20 mL 二氯甲烷進行超聲提取5 min，提取液加無水硫酸鈉除水，旋蒸至近干，用甲醇定容至1 mL，過0.22 μm有機相濾膜，用LC-MS/MS檢測。

1.3 液相色譜-質(zhì)譜條件

色譜條件：色譜柱：Waters RP18色譜柱(3.5 μm，2.1 mm×150 mm)，柱溫30 ℃。流動相為0.1% 甲酸水溶液(A)和甲醇(B)，流速0.25 mL/min。梯度洗脫程序：0 min，55% B；0～0.5 min，55%～80% B；0.5～10 min，80%～100% B；10～15 min，100% B；15～16 min，100% ～55% B；16～25 min，55% B；進樣量20 μL。

質(zhì)譜條件：采用電噴霧(ESI)離子源，正離子模式掃描，掃描方式：選擇反應監(jiān)測(SRM)模式，鞘氣為27 Arb，輔助氣為24 Arb，噴射電壓為5 000 V，毛細管溫度為300 ℃。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理條件的優(yōu)化

C18膜萃取具有較大的接觸面，可以減少微粒堵塞，提高萃取效率，因此采用C18膜萃取水體中的OPEs，正交實驗采用L16(43)正交表，利用SPSS分析軟件，設計正交實驗[16]，實驗的因素水平如表1。

表1 正交實驗設計Table 1 Design of orthogonal experiment

表 2 主體間效應檢驗Table 2 The main effect inspect

根據(jù)實驗結果，利用F值判斷3種因素的影響水平。F值表示顯著性，當F值>0.01時為高度顯著，由表2可見，3種因素對有機磷酸酯的影響均極為顯著，但三者的影響程度有差異，提取試劑對TPrP等回收率的影響最大，提取時間的影響相對較小。

利用均數(shù)和顯著性差異判斷各因素的最優(yōu)條件，以TBP為例，提取試劑中，二氯甲烷的均數(shù)最大(84.34)，且二氯甲烷與甲醇等存在顯著差異(Sig<0.05)，由于二氯甲烷與乙酸乙酯不存在顯著差異，因此選擇均數(shù)最大的二氯甲烷作為提取試劑。同理得出，最佳試劑用量為20 mL，最佳超聲時間為5 min。

2.2 HPLC-MS/MS條件優(yōu)化

對比了甲醇和乙腈以及二者的混合溶液作為流動相的有機相的分離效果，發(fā)現(xiàn)甲醇作為有機相時能夠較好地分離目標化合物，且各化合物均有較好的峰形，10種OPEs(10 μg/L)的總離子流圖見圖1。選擇反應監(jiān)測模式(SRM)對目標化合物具有較好的選擇性，且靈敏度較高，因此質(zhì)譜部分采用SRM對目標化合物進行定性定量分析。10種OPEs的定性離子對、定量離子、儀器檢出限等參數(shù)見表3。

表3 10種OPEs的保留時間、定量離子、定性離子、檢出限、定量下限及相關系數(shù)Table 3 Retention time,quantitative ions,qualitative ions,LOD,LOQ and correlation coefficients of 10 OPEs

表4 10種OPEs的回收率、相對標準偏差、方法檢出限Table 4 Recovery，RSD and MDL of 10 OPEs

圖1 10種OPEs的離子流圖Fig.1 Chromatograms of 10 OPEs

2.3 方法的線性范圍、準確度、精密度與檢出限

2.3.1標準工作曲線采用外標法定量，分別配制0.5、1、2、5、10、20、50、100 μg/L 系列質(zhì)量濃度的OPEs標準混合溶液，各組分質(zhì)量濃度與峰面積的線性關系良好，相關系數(shù)為0.994 4～0.999 9。利用3倍信噪比計算儀器檢出限(LOD)，進樣量為20 μL時，LOD為0.19～12.02 pg，10倍信噪比計算儀器定量下限(LOQ)為0.57～36.06 pg。

2.3.2方法的準確度、精密度與檢出限按照上述前處理方法，在純水中加入低、中、高3種水平(10、50、100 ng/L)的混合標準物，做7組平行樣。如表4所示，3種加標水平的平均回收率分別為67.2%～115%、68.0%～103%、64.1%～110%，相對標準偏差(RSD)均小于15%；取10 ng/L混合標準物計算方法檢出限(MDL=3.143S，S為7組平行樣品分析結果的標準偏差[14])，得MDL為0.08～0.55 ng/L。與已報道的水體中OPEs的方法[18-22]相比，本方法的MDL更低，更適合痕量物質(zhì)的分析。

2.4 實際樣品的測定

在北極新奧爾松王灣地區(qū)，采集表層海水、周邊冰川融水，用本方法進行10種OPEs的檢測。結果如表5所示，冰川融水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.09～2.03 ng/L，與Bacaloni 等[10]在低緯度地區(qū)的檢測結果(5～780 ng/L)相比，極地水體中∑OPEs的質(zhì)量濃度明顯偏低。其中，TCPP等含氯取代基團的OPEs在環(huán)境中不易降解，TPhP的半衰期也可達到170 d以上[17]，因此北極水體中TPhP、TCPP、TEHP為主要的污染物，且檢出率較高，TCEP、TCPP、TPhP、TBEP、TCP、TEHP也有檢出。

表 5 北極水體中OPEs的濃度Table 5 The concentration of OPEs in the Arctic waters

ND：not detected

3 結 論

建立了C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定北極水體中有機磷酸酯的方法，方法具有較好的精密度和準確度。相較于傳統(tǒng)的液液萃取、固相萃取等技術，C18膜萃取具有接觸面積大，水樣通過速率快，萃取效率高，縮短樣品前處理時間，減少外源污染等優(yōu)點。且LC-MS/MS利用色譜柱的高分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度，能夠減少基質(zhì)效應，降低檢出限。本方法10種OPEs的檢出限為0.08～0.55 ng/L。應用本方法對北極新奧爾松地區(qū)水體中OPEs進行檢測，冰川融水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.09～2.03 ng/L，盡管OPEs在極地水體中的檢出量相對較少，但隨著OPEs的不斷遷移，極地等偏遠地區(qū)OPEs的污染狀況應引起相應的重視，并進一步研究其環(huán)境行為。

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Determination of Organophosphate Esters in Polar Waters by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry with C18Membrane Disk Extraction

GAO Yu-hang1,2,NA Guang-shui2*,LI Rui-jing2,GAO Hui2,LIU Dan3,CAO Sheng-kai1,2

(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China；2.Key Laboratory for Ecological Environment in Coastal Areas (SOA),National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian 116023,China；3.School of Chemistry and Chemical Engineering,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China)

A rapid method was developed for the determination of 10 organophosphate esters(OPEs) in the Arctic waters by liquid chromatography-mass spectrometry(LC-MS/MS) combined with C18membrane disk extraction.By the optimized pretreatment and instrumental methods,10 OPEs were collected with C18membrane disk from 4 L water,and extracted with dichloromethane in ultrasonic extraction apparatus.After purification and concentration,the OPEs were analyzed by LC-MS/MS under positive electrospray ionization in selective reaction monitoring(SRM) mode.The linear correlation coefficients are in the range of 0.994 4-0.999 9. The recoveries of 10 OPEs in water samples ranged from 64.1% to 115% with the method detection limits of 0.08-0.55 ng/L.Furthermore,10 OPEs compounds in the Arctic waters samples were analyzed by this method,and the OPEs concentrations in the river and seawater were in the ranges of 0.64-6.64 ng/L and 0.09-2.03 ng/L,respectively.

organophosphate esters;C18membrane disk extraction; LC-MS/MS; polar water

2017-07-26；

2017-08-24

國家自然科學基金資助項目(41406088,21377032)；南北極環(huán)境綜合考察與評估專項(2017-02-01，03-04,04-01，04-03)

*

那廣水，博士，研究員，研究方向：新興污染物環(huán)境行為研究，Tel:0411-84782822，E-mail:gsna@nmemc.org.cn

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.12.008

O657.63；O657.7

A

1004-4957(2017)12-1464-05