高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法分析土壤中多溴聯(lián)苯醚類化合物

牛 禾，余彬彬,2，饒欽全，王 暉，丁 苗，徐方曦

1.臺(tái)州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 臺(tái)州 318000 2.臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工與材料工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000

多溴聯(lián)苯醚類化合物(PBDEs)作為典型的溴代阻燃劑，主要有3種工業(yè)產(chǎn)品(五溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚和十溴聯(lián)苯醚)，由于生產(chǎn)工藝成熟、成本優(yōu)勢(shì)突出、阻燃效果好等優(yōu)點(diǎn)，曾被大量廣泛地應(yīng)用于電子電器、紡織、交通等行業(yè)中[1-4]。但PBDEs同時(shí)存在難降解性、脂溶性和生物累積性[5]，近年來逐漸被立法控制，六溴聯(lián)苯醚和七溴聯(lián)苯醚、四溴聯(lián)苯醚和五溴聯(lián)苯醚已于2009年被列入《斯德哥爾摩公約》受控的增補(bǔ)持久性有機(jī)污染物名單[6]，十溴聯(lián)苯醚于2017年被世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列入三類致癌物清單[7]。

PBDEs易從產(chǎn)品中脫落而存在于環(huán)境中，由于其水溶性低，更易富集于土壤和沉積物等環(huán)境介質(zhì)中。目前土壤中PBDEs最常見的定量檢測(cè)方法為氣相色譜質(zhì)譜法(GC-MS)[8-10]，USEPA推薦用高分辨氣相色譜質(zhì)譜法進(jìn)行檢測(cè)。但是高溴代PBDEs的分析對(duì)于氣相色譜進(jìn)樣口類型、進(jìn)樣口溫度、離子源溫度和氣相色譜柱等條件，都有較為嚴(yán)格的要求，特別是十溴聯(lián)苯醚，分子量大不易氣化，在氣相色譜的進(jìn)樣口容易分解，必須配備專用的高溫柱，才能得到較為滿意的分析結(jié)果。隨著檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中液相色譜質(zhì)譜儀(LC-MS)的普及[11-16]，LC-MS已經(jīng)逐漸應(yīng)用于土壤[11-12]、水[13-14]、揚(yáng)塵[15-16]、底泥[17]等介質(zhì)中的溴代阻燃劑的檢測(cè)。鑒于國(guó)內(nèi)LC-MS應(yīng)用于土壤中PBDEs的檢測(cè)方法報(bào)道較少，筆者以土壤為研究對(duì)象，結(jié)合內(nèi)標(biāo)法，建立了LC-MS/MS配APCI源，負(fù)離子模式測(cè)定土壤中PBDEs的分析方法，為未來完善國(guó)內(nèi)土壤中PBDEs的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

超高效液相色譜系統(tǒng)(Thermo Ultimate 3000，美國(guó)Thermo公司)，三重四極桿質(zhì)譜儀(Q-5500，美國(guó)AB SCIEX公司)，配APCI源，快速溶劑萃取儀(Dionex ASE-300，美國(guó)Thermo公司)，全自動(dòng)凝膠凈化儀 GPC (德國(guó)LC-Tech公司), 全自動(dòng)氮吹濃縮儀(美國(guó)Zymark公司，Turbo VapⅡ)，氮吹儀(美國(guó)Organomation公司，N-EVAP-112)，BEH反相C18色譜柱(美國(guó)Waters公司, xbridge，2.1 mm×100 mm，2.5 μm)。

PBDEs 8種混合物標(biāo)樣(美國(guó)Accustandard公司)：BDE-28、BDE-47、BDE-100、BDE-99、BDE-154、BDE-153和BDE-183濃度為20 mg/L，BDE-209濃度為200 mg/L；內(nèi)標(biāo)13C12-BDE-139和13C12-BDE-209購(gòu)自英國(guó)Cambridge Isotope laboratories Ins公司，濃度分別為51.5、48.8 mg/L，多溴聯(lián)苯醚土壤質(zhì)控樣(SQC-072，美國(guó)RTC公司)。丙酮、二氯甲烷、甲醇均為色譜純(德國(guó)CNW公司)，氨水為分析純(中國(guó)國(guó)藥集團(tuán))。

供測(cè)試的8個(gè)實(shí)際土壤樣品來自臺(tái)州市某電子垃圾拆解園區(qū)，采自生產(chǎn)企業(yè)周邊的4個(gè)點(diǎn)位的表層土(采樣深度為0～20 cm)和下層土壤(采樣深度為20～60 cm)，土壤顏色為褐色。

1.2 樣品預(yù)處理

將土壤冷凍干燥，研磨均勻，過0.25 mm孔徑篩，得到土壤樣品，稱取約16 g土壤樣品，與適量硅藻土混合，置于ASE萃取池中，加入16 μL濃度分別為5.15、4.88 mg/L的13C12-BDE-139和13C12-BDE-209 內(nèi)標(biāo)物，二氯甲烷萃取，萃取壓力為1 500 psi，溫度為100 ℃，時(shí)間為5 min，重復(fù)萃取2次，收集萃取液，濃縮定容至8.0 mL，取5.0 mL濃縮液進(jìn)行GPC凈化，二氯甲烷作為流動(dòng)相，流速為5.0 mL/min，預(yù)淋洗時(shí)間為1 100 s，收集時(shí)間為920 s，后沖洗時(shí)間為300 s，最后收集凈化液，濃縮并轉(zhuǎn)換為甲醇溶劑至1.0 mL。

1.3 液相色譜-質(zhì)譜條件

1.3.1 色譜條件

柱溫為35 ℃，流速為0.4 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL，分離時(shí)間為13 min。流動(dòng)相A：水+0.1%氨水，B：甲醇+0.1%氨水。梯度淋洗：0～2 min，85% B，2～7 min，85%～100% B，7～9.8 min，100% B，9.8～10.0 min，100%～85% B，10.0～13.0 min，85% B。

1.3.2 質(zhì)譜條件

三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)，APCI負(fù)離子電離模式，氣簾氣(CUR)壓力為40 psi，噴霧針電壓為-4 500 V，離子源溫度為300 ℃，噴霧氣(GS1)壓力為55 psi，碰撞氣(CAD)壓力為medium，目標(biāo)掃描時(shí)間為0.5 s，入口電壓(EP)為10 V，出口電壓(CXP)為13 V，各目標(biāo)化合物的質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。

表1 8種PBDEs的保留時(shí)間、定量及定性離子對(duì)、DP及CE參數(shù)Table 1 Retention times, quantitative and qualitative ion pairs, declustering potentials (DP), collision energies (CE) of 8 kinds of PBDEs

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

由于PBDEs為弱極性化合物，在超高效液相色譜中選用反向C18柱，適當(dāng)調(diào)整液相色譜條件即可得到較好的分離度，針對(duì)目標(biāo)化合物，使用甲醇作為流動(dòng)相的分離效果要優(yōu)于乙腈作為流動(dòng)相。在流動(dòng)相中加入0.1%氨水，可使目標(biāo)物的峰型更尖銳，并促進(jìn)目標(biāo)物的離子化效率，從而增強(qiáng)各目標(biāo)物的響應(yīng)信號(hào)，提高PBDEs的檢測(cè)靈敏度。因此，筆者選用0.1%氨水甲醇溶液和0.1%氨水溶液作流動(dòng)相。

2.2 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

質(zhì)譜分析的條件也是影響結(jié)果的重要因素，由于PBDEs極性比較低，不適合采用ESI電離模式，而APCI主要形成單電荷的準(zhǔn)分子離子，對(duì)于弱極性的PBDEs具有極強(qiáng)的選擇性，抗干擾能力強(qiáng)，綜合比較后，選用APCI電離模式，通過全掃描確定8種PBDEs的母離子質(zhì)量數(shù)，推測(cè)其離子化過程為PBDEs分子失去一個(gè)Br-，[BDE-Br]+→[BDE-Br+NH3]+，[BDE-Br+NH3]+即為母離子質(zhì)量數(shù)，再分別對(duì)每種目標(biāo)物進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜掃描，優(yōu)化特征碎片離子，PBDEs的定量離子基本都為m/z 78.9，即失去一個(gè)Br-，推測(cè)定性離子m/z 265.7、498.4、418.8、734.3及746.2均為[BDE-Brn+NH3]+。

分別對(duì)噴霧氣輔助氣壓力、碰撞電壓和離子源溫度等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)離子源溫度為300 ℃、噴霧器壓力為55 psi，氣簾氣壓力為40 psi，噴霧針電壓為-4 500 V時(shí)，使用APCI源負(fù)離子掃描模式獲得最好的分析結(jié)果。各化合物的提取離子流色譜圖見圖1。

注：13C12內(nèi)標(biāo)物的濃度為50 μg/L，BDE-209濃度為1 000 μg/L，其他7種BDE濃度為100 μg/L。圖1 PBDEs各反應(yīng)通道的化合物色譜圖Fig.1 Chromatograms for the individual MRM channels of PBDEs

與常規(guī)的氣質(zhì)分析方法相比，低溴代的化合物(如BDE-28和BDE-47)，在氣相色譜質(zhì)譜上使用EI分析容易得到較好的響應(yīng)值，獲得比液質(zhì)略低的檢出限，但是五溴代以上的PBDEs，由于所取代的溴原子增多，在液相色譜質(zhì)譜上使用APCI方式分析能夠獲得更高的響應(yīng)值和更佳的靈敏度。特別是BDE-209的氣質(zhì)分析，需要使用專用的高溫柱并更換CI源，LC-MS/MS配APCI源可以實(shí)現(xiàn)一次性從三溴代到十溴代的化合物的快速分析。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

將標(biāo)準(zhǔn)溶液用初始流動(dòng)相稀釋成一系列不同質(zhì)量濃度的溶液，內(nèi)標(biāo)法定量，繪制8種PBDEs的標(biāo)準(zhǔn)曲線(表2)。除十溴聯(lián)苯醚外的其他7種多溴聯(lián)苯醚的線性范圍為4～200 μg/L，以13C12-PBDE-139作為定量?jī)?nèi)標(biāo)，十溴聯(lián)苯醚的線性范圍為10～1 000 μg/L，以13C12-PBDE-209作為定量?jī)?nèi)標(biāo)。由表2可知，8種PBDEs在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)范圍為0.998 8～0.999 5，滿足定量分析的需求。按照EPA SW-846方法計(jì)算方法檢出限，按照樣品前處理進(jìn)行7次方法空白加標(biāo)測(cè)試，以檢出限3～5倍的空白加標(biāo)液測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=7)計(jì)算方法檢出限，所得檢出限為0.22～0.59 μg/kg。

表2 8種多溴聯(lián)苯醚的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和方法檢出限Table 2 Linear equation, correlation coefficient and method detection limit for 8 kinds of PBDEs

2.4 回收率、精密度和準(zhǔn)確度

取不同土壤樣品，加入各自標(biāo)準(zhǔn)曲線中高低2個(gè)濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液，按照樣品前處理方法，計(jì)算各目標(biāo)化合物的加標(biāo)回收率。配置中間點(diǎn)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，三溴到九溴BDE濃度為100 μg/L，BDE-209濃度為400 μg/L，在樣品分析過程中加入，一般每分析10個(gè)土壤樣品加入中間濃度點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)液，計(jì)算中間濃度點(diǎn)測(cè)定值的精密度。取SQC-072土壤多溴聯(lián)苯醚質(zhì)控樣，按照樣品前處理進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試值與理論值比較，計(jì)算準(zhǔn)確度。結(jié)果表明(表3)，方法加標(biāo)回收率為71%～126%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為3%～18%，中間點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)試精密度均小于10%，質(zhì)控樣測(cè)試結(jié)果均在允許范圍內(nèi)且具有較好的精密度。

表3 各化合物加標(biāo)回收率、精密度和準(zhǔn)確度Table 3 Recovery, precision and accuracy of compounds

2.5 樣品測(cè)試

在臺(tái)州市某電子垃圾拆解點(diǎn)附近采集8個(gè)土壤樣品，按照該方法進(jìn)行分析，集中拆解點(diǎn)附近的表層土壤中測(cè)得有明顯的BDE-209，濃度為ND～96.6 μg/kg，另外3種PBDEs濃度較低，BDE-183為ND～4.20 μg/kg，BDE-153為ND～0.71 μg/kg，BDE-99為ND～0.52 μg/kg，其他4種BDEs未檢出，具體結(jié)果見表4。

表4 土壤樣品的多溴聯(lián)苯醚含量Table 4 The concentration of PBDEs in soil samples

3 結(jié)論

研究采用LC-MS/MS配APCI源方法測(cè)定土壤中的PBDEs，樣品采用ASE萃取和GPC凈化，內(nèi)標(biāo)法測(cè)試，方法加標(biāo)回收率為71%～126%，中間點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)試精密度均小于10%，質(zhì)控樣測(cè)試結(jié)果均在允許范圍內(nèi)，可同時(shí)測(cè)定三溴代到十溴代的8種PBDEs。該方法可為后續(xù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考。