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。
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。
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。
1.3.1 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
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。
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。
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
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
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
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。
中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)2019年6期