氣相色譜柱對多溴聯(lián)苯醚分析的影響

張 煒 ，馮 灝 ，張 冰 ，楊永壇

（1.國家糧食和物資儲備局 科學研究院，北京 100037；2.河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

多溴聯(lián)苯醚（polybrominated diphenyl ethers,PBDEs）是一類添加型溴代阻燃劑[1]，被廣泛應用于電子、化工、建材、紡織、石油、采礦等領(lǐng)域[2-3].多溴聯(lián)苯醚是典型的持久性有機污染物，其分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（如圖1所示），可以通過揮發(fā)、滲出等方式從各種工業(yè)品釋放到環(huán)境之中，并長期存在，且能通過食物鏈進入生物體并蓄積[4].根據(jù)研究，多溴聯(lián)苯醚具有潛在的神經(jīng)毒性和肝毒性，會造成人和動物的內(nèi)分泌失調(diào)，免疫障礙，而且可能導致癌癥[5].目前，在大氣、土壤、水等環(huán)境介質(zhì)[6-7]及動植物體內(nèi)[8]都檢出了多溴聯(lián)苯醚.因此，對多溴聯(lián)苯醚的檢測成為了環(huán)境、食品和生物安全領(lǐng)域的重要內(nèi)容[9-10].

圖1 多溴聯(lián)苯醚基本分子結(jié)構(gòu)Fig.1 General molecular structure of polybrominated diphenyl ethers

多溴聯(lián)苯醚通常采用色譜方法進行檢測.氣相色譜結(jié)合電子捕獲檢測器（electron capture detector,ECD）或質(zhì)譜檢測器（mass spectrometry detector, MS）是最主要的方法[9].但多溴聯(lián)苯醚屬于弱極性化合物，沸點一般比較高，且根據(jù)其上溴原子個數(shù)和取代位置不同，不同單體的沸點相差較大，對氣相色譜的溫度控制要求較高.另外，多溴聯(lián)苯醚的穩(wěn)定性差別較大，特別是高取代溴聯(lián)苯醚，在高溫下容易發(fā)生分解[11-12]，造成色譜定性定量準確性較差，因此采用氣相色譜分析多溴聯(lián)苯醚仍然面臨著挑戰(zhàn)[13].其中色譜柱是影響氣相色譜分析結(jié)果最重要的因素之一[14-18]，色譜柱的性質(zhì)決定色譜分析效率，如果色譜柱的選用不適當，將影響到定性和定量結(jié)果的準確性.在實際工作中，色譜柱的選擇是一項十分重要且困難的工作，需要結(jié)合分析目的，根據(jù)目標分析物的性質(zhì)及含量進行選擇.

本研究以11種代表性多溴聯(lián)苯醚為目標，系統(tǒng)探討8種不同型號的氣相色譜柱對其分析結(jié)果的影響，旨在為不同研究領(lǐng)域中多溴聯(lián)苯醚的檢測分析提供參考.

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

GC 7890A氣相色譜儀配有7683自動進樣器和電子捕獲檢測器（安捷倫科技有限公司，美國）.11種多溴聯(lián)苯醚（如表1所列）的單獨標準溶液（50 μg/mL，溶于異辛烷，北京百靈威公司）.異辛烷（農(nóng)殘級，北京百靈威公司）.

表 1 11種代表性多溴聯(lián)苯醚Table 1 11 Representative polybrominated biphenyl ethers

1.2 試驗方法

1.2.1 標準溶液配制

分別精確移取11種多溴聯(lián)苯醚單獨標準品混合后，加入異辛烷進行稀釋，配制為每個單體的質(zhì)量濃度均為50 ng/mL的混合工作液，置于-18 ℃下避光保存.

1.2.2 氣相色譜分析基本條件

采用不分流進樣模式，進樣口溫度設為295 ℃，進樣量為1.0 μL，采用毛細管色譜柱，載氣為高純氮氣，流速設為1.5 mL/min.升溫程序：初始溫度90 ℃，以升溫速率20 ℃/min升至320 ℃，并保持一定時間.電子捕獲檢測器溫度為325 ℃，補償氣為高純氮氣，流速為30 mL/min.

1.2.3 試驗氣相色譜柱

選用8根毛細管氣相色譜柱進行試驗，具體型號、參數(shù)及品牌如表2所列.分析條件與1.2.2中氣相色譜分析基本條件一致.

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

選擇3種液膜組成不同的氣相色譜柱進行比較，包括DB-5MS、DB-XLB、DB-35MS，色譜柱規(guī)格均為長度30 m，內(nèi)徑0.25 mm，液膜膜厚0.25 μm（如表2所列，柱2、6、7）.在DB-5MS色譜柱上，11種多溴聯(lián)苯醚全部有響應，并全部基線分離[如圖2（a）所示].在DB-XLB色譜柱上，BDE-206和BDE-209沒有響應，BDE-203的響應較低，其它單體可以很好的分開，保留時間相對于在DB-5MS柱上均有所延后，并且響應均出現(xiàn)不同程度的下降[如圖2（e）所示].在DB-35MS色譜柱上，其上液膜對多溴聯(lián)苯醚的保留能力進一步增加，多溴聯(lián)苯醚單體的保留時間明顯延后，BDE-203、BDE-206、BDE-209在這根色譜柱上均沒有響應，可出峰單體的響應值均下降[如圖2（g）所示].

上述結(jié)果表明，色譜柱液膜的極性是決定多溴聯(lián)苯醚保留時間及響應的關(guān)鍵因素.DB-5MS色譜柱液膜組成為5%苯基-95%二甲基聚硅氧烷，DB-35MS色譜柱的液膜組成為35%苯基-65%二甲基聚硅氧烷，DB-XLB色譜柱的液膜組成未知.根據(jù)安捷倫公司的信息，上述色譜柱液膜的極性由弱到強順序為：DB-5MS＜DB-XLB＜DB-35MS.比較每個單體的保留時間和響應值與色譜柱液膜極性之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，色譜柱液膜的極性越強，每個單體的保留時間越長，響應值降低的趨勢越明顯[如圖3（a）（b）所示].比較長度較短（15 m），液膜更?。?.1 μm）的兩種色譜柱（DB-5MS和DB-XLB）（如表2所列，柱1、5），結(jié)果呈現(xiàn)相同的趨勢[如圖3（c）（d）所示].進一步證明液膜極性是多溴聯(lián)苯醚有效分離分析的關(guān)鍵因素.在進行多溴聯(lián)苯醚的分析時，應盡量選擇極性較小的色譜柱，以降低方法檢出限.

圖3 不同液膜組成對11種多溴聯(lián)苯醚保留時間和響應的影響( a ) 11種PBDEs在不同液膜組成的較長色譜柱上保留時間比較，( b ) 11種PBDEs在不同液膜組成的較長色譜柱上響應值比較，( c ) 11種PBDEs在不同液膜組成的較短色譜柱上保留時間比較，( d ) 11種PBDEs在不同液膜組成的較短色譜柱上響應值比較(1) DB-5MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm), (2) DB-XLB (30 m×0.25 mm×0.25 μm), (3) DB-35MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm),(4) DB-5MS (15 m×0.25 mm×0.10 μm), (5) DB-XLB (15 m×0.25 mm×0.10 μm)Fig.3 Effect of stationary phase type on retention time and response of 11 PBDEs

表 2 色譜柱型號，品牌及柱參數(shù)Table 2 Type, brand and parameter of columns

2.2 色譜柱品牌

不同生產(chǎn)廠家的色譜柱即使有相同的液膜組成，但因其制柱工藝的不同，在進行分析時也可能存在差異.DB-5MS（J&W）、HP-5MS（Agilent）、TR-5MS（Thermo）（如表2所列，柱2、3、4）的液膜組成均為5%苯基-95%聚二甲基硅氧烷.采用3根色譜柱對11種多溴聯(lián)苯醚分析后發(fā)現(xiàn)[如圖2（a） （c）（d）所示]，在這3根色譜柱上，可出峰多溴聯(lián)苯醚單體的保留時間基本相同，說明3個色譜柱液膜的極性基本一致，但在3根色譜柱上的多溴聯(lián)苯醚的響應相差較大[如圖4(a） （b）所示].

圖2 11種多溴聯(lián)苯醚在8根色譜柱上的色譜圖比較(a) DB-5MS (30 m×0.25 mm× 0.25 μm), (b) DB-5MS(15 m×0.25 mm×0.1 μm), (c) HP-5MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm), (d) TR-5MS (30 m× 0.25 mm×0.25 μm),(e) DB-XLB (30 m×0.25 mm×0.25 μm), (f) DB-XLB(15 m×0.25 mm×0.1 μm), (g) DB-35MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm), (h) TR-35MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm)(1) BDE-25, (2) BDE-28, (3) BDE-47, (4) BDE-100, (5) BDE-99, (6) BDE-154, (7) BDE-153, (8) BDE-183, (9) BDE-203,(10) BDE-206, (11) BDE-209Fig.2 Chromatograms of 11 PBDEs on 8 columns

在DB-5MS色譜柱上，11種多溴聯(lián)苯醚單體都可以出峰，而HP-5MS和TR-5MS這2個色譜柱均無法找到BDE-203、BDE-206、BDE-209的色譜峰，六溴聯(lián)苯醚BDE-153、BDE-154和七溴聯(lián)苯醚BDE-183在后兩根色譜柱上的響應值下降較多，其值分別為DB-5MS色譜柱上響應的63%，70%和30%[如圖4（a）（b）所示].比較液膜極性略強的DB-35MS和TR-35MS色譜柱（如表2所列，柱7、8），在這兩根色譜柱上雖然BDE-203、BDE-206、BDE-209仍無響應，但其它多溴聯(lián)苯醚單體的保留時間和響應值基本一致[如圖4（c） （d）所示]，這一結(jié)果與弱極性的DB-5MS和TR-5MS的結(jié)果有所不同.不同生產(chǎn)廠家的色譜柱的結(jié)果表明分析多溴聯(lián)苯醚時，最主要的影響因素是色譜柱液膜的極性，其次是色譜柱的制柱工藝.

圖4 相同液膜組成不同品牌色譜柱對11種多溴聯(lián)苯醚保留時間和響應的影響( a ) 11種PBDEs在液膜為5%苯基-95%二甲基聚硅氧烷的不同品牌色譜柱上保留時間比較，( b ) 11種PBDEs在液膜為5%苯基-95%二甲基聚硅氧烷的不同品牌色譜柱上響應值的比較，( c ) 11種PBDEs在液膜為35%苯基-65%二甲基聚硅氧烷的不同品牌色譜柱上保留時間比較，( d ) 11種PBDEs在液膜為35%苯基-65%二甲基聚硅氧烷的不同品牌色譜柱上響應值的比較(1) DB-5MS, (2) HP-5MS, (3) TR-5MS, (4) DB-35MS, (5) TR-35MSFig.4 Effect of column from different vendors to retention time and response of 11 PBDEs

2.3 色譜柱長及液膜厚度的選擇

采用DB-5MS和DB-XLB這2種液膜組成的色譜柱，分別比較15 m×0.25 mm×0.1 μm和30 m×0.25 mm×0.25 μm 這2種不同柱長和液膜厚度的色譜柱（如表2所列，柱1、2，柱5、6）對多溴聯(lián)苯醚的影響.采用DB-5MS類色譜柱，結(jié)果顯示在柱長更短、液膜更薄的柱上，11種多溴聯(lián)苯醚可以被更快洗脫出來，保留時間相較于在液膜更厚的長DB-5MS色譜柱上變短[如圖2（a） （b）所示]，響應值更高[如圖5（a） （b）所示].在極性較強的DBXLB色譜柱上，也得到同樣的結(jié)果[如圖5（c） （d）所示].在柱長更短、液膜更薄的DB-XLB色譜柱上，BDE-206和BDE-209均可出峰響應[如圖2（e）（f）所示]，其它多溴聯(lián)苯醚單體的響應均比長柱上有所提高[如圖5（c） （d）所示].表明柱長更短，液膜更薄的色譜柱有利于高取代多溴聯(lián)苯醚的分析.

圖5 氣相色譜柱長度與液膜厚度對11種多溴聯(lián)苯醚保留時間和響應的影響( a ) 11種PBDEs在不同長度和液膜厚度的DB-5MS色譜柱上保留時間比較，( b ) 11種PBDEs在不同長度和液膜厚度的DB-5MS色譜柱上響應值比較，( c ) 11種PBDEs在不同長度和液膜厚度的DB-XLB色譜柱上保留時間比較，( d ) 11種PBDEs在不同長度和液膜厚度的DB-XLB色譜柱上響應值比較(1) DB-5MS (15 m×0.25 mm×0.10 μm), (2) DB-5MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm), (3) DB-XLB (15 m×0.25 mm×0.10 μm),(4) DB-XLB (30 m×0.25 mm×0.25 μm)Fig.5 Effect of column length and stationary phase thickness on retention time and response of 11 PBDEs

3 結(jié)論

探討了氣相色譜柱對多溴聯(lián)苯醚分離和檢測的影響.氣相色譜柱的極性不僅是影響分離的主要因素，而且會嚴重影響不同單體，尤其是高取代溴聯(lián)苯醚的響應.不同品牌的色譜柱明顯影響高取代溴聯(lián)苯醚的響應，而色譜柱長度和液膜厚度也同樣嚴重影響多溴聯(lián)苯醚的分析靈敏度.多溴聯(lián)苯醚在環(huán)境和生物體中以不同單體形式廣泛存在，對其檢測分析時，需要以目標為導向，根據(jù)基質(zhì)和分析目標物選擇適當?shù)臍庀嗌V條件.根據(jù)目前研究結(jié)果，進行多溴聯(lián)苯醚的分析時一般情況下更宜選擇液膜極性較小的氣相色譜柱，同時需要對不同品牌的色譜柱進行比較.當進行高取代多溴聯(lián)苯醚分析時，液膜更薄的短色譜柱可以給出較好的分析結(jié)果，但同時這類色譜柱的柱效降低更快，一定程度上限制了其使用時限.當分析低取代多溴聯(lián)苯醚，或進行更多組分分析時，更長的弱極性色譜柱具有更好的分離效果，是更好的選擇.