全自動(dòng)固相萃取-氣相色譜法測(cè)定地表水中20種多溴聯(lián)苯

朱佩玉，高晨，姜金萍，顧俊鵬

（江蘇康達(dá)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，江蘇蘇州 215000）

多溴聯(lián)苯(PBBs)是一類溴取代的聯(lián)苯同系物，經(jīng)Friedel-Crafts 反應(yīng)溴化合成，根據(jù)溴原子在苯環(huán)上取代的數(shù)量和位置的不同，可細(xì)分為一溴聯(lián)苯到十溴聯(lián)苯等209種同分異構(gòu)體[1]，其中一部分異構(gòu)體作為添加型阻燃劑應(yīng)用于電子器件、紡織、化工、建材等領(lǐng)域[2]，目前環(huán)境中的多溴聯(lián)苯大多來自于溴系阻燃劑之中。多溴聯(lián)苯具有十分典型的持久性有機(jī)污染物(POPs)特征[3]，性質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中后很難降解，可在水體等介質(zhì)中長期存在，隨自然遷移作用逐漸在陸生系統(tǒng)中積累富集，對(duì)環(huán)境生物和人類健康造成潛在危害，表現(xiàn)出環(huán)境持久性、生物富集性、遠(yuǎn)距離傳輸性和毒性特征[4]，已有研究表明多溴聯(lián)苯具有致癌性[5]。2009 年，商用六溴聯(lián)苯被新增列入《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》附件A[6]。雖然目前世界范圍內(nèi)已全面停止了多溴聯(lián)苯的生產(chǎn)，但伴隨著大量的含多溴聯(lián)苯產(chǎn)品的使用、處置等過程，仍不時(shí)有多溴聯(lián)苯在環(huán)境介質(zhì)中檢出的報(bào)道，說明其污染危害仍然存在。

相較于多溴聯(lián)苯醚的大量研究和相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)布，多溴聯(lián)苯的研究則要少得多。目前多溴聯(lián)苯主要分析方法有高效液相色譜(HPLC)法[7]、氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器(GC-ECD)法[8?9]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)法[10?12]和高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用(HRGC-HRMS)法[13]。2022 年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了土壤和沉積物中20 種多溴聯(lián)苯的氣相色譜-高分辨質(zhì)譜測(cè)定方法[14]，這也是我國首個(gè)將多溴聯(lián)苯的測(cè)定應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

目前關(guān)于環(huán)境地表水中多溴聯(lián)苯的研究尚未建立起成熟、有效的分析方法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，GC-MS 分析方法的靈敏度難以滿足地表水的痕量分析要求，HRGC-HRMS 法的儀器價(jià)格昂貴，對(duì)人員和環(huán)境的要求比較高，GC-ECD 法由于對(duì)多溴聯(lián)苯具有高靈敏度和高選擇性的優(yōu)點(diǎn)，且儀器簡單使方法易于普及，結(jié)合全自動(dòng)固相萃取技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)ng/L 級(jí)的檢出濃度。通過對(duì)儀器分析參數(shù)和固相萃取條件的優(yōu)化，筆者最終建立了全自動(dòng)固相萃取結(jié)合氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器法測(cè)定地表水中20種多溴聯(lián)苯的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜儀：GC-2030 型，配備電子捕獲檢測(cè)器，日本島津公司。

全自動(dòng)固相萃取儀：AquaTrace?ASPE899 型，島津技邇(上海)商貿(mào)有限公司。

固相萃取柱：PS/DVB，6 mL/(250 mg)，月旭科技(上海)股份有限公司。

氮吹儀：HSC-12B 型，天津市恒奧科技發(fā)展有限公司。

超純水機(jī)：Dura 12V型，美國澤拉布公司。

正己烷、甲醇、乙酸乙酯：色譜純，上海星可高純?nèi)軇┯邢薰尽?/p>

鹽酸：密度為1.19 g/mL，昆山金城試劑有限公司。

氫氧化鈉：優(yōu)級(jí)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

硫代硫酸鈉：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

10 種PBBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：含有PBB-3、PBB-15、PBB-18、PBB-52、PBB-103、PBB-153、PBB-180、PBB-194、PBB-206、PBB-209，質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

PBB-1、PBB-2、PBB-9、PBB-10、PBB-30、PBB-49、PBB-77、PBB-101、PBB-156、PBB-169 標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為35 μg/mL，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水為新制超純水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

1.2.1 20種PBBs混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液

分別移取0.1 mL 10 種PBBs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和PBB-1、PBB-2、PBB-9、PBB-10、PBB-30、PBB-49、PBB-77、PBB-101、PBB-156、PBB-169 標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.286 mL 于同一只10 mL 容量瓶中，用正己烷稀釋并定容至標(biāo)線，搖勻，得到各組分質(zhì)量濃度均為1.0 μg/mL的20種PBBs混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

1.2.2 20種PBBs混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

準(zhǔn)確移取0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、1.00 mL 20種PBBs混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于10 mL容量瓶中，用正己烷稀釋并定容至標(biāo)線，搖勻，配制成6個(gè)濃度點(diǎn)的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列，各組分質(zhì)量濃度均依次為5.0、10.0、20.0、40.0、60.0、100 μg/L。

1.3 色譜條件

色譜柱：DB-5MS 型毛細(xì)管柱(15 m×0.25 mm，0.1 μm，美國安捷倫科技有限公司)；柱溫箱升溫程序：100 ℃保持1 min，然后以10 ℃/min 升溫至320 ℃，保持3 min；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；電子捕獲檢測(cè)器溫度：320 ℃；載氣：99.999%高純氮?dú)猓恢髁浚?.2 mL/min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣體積：1.0 μL。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 樣品采集

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 91.2—2022)[15]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行地表水樣品的采集。樣品采集在棕色玻璃樣品瓶中，每升水中加入80 mg硫代硫酸鈉除氯，水樣應(yīng)充滿樣品瓶，上層不留氣泡，采集后于4 ℃以下避光保存，7 d內(nèi)完成萃取。

1.4.2 樣品提取

準(zhǔn)確量取經(jīng)0.45 μm濾膜過濾的待測(cè)水樣1 L，用0.05 g/mL氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液(體積比1∶1)調(diào)節(jié)pH 至中性，加入10 mL 甲醇，搖勻。安裝好全自動(dòng)固相萃取儀，依次用10 mL正己烷、10 mL乙酸乙酯、10 mL 甲醇和10 mL 實(shí)驗(yàn)用水活化固相萃取柱，活化后使水樣以10 mL/min 的流速全部通過固相萃取柱，然后通高純氮?dú)飧稍?0 min，用8 mL 正己烷-乙酸乙酯(體積比7∶3)混合溶劑洗脫固相萃取柱，洗脫液經(jīng)氮吹濃縮至1 mL 以下，將溶劑完全置換為正己烷，定容至1.0 mL，待測(cè)。

1.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟

用自動(dòng)進(jìn)樣器取1.0 μL 試樣注入氣相色譜儀中，用石英毛細(xì)管柱將目標(biāo)化合物分離，電子捕獲檢測(cè)器（ECD）檢測(cè)。根據(jù)樣品中目標(biāo)化合物與標(biāo)準(zhǔn)系列中目標(biāo)化合物的保留時(shí)間進(jìn)行定性，外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣相色譜條件的優(yōu)化

多溴聯(lián)苯的極性介于非極性和中等極性之間[16]，通常采用弱極性的5%苯基-95%甲基聚硅氧烷作為色譜柱填料。由于高溴代的多溴聯(lián)苯在受熱時(shí)非常容易發(fā)生脫溴降解，為解決這一問題，可以通過減少色譜柱長度、降低膜厚的方法來縮短其在色譜柱的駐留時(shí)間，同時(shí)設(shè)定合適的升溫程序，保證20種PBBs 能夠得到有效分離。最終選擇DB-5MS毛細(xì)管氣相色譜柱(15 m×0.25 mm，0.1 μm)，程序分析時(shí)間為26 min。優(yōu)化條件下20種PBBs的氣相色譜圖如圖1所示。

圖1 20種PBBs氣相色譜圖

2.2 固相萃取條件的優(yōu)化

2.2.1 有機(jī)改性劑的選擇

多溴聯(lián)苯屬于脂溶性化合物，在水中的溶解度較低，加入適量的有機(jī)改性劑，可以增強(qiáng)固相萃取柱填料對(duì)多溴聯(lián)苯目標(biāo)物的吸附能力，提升萃取效率[17]。分別選擇甲醇、乙醇、乙醚和丙酮作為有機(jī)改性劑，各移取10 mL于1 L水樣中，同時(shí)選擇一組樣品不加有機(jī)改性劑作為對(duì)照，經(jīng)全自動(dòng)固相萃取前處理后上機(jī)分析，得到20 種PBBs 的回收率如圖2所示。由圖2 可以看出，添加有機(jī)改性劑的樣品PBBs的回收率明顯高于未添加有機(jī)改性劑的樣品，4種溶劑中甲醇的回收率高于乙醇、乙醚和丙酮，故最終選擇甲醇作為有機(jī)改性劑。

圖2 添加不同有機(jī)改性劑后20種PBBs的回收率

2.2.2 固相萃取柱的選擇

分別選取LC-C18、Poly-Sery HLB、Florisil 和PS/DVB 共4 種SPE 小柱，對(duì)添加質(zhì)量濃度為50.0 ng/L的水樣進(jìn)行固相萃取處理，并按照優(yōu)化后的氣相色譜條件進(jìn)行測(cè)定，考察不同填料固相萃取柱對(duì)PBBs 回收率的影響，結(jié)果見表1。由表1 可知，F(xiàn)lorisil 柱對(duì)不同溴代聯(lián)苯的提取能力差別很大，具體表現(xiàn)為對(duì)低溴代聯(lián)苯的提取效率較高，而高溴代聯(lián)苯的提取效率較低；Poly-Sery HLB 柱對(duì)20 種PBBs 的整體提取效果表現(xiàn)一般；LC-C18 柱和PS/DVB 柱均可以滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)定要求，回收率基本在60%以上，鑒于PS/DVB柱的整體提取效率更高，故最終選擇PS/DVB柱作為該方法的固相萃取柱。

表1 不同SPE小柱PBBs的回收率

2.2.3 洗脫溶劑的選擇

結(jié)合多溴聯(lián)苯的極性，分別選取正己烷、乙酸乙酯、正己烷-乙酸乙酯(體積比1∶1)、正己烷-乙酸乙酯(體積比7∶3)和正己烷-乙酸乙酯(體積比8∶2)作為洗脫溶劑，比較20種PBBs的提取效率，結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可以看出，洗脫溶劑為正己烷-乙酸乙酯(7∶3)時(shí)20 種PBBs 的洗脫效果最佳，回收率為67.6%～98.1%。

圖3 不同洗脫溶劑時(shí)20種PBBs的回收率

2.2.4 洗脫溶劑體積的選擇

保持其它固相萃取條件不變，分別設(shè)定洗脫溶劑體積為4、6、8、10 mL，測(cè)定PBBs的回收率。結(jié)果表明，在4～8 mL 范圍內(nèi)，PBBs 的回收率隨洗脫溶劑體積升高整體呈上升趨勢(shì)，繼續(xù)增加洗脫溶劑體積至10 mL，回收率變化不再明顯，故選擇洗脫溶劑體積為8 mL。

2.3 線性范圍和檢出限

按照氣相色譜分析條件，分別對(duì)20 種PBBs 混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列進(jìn)行測(cè)定，以目標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以色譜峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，獲得線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)。

依照《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2020)[18]有關(guān)規(guī)定，對(duì)加標(biāo)量為估計(jì)方法檢出限3～5 倍的空白加標(biāo)樣品進(jìn)行9 次重復(fù)測(cè)定，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差s，根據(jù)公式LD=2.896×s計(jì)算方法檢出限，定量限以4 倍檢出限計(jì)。20 種PBBs 的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、方法檢出限及定量限見表2。由表2可知，20種PBBs的質(zhì)量濃度在5.0～100 μg/L 范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.998。當(dāng)樣品取樣量為1 L，定容體積為1.0 mL時(shí)，20 種PBBs 的方法檢出限為1.3～4.4 ng/L，定量限為5.2～17.6 ng/L，能夠滿足地表水中PBBs 的檢測(cè)要求。

2.4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

選取實(shí)驗(yàn)室空白水樣，分別做2 組不同濃度的平行加標(biāo)回收試驗(yàn)，加標(biāo)質(zhì)量濃度分別為20.0、80.0 ng/L。按照優(yōu)化后的方法進(jìn)行6 次平行測(cè)定，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的平均回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表3。由表3 可知，低、高2 組加標(biāo)濃度水平下，20 種PBBs 的加標(biāo)回收率為72.8%～90.9%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3%～8.5%。

表3 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

建立了地表水中20 種多溴聯(lián)苯的全自動(dòng)固相萃取-氣相色譜法，重點(diǎn)對(duì)氣相色譜條件和固相萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化探索。該方法依托自動(dòng)化的樣品前處理設(shè)備，操作簡便，提取效率高，氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器分析靈敏度好，回收率和精密度均滿足要求，可以為環(huán)境地表水中多溴聯(lián)苯的有效監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持和方法依據(jù)。