液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定食品接觸材料中的六溴環(huán)十二烷

馬 強(qiáng)，李文濤，孫慧媛，于紅梅，李晶瑞，孟憲雙，白 樺，王 星，王 超

(中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100123)

溴代阻燃劑是一類廣泛用于多種消費(fèi)品、起阻燃作用的工業(yè)化學(xué)品，典型的溴代阻燃劑包括六溴環(huán)十二烷、四溴雙酚A、多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚等。其中，六溴環(huán)十二烷屬脂環(huán)族溴系添加型阻燃劑，由1，5，9-環(huán)十二烷三烯與溴加成制得，主要用于阻燃聚苯乙烯泡沫材料、紡織品、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、涂料、黏結(jié)劑等，不需要與銻系協(xié)效劑并用，阻燃效果良好，是僅次于十溴二苯醚和四溴雙酚A的世界第三大用量的阻燃劑產(chǎn)品［1］。六溴環(huán)十二烷主要是α-、β-和γ-六溴環(huán)十二烷3種異構(gòu)體的混合物。其作為高持久性、高生物蓄積性和毒性物質(zhì)［2－3］，已發(fā)現(xiàn)存在于環(huán)境和人體中［4－5］，被歐盟化學(xué)品管理署列為高關(guān)注物質(zhì)［6］。挪威污染控制管理局發(fā)布的《消費(fèi)品中禁用特定有害物質(zhì)》(PoHS指令)將其列為控制的污染物之一。奧斯陸－巴黎公約(OSPAR)也已將六溴環(huán)十二烷列入優(yōu)先控制污染物質(zhì)名錄［7］。

關(guān)于六溴環(huán)十二烷檢測(cè)的研究報(bào)道主要集中在生物樣品［8－9］、環(huán)境樣品［10－12］、食品樣品［13］等方面，涉及的方法包括氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［8－9］、液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［11－12］、超高效液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［10，13］等。六溴環(huán)十二烷的3種主要異構(gòu)體在160℃以上會(huì)發(fā)生熱重排，在240℃以上將脫溴降解［14］，從而限制了氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法的推廣應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外尚未見食品接觸材料中六溴環(huán)十二烷測(cè)定方法的研究報(bào)道。本研究采用超聲提取、固相萃取、液相色譜－串聯(lián)四極桿質(zhì)譜等技術(shù)，建立了高分子類食品接觸材料中α，β，γ-六溴環(huán)十二烷的分析方法，方法準(zhǔn)確、快速、靈敏度高，可用于食品接觸材料的實(shí)際檢驗(yàn)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ACQUITY液相色譜儀、Xevo TQ MS三重四極桿質(zhì)譜儀、MassLynx數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(美國(guó)Waters公司);SM2000型冷凍研磨機(jī)(德國(guó)Retsch公司);TurboVap型氮吹儀(美國(guó)Caliper公司);GX－274 ASPEC型全自動(dòng)固相萃取儀(美國(guó)Gilson公司);N－1000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(日本EYELA公司)，配有BC－55型真空冷卻系統(tǒng)(日本Yamato Scientific公司);ENVI－CarbⅡ/PSA復(fù)合型固相萃取柱(500 mg/500 mg，6 mL，美國(guó)Supelco公司);Acrodisc GHP雙性濾膜(美國(guó)Pall公司);甲醇、二氯甲烷、正己烷、丙酮(HPLC級(jí)，美國(guó)Fisher公司);氦氣、氬氣(＞99.999%);其他試劑均為分析純(北京化工廠)。α-六溴環(huán)十二烷、β-六溴環(huán)十二烷、γ-六溴環(huán)十二烷標(biāo)準(zhǔn)溶液(均為100 mg/L，純度99%，溶于甲苯)購(gòu)自美國(guó)AccuStandard公司。

1.2 色譜質(zhì)譜條件

Waters XBridge C18色譜柱(150 mm×2.1 mm，3.5 μm);流動(dòng)相:甲醇－乙腈－水(41∶41∶18)等度洗脫;流速0.3 mL/min;柱溫30℃;樣品室溫度20℃;進(jìn)樣量5 μL;電噴霧離子源;負(fù)離子模式;毛細(xì)管電壓2.8 kV;射頻透鏡電壓0.3 V;離子源溫度150℃;去溶劑氣溫度500℃;去溶劑氣流量1 000 L/h;錐孔氣流量50 L/h;光電倍增器電壓650 V;碰撞氣體為氬氣，碰撞氣壓0.35 Pa;多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式檢測(cè)，六溴環(huán)十二烷的質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。

表1 α，β，γ-六溴環(huán)十二烷的質(zhì)譜分析參數(shù)Table 1 MS parameters for α，β，γ-hexabromocyclododecane analysis

1.3 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液與工作液的配制

分別準(zhǔn)確量取100 mg/L的α，β，γ-六溴環(huán)十二烷標(biāo)準(zhǔn)溶液各0.5 mL，轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，配制成α，β，γ-六溴環(huán)十二烷濃度各為5 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于－20℃下保存。使用時(shí)，用甲醇逐級(jí)稀釋成α，β，γ-六溴環(huán)十二烷濃度分別為1、5、10、20、50、100、200 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，于4℃下保存，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.4 樣品處理

將食品接觸材料樣品剪成5 mm×5 mm以下的小塊，用液氮冷凍研磨機(jī)磨成粉末。稱取0.5 g粉末樣品(精確至0.001 g)，置于25 mL具塞離心管中，以15 mL丙酮為提取溶劑，超聲提取25 min，提取液以不低于5 000 r/min的速率離心10 min，取上清液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至近2 mL，氮?dú)饩徛抵两?，加? mL正己烷溶解殘?jiān)?，通過(guò)預(yù)先依次用10 mL二氯甲烷－正己烷(2∶3)混合液和10 mL二氯甲烷活化，10 mL正己烷平衡的ENVI－CarbⅡ/PSA固相萃取柱，用1 mL二氯甲烷－正己烷(2∶3)混合液淋洗，再用5 mL二氯甲烷－正己烷(2∶3)混合液洗脫。洗脫液用氮?dú)饩徛蹈珊?，?zhǔn)確加入1 mL甲醇溶解殘?jiān)?，?jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾，供LC－MS/MS測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

α，β，γ-六溴環(huán)十二烷3種非對(duì)映異構(gòu)體的正辛醇/水分配系數(shù)(Kow)介于5.07～5.47之間，極性非常接近，色譜分離困難。本文分別考察了不同品牌的C18、C8、苯基柱對(duì)六溴環(huán)十二烷異構(gòu)體化合物的分離效果。結(jié)果表明，采用Waters XBridge C18色譜柱時(shí)，α，β，γ-六溴環(huán)十二烷依次出峰，獲得了最為理想的分離效果。分別比較了甲醇－水、乙腈－水、甲醇－乙腈－水混合溶劑流動(dòng)相系統(tǒng)對(duì)色譜峰分離、峰形和信號(hào)響應(yīng)的影響，結(jié)果表明，以甲醇－乙腈－水(41∶41∶18)為流動(dòng)相，分離時(shí)間較短，且分離效果最佳，α-六溴環(huán)十二烷、β-六溴環(huán)十二烷、γ-六溴環(huán)十二烷之間的分離度分別為1.62和3.08。進(jìn)一步考察了流速的影響，結(jié)果表明，在0.30 mL/min流速條件下，α，β，γ-六溴環(huán)十二烷的分離效果、分析時(shí)間、質(zhì)譜響應(yīng)值以及色譜柱的柱壓比較理想，且具有較小的色譜峰展寬(見表2)。

表2 不同流速下α，β，γ-六溴環(huán)十二烷的保留時(shí)間和分離度Table 2 Retention times and resolutions of α，β，γ-hexabromocyclododecane at different flow rates

2.2 質(zhì)譜測(cè)定條件的選擇

根據(jù)六溴環(huán)十二烷化合物的化學(xué)電離性質(zhì)，選用ESI－作為離子化模式，采用流動(dòng)注射泵連續(xù)進(jìn)樣方式進(jìn)行質(zhì)譜條件的優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，六溴環(huán)十二烷在離子源ESI－電離方式下，可獲得較高豐度的［M－H］－母離子。在確定母離子后，采用子離子掃描方式進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜分析(見圖1)，選取豐度較強(qiáng)的主要碎片離子m/z 80.7和m/z 78.8分別作為定量離子和輔助定性離子。通過(guò)優(yōu)化毛細(xì)管電壓、一級(jí)錐孔電壓、二級(jí)錐孔電壓、射頻透鏡電壓、碰撞能量、碰撞氣流量等質(zhì)譜參數(shù)，使六溴環(huán)十二烷的準(zhǔn)分子離子與特征碎片離子產(chǎn)生的離子對(duì)強(qiáng)度達(dá)到最大，質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。

2.3 超聲提取條件的優(yōu)化

以超聲提取率為指標(biāo)，考察了正己烷、二氯甲烷、丙酮、甲醇、無(wú)水乙醇、乙腈等不同提取溶劑對(duì)六溴環(huán)十二烷提取效率的影響(見圖2)。結(jié)果表明，丙酮的提取效果最佳，這符合丙酮對(duì)六溴環(huán)十二烷及樣品基質(zhì)有較好溶解性的特性。進(jìn)一步考察了以丙酮為提取溶劑，不同超聲提取時(shí)間(10～45 min)對(duì)六溴環(huán)十二烷提取效率的影響，結(jié)果顯示超聲提取25 min時(shí)的提取效果最佳(見圖3)。

圖1 六溴環(huán)十二烷的子離子掃描質(zhì)譜圖Fig.1 Daughter scan spectrum of hexabromocyclododecane

圖2 不同提取溶劑的提取率Fig.2 Extraction recoveries of different extraction solvents

2.4 固相萃取凈化條件的優(yōu)化

食品接觸材料樣品基質(zhì)復(fù)雜，如果樣品提取液不進(jìn)行凈化，可能會(huì)影響待測(cè)化合物的定性和定量分析結(jié)果。分別考察了親水親脂柱(Oasis HLB)、石墨化碳黑柱(Supelclean Envi－Carb)、氨基柱(Sep－Pak NH2)、硅膠柱(Sep－Pak Silica)、弗羅里硅土柱(Sep－Pak Florisil)和石墨化碳黑/氨基復(fù)合柱(ENVICarbⅡ/PSA)對(duì)六溴環(huán)十二烷的凈化效果。結(jié)果表明，ENVI－CarbⅡ/PSA的凈化效果和回收率最優(yōu)(見圖4)。采用該柱為固相萃取柱，先用10 mL二氯甲烷－正己烷(2∶3)混合液和10 mL二氯甲烷活化固定相，并除去固定相中的雜質(zhì)，再用10 mL正己烷平衡，創(chuàng)造適合上樣的環(huán)境?？疾炝瞬煌浔鹊亩燃淄椋和榛旌弦毫芟聪到y(tǒng)的洗脫效果。根據(jù)洗脫曲線，二氯甲烷－正己烷(2∶3)混合液可將六溴環(huán)十二烷完全洗脫下來(lái)，獲得了最佳的回收率。進(jìn)一步對(duì)洗脫體積進(jìn)行了考察，結(jié)果表明，最初1 mL二氯甲烷－正己烷(2∶3)不會(huì)將六溴環(huán)十二烷洗脫下來(lái)，因此將其作為淋洗液;隨后5 mL二氯甲烷－正己烷(2∶3)可將六溴環(huán)十二烷完全洗脫下來(lái)，將其作為洗脫液。

圖3 不同超聲時(shí)間下的提取率Fig.3 Extraction recoveries under various ultrasonic times

圖4 不同固相萃取柱凈化效果的比較(n=3)Fig.4 Comparison of clean-up effects of different SPE cartridges(n=3)

2.5 線性范圍與定量下限

采用α-六溴環(huán)十二烷、β-六溴環(huán)十二烷和γ-六溴環(huán)十二烷標(biāo)準(zhǔn)品，以外標(biāo)法定量，選擇離子m/z 640.6/80.7定量。分別配制一系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在選定的色譜和質(zhì)譜條件下進(jìn)行測(cè)定，以定量離子峰面積(Y)對(duì)相應(yīng)濃度(X，μg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示，在標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為20～500 μg/L范圍內(nèi)，α-六溴環(huán)十二烷、β-六溴環(huán)十二烷和γ-六溴環(huán)十二烷的線性方程分別為:Y=0.413 0X+0.426 1，r=0.998 2;Y=0.874 6X－2.525 9，r=0.993 7;Y=0.357 3X－2.392 8，r=0.990 5。以10倍信噪比計(jì)算，得到α-六溴環(huán)十二烷、β-六溴環(huán)十二烷和γ-六溴環(huán)十二烷的定量下限(LOQ)均為40.0 μg/kg。α，β，γ-六溴環(huán)十二烷的MRM色譜圖見圖5。

2.6 方法的回收率與精密度

圖5 α，β，γ-六溴環(huán)十二烷的MRM色譜圖Fig.5 MRM chromatogram of α，β，γhexabromocyclododecane

采用經(jīng)測(cè)定不含有六溴環(huán)十二烷的食品接觸材料樣品，分別進(jìn)行加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn)，樣品添加不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按本方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用液相色譜－串聯(lián)四極桿質(zhì)譜進(jìn)樣測(cè)定，每個(gè)加標(biāo)濃度平行測(cè)定6次。在低、中、高的3個(gè)加標(biāo)水平下的平均回收率為86%～91%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.9%～4.7%(見表3)。

表3 回收率與精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of recovery and precision tests

2.7 實(shí)際樣品的測(cè)定

應(yīng)用本方法對(duì)高分子類食品接觸材料樣品共10件進(jìn)行分析，結(jié)果均未檢出六溴環(huán)十二烷。

3 結(jié)論

本文采用超聲提取、固相萃取、液相色譜－串聯(lián)四極桿質(zhì)譜等技術(shù)，研究建立了高分子類食品接觸材料中六溴環(huán)十二烷的分析測(cè)定方法，方法準(zhǔn)確、快速、靈敏、重現(xiàn)性好，可用于與食品接觸的高分子材料中六溴環(huán)十二烷的實(shí)際檢驗(yàn)工作。

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