液相色譜質(zhì)譜法測定沉積物中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸

黃東仁

(福建省海洋環(huán)境與漁業(yè)資源監(jiān)測中心，福建 福州 350003)

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液相色譜質(zhì)譜法測定沉積物中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸

黃東仁

(福建省海洋環(huán)境與漁業(yè)資源監(jiān)測中心，福建 福州 350003)

建立了沉積物中全氟辛基磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)的固相萃取凈化及超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UHPLC-MS/MS)測定方法。沉積物樣品中的待測組分于70℃，15mL甲醇超聲萃取2次，用C18固相萃取小柱進(jìn)行富集、凈化，經(jīng)再濃縮、定容至1.0mL后，用EclipsePlus-C18色譜柱、甲醇/水(含5.0mM甲酸銨)為流動相，梯度洗脫方式進(jìn)行分離；電噴霧負(fù)離子模式(ESI-)電離、多重反應(yīng)監(jiān)測模式(MRM)以及內(nèi)標(biāo)法對目標(biāo)物進(jìn)行定性/定量測定。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，1.0ng/g，n=7)分別為8.3%(PFOS)、9.1%(PFOA)，沉積物樣品添加0.5、2.0、5.0ng/g濃度水平的待測目標(biāo)物時，加標(biāo)回收率在(82.5±9.2)%(PFOS)～(103.2±9.2)%(PFOA)之間(平行測定3次)；方法在0.5～20.0ng/g范圍內(nèi)，質(zhì)譜信號響應(yīng)與待測組分濃度呈良好線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)>0.999 0；方法的定量限(LOQ，S/N=10)為0.08ng/g。方法具有樣品前處理簡單、分析速度快、選擇性好的特點(diǎn)，適用于海洋沉積物中PFOS與PFOA的測定。

全氟辛基磺酸(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；沉積物；固相萃??；液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜

全氟化合物(Perfluorinatedcompounds，PFCs)具有疏水、疏油、抗污等非常獨(dú)特的理化性質(zhì)，被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、商業(yè)和個人消費(fèi)品中。近年的研究表明，PFCs具有環(huán)境穩(wěn)定、污染范圍廣、高生物累積等持久性有機(jī)物(POPs)的特性，已引起國際社會的高度關(guān)注[1]。全氟辛基磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)是用量最大的全氟化合物[1-2]，已在世界范圍的水體、沉積物、土壤、生物體內(nèi)檢出[1]。PFCs在環(huán)境介質(zhì)的積累已經(jīng)威脅到人類健康和整個生態(tài)環(huán)境的安全，甚至影響生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。人類活動的主要陸源污染物如PFCs經(jīng)近岸排污、河口徑流輸入后進(jìn)入海洋水體并最后被沉積物吸附，海洋沉積物是PFCs在環(huán)境中遷移、轉(zhuǎn)化的重要載體，也是污染受體和歸宿。建立近岸沉積物中PFOS與PFOA的測定方法，對了解PFCs在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化、污染控制等具有重要意義。

PFCs的測定方法主要有氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)[3-4]、液相色譜—質(zhì)譜法(LC-MS)[5-8]。但由于PFCs具有高沸點(diǎn)、難揮發(fā)的特點(diǎn)，使用GC-MS測定時需要通過衍生使PFCs酯化；而LC-MS尤其是使用串級質(zhì)譜(MSn)檢測器時，則無需衍生化，而且檢測靈敏度高、定性/定量能力強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于各種新型污染物的測定。本研究在前人研究[8-10]基礎(chǔ)上，通過對色譜—質(zhì)譜條件、固相萃取前處理過程等條件進(jìn)行優(yōu)化，建立C18固相萃取(SPE)凈化、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)快速測定方法，并應(yīng)用于沉積物柱樣中PFOS、PFOA的測定，了解沉積物中兩種目標(biāo)物的沉積記錄，為相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)提供檢測方法參考。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

Agilent1290液相色譜儀、Agilent6460三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀(美國安捷倫科技有限公司)，配置電噴霧離子源(ESI)接口、MassHunter工作站軟件；Milli-Q超純水制備系統(tǒng)(美國Millipore公司)；KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；BHA-9050A濃縮儀(CaliperLifeSciences，USA)；0.22μm一次性針式過濾膜(天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；C18鍵合硅膠填料固相萃取柱(500mg，6mL，BESEP，北京振翔科技有限公司)。

甲醇(MeOH)、乙腈(美國Merck公司)以及甲酸、甲酸銨(美國Sigma公司)純度均為LC-MS級；待測目標(biāo)物PFOS與PFOA標(biāo)準(zhǔn)品購于Dr.EhrenstorferGmbH公司(純度>98.0%)；內(nèi)標(biāo)化合物13C4-全氟辛基磺酸(MPFOS)、13C4-全氟辛酸(MPFOA)(1.2mL，50mg/L)購于WellingtonLaboratories公司。

稱取100mg單標(biāo)(固體)于10mL容量瓶，用甲醇溶解并定容至刻度，配制成濃度為10.0mg/mL的單標(biāo)儲備液；取合適量的兩種單標(biāo)儲備液，用甲醇配置混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，使用時再用甲醇/水流動相(60∶40，v∶v)逐步稀釋至所需濃度。

1.2樣品采集與前處理

沉積物樣品采集于九龍江河口潮間帶。樣品采集后保存于玻璃樣品瓶中，并立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，冷凍干燥后，用陶瓷研缽磨細(xì)，過100目篩后備用。

稱取5.0g干燥后的沉積物樣品，加100μL50μg/L混合內(nèi)標(biāo)溶液(ISTD，MPFOS及MPFOA)，分別用15mL甲醇為萃取溶劑，超聲萃取2次；超聲萃取條件為70℃，60min。合并后的萃取液在8 000r/min下離心5min，真空濃縮到1mL后，將濃縮液用50mL超純水溶解，再使用固相萃取(SPE)富集、凈化。

使用C18SPE柱進(jìn)行凈化。SPE小柱使用前，分別用正己烷、丙酮、甲醇、超純水(各2mL左右)對小柱進(jìn)行潤洗；將待富集、凈化的樣品萃取液緩慢注入SPE小柱，流速大致控制在3mL/min，待樣品萃取液完全流干后，將SPE小柱中殘留的水分用真空抽濾至干；然后用10mL甲醇洗脫SPE小柱，收集流出液并濃縮至近干，用甲醇定容至1.0mL，待上機(jī)測試。

為避免器皿引入較高空白，實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)該避免使用聚四氟乙稀(PTFE)材質(zhì)的器皿和色譜管路，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用玻璃器皿或不銹鋼、聚醚醚酮(PEEK)管路。

1.3色譜分離及質(zhì)譜測定條件

EclipsePlus-C18(2.1mm×50mm，1.8μm)色譜柱；流動相為含5.0mM甲酸銨的甲醇和水，流速0.5mL/min，柱溫40℃；梯度洗脫程序?yàn)椋?～1.0min，60%～95%MeOH；1.0～2.0min，95%MeOH；進(jìn)樣量2.0μL。

電噴霧采用負(fù)離子模式(ESI-)；干燥氣溫度350℃，流速8L/min；霧化氣壓力241.3kPa；鞘氣溫度380℃，流速8L/min；毛細(xì)管電壓4kV；噴嘴電壓3.5kV。定性/定量方法采用多重反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式，參數(shù)分別為：PFOSFrag.180V掃描離子對為499>80(定量)，499>99；PFOAFrag.70V掃描離子對為413>369(定量)，413>169；MPFOSFrag.180V掃描離子對為503>80(定量)，503>99；MPFOAFrag.70V掃描離子對為417>372(定量)，417>169。內(nèi)標(biāo)法定量。

2　結(jié)果與討論

2.1色譜分離及質(zhì)譜測定條件選擇

實(shí)驗(yàn)選擇對中等極性、弱極性待測組分有良好保留特性及分離能力的EclipsePlus-C18色譜柱，分別用甲醇/水(分別含0.01%、0.05%、0.10%甲酸以及1.0、2.5、5.0、10.0mM甲酸銨)、乙腈/水(含2.0mM甲酸銨)流動相進(jìn)行梯度洗脫，以選擇合適的流動相。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述幾種體系均能使目標(biāo)組分得到較好分離；但甲醇/水體系的結(jié)果顯示，加入甲酸后待測組分的質(zhì)譜響應(yīng)有一定下降；而含有甲酸銨的流動相體系則表明，待測兩種PFCs組分的質(zhì)譜信號強(qiáng)度明顯增加，且色譜峰形也得到改善。綜合考慮色譜分離、質(zhì)譜信號響應(yīng)強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)選擇甲醇/水(含5.0mM甲酸銨)體系進(jìn)行分離，待測的2種目標(biāo)物可在2.0min內(nèi)被洗脫，如圖1所示。

圖1 MRM 色譜圖(空白沉積物樣品加標(biāo)濃度1.0 ng/g，圖中1.PFOA，2.PFOS)

Fig.1 MRM chromatogram of standard spiked sediment sample(Standard spiked at 1.0 ng/g for1：PFOA and 2：PFOS)

采用儀器自帶的操作條件優(yōu)化軟件Optimizer分別對碎裂電壓(Fragmentor)、碰撞能量(Collisionenergy，CE)、定性/定量MRM離子對進(jìn)行優(yōu)化。使用直接進(jìn)樣方式、甲醇/水(60/40，v/v，含5.0mM甲酸銨)為流動相，得到各待測組分的最佳MRM采集參數(shù)。實(shí)驗(yàn)還優(yōu)化了干燥氣溫度、干燥氣流速、霧化氣壓力、鞘氣溫度、鞘氣流速、毛細(xì)管電壓、噴嘴電壓等離子源參數(shù)，使各待測組分得到最佳的信號響應(yīng)。

2.2方法的精密度及加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

在未檢出待測組分的沉積物樣品中分別添加濃度水平為1.0ng/g的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及內(nèi)標(biāo)溶液，放置24h后制成人工模擬樣品，測定方法的精密度。實(shí)驗(yàn)中，依照上述2.2～2.3所述的樣品前處理、色譜分離及質(zhì)譜測定條件，對模擬樣品進(jìn)行平行測定7次，計算測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在8.3%～9.1%之間，可以滿足痕量PFOA、PFOS測定的要求。

用標(biāo)準(zhǔn)加入回收實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度。在未檢出PFOA、PFOS的沉積物樣品中，分別添加濃度水平為0.5ng/g、2.0ng/g、5.0ng/g的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及內(nèi)標(biāo)溶液，放置24h后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；依照上述2.2～2.3所述的樣品前處理、色譜分離及質(zhì)譜測定條件測定，對3次平行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、計算，結(jié)果如表2所示。表2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)際樣品中添加低、中、高3個濃度水平的回收率在(82.5±9.2)%(PFOS)～(103.2±9.2)%(PFOA)之間，可滿足海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋化學(xué)研究等對沉積物樣品中PFOA、PFOS測定的要求。

表1　方法的精密度、線性范圍和定量限

表2　PFOS與PFOA加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：*回收率為3次平行測定結(jié)果的平均值。

Nota：*Therecoverywasobtainedfrom3-replicate.

2.3方法的線性范圍及定量限

在未檢出PFOA、PFOS的沉積物樣品中分別添加0.0、0.5、2.0、5.0、10.0、20.0ng/g的PFCs混標(biāo)，同時添加濃度為2.5ng/g的內(nèi)標(biāo)物MPFOS、MPFOA，依照上述2.2～2.3所述的樣品前處理、色譜分離及質(zhì)譜測定條件進(jìn)行測定，以待測組分濃度(ng/g)為橫坐標(biāo)，定量離子對的峰面積(yi)與相應(yīng)內(nèi)標(biāo)物質(zhì)峰面積(yin)的比值(y)為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性相關(guān)系數(shù)，線性相關(guān)關(guān)系圖見圖2，結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)的添加濃度范圍內(nèi)(0.5～20.0ng/g)，樣品中待測組分添加濃度與待測組分信號及內(nèi)標(biāo)物信號的比值呈良好的線性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均>0.999 0?？紤]到沉積物樣品中PFOA、PFOS的濃度較低，方法的線性范圍以實(shí)驗(yàn)的濃度范圍(0.5～20.0ng/g)表達(dá)。

方法定量限(LOQ)采用標(biāo)準(zhǔn)添加的方法進(jìn)行確定。在未檢出PFOA、PFOS的沉積物樣品基質(zhì)中，從高濃度至低濃度逐步添加待測組分后進(jìn)行測定，直至獲得的信噪比為10(S/N=10)時對應(yīng)的濃度定義為方法的定量限。其中，噪聲的測量時間為3.0min，噪聲測量方式為均方根(RMS)，由儀器自帶工作站軟件計算得到[11]。方法的LOQ如表1所示，實(shí)驗(yàn)確定的PFOS、PFOA的LOQ均為0.08ng/g.

圖2PFOA 和PFOS 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

Fig.2Standard curves of PFOA and PFOS

2.4實(shí)際樣品測定

為了驗(yàn)證建立方法的能力，本工作對九龍江河口采集的沉積物樣品中PFOA、PFOS進(jìn)行測定。表3所示為實(shí)驗(yàn)中測定的部分沉積物樣品中PFOA、PFOS的結(jié)果。實(shí)際樣品測定結(jié)果表明，九龍江河口區(qū)沉積物樣品中PFOS含量遠(yuǎn)高于PFOA，但PFOS的含量均低于1.0ng/g，尚處于較低水平。

表3　九龍江河口區(qū)沉積物中PFOA與PFOS含量

注：nd為未檢出。

Note：ndwasnotdetected.

3　結(jié)論

文中通過對沉積物樣品中PFOA、PFOS兩種全氟化合物萃取、凈化、淋洗等樣品前處理過程的優(yōu)化，以及超高效液相色譜-質(zhì)譜測定條件的選擇，建立了可應(yīng)用于沉積物樣品中兩種全氟化合物測定的方法。方法簡單、快速、準(zhǔn)確，可測定沉積物中0.08ng/g以上的PFOA和PFOS的含量，方法可應(yīng)用于近海海洋環(huán)境監(jiān)測工作。

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Simultaneous determination of PFOS and PFOA in sediments samples using liquid chromatography-mass spectrometry

HUANG Dongren

(FujianMarineEnvironmentandFisheryResourcesMonitoringCenter，F(xiàn)uzhou350003，China)

AmethodforsimultaneousdeterminationofPFOSandPFOAinenvironmentalsedimentssampleswasdevelopedbyultrapressureliquidchromatographycoupledwithtandemmassspectrometry.Sedimentssamplewasextractedbyultrasonicwith15mLmethanoltwice，thenenrichedandpurifiedthroughaC18SPE，andfinallyconcentratedinto1.0mLwithanautomatedde-solventdevice.TargetanalyteswereseparatedonaEclipsePlus-C18columnusingmethanol-water(containing5.0mmol/LNH4COOH)asmobilephase.Thenegativeelectrosprayionization(ESI-)andmultiplereactionmonitoringmode(MRM)wereutilized.Therecoveries(n=3)andrelativestandarddeviations(RSD，n=7)were(82.5± 9.2)%and8.3%forPFOSat0.5，2.0and5.0ng/gspikinglevelsand(103.2± 9.2)%and9.1%forPFOAat0.5，2.0and5.0ng/gspikinglevels，respectively.Aninternalstandardcalibrationmethodwaschosentothequantitativeanalysis.ThecalibrationcurvesofPFCswerelinearintherangeof0.5～20ng/gwithcorrelationcoefficientsmorethan0.999 0.Thedetectionlimitswere0.08ng/gforPFOSandPFOA.Theresultsshowedthatthismethodpossessedefficiencyandgoodselectivity，andcouldbeusedforthedetectionofPFOSandPFOAinmarinesediments.

PFOS；PFOA；sediments；solidphaseextraction(SPE)；liquidchromatography-massspectrometry(LC-MS)

2016-01-20

國家海洋公益性行業(yè)重點(diǎn)項(xiàng)目資助(201205009).

黃東仁(1962-)，男，福建閩清人，本科，高級工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測.E-mail:kk5832@126.com

P76

A

1006-5601(2016)01-0041-06

黃東仁.液相色譜質(zhì)譜法測定沉積物中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸[J].漁業(yè)研究，2016，38(1)：41-46.