基質(zhì)固相分散-氣相色譜/質(zhì)譜法測定土壤中13種多溴聯(lián)苯醚

魏 孜，朱亞爾，宋 瑤，張瑜鐸，孫建騰,*

(1. 浙江大學(xué) 農(nóng)生環(huán)測試中心， 浙江 杭州 310058； 2. 浙江大學(xué) 環(huán)境科學(xué)系， 浙江 杭州 310058)

基質(zhì)固相分散-氣相色譜/質(zhì)譜法測定土壤中13種多溴聯(lián)苯醚

魏 孜1，朱亞爾1，宋 瑤2，張瑜鐸2，孫建騰1,2*

(1. 浙江大學(xué) 農(nóng)生環(huán)測試中心， 浙江 杭州 310058； 2. 浙江大學(xué) 環(huán)境科學(xué)系， 浙江 杭州 310058)

建立了基質(zhì)固相分散萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法測定土壤中13種多溴聯(lián)苯醚的分析方法.對固相分散劑種類、樣品與分散劑用量比例、洗脫溶劑及用量進(jìn)行了選擇和優(yōu)化.最佳前處理條件為：2 g樣品與4 g酸性硅膠固相分散劑研磨10 min，混合物裝入預(yù)先填好4 g無水硫酸鈉和4 g酸性硅膠的玻璃柱中，以50 mL正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)混合液洗脫并濃縮至0.5 mL，進(jìn)GC-MS分析.13種多溴聯(lián)苯醚在2～200 ng·g-1內(nèi)呈良好的線性關(guān)系(R2>0.992).平均加標(biāo)回收率在81%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于15%(n=3)，方法檢出限為75～950 pg·g-1，可以滿足土壤中痕量多溴聯(lián)苯醚殘留分析的要求.

多溴聯(lián)苯醚；土壤；基質(zhì)固相分散；氣相色譜質(zhì)譜法

Determination of 13 polybrominated diphenyl ethers in soil by matrix solid phase dispersion method and gas chromatography/mass spectrometry. Journal of Zhejiang University(Science Edition), 2017,44(1):106-111

多溴聯(lián)苯醚(polybrominated diphenyl ethers，PBDEs)是一類含溴原子的芳香族化合物，共有209種同系物，屬于添加型溴代阻燃劑，大量應(yīng)用于塑料、電器、交通、建材、紡織等領(lǐng)域.鑒于多溴聯(lián)苯醚的持久性、高親脂性、生物累積性和高毒性，其在環(huán)境中的濃度、遷移轉(zhuǎn)化以及對生物體和人類健康的危害日益受關(guān)注[1].作為一種新型的全球性污染物，2009年商用五溴聯(lián)苯醚和八溴聯(lián)苯醚被列入斯德哥爾摩公約優(yōu)先控制的持久性有機(jī)污染物名單.

多溴聯(lián)苯醚是一種普遍存在的環(huán)境污染物，在土壤中被廣泛檢出.特別是在電子產(chǎn)品拆解地如浙江臺州、廣東貴嶼，土壤中的多溴聯(lián)苯醚已達(dá)中等污染程度，對人體健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅[2-3].對多溴聯(lián)苯醚的檢測通常采用氣相色譜、氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用等方法[4-8].樣品前處理常采用超聲法[9]、索氏提取法[10]等，但這些方法存在有機(jī)溶劑用量大、耗時長的缺陷.

基質(zhì)固相分散萃取(matrix solid phase disperse，MSPD)是一種新型的樣品提取方法，因其具有簡便、高效、安全、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于食品中的農(nóng)藥殘留檢驗(yàn)[11]，以及環(huán)境和生物樣品中有機(jī)污染物的檢測[12-13].MSPD方法最早由美國BARKER教授在固相萃取方法的基礎(chǔ)上提出[14]，其基本方法是將待測樣品與某種固相分散劑混在一起并持續(xù)研磨至均勻，混合物填柱后使用有機(jī)溶劑洗脫，洗脫液進(jìn)一步濃縮后進(jìn)行儀器分析.MSPD方法集萃取和凈化過程于一體，使得樣品的前處理過程變得簡單，避免了由樣品均一化和轉(zhuǎn)溶等煩瑣操作帶來的目標(biāo)物損失，因此可以提高方法的準(zhǔn)確度和精密度[15].本研究基于基質(zhì)固相分散萃取的原理，旨在建立快速、高效的土壤殘留多溴聯(lián)苯醚的檢測方法，以滿足土壤質(zhì)量安全檢測日益嚴(yán)格與快速分析的需要.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)標(biāo)準(zhǔn)品混合物(BDE-17，28，47，66，71，85，99，100，138，153，154，183，209)購自美國Accustandard公司，氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(Agilent, 6890N/5975B)，ML204型分析天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)，WH-861型旋渦混合器(太倉華利達(dá)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，R-200型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士Buchi公司)，CM-24型氮吹濃縮儀(北京成萌偉業(yè)科技有限公司).

硅膠(450 ℃高溫活化7 h，冷卻后備用)、酸性硅膠(活化的硅膠與濃硫酸按照質(zhì)量比4：1混合均勻)，弗洛里土(450 ℃高溫活化7 h)，中性氧化鋁(450 ℃高溫活化7 h)，無水硫酸鈉(分析純，450 ℃高溫7 h 備用，實(shí)驗(yàn)前再130 ℃烘烤12 h)，正己烷、二氯甲烷均為色譜純，濃硫酸為優(yōu)級純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

土壤經(jīng)過冷凍干燥，研磨均勻，過不銹鋼篩(75目).MSPD方法的基本流程如圖1所示.將2 g的土壤樣品與酸性硅膠(4 g)按1：2的比例混合.在玻璃研缽中充分研磨10 min以形成均勻粉末.在一個玻璃柱(長15 cm，內(nèi)徑4 cm)中從下至上依次填入4 g無水硫酸鈉、4 g酸性硅膠、制備的土壤樣品-酸性硅膠混合物.使用50 mL的正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)混合液清洗玻璃研缽和杵，然后轉(zhuǎn)入玻璃柱上作為洗脫劑，在重力作用下洗脫，流速大約為5 mL·min-1.將洗脫液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并氮吹至干后溶于0.5 mL的正己烷，進(jìn)行GC/MS分析.

圖1 基質(zhì)固相分散方法流程圖Fig.1 Schematic of matrix solid phase dispersion(MSPD) method

1.2.2 儀器分析條件

多溴聯(lián)苯醚的分析是在Agilent 6890N GC/5975B MS上進(jìn)行的，GC/MS分析得到的色譜圖如圖2所示.

樣品通過Agilent 7683B系列自動進(jìn)樣器注入進(jìn)樣口，進(jìn)樣口采用不分流模式(280 ℃).氦氣作為載氣，選擇恒流模式，流量為1.0 mL·min-1.BDE-209的分析使用DB-5 MS毛細(xì)管柱(15 m，0.25 mm內(nèi)徑，0.1 μm膜厚)完成.升溫程序自100 ℃開始，以30 ℃·min-1加熱至310 ℃，保持9 min.除BDE-209外其他12種PBDEs的分離通過DB-5 MS毛細(xì)管柱(30 m，0.25 mm內(nèi)徑，0.1 μm膜厚)完成.升溫程序自90 ℃開始，以40 ℃·min-1加熱至250 ℃，然后以1.5 ℃·min-1加熱到280 ℃.后運(yùn)行設(shè)置為300 ℃，保持2 min.質(zhì)譜接口溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度150 ℃；離子源：EI；電子能量：70 eV；質(zhì)譜檢測方式：離子監(jiān)測模式(SIM).分析PBDEs選擇的定量離子為[M]+或者[M-2Br]+，選擇的定性離子為[M+2]+或者[(M+2)-2Br]+.13種PBDEs的分子式和SIM離子等參數(shù)見表1.

表1 GC/MS分析PBDEs的參數(shù)

注m/z1為定量離子，m/z2為定性離子.

圖2 GC/MS測定PBDEs標(biāo)準(zhǔn)品和土壤樣品色譜圖Fig.2 GC/MS TIC spectra of PBDEs standards and soil samples

2 結(jié)果與討論

2.1 基質(zhì)固相分散方法的條件優(yōu)化

向不含有目標(biāo)物的空白土壤基質(zhì)中加入一定量的PBDEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成濃度約為50 ng·g-1的加標(biāo)土壤，對基質(zhì)固相分散萃取方法的主要條件和參數(shù)進(jìn)行逐一優(yōu)化.圖3展示了固相分散劑、樣品/分散劑比例、洗脫劑等條件對回收率的影響.

2.1.1 分散劑的選擇

分別考察了弗洛里土、中性硅膠、酸性硅膠和中性氧化鋁等不同類型分散劑對PBDEs的提取效果.結(jié)果表明，以酸性硅膠作為分散劑，PBDEs的回收率在85%以上.其余3種分散劑PBDEs的回收率低于80%，因此本方法選擇酸性硅膠為最佳分散劑.

2.1.2 洗脫劑及其體積的選擇

分別考察了正己烷、正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)、二氯甲烷、丙酮的洗脫效果.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)的洗脫回收率較好，且基質(zhì)效應(yīng)的影響在可接受范圍內(nèi).二氯甲烷和丙酮的洗脫液中含有較多雜質(zhì)，對色譜分析產(chǎn)生了干擾.分別選用不同體積正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)進(jìn)行洗脫，并對比最后的洗脫效果.結(jié)果表明，使用50 mL洗脫劑時PBDEs的回收率最高，進(jìn)一步增加洗脫劑的體積，PBDEs的回收率無明顯變化，故選擇正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)50 mL.

2.1.3 樣品與分散劑比例的選擇

為了確定土壤樣品與固相分散劑的最優(yōu)混合比例，本研究進(jìn)一步考察了土壤與分散劑質(zhì)量比分別為1：1，1：2，1：4，1：6時PBDEs的提取效果.結(jié)果表明，當(dāng)質(zhì)量比為1：1時，對PBDEs的萃取效果一般，適當(dāng)提高分散劑的用量，至比例為1：2時，PBDEs的回收率明顯提高.當(dāng)土壤與酸性硅膠在質(zhì)量比為1：2時，PBDEs回收率最高，繼續(xù)增加分散劑用量，PBDEs的回收率開始下降.綜合考慮后，基質(zhì)與分散劑的質(zhì)量比選用1：2.

圖3 基質(zhì)固相分散方法的參數(shù)優(yōu)化Fig.3 Parameter optimization of MSPD method

2.2 方法性能評價與實(shí)際樣品分析

為了對此方法進(jìn)行全面評價，測試了方法的線性范圍、加標(biāo)回收率、精密度以及靈敏度，見表2和3.所有多溴聯(lián)苯醚的標(biāo)準(zhǔn)曲線均呈良好線性，在2，5，10，25，50，100，200 ng·g-1的標(biāo)準(zhǔn)曲線中，PBDEs的R2大于0.992. PBDEs的儀器檢出限(EDL)，即信噪比S/N=3時的最低濃度，為0.50～0.90 ng·mL-1.PBDEs的方法檢出限(MDL)是使用加標(biāo)土壤來測定的，也是信噪比S/N=3時的最低濃度，為75～950 pg·g-1.

表2 回歸方程、線性相關(guān)系數(shù)和方法檢出限

取浙江省臺州市農(nóng)村地區(qū)農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行測定，樣品平行測定3次，檢出其中4種PBDEs：BDE-47、BDE-99、BDE-183和BDE-209，其濃度分別為4.4，3.2，5.6和10.5 ng·g-1(見圖2).高于ZOU等[16]在珠江三角地區(qū)土壤中的調(diào)查結(jié)果(ΣPBDEs=0.13～3.81 ng·g-1)，但低于CAI等[17]2006年對臺州土壤調(diào)查的結(jié)果(ΣPBDEs=824.4～948.6 ng·g-1).

表3 方法的回收率與精密度(n=3)

在此陽性樣品中加入13種PBDEs分析物(各20 ng)進(jìn)一步考察和評價本方法的回收率.結(jié)果表明，土壤中13種多溴聯(lián)苯醚的平均回收率在81%～103%，進(jìn)一步證明了樣品在前處理過程中并無基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生.方法精密度是基于3次平行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)的評價.所有實(shí)驗(yàn)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于15%，滿足土壤樣品分析測定的要求.與文獻(xiàn)[4-8]中的PBDEs分析方法相比，本方法的各項指標(biāo)均符合痕量有機(jī)污染物分析的要求，并且在有機(jī)溶劑使用量上遠(yuǎn)少于文獻(xiàn)[4-8]的方法，同時大大節(jié)約了時間成本，具有較好的應(yīng)用前景.

3 結(jié) 論

建立了基質(zhì)固相分散-GC/MS法以測定土壤中的多溴聯(lián)苯醚.實(shí)驗(yàn)中優(yōu)化了MSPD條件，以酸性硅膠為固相分散劑，土壤樣品與分散劑質(zhì)量比為1：2，50 mL的正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)為洗脫劑，可以實(shí)現(xiàn)最佳的提取效果.采用GC/MS測定，13種多溴聯(lián)苯醚的回收率在81%～103%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15%，方法檢出限為75～950 pg·g-1，能夠滿足土壤中痕量多溴聯(lián)苯醚殘留分析的要求.

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WEI Zi1, ZHU Yaer1, SONG Yao2, ZHANG Yuduo2, SUN Jianteng1,2

(1.AnalysisCenterofAgrobiologyandEnvironmentalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China; 2.DepartmentofEnvironmentalScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

A matrix solid phase dispersion extraction-gas chromatography/mass spectrometric method has been developed for the determination of 13 polybrominated diphenyl ethers in soil. Parameters including species of solid-phase dispersant, ratios of sample to dispersant, elution species and amount have been optimized. The best pretreatment conditions are as follows: 2 g sample was mixed with 4 g acidic silica, and then grinded for 10 min. The mixture was loaded into a glass column pre-filled with 4 g anhydrous sodium sulfate and 4 g acidic silica. Hexane/dichloromethane (v:v=1:1, 50 mL) mixture was used as eluent. The elution was concentrated to 0.5 mL prior to GC/MS analysis. 13 kinds of PBDEs all show good linear relationships (R2> 0.992) in the range from 2 to 200 ng·g-1. The average recoveries are 81% to 103% and the relative standard deviation is less than 15% (n=3). The method detection limits ranged from 75 to 950 pg·g-1, which meets the need for the analysis of trace PBDEs in soil.

polybrominated diphenyl ethers; soil; matrix solid phase disperse; GC/MS

2016-01-28.

浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項目(SYB201409)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計劃項目(2014CB441101)；浙江省自然科學(xué)基金資助項目(LY14B070009).

魏 孜(1986-)，ORCID:http://orcid.org/0000-0002-3980-997X,女，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事環(huán)境有毒污染物的分析檢測技術(shù)研究，E-mail:weizi@zju.edu.cn.

*通信作者，ORCID:http://orcid.org/0000-0003-0014-199X,E-mail:sunjianteng@zju.edu.cn.

10.3785/j.issn.1008-9497.2017.01.015

O 657;X 53

A

1008-9497(2017)01-106-06