電噴霧萃取電離質(zhì)譜法直接檢測(cè)環(huán)境水樣中的鄰苯二甲酸二（2慘一己基）酯

梁大鵬 方媛萍 劉文杰 張華裘 彥挺 董祎銘 寧楊

摘 要 采用電噴霧萃取電離質(zhì)譜技術(shù)（Extractive electrospray ionization mass spectrometry， EESI-MS）分析水樣中的有機(jī)污染物鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（Di-2-ethylhexy phthalate， DEHP），系統(tǒng)考察了電噴霧電壓、離子傳輸管溫度、樣品溶液流速及萃取劑組成對(duì)待測(cè)物信號(hào)強(qiáng)度的影響，優(yōu)化了檢測(cè)DEHP的實(shí)驗(yàn)條件，建立了水樣中DEHP的快速質(zhì)譜分析方法，并對(duì)垃圾滲濾液、城市生活污水及湖水等實(shí)際水樣進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，在正離子檢測(cè)模式下，水樣中的DEHP能夠在EESI源中有效電離，生成準(zhǔn)分子離子[M+H]+（m/z 391.28），進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離得到二級(jí)特征碎片離子m/z 279.26，167.12，149.11。在5～1000 μg/L范圍內(nèi)，DEHP濃度與m/z 149.11質(zhì)譜峰信號(hào)強(qiáng)度的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2=0.9991，檢出限LOD=0.21 μg/L （S/N=3）；水樣的3個(gè)加標(biāo)水平（8，80和400 μg/L）的DEHP回收率為96.2%～111.2%，RSD為5.6%～11.8%。EESI-MS法檢測(cè)垃圾滲濾液、城市生活污水和晏湖水中DEHP的含量分別為556.5、 275.3和37.8 μg/L。本方法具有無(wú)需樣品預(yù)處理、分析速度快（單個(gè)樣品分析時(shí)間約3 min）、操作簡(jiǎn)便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，為鄰苯二甲酸酯類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)提供了一種快速質(zhì)譜分析新方法。

關(guān)鍵詞 電噴霧萃取電離； 質(zhì)譜； 鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯； 環(huán)境水樣

1 引 言

鄰苯二甲酸酯（Phthalate esters，PAEs）是一類(lèi)環(huán)境內(nèi)分泌干擾物質(zhì)，主要用作塑料材料的增塑劑。增塑劑與塑料中的聚合物之間不是以化學(xué)鍵結(jié)合，而是由氫鍵或范德華力聯(lián)接，彼此保留相對(duì)獨(dú)立的化學(xué)性質(zhì)。隨著時(shí)間推移，增塑劑可從聚合物基質(zhì)中浸出，進(jìn)入周?chē)h(huán)境，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[1，2]。其中，鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（Di-2-ethylhexy phthalate， DEHP）是使用最廣泛的PAEs類(lèi)物質(zhì)，約占增塑劑總產(chǎn)量的50%，廣泛應(yīng)用于塑料制品、建筑材料、油漆和藥物等產(chǎn)品中[3]。研究表明，DEHP具有內(nèi)分泌干擾作用、致癌性、生殖毒性、腎臟肝臟毒性等多種毒害作用，美國(guó)環(huán)保署和我國(guó)國(guó)家環(huán)?？偩侄紝⑵淞袨橹攸c(diǎn)控制的污染物，我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定DEHP的限值為8 μg/L[4，5]。

常用的DEHP的檢測(cè)方法包括氣相色譜法（GC）[6]、高效液相色譜法（HPLC）[7]、氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）[8，9]、液相色譜-質(zhì)譜法（LC-MS）[10]等，分析的基質(zhì)主要集中在環(huán)境樣品[11]、塑料制品[12]、食品[13]、化妝品[14]等。但這些常規(guī)方法的樣品前處理均需用大量有機(jī)溶劑（丙酮、乙腈、正己烷等）進(jìn)行萃取，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)、低效，且易造成環(huán)境污染，很難滿(mǎn)足現(xiàn)有研究中高通量樣品的分析需求。因此，建立直接快速有效的DEHP檢測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電噴霧萃取電離質(zhì)譜技術(shù)（Extractive electrospray ionization mass spectrometry， EESI-MS）是近年發(fā)展起來(lái)的新興質(zhì)譜技術(shù)，能靈敏地電離復(fù)雜基體中的痕量大分子和小分子，具有無(wú)需樣品預(yù)處理、分析速度快、靈敏度高、基質(zhì)耐受力強(qiáng)，無(wú)化學(xué)污染等優(yōu)點(diǎn)，已被用于環(huán)境中的抗生素[15]、有機(jī)染料[16]以及土壤環(huán)境中的四溴雙酚A[17]等痕量污染物物檢測(cè)，在環(huán)境檢測(cè)方面具有良好的應(yīng)用前景。本研究采用EESI-MS技術(shù)，建立了水樣中DEHP的快速測(cè)定方法，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)垃圾滲濾液、城市生活廢水、湖水等水樣中DEHP的含量進(jìn)行檢測(cè)分析。本方法無(wú)需樣品預(yù)處理，測(cè)定時(shí)間短，單個(gè)樣品測(cè)定時(shí)間僅3 min，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的測(cè)定方法，且操作簡(jiǎn)便、靈敏度高，可用于水樣中DEHP的直接質(zhì)譜分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

Orbitrap FusionTM TribridTM 質(zhì)譜儀（美國(guó)Thermo Scientific公司），配有Xcalibur 3.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；離子源（實(shí)驗(yàn)室自建）[18]；石英毛細(xì)管（內(nèi)徑0.10 mm，外徑0.19 mm，美國(guó)Agilent公司）；超純水機(jī)（上海摩勒科學(xué)儀器公司）。

標(biāo)準(zhǔn)品DEHP （色譜純，德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司）；甲醇（色譜純，美國(guó)ROE公司）；乙酸（色譜純，天津光復(fù)科技有限公司）。

垃圾滲濾液采自長(zhǎng)春市城市生活垃圾處理中心，城市生活污水采自長(zhǎng)春市東南污水處理廠，湖水水樣采自吉林大學(xué)晏湖和長(zhǎng)春市南湖。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和樣品準(zhǔn)備 取適量DEHP標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇配制成10 mg/L的儲(chǔ)備液。實(shí)驗(yàn)時(shí)，稀釋為5～1000 μg/L不同梯度濃度的DEHP溶液，供質(zhì)譜分析。本研究采集的垃圾滲濾液、城市生活污水及湖水水樣均用0.45 μm濾膜過(guò)濾，去除雜質(zhì)，保存在棕色瓶?jī)?nèi)，于4℃保存。測(cè)定時(shí)，使其恢復(fù)至室溫，在優(yōu)化的質(zhì)譜條件下進(jìn)行分析。

2.2.2 質(zhì)譜條件及參數(shù) 電噴霧萃取電離源的原理如圖1所示，由相互獨(dú)立的電噴霧通道和樣品引入通道組成，電噴霧溶液和待測(cè)物樣品溶液分別由電噴霧通道和樣品通道引入[19]。在常壓條件下，電噴霧通道產(chǎn)生的初級(jí)離子與樣品通道產(chǎn)生的中性樣品進(jìn)行碰撞，發(fā)生液-液萃取，將目標(biāo)物萃取到帶電液滴中，形成的待測(cè)物離子隨即在電場(chǎng)和真空的共同作用下被引入質(zhì)譜儀，進(jìn)行分析檢測(cè)[20]。

3.2 EESI參數(shù)優(yōu)化

3.2.1 電噴霧電壓 電噴霧電壓（2.0～4.0 kV）對(duì)DEHP的二級(jí)特征離子m/z 149.11的信號(hào)強(qiáng)度的影響如圖3A所示。噴霧電壓在2.0～3.5 kV范圍內(nèi)不斷增加，更多的離子被電離，m/z 149.11的信號(hào)強(qiáng)度逐漸增大；當(dāng)電噴霧電壓超過(guò)3.5 kV，目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度降低，這可能是因?yàn)殡妷哼^(guò)高，噴霧口發(fā)生電暈放電，離子的形成效率降低，導(dǎo)致目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度降低。因此，本研究選擇噴霧電壓為3.5 kV。

3.2.2 離子傳輸管溫度 離子傳輸管的溫度的升高可以促進(jìn)帶電液滴的去溶劑化過(guò)程，進(jìn)而提高產(chǎn)生氣態(tài)物質(zhì)的效率?？疾炝嗽?00～400℃范圍內(nèi)的離子傳輸管溫度對(duì)m/z 149.11的信號(hào)強(qiáng)度的影響。如圖3B所示，隨著溫度升高（200～300℃），m/z 149.11的信號(hào)強(qiáng)度逐漸增大；當(dāng)溫度高于300℃時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度逐漸降低，這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，DEHP的熱解離效應(yīng)增強(qiáng)。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇離子傳輸管溫度為300℃。

3.2.3 樣品溶液流速 考察了樣品流速6～10 μL/min對(duì)DEHP的二級(jí)特征離子m/z 149.11信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖3C所示。樣品流速在6～8 μL/min范圍內(nèi)，加快流速，使得更多的離子進(jìn)入質(zhì)譜口被檢測(cè)，信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；流速超過(guò)8 μL/min時(shí)，由于樣品流速過(guò)快，導(dǎo)致樣品溶液與萃取劑碰撞萃取的效果不佳，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度減小。因此本研究樣品溶液流速設(shè)置為8 μL/min。

3.4 實(shí)際樣品分析

采用EESI-MS對(duì)實(shí)際環(huán)境水樣中的DEHP進(jìn)行測(cè)定，樣品平行測(cè)定6次，測(cè)得垃圾滲濾液、城市生活污水及晏湖水中的DEHP的含量分別為556.5、275.3和37.8 μg/L，其中湖水中DEHP含量高于我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的DEHP限值。本方法檢測(cè)實(shí)際樣品中DEHP的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6.9%，方法精密度高，穩(wěn)定性好，可用于水樣中DEHP的直接檢測(cè)。

4 結(jié) 論

采用EESI-MS技術(shù)，在無(wú)需樣品預(yù)處理的條件下，建立了穩(wěn)定可靠的DEHP的EESI-MS檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了水樣中DEHP的快速定量分析。與常規(guī)檢測(cè)方法相比，EESI-MS法具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、分析速度速度快、無(wú)需樣品預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境基質(zhì)中化學(xué)污染物的快速、高通量分析，在環(huán)境污染物的檢測(cè)方面具有良好的應(yīng)用前景。

References

1 Daniel S B， Laura H R， Edgar R R， Aracely H R， Jorge Luis G M. Talanta， 2017， 168： 291-297

2 Harunarashid N Z I H， Lim L H， Harunsani M H. Food Anal. Methods， 2017， 10（12）： 3790-3814

3 Wang L， Wang L H， Chang Q， Dong J W， Sun R X， Yang SS， Fu J W， Feng C C， Yang L L， Zhang Y. Eur. J. Soils Sci.， 2017， 68（6）： 897-908

4 Fierens T， Servaes K， Van Holderbeke M， Geerts L， de Henauw S， Sioen I， Vanermen G. Food Chem. Toxicol.， 2012， 50（7）： 2575-2583

5 GB 3838-2002， Environmental Quality Standards for Surface Water. National Standards of the People's Republic of China

地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). GB 3838-2002

6 Sargazi S， Mirzaei R， Rahmani M， Mohammadi M， Khammari A， Sheikh M. Anal. Chem.， 2017， 72（5）： 557-561

7 WANG Rui， WU Xiao-Meng， LUAN Chuan-Lei， WANG Lin， SHAO Li-Hua. J. Environ. Health， 2015， 32（2）： 158-160

王 瑞， 吳曉萌， 欒傳磊， 王 林， 邵麗華. 環(huán)境與健康雜志， 2015， 32（2）： 158-160

8 Zhang W Q， Si G R， Ye M， Feng S S， Cheng F， Li J L， Mei J， Zong S， Wang J S， Zhou P. Food Anal. Methods， 2017， 10（11）： 3487-3495

9 ZHANG Ze-Ming， ZHANG Hong-Hai， LI Jian-Long， YANG Gui-Peng. Chinese J. Anal. Chem.， 2017， 45（3）： 348-356

張澤明， 張洪海， 李建龍， 楊桂朋. 分析化學(xué)， 2017， 45（3）： 348-356

10 Xu D M， Deng X J， Fang E H， Zheng X H， Zhou Y， Lin L Y， Chen L P， Wu M， Huang Z Q.J. Chromatogr. A， 2014， 1324（1）： 49-56

11 Yang G L C ， Wang C L， Chiu Y H. J. Soils Sediments， 2015， 15（1）： 198-210

12 Mais A N， Mahmoud A， Manar F， Ibrahim T. J. Chromatogr. B， 2015， 985： 103-109

13 Dong W， Sun B G， Sun J Y， Zheng F P， Sun X T， Huang M Q， Li H H. Food Anal. Methods， 2017， 10（9）： 3166-3180

14 Luo Y B， Yu Q W， Yuan B F， Feng Y Q. Talanta， 2012， 90（1）： 123-131

15 LI Yi， FANG Xiao-Wei， LI Jing， ZHANG Xing-Lei. J. Environ. Health， 2016， 33（7）： 629-632

李 毅， 方小偉， 李 婧， 張興磊. 環(huán)境與健康雜志， 2016， 33（7）： 629-632

16 Fang X W， Yang S P， Konstantin C， Zhu L， Zhang X L， Zhou Z Q， Zhao Z F. Int. J. Environ. Res. Public Health， 2016， 13（8）： 814

17 Tian Y， Chen J， Ouyang Y Z， Qu G B， Liu A F， Wang X M， Liu C X， Shi J B， Chen H W， Jiang G B. Anal. Chim. Acta， 2014， 814（1）： 49-54

18 DONG Xiao-Feng， LIU Lin， WANG Jiang， XU Ning， GU Hai-Wei， ZHOU Shu-Min， CHEN Huan-Wen. J. Chinese Mass Spectrometry Soc.， 2014， 35（3）： 226-231

董曉峰， 劉 林， 王 姜， 許 檸， 顧海巍， 周書(shū)民， 陳煥文. 質(zhì)譜學(xué)報(bào)， 2014， 35（3）： 226-231

19 Koyanagi G K， Balgojevic V， Bohme D K. Int. J. Mass Spectrom.， 2015， 379： 146-150

20 JIA Bin， ZHANG Xing-Lei， DING Jian-Hua， YANG Shui-Ping， CHEN Huan-Wen. Chinese Sci. Bulletin.， 2012， 57（20）： 1918-1927

賈 濱， 張興磊， 丁健樺， 楊水平， 陳煥文. 科學(xué)通報(bào)， 2012， 57（20）： 1918-1927

21 Yang G C， Wang C L， Chiu Y H. J. Soils Sediments， 2015， 15（1）： 198-210

22 HUANG Long-Zhu， ZHANG Xi-Xi， ZHU Teng-Gao， ZHANG Xing-Lei. J. Chinese Mass Spectrometry Soc.， 2014， 35（6）： 550-554

黃龍珠， 張席席， 朱騰高， 張興磊. 質(zhì)譜學(xué)報(bào)， 2014， 35（6）： 550-554

23 CAO Yong， HUA Xiao-Man， ZHENG Ming-Zhu， WANG Nan， LIU Jing-Sheng. Food Mach.， 2016， 32（1）： 59-62

曹 勇， 華曉曼， 鄭明珠， 王 楠， 劉景圣. 食品與機(jī)械， 2016， 32（1）： 59-62

24 Ye Q， Liu L H， Chen Z B， Hong L M. J. Chromatogr. A， 2014， 1329（3）： 24-29

25 ZHANG Hai-Jing， HU Xiao-Jian， LIN Shao-Bin. Chinese J. Anal. Chem.， 2014， 42（9）： 1281-1287

張海婧， 胡小建， 林少彬. 分析化學(xué)， 2014， 42（9）： 1281-1287

Abstract The environmental organic pollutant of di-2-ethylhexy phthalate （DEHP） was analyzed by extractive electrospray ionization mass spectrometry （EESI-MS）. Effect of some important experimental conditions were investigated systematically， including the electrospray voltage， temperature of ion-transport tube， sample injection rate and extractant composition. Under the optimal conditions， a method for rapid detection of DEHP in water sample was established. DEHP levels in different samples with complex matrixes were measured， including landfill leachate， urban sewage and lake water. The results showed that DEHP in water samples could be ionized by EESI source and obtained the molecule ion （m/z 391.28） at the positive detection mode， and then CID experiment were performed to obtain the secondary fragment ions m/z 279.26， 167.12 and 149.11. The intensity of characteristic peak m/z 149.11 possessed a good linearity with the concentration of DEHP in the range of 5-1000 μg/L with the correlation coefficient of R2=0.9991， and the detection limit （LOD） of 0.21 μg/L. The recoveries of DEHP at three spiked levels （8， 80， 400 μg/L） were 96.2%-111.2%， with RSDs of 5.6%-11.8%. With the developed EESI-MS method， the concentrations of DEHP in landfill leachate， urban sewage and Yan lake water were 556.5， 275.3 and 37.8 μg/L， respectively. The EESI-MS method possessed many advantages such as no requirement of sample pretreatment， fast analysis speed （about 3 min per sample）， simple operation and high sensitivity， thus providing a new mass spectrometric method for rapid detection of phthalate esters.

Keywords Di-2-ethylhexyl phthalate； Extractive electrospray ionization； Mass spectrometry； Environmental water sample

（Received 21 December 2017； accepted 24 March 2018）