復(fù)雜基質(zhì)中短鏈氯化石蠟前處理方法的建立和優(yōu)化

高 姍， 李慧娟， 陳相峰， 呂瑞敏*

(1.山東省分析測試中心 齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)，山東濟(jì)南，250014; 2.山東師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山東濟(jì)南，250014)

氯化石蠟(CPs)是一種復(fù)雜的多氯代正構(gòu)烷烴混合物[1]。CPs由于具有化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、阻燃性、耐火性等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于潤滑劑、金屬切削液以及塑料中的阻燃劑等。CPs可以根據(jù)其碳鏈長度的不同分為：短鏈氯化石蠟(SCCPs，C10-C13)、中鏈氯化石蠟(MCCPs，C14-C17)和長鏈氯化石蠟(LCCPs，C18-C30)[2]。SCCPs是非常復(fù)雜的混合物，能夠在環(huán)境中持久存在，且具有較強(qiáng)的生物毒性和生物累積性，并能通過長距離大氣傳輸造成全球性污染，所以在2017年5月SCCPs被列入斯德哥爾摩公約附件A受控持久性有機(jī)污染物(POPs)清單。SCCPs的組成和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜[3]，分析時易受其它氯化合物的干擾，因此在樣品前處理以及準(zhǔn)確定量分析等方面仍然存在著較大的挑戰(zhàn)。目前對SCCPs的前處理方法主要有以下幾種：固體樣品主要采取加速溶劑萃取、超聲提取和索氏提取等；液體樣品主要采取固相萃取、液-液萃取和固相微萃取等[4]。但氯苯、多氯聯(lián)苯等有機(jī)氯類污染物廣泛存在于環(huán)境中，會對SCCPs的定性和定量分析造成干擾，這些干擾物質(zhì)的濃度往往遠(yuǎn)大于待檢測目標(biāo)化合物的濃度，因此，經(jīng)萃取完的樣品的凈化處理也非常重要。Reth等[5]使用硅膠柱對北海和波羅的海魚類樣本進(jìn)行凈化處理，結(jié)果表明仍有32%的α-六氯環(huán)乙烷殘留。Thomas等[6]使用Florisil柱對人乳脂肪樣本進(jìn)行凈化處理，效果仍不甚理想。因此，需要優(yōu)化SCCPs的凈化處理方法，達(dá)到盡可能多的去除干擾雜質(zhì)的目的。

鑒于SCCPs的POPs特性以及對人體健康造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)，多個國家已明令禁止生產(chǎn)和限制使用SCCPs[7 - 9]。SCCPs的毒性較中長鏈產(chǎn)品大，所以在最近幾年受到了廣泛的關(guān)注。目前已經(jīng)在不同區(qū)域、不同環(huán)境介質(zhì)中檢測到SCCPs[10]。我國對CPs的生產(chǎn)和使用量居世界首位，因此，有必要對SCCPs在食品領(lǐng)域的污染狀況進(jìn)行系統(tǒng)性研究。本文對SCCPs在復(fù)雜介質(zhì)中的提取方法進(jìn)行了對比研究，并優(yōu)化了SCCPs的凈化處理方法，在此基礎(chǔ)上建立了氣相色譜-電子捕獲負(fù)離子化-低分辨質(zhì)譜(GC-ECNI-LRMS)的儀器分析方法，并用該方法對我國濟(jì)南地區(qū)食品樣品中SCCPs總量和同系物組成進(jìn)行了初步研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

7890A氣相色譜-7000B三重四極桿CI離子源質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國，Agilent)；Dionex ASE 350加速溶劑萃取儀(美國，Thermo Fisher Scientific)；Multifuge X1R高速冷凍離心機(jī)(美國，Thermo Fisher Scientific)；NAI-DCY-12Y氮吹儀(上海那艾精密儀器有限公司)；FD -1A-50冷凍干燥機(jī)(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；Supelco-EA固相萃取儀(美國，SUPELCO)。

標(biāo)準(zhǔn)品：SCCPs(氯含量51.5%、55.5%和63.0%)、ε-六氯環(huán)己烷(ε-HCH，10 ng/μL)購自Ehrenstorfer GmbH(德國Augsburg)。內(nèi)標(biāo)13C10(100 ng/μL，溶于壬烷，純度99%)購自Cambridge Isotope Laboratories(美國Andover)。環(huán)己烷、二氯甲烷、正己烷均為色譜純(美國TEDIA公司)。無水Na2SO4(分析純)、濃H2SO4(優(yōu)級純)(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。硅膠(0.063～0.1 mm)、弗羅里硅土(0.150～0.250 mm)(德國Merck公司和CNW公司)。實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 萃取方法

本研究優(yōu)化了常用的固體基質(zhì)和液體基質(zhì)中SCCPs的前處理方法，對比研究了加速溶劑萃取、超聲萃取、固相萃取和液-液萃取的萃取效率。土壤樣品采集后，冷凍干燥，研碎并過80目篩。將制備好的樣品放入馬弗爐中，經(jīng)600 ℃灼燒12 h作為空白基質(zhì)。

1.2.1 加速溶劑萃取稱取5 g樣品于萃取池中，加入11 g無水Na2SO4并混勻，然后加入5 μL SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品(氯含量51.5%、55.5%、63.0%)和5 μL13C-反式氯丹作為回收率內(nèi)標(biāo)，以二氯甲烷∶正己烷(1∶1,V/V)作為萃取溶劑，在萃取溫度為100 ℃，萃取壓力保持在1.1 MPa以上，加熱時間為5 min，靜態(tài)時間為10 min，循環(huán)三次，沖洗體積60%，吹掃時間60 s。

經(jīng)加速溶劑萃取后的萃取液，轉(zhuǎn)移至100 mL雞心瓶中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至1～2 mL。其中水浴鍋溫度為50 ℃，循環(huán)冷卻水溫設(shè)置為10 ℃，轉(zhuǎn)速為75 r/min,系統(tǒng)初始壓力為90 kPa。在每個樣品旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)前，均需要先旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)30 mL二氯甲烷，以達(dá)到清洗儀器的目的，避免交叉污染。再將旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮液轉(zhuǎn)移至K-D管中，用正己烷潤洗轉(zhuǎn)移2～3遍，然后氮吹濃縮至100 μL，轉(zhuǎn)移至裝有玻璃內(nèi)襯管的進(jìn)樣小瓶。在進(jìn)行儀器分析前加入5 μLε-HCH作為內(nèi)標(biāo)，并振蕩混勻，每次做6個平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 超聲萃取稱取5 g樣品于50 mL離心管中，加入5 μL SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品(氯含量51.5%、55.5%、63.0%)和5 μL13C-反式氯丹作為回收率內(nèi)標(biāo)，然后加入15 mL正己烷和15 mL二氯甲烷作為提取液。振蕩混勻后超聲20 min，再以10 000 r/min離心10 min(溫度為25 ℃)。取上清液于100 mL雞心瓶中，循環(huán)三次。將超聲萃取后的萃取液旋蒸濃縮，以下步驟同1.2.1項(xiàng)。

1.2.3 固相萃取用1 L水作為空白基質(zhì)，然后加入5 μL SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品(氯含量51.5%、55.5%、63.0%)和5 μL13C-反式氯丹作為回收率內(nèi)標(biāo)。首先用3 mL正己烷、3 mL甲醇和3 mL水對Welchrom C18E小柱進(jìn)行預(yù)淋洗和活化。將1 L水過Welchrom C18E小柱，流速為6 mL/min。上樣完畢后棄去濾液，再用3 mL 10%正己烷溶液進(jìn)行淋洗，以除去非極性干擾物質(zhì)。最后用3 mL正己烷∶二氯甲烷(1∶1，V/V)進(jìn)行洗脫。洗脫液旋蒸濃縮，以下步驟同1.2.1項(xiàng)。

1.2.4 液液萃取選用1 L水作為空白基質(zhì)，并向其中加入5 μL SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品(氯含量51.5%、55.5%、63.0%)和5 μL13C-反式氯丹作為回收率內(nèi)標(biāo)。將1 L水加入到分液漏斗中，再加入50 mL二氯甲烷，搖勻。待液體分層后，將下層有機(jī)相轉(zhuǎn)入到150 mL雞心瓶中，循環(huán)三次。最后向雞心瓶中加入10 mL正己烷，將提取液旋蒸濃縮，以下步驟同1.2.1項(xiàng)。

1.3 儀器條件

氣相色譜采用HP-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，氦氣作為載氣，恒流模式，載氣流速為：36 cm/s，CH4做反應(yīng)氣。柱箱初始溫度為100 ℃，保持1 min，然后以30 ℃/min升至160 ℃，恒溫5 min，最后以30 ℃/min升至310 ℃，恒溫7 min，總分析時間為20 min。進(jìn)樣口溫度250 ℃，不分流模式進(jìn)樣1 μL。質(zhì)譜采用電子捕獲負(fù)離子源離子化(ECNI)技術(shù)，以選擇離子監(jiān)測(SIM)模式對SCCPs的特征離子進(jìn)行檢測。離子源溫度200 ℃，傳輸線溫度275 ℃。

1.4 定性和定量

參照Reth等報(bào)道的方法[11]，選擇最大豐度的[M-Cl]-作為定量離子，次要豐度的[M-Cl]-作為定性離子。為了提高靈敏度，每一個樣品進(jìn)樣4次，依次掃描C10、C11、C12和C13的同類物。具體的掃描離子、掃描積分的離子如表1所示[12]。應(yīng)用的SCCPs定量方法參照Reth和Oehme等人[13]建立的氯化度和總響應(yīng)因子的線性關(guān)系曲線。運(yùn)用該方法，在基質(zhì)樣品和參考標(biāo)準(zhǔn)品氯化度不同的情況下也能得到的比較可靠的定量結(jié)果。

表1 GC-ECNI-LRMS測定SCCPs離子信息

1.5 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

實(shí)驗(yàn)中采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證措施以確保定量結(jié)果的準(zhǔn)確性。所有樣品前處理的過程都是在實(shí)驗(yàn)室潔凈通風(fēng)柜中進(jìn)行。玻璃器皿在DECON 90的中性洗滌溶液中浸泡超過6 h，然后用水洗滌至少6次。玻璃儀器在使用前在高溫450 ℃烘烤4 h以上，然后用二氯甲烷潤洗兩遍后使用。每批次樣品中包含1個程序空白?？傮w上，空白樣品中CPs的水平處于接近或低于檢測限。在信噪比為3∶1時，儀器檢測限為0.2 ng。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取方法的優(yōu)化和回收率

使用加速溶劑萃取和超聲萃取法對空白土壤基質(zhì)進(jìn)行萃取，回收率分別為94.6%和63.4%。標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.59%和1.63%。針對固體基質(zhì)，加速溶劑萃取回收率高于超聲萃取法，并且加速溶劑萃取具有有機(jī)溶劑用量少、使用方便、安全性高，重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。使用固相萃取和液-液萃取法對水基質(zhì)進(jìn)行萃取，回收率分別為70.2%和57.1%。標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.98%和4.40%。針對液體基質(zhì)，固相萃取回收率略高于液液萃取法。同時固相萃取可以同時完成樣品的富集與凈化，提高了檢測靈敏度，重現(xiàn)性好。不過固相萃取法的回收率遠(yuǎn)低于加速溶劑萃取法的回收率。不同萃取方法回收率數(shù)據(jù)表見表2。

表2 不同萃取方法回收率數(shù)據(jù)表

2.2 復(fù)合層析柱凈化效果

分別采用弗羅里硅土和硅膠層析柱分離純化不同基質(zhì)中的SCCPs。將5 μL SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品(氯含量63.0%)和5 μL13C-反式氯丹作為回收率內(nèi)標(biāo)混合后,分別加入弗羅里硅土層析柱，硅膠層析柱以及復(fù)合弗羅里硅土-硅膠層析柱，考察不同層析柱對SCCPs主要干擾物質(zhì)如PCBs、氯苯和有機(jī)氯農(nóng)藥等的去除效果。層析柱分離純化SCCPs洗脫程序?yàn)?首先用50 mL正己烷淋洗層析柱，去除脂類化合物和PCBs、氯苯等有機(jī)氯農(nóng)藥；然后用100 mL正己烷∶二氯甲烷混合溶液(1∶1，V/V)進(jìn)行洗脫，洗脫液中主要是SCCPs，用雞心瓶接收此部分洗脫液，濃縮定容后進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，僅用單個弗羅里硅土和硅膠層析柱分離，其凈化效果不理想，復(fù)合弗羅里硅土-硅膠層析柱能很好的分離SCCPs和其它的未知雜質(zhì)。SCCPs在復(fù)合層析柱上的回收率在80.2%～92.2%，13C10-反式氯丹的回收率為76.4%～89.8%。

圖1 氯化度和總響應(yīng)因子的線性關(guān)系Fig.1 Linear relationship between the total response factor and calculated chlorine content

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

三種SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品(氯含量為51.5%、55.5%和63.0%)用于配制標(biāo)準(zhǔn)曲線系列溶液。將51.5%和55.5%的SCCPs標(biāo)準(zhǔn)品混合(1∶1，V/V)以產(chǎn)生53.5%的溶液，以及55.5%和63%的混合物(59.25%)，55.5%和59.25%的混合物(57.375%)，59.25%和63%的混合物(61.125%)。通過氣相色譜-質(zhì)譜檢測了7種不同氯含量的SCCPs混合物，結(jié)果如圖1所示。

2.4 樣品分析結(jié)果

將所建立的SCCPs分析方法用于對食品樣品的前處理和檢測，在所有的食品樣品中均能檢測到SCCPs。食品樣品中SCCPs的色譜圖如圖2所示。SCCPs的濃度范圍為8.27～268 ng/g濕重，平均值為69.3 ng/g濕重。動物源性食品樣本中SCCPs的濃度高于植物源性食品樣本中SCCPs的濃度。SCCPs的同系物主要以C10和Cl7同族體為主，這不同于商業(yè)品CP-52的同族體組成特征。該結(jié)果表明，超市食品沒有被商業(yè)CPs產(chǎn)品直接污染。

圖2 食品樣品中SCCPs的色譜圖Fig.2 Chromatograms of SCCPs in food samples

3 結(jié)論

本研究比較了常用的固體基質(zhì)和液體基質(zhì)中SCCPs的樣品前處理方法，結(jié)果表明對于固體基質(zhì)，加速溶劑萃取的萃取效果優(yōu)于超聲萃取法，適用于固體樣品中SCCPs的提取。對于液體基質(zhì)，固相萃取法回收率高于液-液萃取的回收率，并且固相萃取法省時省力，重現(xiàn)性好。凈化層析柱填料優(yōu)化結(jié)果表明，利用弗羅里硅土-硅膠復(fù)合柱凈化可以達(dá)到理想的效果，能很好地去除復(fù)雜基質(zhì)中的干擾組分。本研究選擇加速溶劑萃取，復(fù)合層析柱凈化，結(jié)合氣相色譜-電子捕獲負(fù)離子-質(zhì)譜分析技術(shù)，建立了食品基質(zhì)中SCCPs的前處理和定量分析方法。該方法對食品樣品前處理重復(fù)性較好，回收率較高，能夠進(jìn)行實(shí)際樣品中SCCPs的分離分析。