加速溶劑提取-氣相色譜-質(zhì)譜法分析土壤和沉積物中15 種有機(jī)磷酸酯類阻燃劑

潘萌，佟玲 ，田芹，宋淑玲

（1. 國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，北京 100037； 2. 中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心，北京 100055）

有機(jī)磷酸酯(OPEs)是一類重要的有機(jī)磷阻燃劑(OPFRs)，具有阻燃效果持久，與聚合物基材相容性好，耐水、耐候、耐熱以及耐遷移等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建材家裝材料、紡織物品、化工以及電子電氣設(shè)備中［1-2］。作為多溴聯(lián)苯醚類阻燃劑被限制使用后的潛在替代物，OPFRs 的使用量仍在繼續(xù)增加。OPFRs 按照是否被鹵化可分為：鹵化的OPFRs 和非鹵化的OPFRs，常用的品種大約有13 種，目前中國環(huán)境中檢出率較高的化合物有6 種：磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基) 酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯、磷酸三苯酯、磷酸三(丁氧基乙基)酯、磷酸三正丁酯［3］。有機(jī)磷阻燃劑性質(zhì)十分穩(wěn)定，具有生物累積性，長期與含磷阻燃劑接觸會對生物產(chǎn)生不利影響［4］。例如，芳香基、氯代烷基取代的OPFRs對賴氨酸脫羧酶活性的抑制作用［5］；磷酸三(2，3-二氯丙基)酯對斑馬魚胚胎/幼體中性腺軸的基因轉(zhuǎn)錄和甲狀腺系統(tǒng)紊亂作用［6］；磷酸三(1，3-二氯異丙基)酯、磷酸三苯酯對魚的繁殖功能有干擾作用［7］，同時(shí)也會抑制人體荷爾蒙水平，顯著降低男性精液質(zhì)量［7］；磷酸三(2-氯丙基)酯在一定濃度作用下會延遲小雞的孵化，對生長發(fā)育也有抑制作用［8］；磷酸三苯酯可以通過呼吸或皮膚滲入對人體羧酸酯酶造成很強(qiáng)的抑制作用，引起接觸性皮炎［9］；磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、磷酸三(1，3-二氯異丙基)酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯均具有顯著的芳烴受體(AhR)或糖皮質(zhì)激素受體抑制活性［10］。隨著毒理學(xué)方面的深入研究，有機(jī)磷酸酯類阻燃劑作為一類新污染物，其污染狀況越來越多地被環(huán)境科學(xué)家所關(guān)注，目前OPFRs 已在水體［11-15］、土壤［16-17］、沉積物［18-19］、灰塵以及大氣［20-21］等各類環(huán)境介質(zhì)中檢出，甚至在人體的尿液［22-23］、血液［24-25］、母乳［26-27］、胎盤［28］等生物樣品都有檢出。中國作為有機(jī)磷酸酯類阻燃劑的生產(chǎn)和出口大國［3］，其在環(huán)境中的殘留問題已被學(xué)者關(guān)注。例如，在北京、上海和廣州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的土壤中檢測到OPEs，其平均含量分別為126、388、430ng/g(干重)，檢出濃度最高的兩個(gè)化合物是磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)和磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)［29］。而沉積物相對于土壤，其中OPEs 含量較低，如太湖沉積物平均值為7.88ng/g，渤海沉積物平均值為11.4ng/g，海南近岸沉積物平均值為16.6ng/g，其中磷酸三(丁氧基乙基) 酯(TBEP)、磷酸三(2-氯丙基) 酯(TCPP) 和磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)是主要污染物，平均濃度分別為14ng/g、4ng/g 和2ng/g［30］。

由于OPEs 多數(shù)具有一定的揮發(fā)性，目前分離仍以氣相色譜(GC)為主，為了不斷地提高檢測技術(shù)的靈敏度和準(zhǔn)確度，使分析方法更加快速、簡便，質(zhì)譜作為定性準(zhǔn)確、定量靈敏的檢測技術(shù)越來越被普遍應(yīng)用。氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)和氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(GC-MS/MS) 是目前分析OPEs 的主要方法。對于二酯類和單酯類OPEs，液相色譜-質(zhì)譜(LCMS)具有更好的優(yōu)勢，而液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LCMS/MS)有更好的靈敏度和選擇性［31］，但是儀器成本更加昂貴。相比于環(huán)境水樣，土壤和沉積物樣品前處理步驟是分析技術(shù)的難點(diǎn)。目前對于固體樣品較成熟的提取技術(shù)——索氏提取法，由于溶劑用量較大已經(jīng)逐漸被微波提取、超聲提取等技術(shù)所取代［32］。如劉世龍等［33］采用超聲提取，劉靜等［34］采用渦流振蕩結(jié)合超聲提取技術(shù)提取沉積物樣品中常見的8～9 種OPEs。Luo 等［35］采用加壓溶劑萃取技術(shù)提取了土壤中13 種OPEs，回收率在81.7%～107% 之間。García-López 等［36］采用加壓溶劑萃取技術(shù)提取沉積物中7 種OPEs，回收率能夠達(dá)到77%～111%。對于基質(zhì)較為復(fù)雜的底泥、沉積物樣品，凈化是必不可少的步驟。如鹿建霞等［37］采用自填硅膠柱和氨基硅膠固相萃取柱結(jié)合的兩步聯(lián)合凈化方式分析了土壤和沉積物樣品中7 種OPEs，方法定量限為0.3～2.9ng/g。劉世龍等［33］建立的檢測沉積物中8 種OPEs 分析方法，采用弗羅里硅土固相萃取柱凈化樣品提取液，除磷酸三乙酯(66.7%)和磷酸三(2-氯乙基) 酯(57.1%) 外，其他6種目標(biāo)物回收率為80.2%～104.8%［38］。陳玫宏等［39］采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLCMS/MS)分析沉積物中12 種有機(jī)磷酸酯類化合物，乙腈提取后采用親水-親油平衡型固相萃取小柱(HLB)進(jìn)行富集，大部分目標(biāo)化合物的平均回收率為65.9%～120.0%，磷酸三乙酯和磷酸三(2-氯乙基)酯的回收率則小于48%?？梢钥闯?，目前已有的分析技術(shù)在目標(biāo)物種類以及目標(biāo)化合物的回收率等方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

本文針對近年環(huán)境中不斷涌現(xiàn)的新型有機(jī)磷酸酯類阻燃劑，選取了15 種代表性化合物作為目標(biāo)分析物，包括3 種鹵化的OPEs 和12 種非鹵化的OPEs。實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)優(yōu)化了樣品的提取過程，提高了磷酸三(2-氯乙基)酯和三苯基氧膦的回收率。同時(shí)，針對沉積物的基質(zhì)復(fù)雜性，選擇了合適的凈化吸附劑及最優(yōu)條件，建立了土壤和沉積物樣品GC-MS 分析方法。并采用實(shí)驗(yàn)室間比對和有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行方法驗(yàn)證，擬應(yīng)用于土壤和沉積物樣品中OPEs 的監(jiān)測工作，為有機(jī)污染物分析提供有力的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和設(shè)備

氣相色譜-質(zhì)譜儀(GCMS-QP2020 NX，日本Shimadzu 公司)；加速溶劑萃取儀(DIONEX ASE 200，美國Dionex 公司)；全自動濃縮儀(AutoVap S8 Plus，美國ATR 公司)。 固相萃取裝置(12 位VacElut，美國Agilent 公司)；色譜柱(DB-5MS，30m×0.25mm×0.25μm，美國Agilent 公司)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液和主要試劑

目標(biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液為：甲苯中有機(jī)磷酸酯類阻燃劑單一有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(濃度為10.0～1000.0μg/mL)。具體15 種化合物分別為：磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三異丁酯(TiBP)、磷酸三正丁酯(TnBP)、磷酸三(2-氯乙基) 酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三(1，3-二氯異丙基)酯(TDCP)、磷酸三(丁氧基乙基)酯(TBEP)、磷酸三苯酯(TPhP)、2-乙基己基二苯基磷酸酯(DPEHP)、磷酸三辛酯(TEHP)、三苯基氧膦(TPPO)、鄰位-磷酸三甲苯酯(o-TCP)、間位-磷酸三甲苯酯(m-TCP)、對位-磷酸三甲苯酯(p-TCP)。2 種替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液包括：乙腈中磷酸三丁酯-D27(TBP-D27)、乙腈中磷酸三苯酯-D15(TPP-D15)，濃度為100.0μg/mL)；內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)溶液：二氯甲烷中萘-D8、苊-D10、菲-D10、?-D12，混合有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(濃度為2000.0μg/mL)。以上標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均購自美國AccuStandard 公司。

丙酮(AC)、正己烷(HEX)、二氯甲烷(DCM)、甲苯(PhMe)均為色譜純，購自北京百靈威科技有限公司；無水硫酸鈉、銅粉，分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硅藻土(10～20 目，CNW)、Carb-NH2固相萃取小柱(500mg/500mg，6mL，CNW)，購自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)樣品

方法精密度實(shí)驗(yàn)樣品：來自于北京周邊、山西、黑龍江等地的農(nóng)田土壤，以及北京市內(nèi)采集的河道沉積物樣品。去除土壤或沉積物樣品中的草根、葉片、石子等異物，充分混勻后放置于冰箱中。

方法檢出限實(shí)驗(yàn)樣品：采用不含待測物的石英砂代替。空白樣品選用經(jīng)高溫烘烤的實(shí)際土壤樣品。

方法準(zhǔn)確度驗(yàn)證樣品：采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST) 研制的生活污泥有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(SRM 2585)，購自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

15 種有機(jī)磷酸酯類阻燃劑采用正己烷稀釋，配制成濃度為1.0μg/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，于0～4℃下避光保存，使用時(shí)應(yīng)恢復(fù)至室溫并搖勻；替代物TBP-D27和TPP-D15加入適量丙酮后，采用正己烷進(jìn)行稀釋，得到濃度為1.0μg/mL 的替代物混合中間使用液。內(nèi)標(biāo)物萘-D8、苊-D10、菲-D10、?-D12采用正己烷稀釋后，得到濃度為1.0μg/mL 的內(nèi)標(biāo)物中間使用液。

1.4.2 樣品前處理

樣品制備：稱取10.0g(準(zhǔn)確至0.01g)新鮮樣品，加入適量硅藻土攪拌均勻，研磨成顆粒狀。

樣品提?。簩悠忿D(zhuǎn)移至ASE 萃取池中(沉積物樣品需與約2g 銅粉混合均勻用于除硫)，加入1μg/mL 標(biāo)準(zhǔn)替代物50μL，正己烷-丙酮(體積比1∶1)提取。系統(tǒng)壓力為1500psi，溫度為80℃，加熱時(shí)間5min，靜態(tài)時(shí)間5min，沖洗體積60%，循環(huán)提取2 次。提取液用氮?dú)鉂饪s至2～3mL，如有明顯水分則需進(jìn)一步脫水。在提取液中加入適量的無水硫酸鈉，靜置15min 后轉(zhuǎn)移提取液至另一濃縮瓶中，并用少量正己烷潤洗濃縮瓶，合并提取液。待下一步凈化。

樣品凈化：分別用洗脫液(5%甲苯的正己烷-丙酮，體積比8∶2)及正己烷各約5mL 預(yù)淋洗固相萃取柱。將提取液轉(zhuǎn)移至固相萃取柱中，用10mL 洗脫液進(jìn)行淋洗，洗脫液全部收集后濃縮至小于1.0mL的體積，并加入50μL 內(nèi)標(biāo)物中間使用液，正己烷定容至1.0mL，待分析。

1.4.3 儀器分析條件

氣相色譜分析條件：進(jìn)樣口溫度260℃；氦氣為載氣，流速1.0mL/min；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1.0μL。初始溫度60℃，保持2.0min；15℃/min 升至210℃，保持2.0min；30℃/min 升至270 ℃，保持8.0min；再以40℃/min 升至300℃，保持5.0min。

質(zhì)譜分析條件：接口溫度280℃；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電離方式為電子轟擊電離；電離能量70eV；溶劑延遲5min；選擇離子監(jiān)測(SIM)模式。

根據(jù)表1 內(nèi)標(biāo)物的保留時(shí)間可以看出，萘-D8、苊-D10、菲-D10、?-D12這4 種化合物的保留時(shí)間為7.75～18.68min，能夠兼顧15 種OPFRs 的出峰范圍并與待測組分保留時(shí)間相近，因此選擇這4 種化合物作為定量內(nèi)標(biāo)。

表1 各OPFRs 目標(biāo)化合物保留時(shí)間及質(zhì)譜參數(shù)Table 1 Retention times and mass spectrum parameters of target OPFRs .

各化合物保留時(shí)間及質(zhì)譜參數(shù)見表1。

1.4.4 測試數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

各分析指標(biāo)的質(zhì)控控制可以參考《固定污染源監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 373—2007)。其中，本實(shí)驗(yàn)采用加入已知濃度的替代物對樣品分析進(jìn)行質(zhì)量控制。替代物為磷酸三丁酯-D27和磷酸三苯酯-D15，樣品分析中的替代物回收率控制要求在70%～120%之間，超出范圍則需要重新分析該樣品?？瞻椎目刂埔獫M足要求，OPFRs 易受各種背景因素的干擾，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)檢查所有溶劑空白，保證溶劑中這類物質(zhì)的污染水平在檢出限以下。

1.4.5 不同實(shí)驗(yàn)室間方法比對

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度和可靠性，除了本實(shí)驗(yàn)室外，另外選擇8 家實(shí)驗(yàn)室對本文建立的方法進(jìn)行協(xié)作驗(yàn)證。8 家外協(xié)實(shí)驗(yàn)室包括：自然資源部杭州礦產(chǎn)資源檢測中心、自然資源部南京礦產(chǎn)資源檢測中心、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所、天津市地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心、安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所、中國計(jì)量科學(xué)研究院、北京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理方法的優(yōu)化

有機(jī)分析的前處理過程是分析流程的重點(diǎn)步驟。本文針對土壤和沉積物樣品基質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)，重點(diǎn)優(yōu)化了樣品的提取方式、提取溶劑、凈化條件等前處理過程的各項(xiàng)條件，在簡便、綠色環(huán)保的前提下，達(dá)到提取效率高、凈化較為徹底、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠的目的。

2.1.1 樣品制備方法

對含有一定水分的同一個(gè)新鮮樣品，采用直接提取和干燥制備后提取進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。新鮮樣品制備：均勻選取一定量樣品與適量硅藻土攪拌均勻，研磨成顆粒狀。干燥樣品制備：對樣品進(jìn)行陰干處理后研磨，并過0.25mm 孔徑的篩。

分別稱取不同方式制備的10.0g 樣品，加入一定量的待測物(添加濃度水平為5.0ng/g) 進(jìn)行添加回收實(shí)驗(yàn)。添加標(biāo)準(zhǔn)溶液后平衡半小時(shí)，按照1.4.2節(jié)的步驟進(jìn)行前處理實(shí)驗(yàn)，回收率數(shù)據(jù)見圖1。結(jié)果表明干燥后樣品的TCEP 和TPPO 回收率明顯偏低，最低達(dá)到了40% 左右。分析其原因，可能是TCEP和TPPO 具有較低的辛醇-水分配系數(shù)、水溶性較強(qiáng)［34］，干燥研磨后的土壤顆粒對其有較強(qiáng)的吸附作用，而樣品中存在少量水分時(shí)能夠促進(jìn)丙酮等中等極性試劑更好地與土壤顆粒接觸，提高提取效率。因此，采用含有一定水分的新鮮樣品進(jìn)行直接提取的效果較好，如果樣品比較干燥，則需要加入少量水(10%左右)進(jìn)行提取。新鮮樣品在直接提取的條件下，TCEP 的回收率能夠達(dá)到90% 以上，相比文獻(xiàn)[33]的回收率86% 和文獻(xiàn)[39] 的回收率31.2%～48.9%，該指標(biāo)明顯提升。TPPO 的回收率也達(dá)到70%以上，能夠滿足分析需求。因此最終樣品的制備方法見1.4.2 節(jié)。

圖1 不同樣品制備方法提取回收率的比較Fig. 1 Comparison of extraction recoveries of different sample preparation methods.

2.1.2 ASE 提取溶劑

土壤、沉積物樣品基質(zhì)復(fù)雜，選擇合適的提取溶劑有助于提高提取效率，同時(shí)能夠有效地減少共提雜質(zhì)的提取。本文進(jìn)一步比較了二氯甲烷（DCM）、正己烷-丙酮(HEX-AC 體積比1∶1、1∶4、4∶1)等溶劑體系對目標(biāo)化合物的提取效率?？瞻讟悠分刑砑?1.0μg/mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL，每個(gè)溶劑條件下平行分析2 次，ASE 提取濃縮后采用GC-MS 進(jìn)行分析測試?；厥章式Y(jié)果見圖2，結(jié)果表明，二氯甲烷和正己烷-丙酮(體積比4∶1) 條件下，TCEP 該化合物的回收率較低，在20%～40%之間，不能達(dá)到提取完全的目的。正己烷-丙酮(體積比1∶1) 對于低沸點(diǎn)化合物(如TEP、TPrP 和TBP)的回收率相對較好，同時(shí)由于葉綠素等雜質(zhì)分子易溶于極性溶劑，當(dāng)丙酮含量過高時(shí)共提取的雜質(zhì)量也較多。因此，最終選擇正己烷-丙酮(體積比1∶1)作為樣品中OPEs 的提取溶劑體系。

圖2 不同提取溶劑條件下OPFRs 目標(biāo)化合物提取回收率比較Fig. 2 Comparison of recoveries by different extraction solvents for target compounds of OPFRs.

2.1.3 ASE 提取溫度

在ASE 提取過程中，溫度的升高有利于克服基體效應(yīng)，降低溶劑黏度，加速溶劑分子向基體中擴(kuò)散，從而提高了提取效率及速度。本研究在固定其他提取條件不變的情況下，比較了4 種提取溫度(60℃、80℃、100℃和120℃)對提取效果的影響?？瞻讟悠分刑砑?.0μg/mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL，每個(gè)溶劑條件下平行分析2 次，ASE 提取后直接濃縮后，再采用GCMS 進(jìn)行分析測試，結(jié)果見圖3。從結(jié)果可以看出，在80℃條件下，低沸點(diǎn)TEP 的回收率相比其他條件較高，因此，選擇溫度較低的80℃進(jìn)行提取。

圖3 不同提取溫度下OPFRs 目標(biāo)化合物提取回收率比較Fig. 3 Comparison of recoveries by different extraction temperatures for target compounds of OPFRs.

2.1.4 凈化條件的優(yōu)化

(1)凈化材料

沉積物樣品的基質(zhì)復(fù)雜，色素及小分子雜質(zhì)含量較高，有效的凈化步驟非常關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，石墨化碳(GCB)和活性炭(C)對于色素的去除能力最強(qiáng)，因此本研究比較了這兩類吸附材料的凈化效果和OPFRs 目標(biāo)物的回收率情況。采用0.5g 石墨化碳或0.5g 活性炭裝填固相萃取小柱，直接添加1.0μg/mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL 進(jìn)行洗脫回收率實(shí)驗(yàn)，洗脫溶劑為正己烷-丙酮(體積比1∶1)。每個(gè)條件下平行分析2 次，平均回收率結(jié)果見表2。從結(jié)果可以看出，盡管活性炭對于色素等大分子雜質(zhì)的吸附能力強(qiáng)，但是對于一些目標(biāo)待測物也產(chǎn)生了較強(qiáng)的吸附作用，如導(dǎo)致TPhP、o-TCP、m-TCP、p-TCP 的回收率均小于10%，且對于一些化合物存在嚴(yán)重干擾無法定量的現(xiàn)象。與活性炭相比，石墨化碳的吸附能力要弱一些，只是對于p-TCP 這個(gè)化合物有較強(qiáng)吸附，回收率僅為59.1%。因此，初步考慮石墨化碳作為凈化吸附劑的常用材料，可以除去沉積物樣品中的大量色素，但還需要進(jìn)一步對洗脫溶劑進(jìn)行優(yōu)化，以提高p-TCP 的回收率。

表2 不同凈化吸附劑OPFRs 目標(biāo)化合物的回收率比較Table 2 Comparison of the average recoveries by different adsorbents for target compounds of OPFRs.

(2)洗脫溶劑

土壤和沉積物樣品的基質(zhì)復(fù)雜，考慮到氨基(NH2)硅膠在非極性溶劑中具有弱陰離子交換保留作用，能夠分離酸、脂質(zhì)、醇類、糖類、類固醇和等物質(zhì)，因此采用石墨化碳復(fù)合NH2硅膠的固相小柱對樣品進(jìn)行凈化。

本研究比較了不同的溶劑體系對目標(biāo)化合物的洗脫能力。采用商品SPE 小柱，直接添加1.0μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL，用10mL 洗脫溶劑洗脫后濃縮測定，每個(gè)條件下平行分析2 次，比較了9 種不同體積配比洗脫溶劑的洗脫能力：正己烷-丙酮 (體積比9∶1、8∶2、1∶1)，不同甲苯含量(1%、3%、5%)的正己烷-丙酮 (體積比8∶2)，不同甲苯含量(1%、3%、5%)的正己烷-丙酮 (體積比1∶1)。洗脫溶劑加入少量甲苯，可以降低帶有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物，如磷酸三甲苯酯與石墨化碳之間產(chǎn)生的較強(qiáng)吸附性，提高這類化合物的洗脫回收率。各條件下平均回收率數(shù)據(jù)見表3。從結(jié)果可以看出，加入一定比例的甲苯可以改善TCP 的洗脫情況。當(dāng)采用加入5%甲苯的正己烷-丙酮(體積比8∶2)洗脫溶劑時(shí)，p-TCP 的回收率從5.5%增加到99.9%。各目標(biāo)化合物的回收率范圍在64.7%～123.6%之間，滿足分析要求。針對含有大量色素的沉積物樣品提取液進(jìn)行過柱淋洗實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)丙酮含量的降低會減少色素雜質(zhì)的共流出。因此，最終選擇5% 甲苯的正己烷-丙酮(體積比8∶2)溶劑體系作為洗脫溶劑。

表3 采用不同洗脫溶劑OPFRs 目標(biāo)化合物平均回收率Table 3 Average recoveries by different elution solvents for target compounds of OPFRs.

2.2 方法線性范圍、檢出限和精密度

以化合物濃度和其峰面積繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，考察方法的線性范圍及標(biāo)準(zhǔn)曲線的R2。將混合標(biāo)準(zhǔn)使用液用正己烷稀釋成不同濃度的溶液，除TBEP 線性范圍在20～500ng/mL 以外，其余化合物均為10～500ng/mL，所有待測目標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)曲線的R2均大于0.9962。

采用1.3 節(jié)的實(shí)際樣品進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)。在10.0g 樣品(干樣的質(zhì)量)中分別添加濃度為2.0、5.0、10.0、50.0、500.0ng/g 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照優(yōu)化后的方法進(jìn)行前處理，每個(gè)濃度水平的樣品進(jìn)行4 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法對目標(biāo)化合物進(jìn)行定量分析，計(jì)算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，具體見表4?？梢钥闯龈骰衔锏钠骄厥章蕿?2.6%～112.9%，RSD 范圍為1.6%～25.3%。替代物回收率范圍為84.7%～114.3%。

表4 OPFRs 目標(biāo)化合物精密度平均添加回收率、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差及方法檢出限Table 4 Average recoveries, RSD and detection limits of the method for target compounds of OPFRs.

方法檢出限樣品按照表4 中的最低添加濃度進(jìn)行方法檢出限實(shí)驗(yàn)，按照EPA 推薦方法計(jì)算得出方法檢出限見表4。檢出限計(jì)算公式為：

式中：S為n次加標(biāo)測定濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t為自由度為n-1 時(shí)的Student’s t 值；1-a為置信水平；n為重復(fù)測定的加標(biāo)樣品數(shù)，n=7 時(shí)查表t=3.143)。計(jì)算得出，15 種有機(jī)磷酸酯類阻燃劑的方法檢出限在0.17～1.21ng/g(干樣)之間。

2.3 實(shí)驗(yàn)室間方法比對

選擇9 家不同行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室對方法進(jìn)行比對驗(yàn)證。采用實(shí)際樣品添加5 個(gè)濃度水平(2.0、5.0、10.0、50.0、500.0ng/g) 的目標(biāo)化合物，對結(jié)果進(jìn)行分析，依據(jù)《測量方法與結(jié)果的準(zhǔn)確度(正確度與精密度) 第2 部分：確定標(biāo)準(zhǔn)測量方法重復(fù)性與再現(xiàn)性的基本方法》(GB/T 6379.2)的要求，經(jīng)過格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)、科克倫(Conchran) 檢驗(yàn)、h-k 檢驗(yàn)后剔除離群值，保留岐離值參與統(tǒng)計(jì)后對數(shù)據(jù)的精密度、準(zhǔn)確度進(jìn)行評價(jià)，重復(fù)性限(r) 和再現(xiàn)性限(R)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5?？梢钥闯觯痉椒ǖ玫浇Y(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性基本一致，并無顯著性差異。該方法能夠滿足土壤和沉積物中有機(jī)磷酸酯類阻燃劑分析要求。

表5 方法精密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 5 Statistical results of precision test for the method.

2.4 實(shí)際樣品的方法驗(yàn)證

為了考察方法的適用性和準(zhǔn)確度，本文采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)研制的生活污泥有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(SRM 2585)進(jìn)行測試。本實(shí)驗(yàn)室該樣品中的TnBP、TCEP、TCPP、TPhP 含量三次結(jié)果的平均值分別為278、786、1407、1117ng/g，檢測結(jié)果均在不確定度范圍內(nèi)。參加協(xié)作驗(yàn)證的9 家實(shí)驗(yàn)室對有證標(biāo)物檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表6，所有實(shí)驗(yàn)室的檢測結(jié)果均在接受范圍內(nèi)，相對誤差的絕對值小于5.35%，該方法能夠適用于實(shí)際樣品的分析。

表6 方法正確度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 6 Statistical results of accuracy test for the method.

3 結(jié)論

建立了土壤和沉積物樣品中15 種有機(jī)磷酸酯類阻燃劑的加速溶劑萃取-固相萃取結(jié)合GC-MS 檢測的分析方法。方法采用新鮮樣品直接提取，使得有機(jī)溶劑能夠更很好地與樣品顆粒進(jìn)行接觸，顯著提高了TCEP 的提取效率。采用石墨化碳和氨基硅膠復(fù)合填料的固相萃取小柱對樣品進(jìn)行凈化，能夠很好地去除沉積物樣品中的色素等雜質(zhì)，并優(yōu)化得出加入一定量的甲苯能夠改善固相萃取的洗脫效率，使得石墨化碳針對有機(jī)磷酸酯類化合物作為凈化吸附劑更為可行有效。本方法的平均添加回收率為72.6%～112.9%，15 種化合物的方法檢出限在0.17～1.21ng/g 之間。

9 家實(shí)驗(yàn)室對本研究建立的方法進(jìn)行了比對驗(yàn)證，得到結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性無顯著性差異，表明該方法準(zhǔn)確可靠，能夠滿足實(shí)際樣品分析要求。同時(shí)采用NIST 有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確度，結(jié)果均在不確定范圍內(nèi)，表明該方法能夠應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測，可為有機(jī)磷酸酯類阻燃劑的大規(guī)模調(diào)查研究工作提供技術(shù)支撐。

Determination of 15 Organophosphate Ester Flame Retardants in Soils and Sediments by Gas Chromatography-Mass Spectrometry with Accelerated Solvent Extraction

PAN Meng1，TONG Ling1*，TIAN Qin1，SONG Shuling2

（1. National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037, China； 2. Command Center of Natural Resource Comprehensive Survey, Beijing 100055, China）

HIGHLIGHTS

(1) Directly extracting fresh samples containing an amount of water can improve the extraction efficiency of TCEP.

(2) The purification column of graphitized carbon black combined NH2(GCB-NH2) has the best purification effect on complex matrix sediment samples.

(3) The addition of 5% toluene in the elution solvent system can improve the elution efficiency of TCP on GCB.

ABSTRACT BACKGROUND:Organophosphate ester flame retardants have widely existed in the environment for several years, and long-term exposure will have an impact on human health. Therefore, it is necessary to investigate their pollution level in the environment, and a multi-component, simultaneous and accurate analysis method is the basis of research. The analytical methods still need to be improved in terms of the types of compounds and extraction efficiency. As a result, it is necessary to establish a rapid and accurate method for analyzing multiple types of organophosphate ester flame retardants in soil and sediment.OBJECTIVES:To establish a rapid and accurate method for the analysis of 15 organophosphate ester flame retardants in soil and sediment.METHODS:The pretreatment was optimized, including the preparation methods for soil and sediment samples, the extraction solvent and extraction temperature for accelerated solvent extraction (ASE), and various parameters of the purification process. The analysis procedure was as follows: Weigh 10.0g (accurate to 0.01g) of the fresh sample,add an appropriate amount of diatomite, stir evenly, and grind into particles. The samples were transferred to the ASE extraction tank, and a quantity of surrogates (tri-butyl phosphate-D27and tri-phenyl phosphate-D15) were added.The samples were extracted by ASE withn-hexane/acetone (1∶1,V/V). After concentrating the extract to a volume of 2-3mL, the extracts were removed from the water by adding anhydrous sulfuric acid. The purification was carried out using a GCB-NH2SPE column. The target compounds were eluted with 10mL eluent solution (5% toluenenhexane/acetone, 8∶2,V/V). The eluents were concentrated and fixed to 1.0mL byn-hexane. The final extracts were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry, and the target compounds were quantified by internal standard calibration curve method.RESULTS:The extraction efficiency of dry and fresh samples was compared. It was found that the fresh samples with a small amount of water were extracted directly with the solvent, making the organic solvent more able to better contact with the sample particles, and significantly improving the extraction efficiency of the target compound. For example, the recovery of TCEP was greater than 90%, which was significantly higher than previous studies of 86%[33]and 31.2%-48.9%[39].The sample was extracted twice using a solvent ofn-hexane/acetone (1∶1,V/V) at 80℃ by accelerated solvent extraction (ASE) to obtain the best extraction effect. The solid phase extraction (SPE) columns of GCB combined NH2were used to purify samples. Large amounts of pigments and other small molecule substances such as acids,lipids, alcohols, sugars, steroids were removed by this method.n-hexane/acetone (8∶2,V/V) with 5% toluene was selected as the elution solvent. The addition of 5% toluene could enhance the elution TCP from GCB solid-phase extraction column. The solid phase extraction recoveries of the target compound under this condition were between 64.7% and 123.6%.The linear range of the method was 10-500ng/mL except for TBEP, which ranged from 20 to 500ng/mL. The linear correlation coefficients of the standard curves of all target compounds were greater than 0.9962. The precision experiments results showed that the average recoveries of five spiked levels (2.0, 5.0, 10.0, 50.0, and 500.0ng/g)ranged from 72.6% to 112.9%, and the RSD ranged from 1.6% to 25.3%. The recoveries of surrogates ranged from 84.7% to 114.3%. The method detection limits of 15 target compounds were 0.17-1.21ng/g.Nine laboratories from different industries were selected to conduct a comparative validation of the method.The testing results of statistical analysis indicated that the repeatability and reproducibility were essentially consistent with no significant differences. In order to investigate the applicability and accuracy of the method, the certified standard material for domestic sludge (SRM 2585) developed by the National Institute of Standards and Technology (NIST) was used for testing. The results of 9 laboratories participating in the collaborative verification were all within the uncertainty range, and the absolute value of the relative error was less than 5.35%, which indicates that this method can be applied to the analysis of actual samples.CONCLUSIONS:The results show that this method is simple and accurate, and is suitable for the detection of flame retardants in different types of soil and sediment samples. This method can provide technical support for the environmental investigation and research of these organophosphate ester flame compounds.

KEY WORDS：organophosphate ester flame retardants；soil；sediment；gas chromatography-mass spectrometry；accelerated solvent extraction