凝膠滲透色譜-硅膠柱-氣相色譜-負(fù)化學(xué)離子源質(zhì)譜測定生物介質(zhì)中49種BFRs類化合物

李　昆,趙高峰,周懷東,張盼偉,余麗琴,文　武,劉曉茹,常佩麗

1.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038

2.秦皇島市水務(wù)局,河北 秦皇島 066001

多溴聯(lián)苯(PBBs)和多溴聯(lián)苯醚(PBDEs) 是目前溴代阻燃劑(BFRs)中使用最為廣泛的化合物，兩者具有類似的結(jié)構(gòu)，同系物均各有209種，且PBBs[1]和PBDEs[2-3]均具有一定的致癌、神經(jīng)毒性以及內(nèi)分泌干擾效應(yīng)。PBBs和PBDEs因具有良好的阻燃效果，曾被大量用作阻燃劑添加在工業(yè)和電子電器類產(chǎn)品中。PBBs雖已停止使用，但隨著該類電子產(chǎn)品的淘汰，PBBs在環(huán)境中仍長期存在；PBDEs則被廣泛應(yīng)用于紡織品和電路板聚酯材料中(電視、電腦等電子產(chǎn)品)，雖然工業(yè)用五溴和八溴聯(lián)苯醚類混合物已停止生產(chǎn)和使用，但十溴聯(lián)苯醚正在被大量使用。最近的研究表明，BFRs已廣泛存在于各種環(huán)境介質(zhì)[4]、生物[5-6]及人體中[7-8]，且含量呈逐年增加的趨勢。因此，有關(guān)溴代阻燃劑在環(huán)境介質(zhì)、生物及人體組織中的含量分布、來源以及在生物鏈中的降解、富集而后在區(qū)域及全球范圍內(nèi)的長距離遷移等問題成為近幾年來的研究熱點(diǎn)。

使用加速溶劑萃取(ASE)對魚類以及其他生物組織樣品中的有機(jī)污染物(如多氯聯(lián)苯(PCBs)[9]和BFRs[10]等)進(jìn)行萃取的技術(shù)已較為成熟。凝膠色譜柱(GPC)具有自動化程度高、可有效去除樣品中大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、脂肪等干擾物質(zhì)[11])等優(yōu)點(diǎn)，常被用來與固相萃取柱(C18或HLB萃取柱)或填充硅膠柱串聯(lián)使用，從而達(dá)到樣品凈化的目的[12-14]。GPC應(yīng)用雖已較為廣泛，但針對其凈化和加標(biāo)回收49種BFRs類化合物的資料卻少有報道。為了優(yōu)化凈化過程對生物介質(zhì)49種BFRs類化合物的效果，研究了GPC對49種化合物洗脫液的收集時間以及硅膠層析柱凈化樣品的效果。該文使用實驗室成熟的檢測方法(GC-(NCI)/MS)[15-16]對GPC串聯(lián)混合硅膠柱凈化后的49種BFRs類化合物進(jìn)行檢測，以期建立一套針對生物介質(zhì)中BFRs有效的凈化和檢測方法。

1　實驗部分

1.1實驗材料

實驗中使用的有機(jī)溶劑正己烷、二氯甲烷、環(huán)己烷和乙酸乙酯等均為色譜純(美國)；優(yōu)級純濃硫酸(英國)；無水硫酸鈉(分析純，用二氯甲烷淋洗，然后在馬弗爐中于400 ℃烘烤6 h，干燥器中密閉，保存?zhèn)溆?；超純水(經(jīng)MILLIQ系統(tǒng)純化，電阻率為18.2 MΩ·cm)；硅膠(德國)；酸化硅膠(44％硫酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù))；去活硅膠(3.3％ H2O，質(zhì)量分?jǐn)?shù))；使用一級純植物油代替實際樣品中的高級脂肪酸甘油酯；49種BFRs標(biāo)準(zhǔn)樣品均購于加拿大某公司，22種PBBs標(biāo)樣質(zhì)量濃度為10 mg/L，27種PBDEs標(biāo)樣中各化合物質(zhì)量濃度有所不同，分別為1、2、5 mg/L。

1.2儀器設(shè)備及條件

凝膠色譜柱(GPC)填料為Bio Beads S-X3，美國生產(chǎn)；配備2.5 mL定量進(jìn)樣環(huán)；流動相為環(huán)己烷/乙酸乙酯(體積比1∶1)。

氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀Varian CP-3800/300-MS用來檢測PBBs和PBDEs，同時配備30 m VF-5-MS (5％二苯基/ 95％二甲基聚硅氧烷, 30 m×0.25 mm×0.25 μm, 美國)；PBBs和PBDEs采用負(fù)離子化學(xué)電離(NCI)模式分析，以79Br和81Br為定量監(jiān)測離子，BDE209的定量離子為m/z484.6和m/z488.6。PBBs程序升溫：初始溫度100 ℃，以5 ℃/min的速率升至250 ℃后，以25 ℃/min的速率升至285 ℃，保留5 min。PBDEs程序升溫：90 ℃保留2 min，以10 ℃/min的速率升至250 ℃后，以0.8 ℃/min的速率升至265 ℃，再以25 ℃/min的速率升至295 ℃，保留20 min。電子倍增器的電壓設(shè)置為1 450 V。樣品色譜圖見圖1。

(a)多溴聯(lián)苯色譜圖

(b)多溴聯(lián)苯醚色譜圖

1.3GPC條件優(yōu)化

調(diào)整GPC進(jìn)樣針位置發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樣品體積為6 mL時，GPC(定量環(huán)為2.5 mL)可最大量節(jié)省樣品。可推斷出最終樣品濃度與實際環(huán)境樣品濃度關(guān)系式：

m×C×2.5/6=c×V

式中：m為樣品稱取質(zhì)量，g；C為實際樣品中濃度；c為儀器檢出濃度；V為樣品最終定容體積，μL。

6 mL GPC流動相中加入標(biāo)準(zhǔn)樣品(PBBs標(biāo)準(zhǔn)品)置于GPC凈化裝置上；自2 min開始，每2 min收集洗脫液為一個樣品，至30 min共14個樣品；經(jīng)旋轉(zhuǎn)濃縮、氮吹后使用正己烷定容至100 μL，樣品使用GC-(NCI)/MS檢測。PBDEs實驗以3 min為時間段進(jìn)行收集，其他步驟與PBBs相同。

1.4方法精密度與回收率

準(zhǔn)備12個樣品瓶(每6個樣品為一組，各組包含1個空白樣品)，加入2 mL植物油后用GPC流動相定容為6 mL，加入一定量標(biāo)準(zhǔn)樣品后待處理。樣品經(jīng)GPC凈化裝置(流速4.7 mL/min)凈化，收集8～16 min洗脫液。洗脫液經(jīng)旋轉(zhuǎn)濃縮至2 mL，使用混合硅膠柱純化(硅膠柱由下至上依次填充2 g無水硫酸鈉、1 g 3.3％去活硅膠、8 g 44％酸化硅膠、1 g 3.3％去活硅膠、2 g無水硫酸鈉)；依次使用40 mL正己烷和40 mL正己烷與二氯甲烷混合溶液(體積比9∶1)洗脫混合硅膠柱，收集洗脫液。洗脫液經(jīng)濃縮、氮吹后使用正己烷定容至100 μL后待測。

1.5質(zhì)量控制與保證

玻璃器皿依次用洗滌劑、重鉻酸鉀洗液、自來水、去離子水和丙酮漂洗，再用烘箱烘干。PBBs定量標(biāo)準(zhǔn)曲線含量包括0.1、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 ng/g 6個級別，線性方程、相關(guān)系數(shù)、最低檢測限(3S/N)以及定量限(10S/N)見表1；PBDEs定量標(biāo)準(zhǔn)曲線含量包括0.5、1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 ng/g 6個級別，線性方程、相關(guān)系數(shù)、最低檢測限(3S/N)以及定量限(10S/N)見表2。

表1　22種PBBs的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢測限、定量限

2　結(jié)果與討論

2.1GPC條件優(yōu)化結(jié)果

檢測第1.3節(jié)中各洗脫液樣品，繪制22種PBBs 和27種PBDEs的GPC洗脫曲線(見圖3、圖4)。為了確保實驗過程的凈化、回收以及雜質(zhì)去除等效果，PBBs和PBDEs在GPC上洗脫液最佳收集時間分別為10～16 min、11～14 min，即同時收集PBBs和PBDEs洗脫液最佳收集時間為10～16 min。

表2　22種PBBs的回收率及精密度

圖3　多溴聯(lián)苯的GPC洗脫曲線

圖4　多溴聯(lián)苯醚的GPC洗脫曲線

2.2方法精密度與回收率結(jié)果討論

12個加標(biāo)樣品按第1.4節(jié)實驗步驟處理，觀察待測樣品發(fā)現(xiàn)，加入的高級脂肪酸甘油酯替代物具有較好的去除效果；對加入標(biāo)樣濃度進(jìn)行分析并通過公式折算出PBBs和PBDEs回收率(見表1～表4)。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)： 22種PBBs化合物的第一組濃度加標(biāo)回收率(n=5)為85.12％～119.73％，RSD<20％；第二組濃度回收率(n=5)為83.32％～110.41％，RSD<20％。27種PBDEs化合物的第一組濃度加標(biāo)回收率(n=5)為85.12％～119.73％，RSD<5％；第二組濃度回收率(n=5)為83.67％～109.71％，RSD<20％。綜上所述，49種化合物加標(biāo)回收率均為80％～120％，RSD<20％。PBBs的檢測限和定量限分別為0.02～0.88 pg/g和0.08～2.92 pg/g；PBDEs的檢測限和定量限分別為0.01～74.00 pg/g和0.03～246.50 pg/g。表明該方法具備檢測環(huán)境中較低濃度BFRs化合物的能力。

表3　27種PBDEs的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢測限、定量限

表4　27種PBDEs的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢測限、定量限

3　結(jié)論

采用凝膠滲透色譜-混合硅膠柱凈化49種BFRs類化合物，并采用氣相色譜-負(fù)化學(xué)離子源-質(zhì)譜檢測。該凈化方法能夠很好地去除脂肪類及色素類雜質(zhì)，具有良好的凈化效果、準(zhǔn)確度和精密度(回收率80％～120％，RSD<20％)。良好的線性范圍(r≥0.99)及較低的檢出限(≤246.5 pg/g),滿足生物介質(zhì)中BFRs的檢測分析實際要求，具有一定的適用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]Capen C C. Pathophysiology of chemical injury of the thyroid gland [J]. Toxicology letters, 1992, 64: 381-388.

[2]Schecter A, Pavuk M, P Pke O, et al. Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in US mothers' milk.[J]. Environmental health perspectives, 2003, 111(14): 1 723-1 729.

[3]Watanabe I, Sakai S. Environmental release and behavior of brominated flame retardants [J]. Environment International, 2003, 29(6): 665-682.

[4]趙高峰, 周懷東, 付玉芹, 等. 白洋淀表層沉積物中的多鹵代芳烴及其潛在風(fēng)險[J]. 中國工程科學(xué), 2010, 12(6): 41-47.

[5]向彩紅, 孟祥周, 陳社軍, 等. 魚肉組織中多溴聯(lián)苯醚的定量分析[J]. 分析測試學(xué)報, 2006, 25(6): 14-18.

[6]馬玉, 林竹光. 氣相色譜-負(fù)離子化學(xué)源/質(zhì)譜法 (GC-NCI/MS) 分析魚類和貝類樣品中多溴聯(lián)苯醚和多溴聯(lián)苯[J]. 分析試驗室, 2011, 30(4):99-103.

[7]Bradman A, Castorina R, Goldman Rosas L, et al. Polybrominated diphenyl ether (PBDE) exposure among mexican children and mexican-american children in the chamacos cohort, and nhanes[J]. Epidemiology, 2011, 22(1): 148.

[8]趙云峰, 張銳, 張磊, 等. 2007 年北京地區(qū)母乳中多溴聯(lián)苯醚污染水平的分析[J]. 衛(wèi)生研究, 2010, 39(3):326-330.

[9]陳衛(wèi)明, 李慶霞, 張芳, 等. 加速溶劑萃取-氣相色譜/氣相色譜-質(zhì)譜法測定土壤中7種多氯聯(lián)苯[J]. 巖礦測試,2011, 30(1): 33-39.

[10]王旭亮, 何歡, 李文超, 等. 加速溶劑萃取/凝膠滲透色譜凈化/氣相色譜-負(fù)化學(xué)離子源質(zhì)譜測定生物樣品中的四溴聯(lián)苯醚[J]. 環(huán)境化學(xué), 2011, 30(6): 1 186-1 191.

[11]US EPA. Method 3640A- gel permeation cleanup[EB/OL]. Washington, D.C: United States Environmental Protection Agency,1994[2012]. http://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/online/3_series.htm.

[12]Burse V W. Determination of selected organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls in human serum[J]. Journal of analytical toxicology, 1990,14(3):137-142.

[13]Frenich A G, Bolanos P P, Vidal J L M. Multiresidue analysis of pesticides in animal liver by gas chromatography using triple quadrupole tandem mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A, 2007, 1 153(1):194-202.

[14]Hajjo R, Afifi F, Battah A. Multiresidue pesticide analysis of the medicinal plant Origanum syriacum[J]. Food additives and contaminants, 2007, 24(3): 274-279.

[15]Zhao Gaofeng, Zhou Huaidong, Wang Donghong, et al. PBBs, PBDEs, and PCBs in foods collected from e-waste disassembly sites and daily intake by local residents[J]. Science of the total environment,2009， 407： 2 565-2 575.

[16]Zhao Gaofeng, Li Kun, Zhou Huaidong, et al. Polyhalogenated aromatic hydrocarbons in surface sediments from Three Gorges Reservoir[J]. Journal of Environmental Science and Health, 2013，48： 136-144.