氣相色譜-質譜聯用同時測定沉積物中三氯生和甲基三氯生

姚思睿， 魏 然， 楊柳明， 黃 丹， 倪進治

(1. 福建師范大學 地理科學學院,福建 福州 350007;2. 福建師范大學 濕潤亞熱帶生態地理過程教育部重點實驗室,福建 福州 350007;3. 福建師范大學 地理研究所,福建 福州 350007)

氣相色譜-質譜聯用同時測定沉積物中三氯生和甲基三氯生

姚思睿1，2， 魏 然1，2， 楊柳明1，2， 黃 丹1， 倪進治2，3

(1. 福建師范大學 地理科學學院,福建 福州 350007;2. 福建師范大學 濕潤亞熱帶生態地理過程教育部重點實驗室,福建 福州 350007;3. 福建師范大學 地理研究所,福建 福州 350007)

建立了氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)技術同時分析沉積物中三氯生和甲基三氯生的方法。采用丙酮提取沉積物樣品,提取物經自制C18固相萃取柱凈化,利用N-甲基-N(三甲基硅)-三氟乙酰胺(MSTFA)對提取物中三氯生進行衍生化,用外標法進行定量。GC-MS對三氯生和甲基三氯生的檢出限分別為0.59 ng/g和0.28 ng/g,沉積物中三氯生和甲基三氯生不同濃度的加標回收率分別為85.6%～95.7%和84.4%～106.7%,相對標準偏差(RSD)分別為3.5%～6.9%和3.9%～6.3%。對6個沉積物樣品進行了分析測定,三氯生和甲基三氯生的濃度分別為12.41～93.77 ng/g和4.96～6.48 ng/g。研究結果表明,該方法適用于同時測定沉積物樣品中三氯生和甲基三氯生的含量,具有檢出限低、靈敏度高、重復性好等優點,是一個較為可靠的檢測方法。

沉積物;三氯生;甲基三氯生;氣相色譜-質譜聯用

1 三氯生和甲基三氯生結構式

三氯生(triclosan,TCS)又稱三氯新、玉潔純、玉潔新等,化學名稱為2,4,4-三氯-2`一羥基二苯醚,分子結構式見圖1(a),是藥品及個人護理品(PPCPs)中常用的一種廣譜抗菌劑,廣泛應用于牙膏、漱口水等日化用品中,也常用于手術器械等醫療用品和紡織品的消毒。TCS親脂性強,在厭氧環境下性質穩定,易在水體沉積物中積累。近年來研究發現,TCS對藻類等水生生物有一定的毒害作用[1-2],且殘留在環境中會轉化成二噁英、氯仿等有毒有害物質[3-5],間接造成危害。TCS由于其高效低毒的優勢,短時間內不可能完全停止使用。因此,研究其在環境中的存在狀態及可能引起的生態效應,就顯得十分重要。

圖1 TCS和MTCS分子的結構式

甲基三氯生(methyl-triclosan,MTCS)是三氯生酚羥基上的氫原子被甲基取代后的產物,結構式見圖1(b)。MTCS比TCS疏水性更強,性質更穩定、更不易降解[6],因而也更易于在沉積物中積累[7]。目前MTCS在環境中分布的相關研究還較少,可供參考的數據非常有限。由于MTCS是TCS在環境中微生物的甲基化作用下的產物[8],因此同時檢測這兩種物質可以更準確地反映真實的污染情況。

根據已有的研究報道,TCS和MTCS在環境介質(如土壤、沉積物等)中的含量都為ng/g級[9],濃度較低,因此需要靈敏度較高的檢測方法。常用的三氯生檢測方法有高效液相色譜-串聯質譜(HPLC-MS)法[10-11]、高效液相色譜-紫外檢測器/二極管陣列檢測器(HPLC-UV/DAD)法[12]、氣相色譜-電子俘獲檢測器(GC-ECD)法[13]和氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)法[14-15]等。由于環境介質,特別是土壤和沉積物的基質復雜,用HPLC法和GC法分析TCS很難獲得較好的分離效果,從而影響定量的精度。氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)因其受基質干擾較小、定量精度和靈敏度高等優點,成為新興的檢測TCS的有效方法,并得到廣泛應用。本研究建立了GC-MS同時分析TCS和MTCS的方法,并結合自制C18固相萃取柱凈化處理,對福州市內河6個沉積物樣品中TCS和MTCS的含量進行了測定,獲得了較好的效果。

2 實驗

2.1 實驗儀器與試劑

儀器：氣相色譜-質譜聯用儀(Agilent 5975C/7890A)；7693系列自動進樣器；毛細管柱(DB-5MS,30 m×0.25 mm×0.25 μm)；離心機(Eppendorf 5810R)；數控超聲波清洗機(KQ-500DE)；氮吹儀(N-EVAPTM111)；Waters固相萃取裝置；冷凍干燥機(EYELA FDU-2100)。

試劑：丙酮、甲醇為分析純(西隴化工);乙酸乙酯為色譜純(禹王);三氯生、甲基三氯生、衍生化試劑MSTFA(N-甲基-N(三甲基硅)-三氟乙酰胺)均購自Sigma-Aldrich;固相萃取小柱為自制,填料采用LC-C18(上海生工);實驗中用水為去離子水。

2.2 TCS衍生化

TCS沸點較高,揮發性較差,不適合直接用氣相色譜進行檢測,因此要對其進行衍生化,以提高其分析的靈敏度[10]。常用的衍生方法有硅烷化、酰化等,其中硅烷化法由于具有操作簡單、產物揮發性強且熱穩定性好等優點而被廣泛應用。本實驗采用的是硅烷化試劑中應用較多的MSTFA。固相萃取的洗脫液用氮吹儀吹干,加入50 μL MSTFA,70 ℃下反應30 min,反應完畢后用乙酸乙酯定容至0.5 mL,GC-MS進行檢測。

2.3 方法的加標回收率

稱取0.5 g沉積物樣品于帶聚四氟襯墊的玻璃離心管中,添加溶于丙酮的標準品以使底泥中TCS和MTCS的濃度都分別為5、100、2000 ng/g,震蕩混勻,用氮吹方法揮發掉丙酮,同時做不添加TCS和MTCS標準品的空白對照；分別向裝有沉積物樣品的離心管中加入5 mL丙酮,震蕩混勻，然后將離心管置于超聲波清洗機中,在40 kHz下超聲30 min,超聲水浴溫度保持在30 ℃左右；超聲結束后,將離心管置于高速冷凍離心機中,在4 ℃下3 000 r/min離心30 min,將上清轉移至另一玻璃離心管;再向沉積物中加入5 mL丙酮,重復超聲提取和離心,合并兩次提取的上清液,用N2吹至0.5 mL左右,加入4.5 mL去離子水,制成水樣樣品,以備固相萃取使用。

用2 mL玻璃滴管自制固相萃取小柱。先用少量石英棉塞住玻璃滴管底部,再向滴管中加入0.1 g的LC-C18填料,制成固相萃取小柱。用1 mL甲醇對萃取小柱進行活化,并用1 mL去離子水淋洗。將離心管中沉積物的提取物轉移到萃取小柱中,用真空泵抽干。用0.5 mL丙酮和4.5 mL去離子水洗滌離心管管壁,將洗滌液再次轉移至萃取小柱中,再次抽干,然后用0.5 mL乙酸乙酯洗脫萃取小柱,洗脫液收集于棕色液相色譜瓶中。最后對樣品進行衍生,GC-MS檢測。

2.4 樣品采集及預處理

用抓斗式底泥采樣器采集福州市6條內河的表層沉積物樣品，新鮮樣品臨時放入4 ℃車載冰箱中運回實驗室,再置于-20 ℃冰箱冷凍保存。使用前用冷凍干燥機凍干,研磨后過60目篩,除去雜質。樣品的提取和純化過程見2.3節。

2.5 GC-MS條件

進樣口溫度260 ℃,離子源溫度230 ℃,能量為70 eV。載氣為He,流速為1 mL/min,無分流進樣,進樣量1 μL。升溫程序:初始溫度80 ℃、保持1 min;10 ℃/min升溫至180 ℃,保持1 min;4 ℃/min升溫至220 ℃,保持1 min;20 ℃/min升溫至280 ℃,保持1 min。定量離子:TCS的定量離子為345、347、360、362,MTCS的定量離子為252、254、302、304。

3 結果與討論

3.1 TCS衍生條件的優化

進樣溶劑的選擇:正己烷和乙酸乙酯是GC-MS進樣時應用最多的兩種溶劑。由于本實驗中TCS衍生溫度是70 ℃,用正己烷作為溶劑時,樣品冷卻后易析出結晶,影響測定的準確性;而用乙酸乙酯作為溶劑時不會析出結晶,且產物穩定性較好。因此本實驗選用乙酸乙酯作為溶劑。

衍生劑用量的確定:取5份0.5 mL、體積分數為2×10-6(高于文獻報道的沉積物中TCS的濃度)的TCS-丙酮溶液,用N2吹干,分別加入30、40、50、60、70 μL MSTFA,在70 ℃下衍生30 min,用乙酸乙酯定容后上機測定,色譜圖見圖2(色譜峰從高到低依次為50、70、60、40、30 μL)。由圖2可知,目標物信號強度隨衍生劑用量增加而增加,但衍生劑超過50 μL后目標物信號強度有所下降,因此本實驗中采用的衍生劑用量是50 μL。

圖2 MSTFA用量的比較

3.2 方法的精密度、線性范圍、檢出限和定量限

配制體積分數均為0.1×10-6的TCS和MTCS的混標溶液,衍生后連續進六針,色譜圖見圖3,兩者峰面積的RSD值分別為0.49%和0.46%,表明該方法精密度較好,能夠滿足環境中痕量物質的檢測需要。

用逐級稀釋法配制TCS和MTCS的標準溶液,體積分數分別為(2、5、10、20、50、100、200、500、1 000、2 000)×10-9,保留時間、回歸方程和相關系數見表1。

表1 TCS和MTCS的保留時間、回歸方程和相關系數

檢出限和定量限分別定義為3倍和10倍信噪比時所對應的目標物濃度。本實驗中TCS和MTCS的檢出限分別為0.59 μg/L和0.28 μg/L,定量限分別為1.77 μg/L和0.84 μg/L。

3.3 方法的加標回收率

向沉積物樣品中添加標準品,使TCS和MTCS的濃度都分別為5、100、2 000 ng/g,濃度采用的依據為:5 ng/g是環境樣品中較低的濃度,但高于儀器定量限;100 ng/g是環境樣品中常見濃度;2000 ng/g是超過了文獻中報道的環境樣品中的最高濃度。

從表2中看出,TCS和MTCS的加標回收率分別為85.6%～95.7%和84.4%～106.7%,相對標準偏差RSD為3.5%～6.9%和3.9%～6.3%,說明方法的回收率高、精密度良好。

表2 方法的回收率和相對標準偏差

3.4 福州內河沉積物樣品的分析

用本文中建立的方法對福州市6個內河沉積物樣品中TCS和MTCS的含量進行了測定,每個樣品做3個平行,結果見表3。兩種物質在6條內河中均有檢出,且文藻河、白馬河、大慶河、陸莊河中TCS含量都在較高水平,而6條河道中MTCS含量都較低,表明這一地區已經存在一定程度的TCS污染。

表3 實際沉積物樣品中TCS和MTCS含量及相對標準偏差

References)

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Simultaneous determination of triclosan and methyl-triclosan in sediments by gas chromatography coupled with mass spectrometry

Yao Sirui1,2,Wei Ran1,2,Yang Liuming1,2,Huang Dan1,Ni Jinzhi2,3

(1. School of Geographical Science,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China;2. Key Laboratory of Humid Subtropical Eco-geographical Process of the Ministry of Education,Fuzhou 350007,China;3. Institute of Geography,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China)

A method is developed for simultaneous analysis of triclosan (TCS) and methyl-triclosan (MTCS)by using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). Samples are extracted with actone,and then cleaned-up with a C18 solid-phase extraction cartridge. TCS in the extracts is derivatized with N-methyl-N(trimethylsilyl)-trifluoroacetamide (MSTFA),and then quantitatively analyzed by using the external standard method. The limits of detection (LOD) are 0.59 ng/g and 0.28 ng/g for TCS and MTCS,respectively. The spiked recoveries of TCS and MTCS are 85.6%-95.7% and 84.4%-106.7%,respectively. And the relative standard deviation (RSD)is in the range of 3.5%-6.9% and 3.9%-6.3% for TCS and MTCS,respectively. TCS and MTCS are determined by the optimized method in six sediment samples,and the concentrations are 12.41-93.77 ng/g and 4.96-6.48 ng/g for TCS and MTCS,respectively. The results indicate that the method is a reliable detection method with low detection limit,high sensitivity and repeatability for simultaneous determination of TCS and MTCS in sediments.

sediment;triclosan;methyl-triclosan;gas chromatography-mass spectrometry

2014- 05- 09 修改日期：2014- 07- 10

國家自然科學基金項目(40971265)；福建師范大學校創新團隊項目(IRTL1205)資助;福建師范大學地理科學院研究生科研創新基金

姚思睿(1990—)，女，黑龍江哈爾濱，在讀碩士研究生，研究方向為污染生態學

E-mail：threeyao3@163.com

魏然(1974—)，女，浙江平陽，碩士，講師，研究方向為污染生態學.

E-mail：rwei@fjnu.edu.cn

X830.2

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1002-4956(2015)1- 0079- 03