高效液相色譜串聯質譜法分析土壤中多溴聯苯醚類化合物

牛 禾，余彬彬,2，饒欽全，王 暉，丁 苗，徐方曦

1.臺州市環境監測中心站，浙江 臺州 318000 2.臺州學院醫藥化工與材料工程學院，浙江 臺州 318000

多溴聯苯醚類化合物(PBDEs)作為典型的溴代阻燃劑，主要有3種工業產品(五溴聯苯醚、八溴聯苯醚和十溴聯苯醚)，由于生產工藝成熟、成本優勢突出、阻燃效果好等優點，曾被大量廣泛地應用于電子電器、紡織、交通等行業中[1-4]。但PBDEs同時存在難降解性、脂溶性和生物累積性[5]，近年來逐漸被立法控制，六溴聯苯醚和七溴聯苯醚、四溴聯苯醚和五溴聯苯醚已于2009年被列入《斯德哥爾摩公約》受控的增補持久性有機污染物名單[6]，十溴聯苯醚于2017年被世界衛生組織國際癌癥研究機構列入三類致癌物清單[7]。

PBDEs易從產品中脫落而存在于環境中，由于其水溶性低，更易富集于土壤和沉積物等環境介質中。目前土壤中PBDEs最常見的定量檢測方法為氣相色譜質譜法(GC-MS)[8-10]，USEPA推薦用高分辨氣相色譜質譜法進行檢測。但是高溴代PBDEs的分析對于氣相色譜進樣口類型、進樣口溫度、離子源溫度和氣相色譜柱等條件，都有較為嚴格的要求，特別是十溴聯苯醚，分子量大不易氣化，在氣相色譜的進樣口容易分解，必須配備專用的高溫柱，才能得到較為滿意的分析結果。隨著檢測實驗室中液相色譜質譜儀(LC-MS)的普及[11-16]，LC-MS已經逐漸應用于土壤[11-12]、水[13-14]、揚塵[15-16]、底泥[17]等介質中的溴代阻燃劑的檢測。鑒于國內LC-MS應用于土壤中PBDEs的檢測方法報道較少，筆者以土壤為研究對象，結合內標法，建立了LC-MS/MS配APCI源，負離子模式測定土壤中PBDEs的分析方法，為未來完善國內土壤中PBDEs的檢測標準提供技術參考。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

超高效液相色譜系統(Thermo Ultimate 3000，美國Thermo公司)，三重四極桿質譜儀(Q-5500，美國AB SCIEX公司)，配APCI源，快速溶劑萃取儀(Dionex ASE-300，美國Thermo公司)，全自動凝膠凈化儀 GPC (德國LC-Tech公司), 全自動氮吹濃縮儀(美國Zymark公司，Turbo VapⅡ)，氮吹儀(美國Organomation公司，N-EVAP-112)，BEH反相C18色譜柱(美國Waters公司, xbridge，2.1 mm×100 mm，2.5 μm)。

PBDEs 8種混合物標樣(美國Accustandard公司)：BDE-28、BDE-47、BDE-100、BDE-99、BDE-154、BDE-153和BDE-183濃度為20 mg/L，BDE-209濃度為200 mg/L；內標13C12-BDE-139和13C12-BDE-209購自英國Cambridge Isotope laboratories Ins公司，濃度分別為51.5、48.8 mg/L，多溴聯苯醚土壤質控樣(SQC-072，美國RTC公司)。丙酮、二氯甲烷、甲醇均為色譜純(德國CNW公司)，氨水為分析純(中國國藥集團)。

供測試的8個實際土壤樣品來自臺州市某電子垃圾拆解園區，采自生產企業周邊的4個點位的表層土(采樣深度為0～20 cm)和下層土壤(采樣深度為20～60 cm)，土壤顏色為褐色。

1.2 樣品預處理

將土壤冷凍干燥，研磨均勻，過0.25 mm孔徑篩，得到土壤樣品，稱取約16 g土壤樣品，與適量硅藻土混合，置于ASE萃取池中，加入16 μL濃度分別為5.15、4.88 mg/L的13C12-BDE-139和13C12-BDE-209 內標物，二氯甲烷萃取，萃取壓力為1 500 psi，溫度為100 ℃，時間為5 min，重復萃取2次，收集萃取液，濃縮定容至8.0 mL，取5.0 mL濃縮液進行GPC凈化，二氯甲烷作為流動相，流速為5.0 mL/min，預淋洗時間為1 100 s，收集時間為920 s，后沖洗時間為300 s，最后收集凈化液，濃縮并轉換為甲醇溶劑至1.0 mL。

1.3 液相色譜-質譜條件

1.3.1 色譜條件

柱溫為35 ℃，流速為0.4 mL/min，進樣量為10 μL，分離時間為13 min。流動相A：水+0.1%氨水，B：甲醇+0.1%氨水。梯度淋洗：0～2 min，85% B，2～7 min，85%～100% B，7～9.8 min，100% B，9.8～10.0 min，100%～85% B，10.0～13.0 min，85% B。

1.3.2 質譜條件

三重四極桿串聯質譜多反應監測(MRM)，APCI負離子電離模式，氣簾氣(CUR)壓力為40 psi，噴霧針電壓為-4 500 V，離子源溫度為300 ℃，噴霧氣(GS1)壓力為55 psi，碰撞氣(CAD)壓力為medium，目標掃描時間為0.5 s，入口電壓(EP)為10 V，出口電壓(CXP)為13 V，各目標化合物的質譜分析參數見表1。

表1 8種PBDEs的保留時間、定量及定性離子對、DP及CE參數Table 1 Retention times, quantitative and qualitative ion pairs, declustering potentials (DP), collision energies (CE) of 8 kinds of PBDEs

2 結果與討論

2.1 色譜條件的優化

由于PBDEs為弱極性化合物，在超高效液相色譜中選用反向C18柱，適當調整液相色譜條件即可得到較好的分離度，針對目標化合物，使用甲醇作為流動相的分離效果要優于乙腈作為流動相。在流動相中加入0.1%氨水，可使目標物的峰型更尖銳，并促進目標物的離子化效率，從而增強各目標物的響應信號，提高PBDEs的檢測靈敏度。因此，筆者選用0.1%氨水甲醇溶液和0.1%氨水溶液作流動相。

2.2 質譜條件的優化

質譜分析的條件也是影響結果的重要因素，由于PBDEs極性比較低，不適合采用ESI電離模式，而APCI主要形成單電荷的準分子離子，對于弱極性的PBDEs具有極強的選擇性，抗干擾能力強，綜合比較后，選用APCI電離模式，通過全掃描確定8種PBDEs的母離子質量數，推測其離子化過程為PBDEs分子失去一個Br-，[BDE-Br]+→[BDE-Br+NH3]+，[BDE-Br+NH3]+即為母離子質量數，再分別對每種目標物進行二級質譜掃描，優化特征碎片離子，PBDEs的定量離子基本都為m/z 78.9，即失去一個Br-，推測定性離子m/z 265.7、498.4、418.8、734.3及746.2均為[BDE-Brn+NH3]+。

分別對噴霧氣輔助氣壓力、碰撞電壓和離子源溫度等各項參數進行系統優化，結果表明，當離子源溫度為300 ℃、噴霧器壓力為55 psi，氣簾氣壓力為40 psi，噴霧針電壓為-4 500 V時，使用APCI源負離子掃描模式獲得最好的分析結果。各化合物的提取離子流色譜圖見圖1。

注：13C12內標物的濃度為50 μg/L，BDE-209濃度為1 000 μg/L，其他7種BDE濃度為100 μg/L。圖1 PBDEs各反應通道的化合物色譜圖Fig.1 Chromatograms for the individual MRM channels of PBDEs

與常規的氣質分析方法相比，低溴代的化合物(如BDE-28和BDE-47)，在氣相色譜質譜上使用EI分析容易得到較好的響應值，獲得比液質略低的檢出限，但是五溴代以上的PBDEs，由于所取代的溴原子增多，在液相色譜質譜上使用APCI方式分析能夠獲得更高的響應值和更佳的靈敏度。特別是BDE-209的氣質分析，需要使用專用的高溫柱并更換CI源，LC-MS/MS配APCI源可以實現一次性從三溴代到十溴代的化合物的快速分析。

2.3 標準曲線與檢出限

將標準溶液用初始流動相稀釋成一系列不同質量濃度的溶液，內標法定量，繪制8種PBDEs的標準曲線(表2)。除十溴聯苯醚外的其他7種多溴聯苯醚的線性范圍為4～200 μg/L，以13C12-PBDE-139作為定量內標，十溴聯苯醚的線性范圍為10～1 000 μg/L，以13C12-PBDE-209作為定量內標。由表2可知，8種PBDEs在一定范圍內呈現良好的線性關系，相關系數范圍為0.998 8～0.999 5，滿足定量分析的需求。按照EPA SW-846方法計算方法檢出限，按照樣品前處理進行7次方法空白加標測試，以檢出限3～5倍的空白加標液測定標準偏差(n=7)計算方法檢出限，所得檢出限為0.22～0.59 μg/kg。

表2 8種多溴聯苯醚的線性范圍、相關系數和方法檢出限Table 2 Linear equation, correlation coefficient and method detection limit for 8 kinds of PBDEs

2.4 回收率、精密度和準確度

取不同土壤樣品，加入各自標準曲線中高低2個濃度水平的混合標準品溶液，按照樣品前處理方法，計算各目標化合物的加標回收率。配置中間點濃度的標準溶液，三溴到九溴BDE濃度為100 μg/L，BDE-209濃度為400 μg/L，在樣品分析過程中加入，一般每分析10個土壤樣品加入中間濃度點標準液，計算中間濃度點測定值的精密度。取SQC-072土壤多溴聯苯醚質控樣，按照樣品前處理進行測定，測試值與理論值比較，計算準確度。結果表明(表3)，方法加標回收率為71%～126%，標準偏差為3%～18%，中間點標準溶液測試精密度均小于10%，質控樣測試結果均在允許范圍內且具有較好的精密度。

表3 各化合物加標回收率、精密度和準確度Table 3 Recovery, precision and accuracy of compounds

2.5 樣品測試

在臺州市某電子垃圾拆解點附近采集8個土壤樣品，按照該方法進行分析，集中拆解點附近的表層土壤中測得有明顯的BDE-209，濃度為ND～96.6 μg/kg，另外3種PBDEs濃度較低，BDE-183為ND～4.20 μg/kg，BDE-153為ND～0.71 μg/kg，BDE-99為ND～0.52 μg/kg，其他4種BDEs未檢出，具體結果見表4。

表4 土壤樣品的多溴聯苯醚含量Table 4 The concentration of PBDEs in soil samples

3 結論

研究采用LC-MS/MS配APCI源方法測定土壤中的PBDEs，樣品采用ASE萃取和GPC凈化，內標法測試，方法加標回收率為71%～126%，中間點標準溶液測試精密度均小于10%，質控樣測試結果均在允許范圍內，可同時測定三溴代到十溴代的8種PBDEs。該方法可為后續國家相關標準的建立提供參考。