溶劑放空-氣相色譜/串聯質譜法在水中鄰苯二甲酸酯測定中的應用

鄭力文 陳偉東 鐘秀霞 廖惠玲 黃捷玲 余澤文 羅偉樂

摘 要：采用溶劑放空進樣技術，建立16種鄰苯二甲酸酯的氣相色譜/串聯質譜分析方法。通過優化氣相色譜儀進樣體積、溶劑放空條件、柱箱升溫程序和載氣流量后，逐個優化串聯質譜的離子化能量和碰撞能量等操作參數，確定了鄰苯二甲酸酯的氣相色譜/串聯質譜法最優分析條件，16種鄰苯二甲酸酯在32 min內得到良好的基線分離和峰形。用該分析方法的外標法定量水中痕量的16種鄰苯二甲酸酯，檢出限為0.1～4.0 ng/L，相對標準偏差（RSD）小于4%，0～500 ng/L范圍內呈良好的線性關系，加標回收率在78%～117%范圍內，所建方法簡便、靈敏、準確、結果準確度高，可滿足水中痕量鄰苯二甲酸酯的測定需要。

關鍵詞：溶劑放空;氣相色譜/串聯質譜法;鄰苯二甲酸酯

1 實驗部分

1.1 試劑

正己烷中16種塑化劑混標1 000 mg/L：鄰苯二甲酸二甲酯（DMP，CAS：131-11-3）、鄰苯二甲酸二乙酯（DEP，CAS：84-66-2）、鄰苯二甲酸二異丁酯（DIBP，CAS：84-69-5）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP，CAS：84-74-2）、鄰苯二甲酸二（2-甲氧基乙基）酯（DMEP，CAS：117-82-8）、鄰苯二甲酸二（4-甲基-2-戊基）酯（BMPP，CAS：146-50-9）、鄰苯二甲酸二（2-乙氧基乙基）酯（DEEP，CAS：605-54-9）、鄰苯二甲酸二戊酯（DPP，CAS：131-18-0）、鄰苯二甲酸己基2-乙基己基酯（HEHP，CAS：75673-16-4）、鄰苯二甲酸二己基酯（DHXP，CAS：84-75-3）、鄰苯二甲酸苯基丁基酯（BBP，CAS：85-68-7）、鄰苯二甲酸二（2-丁氧基乙基）酯（DBEP，CAS：117-83-9）、鄰苯二甲酸二環己酯（DCHP，CAS：84-61-7）、鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（ DEHP，CAS：117-81-7）、鄰苯二甲酸二辛酯（DNOP，CAS：117-84-0）與鄰苯二甲酸二壬酯（DNP，CAS：84-76-4）購于國家標準物質中心;正己烷、二氯甲烷、甲醇（色譜純，Merck公司），固相萃取柱：PLS-3玻璃柱（迪馬公司）。

1.2 儀器

Agilent 7890B-7000氣相色譜-三重四級桿質譜儀（美國安捷倫科技有限公司，帶淺凹坑襯管的MMI多模式進樣口及Extractor EI離子源）;色譜柱：DB-5ms UI 30 m×0.25 mm×0.25μm;GL Science ASPE799全自動大體積固相萃取儀。

1.3 固相萃取條件

整個采樣、預處理、保存及固相萃取過程均在玻璃容器中進行，使用前要用丙酮潤洗所有器皿并于400℃烘烤2～4h。固相萃取裝置均使用PTFE管路及接頭，避免使用PP及PE等塑料制品，保持環境中的良好通風及潔凈度，防止處理樣品過程中引入或殘留非樣品中的塑化劑[1]。

預處理：采集1 L水樣，加入20 mL重蒸餾的甲醇及5 mL 1+1鹽酸。

活化：依次通過3 mL正己烷、3 mL二氯甲烷、6 mL水進行預活化。

上樣：以5 mL/min的流速過柱。

脫水：氮吹脫水2min。

洗脫：依次通過3 mL二氯甲烷、3 mL正己烷、3 mL正己烷，浸泡后洗脫，合并洗脫液。

濃縮：將洗脫液氮氣吹至1mL，進樣測定。

1.4 檢測條件

1.4.1 氣相方法

柱溫箱：50 ℃保持0.5 min，以8 ℃/min升至280 ℃，保持2.75 min;進樣口：溶劑放空進樣，5 psi維持0.3 min，進樣口溫度為50 ℃保持0.3 min，900 ℃/min升至280 ℃;載氣：恒定流量，1 mL/min;傳輸線：280 ℃。

1.4.2 質譜方法

離子源溫度為280 ℃，MRM掃描。

2 結果與討論

2.1 色譜分離和質譜條件的優化

2.1.1 色譜分離結果

16種鄰苯二甲酸酯在質譜上有較多相同的的離子對，為了使定性定量更加準確，選擇了分離度比較好的超高惰性弱極性色譜柱DB-5ms UI（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以保證16種目標物在色譜上得以較好的分離。

通過多次測試，柱溫箱在50 ℃初始溫度時，各化合物有較小的峰展寬和峰形，保持8℃/min的升溫速度，DCHP和DEHP能達到較好的分離，保證定量的準確。

具體檢測離子對如表1所示。

優化后色譜分離情況如圖1所示，其中BMPP為多峰。

2.1.2 優化碰撞能量和離子化能量

在EI源的電子轟擊條件下，鄰苯二甲酸酯類增塑劑的分子結構容易裂解[2]。其裂解過程主要由α裂解和2H重排誘導i裂解兩步進行，通式如圖2。

鄰苯二甲酸酯類分子內含苯環共軛羰基雙鍵基團，與這一組原子相連的單個鍵（-OR）稱為α鍵。在電子轟擊條件下，鍵很容易斷裂，稱為α開裂。當一個鍵斷裂時，鍵合原子會各自取回一個電子。原始動力來源于自由基的強電子配對傾向，這是由自由中心引發的均相反應。而且在空間效應的作用下，鄰位酯基上帶有游離電子對的氧原子迅速與羰基碳陽離子鍵合成共軛狀態的五元雜環。

2H重排主要作用于間位C上的氫原子。因為常見的鄰苯二甲酸酯類中DMP對應的為甲基，不能發生2H重排，不利于后續的i裂解的進行。這也解釋了DMP幾乎不生成m/z=149的離子碎片，而具有m/z=163的特征離子。

質譜儀中EI源的原理是使有機物分子發生碰撞誘導解離（Collision Induced Dissociation，CID）。在離子源內加一個電壓，使有機分子電離，有利于增強離子信號。一般單級質譜取較高的-70eV離子化能量構建標準譜庫，有利于去除溶劑小分子碎片，同時也會產生較為豐富的目標物離子碎片信息，有利于未知有機化合物結構的鑒定。三重四極桿質譜更多用于已知物質的分離和定量，通過MRM的二級碰撞，可以通過調節較低的離子化能量，獲得更多的前級離子，有利于提高響應。以標準品進樣，考察16種鄰苯二甲酸酯在-70～-25eV的離子化能量，兩個前級離子（m/z=163和149）的產物生成量如圖3所示。

由實驗結果可見，離子化能量由-70 eV到-45eV，兩前級離子的離子碎片呈增加的趨勢，并在-45eV后逐漸減少。所以可采用固定離子化能量-45eV，以使EI源中產生足夠多的前級離子，增加MRM最終響應值。

2.1.3 溶劑放空進樣和基質效應的討論

溶劑放空模式是使用MMI進樣口實現大體積進樣的方法[3]。跟常見的熱不分流和冷不分流不同，溶劑放空原理如圖4所示。溶劑放空模式下，使進樣口在整個樣品注射過程中處于初始溫度較低的分流狀態，并且分流流路處于低壓打開狀態。較容易揮發的溶劑被進樣口吹掃氣流帶走，從分流出口流出。樣品要以較慢的注入速度進入襯管，并受到專用襯管上的連續淺凹坑阻隔，因此流入的液體很容易沉積附著于襯管壁上，溶劑以溫和的速度氣化帶走。當完成所有樣本的加注后，進樣口就立即切換到不分流模式，通過高速加熱進樣口將濃縮的樣品和小量殘留的溶劑轉移到色譜柱前端。在足夠的時間下確保樣品轉移，將進樣口切換到凈化模式，以排空進樣口襯管中剩余的樣品。在樣品進樣和溶劑清空過程中，氣相色譜柱溫度箱必須保持在適當的溫度下，使溶劑能將分析物重新聚焦在色譜柱上。重新聚焦后，對柱溫箱進行程序升溫，實現分離。

鄰苯二甲酸酯類的沸點均比較高，最低的DMP為282℃，而正己烷只有69℃。如此大的溫度差異有利于溶劑放空進樣方法的進行。采用MMI溶劑放空進樣方法的默認參數，設定注射速度20μL/s，放空時間達0.3min時，放空壓力5psi，放空流速60mL/min。溶劑峰不明顯，目標物出峰尖銳。

濃度為500 ng/mL的標準樣品在熱不分流1 μL和溶劑放空進樣5和10 μL下的結果見表2。

在表3中，將對應體積的溶劑放空運行面積折算回1 μL，與熱不分流峰面積進行比較，得到溶劑放空的回收率。對于分析物，繼續增加進樣體積至10 μL。分離度保持不變，回收率均大于85%，這說明大部分溶劑在進樣過程中可被消除，而對目標物影響不大。

2.2 方法學評價

以重蒸正己烷為溶劑配制成0、5、20、50、100、200 ng/mL與500 ng/mL的7個濃度的混合標準使用液，從進樣器注入氣相色譜儀。以峰面積為縱坐標，濃度為橫坐標繪制標準曲線。根據GB/T 27417-2017的規定[4]，可用信噪比法評估檢出限。利用已知低濃度的分析物樣品與空白樣品的測量信號進行比較，采用典型的可接受信噪比3∶1為方法檢出限。根據空白樣品圖譜進行通過計算，結果見表3。相關系數r均大于0.995，說明這16種化合物的標準曲線在曲線范圍內具有良好的線性相關。取水樣1L進行固相萃取，最終定容1mL，方法的檢測范圍為0～500ng/L。

2.3 加標回收試驗

向水樣中分別加入16種鄰苯二甲酸酯類混標，加標水平為50、200、400 ng/L，進行測定，計算結果如下表4。

3 結論

采用溶劑放空進樣技術，進樣10 μL以上樣品，可以大大改善峰形，降低檢出限。

本文擴展了氣相色譜/串聯質譜在復雜成分分析中的應用，建立了測定水中16種鄰苯二甲酸酯的方法。該方法有較高的靈敏度，檢出限為0.1～4.0 ng/L，精密度（RSD）小于4%，在50、200、400 ng/L3個加標濃度水平下，回收率為78%～117%。該方法對鄰苯二甲酸酯測定具有簡便、靈敏度高、準確度好等優點，可滿足生活飲用水

中痕量鄰苯二甲酸酯的檢測需要。

參考文獻

[1]Environmental Protection Agency.EPA METHOD 8061A.PHTHALATE ESTERS BY GC/ECD[S].America：EPA.1996.

[2]Fred W.McLafferty，Etc.Interpretation of Mass Spectra（4th）[M].America：Uniersity Science Books，1993，99+258.

[3]Bill Wilson.采用安捷倫的多模式進樣口（MMI）容易實現更低的檢測限[M].美國：安捷倫科技出版物，5190-4169CHCN，2006.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 27417-2017.合格評定 化學分析方法確認和驗證指南[S].北京：中國標準出版社.2017.

基金項目：佛山市自籌經費類科技創新項目（編號：2016AB003183）。

作者簡介：鄭力文（1981—），男，廣東佛山人，碩士，主管技師。研究方向：理化檢驗。