氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中6種多溴聯(lián)苯醚及2種羥基代謝物

郇志博 王曉燕 呂岱竹

(1中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測(cè)試中心海南?？?71101;2海南省熱帶果蔬產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海南海口571101;3昌吉學(xué)院新疆昌吉831100)

多溴聯(lián)苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）是一種廣泛應(yīng)用的溴系阻燃劑［1］。近年來(lái)的研究表明PBDEs在大氣、水、沉積物、污泥、土壤和生物體內(nèi)被廣泛檢出［2］。PBDEs具有生殖毒性、免疫毒性、神經(jīng)毒性和內(nèi)分泌干擾作用，因而遭到世界各國(guó)的禁用［3］。另外有研究表明，PBDEs的代謝物，尤其是羥基化代謝物，毒性甚至比母體化合物更大［4］。土壤是儲(chǔ)存和匯聚PBDEs的主要場(chǎng)所，也是植物源農(nóng)產(chǎn)品中PBDEs的主要來(lái)源之一［5］。因此，測(cè)定土壤中PBDEs及其代謝物的含量對(duì)保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全以及探究PBDEs的遷移代謝機(jī)制具有重要意義。

目前測(cè)定土壤中PBDEs的前處理方法主要有超聲法［6］、索氏提取法［7］、基質(zhì)固相分散萃取法［8］和加速溶劑萃取法（ASE）［9-11］；儀器分析方法主要有氣相色譜法（GC）［6］、氣相色譜-質(zhì)譜法（GCMS）［7-11］、超高壓液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（UPLC-MS/MS）［12］。索氏提取法和基質(zhì)固相分散萃取法前處理繁瑣耗時(shí)較長(zhǎng)，加速溶劑萃取法需要快速溶劑萃取儀，超聲萃取相對(duì)簡(jiǎn)單且容易普及。氣相色譜法只依靠保留時(shí)間定性，易產(chǎn)生假陽(yáng)性［11］；液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法中的電噴霧源在分析低極性化合物時(shí)離子化效率較低，并不適用于PBDEs的分析［13］。氣相色譜-質(zhì)譜法可同時(shí)分析PBDEs及羥基代謝物，通過(guò)硅烷化試劑作為衍生試劑可以提升儀器對(duì)羥基代謝物的靈敏度［14］。本研究將探索一種采用超聲萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)定提取 土 壤 中6種 主 要 的PBDEs（BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-153、BDE-183）以及2種羥基代謝物（6-OH-BDE-47和4′-OH-BDE-49）的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 土樣

土壤樣品：采集自海口（1#）、澄邁（2#）、文昌（3#）、五指山（4#）、昌江（5#）、樂東（6#）、瓊海（7#）、陵水（8#）、三亞（9#）等9市縣蔬菜種植基地的表層土壤（0～15 cm）。

1.1.2 儀器

安捷倫7890B-7000C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，配7693自動(dòng)進(jìn)樣器（美國(guó)Agilent公司）；Milli-Q型超純水器（美國(guó)Millipore公司）。

1.1.3 試劑

BDE-209、BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-153、BDE-183、6-OH-BDE-47、4′-OH-BDE-49標(biāo)準(zhǔn)品（圖1）（＞99%，百靈威科技有限公司））；甲基叔丁基醚、二氯甲烷、丙酮、正己烷、（色譜純，美國(guó)Fisher公司）；無(wú)水乙醇、無(wú)水硫酸鈉、氫氧化鉀均為分析純；CNWBOND酸性硅膠/無(wú)水硫酸鈉固相萃取小柱（1 g/10mL，上海安譜公司）。

待測(cè)物的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：將8種化合物的標(biāo)準(zhǔn)品用正己烷稀釋至10.00 mg/L，置于4°C冰箱保存，使用期限為6個(gè)月。

圖1 PBDEs及羥基代謝物的結(jié)構(gòu)式

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

采集的土壤樣品需經(jīng)人工去除石塊和植物根莖等雜物，室溫放置晾干，然后磨碎過(guò)60目篩，最終篩好的土壤樣品保存在棕色瓶中待用。

1.2.2 樣品的提取和凈化

首先稱取約5.0 g土壤樣品至50 mL離心管中，然后準(zhǔn)確量取15 mL體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合液至離心管中，將樣品渦旋5 min，超聲提取20 min，然后以8 000 r/min的速度離心5 min，離心后將上層液體轉(zhuǎn)移到體積為100 mL的圓底燒瓶中，然后將殘?jiān)俅渭尤?5 mL的體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合液重復(fù)提取1次，將2次提取液合并后，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將提取液蒸發(fā)近干，最后再次加入5 mL的正己烷重新溶解，待下一步凈化操作。

凈化過(guò)程使用酸性硅膠/無(wú)水硫酸鈉固相萃取小柱，首先使用5 mL的正己烷活化固相萃取小柱，然后將上一步待凈化液全部轉(zhuǎn)移到活化后的固相萃取小柱中，并使用10 mL體積比為1∶1的二氯甲烷與正己烷的混合液進(jìn)行洗脫，收集洗脫液后，再次使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將洗脫液蒸發(fā)近干，然后再次加入5 mL的正己烷重新溶解，并且待下一步的上機(jī)分析。

測(cè)定OH-PBDEs時(shí)，提取液為體積比為4∶4∶2的正己烷、二氯甲烷與甲基叔丁基醚的混合液，凈化液旋蒸近干后，依次加入1 mL 0.5 moL/L的氫氧化鉀-乙醇溶液、1 mL 2 moL/L的鹽酸溶液和1 mL三甲基硅烷化重氮甲烷，置于60℃水浴鍋中衍生30 min，待冷卻后加入5.0 mL正己烷渦旋混勻，室溫靜置30 min，取上層正己烷相過(guò)0.22μm有機(jī)濾膜待GC-MS分析。

1.2.3 色譜、質(zhì)譜測(cè)定

色譜方法：色譜柱為DB-5MS石英毛細(xì)管柱，載氣為高純氦氣，載氣流速為1.0 mL/min，采用不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣體積為2.0μL；BDE-209、其他5種PBDEs和2種OH-PBDEs的進(jìn)樣口溫度分別為280、270、270℃，溶劑延遲時(shí)間分別為5、8、8 min；BDE-209的柱升溫程序：初始溫度80℃保持1 min；以30℃/min速率升溫至280℃；再以15℃/min的速率升溫至300℃，保持8 min。其他5種PBDEs柱升溫程序：初始溫度60°C保持1 min；以20℃/min速率升溫至220℃；再以5℃/min的速率升溫至290℃，保持10 min。2種代謝物的柱升溫程序?yàn)槠鹗紲囟葹?0℃，該起始溫度保持1 min后以每分鐘20℃的速率升溫至220℃，再以每分鐘10°C的速率升溫到290℃，最終溫度保持1 min。

質(zhì)譜方法：質(zhì)譜采用電子轟擊離子源，電離電壓70 eV；離子源溫度230℃，傳輸線溫度280℃；采集方式為選擇離子監(jiān)測(cè)（SIM）模式。其余質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-MS分離結(jié)果

分別將配制好的BDE-209單標(biāo)溶液、其他5種PBDEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和2種OH-PBDEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液按照上面的GC-MS儀器條件上機(jī)，得到BDE-209、其他5種PBDEs和2種OH-PBDEs的總離子流色譜圖（圖2）。從圖2可以看到，BDE-209的保留時(shí)間約為13.0 min，BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-153和BDE-183的保留時(shí)間約為14.3、17.2、20.5、24.5和27.9 min，兩種代謝物6-OH-BDE-47和4′-OH-BDE-49的保留時(shí)間分別為11.1和11.6 min，可以看到各個(gè)物質(zhì)分離效果較好，色譜峰峰形較好，無(wú)拖尾和重疊。

2.2 基質(zhì)效應(yīng)

在進(jìn)行質(zhì)譜分析時(shí)，最常遇到的問(wèn)題是基質(zhì)對(duì)質(zhì)譜信號(hào)的干擾，會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。因此在建立質(zhì)譜分析方法時(shí)，需要優(yōu)先考察基質(zhì)效應(yīng)（Matrix Effect，ME），實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，通常需要使用空白基質(zhì)的提取凈化液來(lái)配制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，然后經(jīng)上機(jī)分析繪制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，并且求得基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率（S基質(zhì)），將該斜率與純?nèi)軇┡渲频拇郎y(cè)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率（S溶劑）進(jìn)行比較，具體的計(jì)算公式為ME＝（S基質(zhì)/S溶劑-1）×100%計(jì)算［15］，如果ME＞0，表明該基質(zhì)會(huì)造成基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)，若ME＜0，表明該基質(zhì)會(huì)造成抑制效應(yīng)，并且當(dāng)0≤|ME|≤20%時(shí)，說(shuō)明該基質(zhì)對(duì)待測(cè)物的信號(hào)干擾較低，可忽略不計(jì)；當(dāng)20%＜|ME|＜50%時(shí)，表現(xiàn)為中等強(qiáng)度的基質(zhì)干擾，而當(dāng)|ME|≥50%，則為強(qiáng)基質(zhì)干擾。本研究基質(zhì)效應(yīng)|ME|為2.2%～10.5%，說(shuō)明該基質(zhì)對(duì)待測(cè)物的信號(hào)干擾較低，可忽略不計(jì)。

本研究采用外標(biāo)法分析土壤中待測(cè)物的含量，由于基質(zhì)干擾效應(yīng)較弱，因此使用溶劑配制的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)進(jìn)行定量分析，配制溶劑標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為0.001、0.005、0.010、0.020 mg/L，最終得到的待分析物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表2。由表2可知，在分析范圍內(nèi)幾種待測(cè)物的線性關(guān)系良好，可用于下一步的定量分析。另外為考察儀器的靈敏度，使用3倍信噪比來(lái)計(jì)算方法的檢出限，計(jì)算得知8種物質(zhì)的檢測(cè)限在1.046～2.830μg/kg。

圖2 八種物質(zhì)的總離子流色譜圖

表2 六種PBDEs及2種OH-PBDEs的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和基質(zhì)效應(yīng)

2.4 精密度和回收試驗(yàn)

為了衡量該方法的準(zhǔn)確性和精確性，設(shè)置了加標(biāo)回收率試驗(yàn)，通過(guò)在空白基質(zhì)土壤中添加已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并進(jìn)行5次平行分析，計(jì)算回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。本研究設(shè)置了3個(gè)添加水平，分別為0.001、0.010和0.020 mg/kg，最終的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）結(jié)果見表3。從結(jié)果可知，在添加的3個(gè)水平，計(jì)算得到的回收率為71.7%～109.7%，RSD為0.7%～16%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32465—2015《化學(xué)分析方法驗(yàn)證確認(rèn)和內(nèi)部質(zhì)量控制要求》的要求。

表3 土壤樣品中8種化合物的添加回收率及精密度（n=5） 單位：%

2.5 實(shí)際樣品分析

采用上述建立的分析方法對(duì)海南省9個(gè)土壤樣品進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示，該批土壤樣品中BDE-209、6-OH-BDE-47、4′-OH-BDE-49有檢出，檢出率分別為88.9%、11.1%和11.1%，濃度分別為ND～6.7μg/kg、ND～1.0μg/kg和ND～1.5μg/kg，其余5種PBDEs均未檢出，結(jié)果見表4。

表4 土壤樣品測(cè)定結(jié)果 單位：μg/kg

3 討論與結(jié)論

土壤是各類污染物的主要?dú)w宿，柳笛等［16］測(cè)定了華北地區(qū)土壤中多溴聯(lián)苯醚的污染狀況，結(jié)果表明PBDEs的總濃度達(dá)到0.08～8 264.87 ng/g。婁素芳等［17］測(cè)定了廣東貴嶼地區(qū)土壤中多溴聯(lián)苯醚的污染狀況，結(jié)果表明PBDEs的總濃度達(dá)到76.5～13 354.0 ng/g。秦佩恒等［18］測(cè)定了深圳市表層土壤中多溴聯(lián)苯醚的污染狀況，結(jié)果表明PBDEs的總濃度達(dá)到1.1～85.8 ng/g。郝迪等［19］測(cè)定了貴嶼地區(qū)不同類型農(nóng)業(yè)土壤中多溴聯(lián)苯醚的污染特征，結(jié)果表明貴嶼鎮(zhèn)及周邊農(nóng)業(yè)土壤多溴聯(lián)苯醚總含量為30～9 400 ng/g。這些研究表明，我國(guó)各地土壤中存在不同水平的多溴聯(lián)苯醚污染，鑒于多溴聯(lián)苯醚的毒性問(wèn)題和生物富集特征，開展土壤中尤其是耕地中多溴聯(lián)苯醚的含量監(jiān)測(cè)，對(duì)保障我國(guó)人民的生命健康安全具有積極的意義。目前我國(guó)并未建立土壤中多溴聯(lián)苯醚的分析方法標(biāo)準(zhǔn)，建立一種通用且簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)開展土壤中多溴聯(lián)苯醚的監(jiān)測(cè)具有重要意義。本研究在前人研究基礎(chǔ)上，建立了利用超聲萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)定土壤中常見6種多溴聯(lián)苯醚及2種代謝物的分析方法，與已建立的土壤中PBDEs分析方法相比，王丹丹等［6］建立的方法需要微波協(xié)同萃取裝置，傅海輝等［10］和付英明等［11］建立的方法需要快速溶劑萃取儀，都需要特殊的儀器設(shè)備輔助提取。金軍等［7］建立的方法采用索氏提取法，不僅需要耗費(fèi)大量的有機(jī)溶劑不夠環(huán)保，而且耗時(shí)較長(zhǎng)，不適合批量樣品檢測(cè)。魏孜等［8］建立的基質(zhì)固相分散萃取方法需要將土壤樣品與硅膠分散劑混合研磨，然后再裝玻璃層析柱進(jìn)行萃取，比較繁瑣復(fù)雜。本研究建立的方法簡(jiǎn)單且不需要的特殊的儀器設(shè)備，方法的各類指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并且實(shí)際分析了海南省農(nóng)業(yè)土壤樣品中多溴聯(lián)苯醚的含量，適合批量分析土壤中多溴聯(lián)苯醚的殘留，也為土壤中多溴聯(lián)苯醚分析方法標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。