QuEChERS結合氣相色譜-串聯質譜法測定室內灰塵中的37種液晶單體化合物

2024-03-20 11:00:28施致雄

分析測試學報 2024年3期

李輝，施致雄

（首都醫科大學公共衛生學院，北京 100069）

液晶單體（LCMs）是一系列具有聯苯基主鏈結構的小分子有機化合物，具有獨特的光電效應，大量應用于智能電子產品的液晶顯示屏中［1］。但LCMs僅以物理性添加的形式用于顯示屏中，與周圍基質并無化學結合，同時由于LCMs具有一定的揮發性，因此顯示設備在使用過程中乃至廢棄后LCMs會不斷揮發進入到周圍環境中。根據主鏈結構上苯基環氫原子被取代的基團不同，LCMs主要分為三類：聯苯及其類似物（BAs）、氰偶聯苯及其類似物（CBAs）以及氟化聯苯及其類似物（FBAs）［2］。現有研究發現LCMs具有環境持久性、生物累積性及多種毒性效應，被認為是一種新型環境污染物［3-4］。

目前已在灰塵［5-7］、土壤［8］、沉積物［9］、污泥［10］等各類環境基質中檢出LCMs，但不同研究采用的前處理方法各不相同。有文獻［7］采用加速溶劑萃取結合凝膠滲透色譜進行樣本處理，回收率為41.3% ～178.5%，檢出限為0.002 ～ 6.708 ng/mL，但需使用大量有機溶劑且操作繁瑣，不適用于大批量樣本的前處理；有文獻［6，10-12］采用固液萃取、超聲輔助萃取結合固相萃取法凈化，平均回收率為65.9% ～125%，相對標準偏差不大于15%。雖然回收率和方法平行性較為理想，但采用固相萃取法進行凈化得到的物質檢出限普遍偏高（0.41 ～ 11.9 ng/g［6］、0.07 ～ 4.62 ng/g［10］和0.27 ～ 8.93 pg/m3［11］）。室內灰塵常作為監測室內環境污染的基質［13］，同時也能反映人群經室內灰塵的污染物外暴露水平［14］，但當前灰塵中LCMs的檢測技術尤其是前處理方法尚有待探索。QuEChERS是近年來廣受歡迎的一種利用吸附劑與基質中雜質的相互作用，吸附雜質從而達到凈化目的的前處理技術，具有快速、簡單、低成本、高效、可靠、安全等諸多優勢［15］。本研究采用QuEChERS 技術開發了一種簡單易行的灰塵前處理方法，結合對揮發性有機物具有良好定量能力的氣相色譜-串聯質譜，建立了可同時提取、凈化并測定室內灰塵中37種LCMs的分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B-7010 型氣相色譜-三重四極桿串聯質譜儀（美國Agilent 公司），配備DB-5MS 色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，美國J&W Scientific））；正己烷（HEX）、二氯甲烷（DCM）、丙酮（ACE）（色譜純，美國Thermo Fisher 公司）；N-丙基乙二胺（PSA）和C18吸附劑（美國Agilent公司）；無水硫酸鈉（優級純，上海麥克林生化科技股份有限公司）。37 種LCMs（具體名稱見表1）標準品購自百靈威科技有限公司和北京八億時空液晶科技股份有限公司，均為單標。本研究采用穩定性同位素取代的多氯聯苯（PCBs）和多溴二苯醚（PBDEs）作為LCMs 的定量內標。內標標準溶液P48-MES（包含13C-PCB-28、13C-PCB-52、13CPCB-101、13C-PCB-138、13C-PCB-153、13C-PCB-180）和PBDE-MXC（包含13C-PBDE-28、13C-PBDE-47、13C-PBDE-99、13C-PBDE-154、13C-PBDE-153）購于美國Wellington Laboratories。

表1 37種LCMs的保留時間、質譜參數及其對應內標Table 1 Retention times（RT），mass spectrometry parameters and corresponding internal standards of the 37 LCMs

1.2 標準溶液的配制

37種LCMs標準品除3dFB為液體外，其余均為固體粉末。各稱取0.1 g用正己烷定容于10 mL容量瓶中，配制成10 mg/mL 的標準液，再分別準確量取各LCMs 的標準液適量，混合后以正己烷稀釋，得到質量濃度為1 μg/mL 的混合標準儲備液。混標儲備液以正己烷稀釋后配制梯度濃度標準溶液，其中LCMs 的質量濃度為0.1～50 ng/mL，各梯度標準溶液中內標P48-MES 和PBDE-MXC 的質量濃度均為5ng/mL。

1.3 樣品采集

在北京市某居民住宅區隨機征集20個志愿家庭，采用吸塵器采集客廳及臥室地面灰塵，灰塵樣經50目不銹鋼篩過濾后，包裹于鋁箔紙中并儲存于保干器中待用。

1.4 樣品前處理

準確稱取100 mg 灰塵樣品并轉移至5 mL EP 管中，加入內標液（含P48-MES 和PBDE-MXC 各1 ng），再加入3 mL 二氯甲烷溶液，渦旋振蕩5 min，超聲提取20 min。隨后以10 000 r/min 離心5 min，轉移上清液至15 mL PP 離心管。重復提取2 次，合并上清液并氮吹濃縮至約1 mL，轉移至預先添加100 mg PSA、100 mg C18和200 mg 無水硫酸鈉的2 mL EP 管中，渦旋振蕩5 min 后以12 000 r/min 離心10 min，上清液經0.22 μm有機濾膜過濾后，氮氣吹干并用100 μL正己烷復溶，待測。

1.5 氣相色譜-質譜條件

色譜柱升溫程序：50 ℃（保持1 min），以30 ℃/min 升溫至130 ℃，再以5 ℃/min 升溫至250 ℃，最后以10 ℃/min 升溫至300 ℃，保持10 min。載氣為氦氣，恒定流速為1 mL/min。進樣口溫度為290 ℃，進樣量為1 μL，不分流進樣。

質譜離子源為電子轟擊源（EI），離子源溫度為280 ℃，傳輸線溫度為300 ℃，電子轟擊能量為70 eV；碰撞氣為氮氣，流速為1.5 mL/min；以動態多反應監測模式（dMRM）測定，溶劑延遲時間10 min。

2 結果與討論

2.1 儀器分析條件的優化

選擇各LCMs 標準溶液進行全掃描，確定各目標物的保留時間以及母離子和產物離子，每個化合物至少確定兩對離子對分別作為定性和定量離子對。對碰撞能量、離子源溫度、傳輸線溫度、升溫程序等條件進行優化，使37 種LCMs 最大程度上實現分離且達到最佳響應，獲得的最優質譜參數見表1，混合標準溶液的質量色譜圖如圖1所示。對于聯苯及氰偶聯苯類LCMs，分子主鏈上通常是環己烷、苯環或雙環己烷，末端鏈烴通常是直鏈，環狀結構較穩定，在質譜行為上表現為分子離子峰很強［16］，但二級碎片離子豐度均較低，整體儀器響應弱于苯環上被氟元素取代的氟化聯苯類LCMs［17］。由于目前尚無商品化的穩定性同位素取代的LCMs 作為內標，本實驗選擇與其具有相似結構的穩定性同位素取代的多氯聯苯（13C-PCBs）［18］和多溴聯苯醚（13C-PBDEs）［6］作為內標，根據色譜行為和回收率實驗優選各LCMs最合適的內標物（表1）。

圖1 混合標準溶液的色譜圖Fig.1 Chromatograms of a mixed standard solution

2.2 提取溶劑的選擇

由于各類LCMs的結構和極性不同，為獲得最佳提取效果，選擇5種極性梯度溶劑并通過加標回收實驗考察其對LCMs 的提取效果。所選用提取溶劑包括正己烷、二氯甲烷/正己烷（1∶1，體積比）、二氯甲烷、丙酮/正己烷（1∶1，體積比）和丙酮。如圖2 所示，當使用正己烷和丙酮作為提取溶劑時，接近一半數量的LCMs（分別為23 種和15 種）的回收率明顯偏低或偏高（＜80%或＞120%），可能是由于正己烷的極性偏低未能有效提取目標物，而丙酮的極性太強對弱極性化合物的提取效率不高，且易同時提取出多種雜質進而影響目標物的提取效率；當使用二氯甲烷/正己烷（1∶1）作為提取溶劑時，部分LCMs（14種）的回收率高于120%；當提取溶劑為純二氯甲烷或丙酮/正己烷（1∶1）時，90%以上LCMs的回收率較穩定，并保持在80%～120%范圍內。考慮到丙酮作為易制毒試劑較難獲得，本研究選擇二氯甲烷作為提取溶劑。

圖2 不同極性提取溶劑對灰塵中37種LCMs提取效果的影響（n=5）Fig.2 The effect of extraction solvents on the extraction efficiency of 37 LCMs in dust（n=5）

2.3 吸附劑的優化

PSA 和C18是QuEChERS 技術中常用的兩種吸附劑。室內灰塵中的雜質成分多為其所吸附的各類有機物，PSA 有利于清除其中的極性雜質［19］，C18則可去除影響分析效果的油脂、糖類等極性偏弱的雜質［20-21］，兩種吸附劑功能互補，同時加入無水硫酸鈉可去除水分。通過加標回收實驗比較了分別采用PSA（100 mg）、C18（100 mg）和PSA+C18（各50 mg）作為吸附劑的回收率（如圖3）。從色譜圖結果來看，經凈化處理后質量色譜圖背景均較為干凈，表明PSA 和C18可有效去除雜質。對各物質的3 組回收率結果進行統計學分析比較，結果顯示10 種LCMs（PVB、EBMB、EPB、ETeT、DTMDPB、tFMePO-CF2-dF3B、DEEPB、EDPBB、BCEDB 和DMPCB）的回收率組間無差異性（方差分析，P為0.051 ～ 0.537），另外27 種LCMs 的回收率組間有明顯差異性（方差分析，P＜0.05）。從圖3 可以看出，PSA+C18吸附劑方案的回收率大多處在80% ～ 120%之間，且回收率更穩定。考慮到不同住宅室內環境的不同，為盡可能在更大范圍內將灰塵中各類雜質去除，實驗采用PSA和C18聯用作為吸附劑。

圖3 吸附劑的優選實驗Fig.3 Optimization of adsorbents in QuEChERS

2.4 方法驗證

2.4.1 標準曲線與檢出限配制系列標準溶液，其中LCMs 的質量濃度分別為0.1、1、2、5、10、20、50 ng/mL，內標均為5 ng/mL。以各LCMs 與相應內標的峰面積之比作為縱坐標（y），LCMs 與相應內標的質量濃度之比作為橫坐標（x），得到各目標物的標準曲線和相關系數（r）。表2 結果顯示，37 種LCMs 在0.1 ～ 50 ng/mL 范圍內線性良好，相關系數均大于0.99。以3 倍信噪比計算得到方法檢出限為0.02 ～ 1.56 ng/g。

表2 37種LCMs的線性關系、檢出限、加標回收率及相對標準偏差Table 2 Linear relations，detection limits，recoveries and relative standard deviations of 37 LCMs

2.4.2 加標回收實驗以100 mg 灰塵作為加標基質，設定高（50 ng/g）、低（10 ng/g）兩個加標水平。結果顯示，除EDPB 和DPPCB 外（回收率超過150%，可能與其選定的內標色譜質譜行為差別較大有關），其余35 種LCMs 的平均加標回收率為65.3% ～ 137%，相對標準偏差（RSD）為0.90% ～ 24%（見表2），表明本方法對大多數LCMs具有較好的回收率。

2.5 實際樣品測定

對20份室內灰塵樣品進行測定，檢出27種LCMs，其中22種LCMs的檢出率在50%以上，總LCMs的污染水平在38.9 ～ 125 ng/g之間，單個LCMs的檢出量在0.044 7 ～ 25.1 ng/g之間（表3），說明室內灰塵中普遍存在LCMs污染。隨著智能電子設備的使用日趨廣泛，室內環境中LCMs污染不容忽視。