气相色谱-串联质谱法同时快速检测环境水样中11种合成麝香

2016-10-15吴春英陆文龙

分析科学学报 2016年2期

吴春英，白鹭，陆文龙，谷风

(1.吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林 132022；2.清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084)

我国是合成麝香的生产和消费大国，合成麝香作为天然麝香的廉价替代品，广泛用于化妆品、洗涤剂、药品、香烟添加剂及杀虫剂、炸药等其它专门商品中[1 - 4]。根据其结构，合成麝香可分为硝基麝香、大环麝香和多环麝香三大类[2]。目前，在大气、污水、污泥、沉积物等多种环境介质中均已检测出多种合成麝香，表明其在环境中广泛存在。这些麝香类物质由于具有激素活性、伪持久性及三致效应等显著特性使得对其的监测尤其重要[5,6]。目前尽管已有多种分析方法，但由于目标物的性质、结构不同，样品的前处理方法、色谱及质谱的条件等不同，使得在精密度、时间和耗材上各有差异[1,2,6 - 11]。本研究采用气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)，对环境水样中佳乐、吐纳、特拉斯、开许梅龙、萨利、粉檀、二甲苯、麝香酮、伞花、葵子、西藏11种典型合成麝香同时快速测定，取得良好的效果。该方法可缩短预处理时间，有效降低预处理成本，为合成麝香类物质的相关研究提供可靠的分析和检测方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

DSQ GC-MS/MS系统(美国，Thermo Electron Co)，系统安装有Trace GC ultra型气相色谱仪和四极杆DSQ质谱仪；57044型12通道半自动固相萃取(SPE)仪(美国，Supelco)；SPE小柱：Oasis HLB柱(6 cc/200mg)和Plus C18柱(美国，Waters)；N-EVAP12型氮吹仪(美国，Organomation)；CF16RⅫ型离心机(日本，日立公司)；GF/B玻璃纤维滤膜(英国，Whatman)。

11种合成麝香的标准品：佳乐麝香(HHCB)、吐纳麝香(AHTN)、特拉斯麝香(ATII)、开许梅龙麝香(DPMI)、萨利麝香(ADBI)、粉檀麝香(AHMI)、二甲苯麝香(MX)、麝香酮(MK)、伞花麝香(MM)、葵子麝香(MA)、西藏麝香(MT)(购于Dr.Ehrenstorfer)，除佳乐麝香(HHCB)的纯度为51.0%，其余各标准品的纯度纯在98.5%以上。将标准品用正已烷稀释为10 mg/L，置于-18 ℃保存，工作液浓度为1 mg/L。内标吐纳-氘3(AHTN-d3)(购自Dr.Ehrenstorfer)，用正已烷配制成1 000 μg/L。甲醇、正己烷、丙酮、乙酸乙酯(购自Fisher，USA)，实验用所有溶剂均为色谱纯。所用的水为超纯水。

1.2 样品预处理

SPE小柱活化：首先用甲基叔丁基醚(Methyl tert-butyl ether,MTBE)活化3次，每次5 mL，接着用甲醇活化三次每次5 mL，最后用超纯水活化3次，每次5 mL。固相萃取：水样经GF/B膜过滤后，用SPE小柱在固柱萃取仪上进行萃取，流速控制在10 mL/min。萃取完成后，小柱需用泵脱水1 h，将泵干的固相萃取小柱和硅胶小柱连接，用10 mL洗脱溶剂进行洗脱，并将洗脱液收集到10 mL试管中。洗脱液在氮气氛下蒸发至近干，加入100 ng内标AHTN-d3，继续蒸发至干。残留物加入正已烷定容至100 μL用作GC-MS/MS分析。

1.3 气相色谱-质谱条件

GC条件：色谱柱：HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，分流进样量1 μL；进样温度250 ℃；He为载气，流量为1 mL/min。柱温升温程序：初始温度50 ℃，保持1 min，以20 ℃/min升至150 ℃，再以4 ℃/min升至280 ℃，最后以20 ℃/min升至300 ℃并保持2 min；不分流进样，进样量1 μL。MS条件：接口温度260 ℃，离子源温度250 ℃，电离方式为EI，电离能量70 eV，多反应监测(MRM)模式检测。

2 结果与讨论

2.1 样品的预处理

实验主要对比了常用的前处理效果较好的两种SPE小柱，Oasis HLB柱和Plus C18柱，及两种淋洗液正已烷/丙酮(1∶1)和乙酸乙酯，以标准品的回收率为评价指标。结果表明，当固相萃取小柱为Plus C18、洗脱液为正己烷和丙酮混合液(1∶1)时，目标物的回收率均较低，最高的ATII也只有56.3%，相对标准偏差(RSD)在15.7%～22.3%之间；当固相萃取小柱为Plus C18，洗脱液为乙酸乙酯，和当固相萃取小柱为Oasis HLB、洗脱液为正己烷和丙酮混合液(1∶1)时，各目标物的回收率均有所提高，RSD也有所降低；当固相萃取小柱为Oasis HLB，洗脱液为乙酸乙酯时，各目标物的回收率最高，均在88.3%～110.5%之间，RSD也均在9.2%以下，且与其他萃取小柱和洗脱液相比具有吸附速率快、洗脱彻底、抗基质干扰好等处理效果[8,10 - 12]。实验中采用的固相萃取小柱为 Oasis HLB，洗脱液为乙酸乙酯。

2.2 气相色谱-质谱条件的优化

质谱扫描方式采用MS/MS模式，由于此模式抗干扰能力强、定性定量准确[10,12,13]，而且GC-MS/MS系统中母离子和子离子具有对应关系，所以扫描时设定多个通道同时检测11种合成麝香。采用非共振模式，先通过气相色谱和单极全扫描确定化合物的出峰保留时间和一级碎片离子，选择响应值好的一级离子碎片作为母离子，再用合适的碰撞电压(CID)对母离子进行碰撞，找到响应较强的二级碎片离子作为子离子。通过与标准品的保留时间与质谱图比较来鉴定和确认样品中合成麝香目标物，SIM模式下定量，通过比较目标物的定量离子响应峰面积与内标AHTN-d3定量离子响应峰面积来实现。用作定量与定性的离子及目标物保留时间如表1所示。

表1 GC-MS/MS分析合成麝香的保留时间和选择离子

2.3 基质效应

基质效应可影响线性关系、检出限(LOD)、定量限(LOQ)等测定指标。本研究采用标准曲线法考察了水样对麝香目标物检测的基质效应。结果表明，基质校准曲线的斜率比纯溶剂标准曲线的斜率小，即存在基质抑制效应。在水样中加入内标物对待测组分的测定无任何干扰，且受基质成分的影响也极为相似。内标物不但可抵消质谱离子化时的基质效应，还可消除样品前处理过程中的差异。因此，能最大限度地消除基质效应干扰。本研究采用基质匹配标准曲线和内标法进行定量，可得到目标物的准确测定结果。

2.4 线性范围与检出限

校正曲线采用标准品的浓度范围为0.05～10 ng/L，在此范围内呈良好的线性相关，相关性系数(R2)分别为 0.9946(HHCB)、 0.9957(AHTN)、0.9945(ATII)、0.9968(DPMI)、0.9983(ADBI)、0.9974(AHMI)、0.9968(MX)、0.9961(MK)、、0.9986(MM)、0.9971(MA)和0.9956(MT)。为确定环境水中样中目标物LOD和LOQ，用500 mL超纯水(UPW)空白样品，经上述样品预处理步骤，并在分析前加入100 ng AHTN-d3。分别以各目标物色谱峰的信噪比(S/N)=3和(S/N)=10确定其检出限和定量限，结合所取样品体积及最终定容体积，可得水中11种合成麝香的检出限为0.05～0.70 ng/L，定量限为0.20～1.00 ng/L(表2)。本文方法与以往的方法相比具有较宽的线性范围，及较低的检出限和定量限[11,12]，方法灵敏度可满足环境样品中目标物的分析。

表2 GC-MS/MS分析目标物的线性范围、检出限和定量限

2.5 回收率与精密度

回收率试验是在不同的基质中加入不同浓度的目标物标准品下进行的。基质包括UPW、某污水处理厂进水(WWTP Inf.)和出水(WWTP EH.)。向500 mL的UPW和500 mL的污水厂的进、出水中分别加入0.25 mL和0.5 mL标准品溶液(1 μg/mL)。所有的回收率试验均做三份平行样品，并考虑扣减空白，如表3所示，所得超纯水中目标物的回收率在85.6%±8.3%～106.6%±8.6%之间，RSD在4.1%～9.3%之间，污水样品中目标物的回收率为83.9%±9.6%～100.3%±7.5%，RSD在3.5%～9.9%之间。因此，目标物的回收率均满足测定要求。此外，在每批样品分析中，加标空白和加标基质样品均同时分析，以测定回收率，确保试验结果的准确。

表3 合成麝香在不同基质中的回收率和相对标准偏差

(续表3)

Synthetic musksUPWWWTP Inf.WWTP EH.Recovery (%)RSD (%)Recovery(%)RSD (%)Recovery (%)RSD (%)AHMI88.9±14.66.496.3±10.84.298.7±10.23.9MX85.6±8.35.492.4±9.05.291.8±11.84.4MK92.1±8.04.186.8.1±7.57.296.2±9.77.2MM92.6±7.79.394.2±9.14.894.0±10.84.6MA96.1±13.56.999.8±13.26.795.9±10.33.9MT108.6±8.67.185.3±8.75.189.3±6.96.1

2.6 实际样品的测定

为了验证本方法在实际水样分析中的有效性，对自来水厂及两个污水处理厂的出水、松花江水和校园生活污水中的11种合成麝香含量采用本方法进行检测，结果如表4所示。实际样品中均能检出HHCB和AHTN，且含量在所检出的麝香中较高，说明处理工艺对两种合成麝香的去除仍有一定的局限性，在日常生活的使用管理和水处理中应该对HHCB和AHTN给予更多关注。