气相色谱-串联质谱法测定沉积物中有机磷酸酯

刘世龙张华胡晓辉仇雁翎朱志良赵建夫

（同济大学环境科学与工程学院长江水环境教育部重点实验室1，环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室2，上海 200092）

气相色谱-串联质谱法测定沉积物中有机磷酸酯

刘世龙1张华*2胡晓辉1仇雁翎1朱志良1赵建夫2

（同济大学环境科学与工程学院长江水环境教育部重点实验室1，环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室2，上海 200092）

比较了不同提取方法、净化方法对沉积物样品中有机磷酸酯（Organophosphate esters，OPEs）的富集、净化效果，建立了气相色谱-串联质谱法（GC-MS/MS）检测沉积物中8种OPEs的分析方法。用20 mL正己烷-丙酮混合液（1∶1，V/V）、涡流振荡+超声提取两次，Florisil固相萃取柱净化、8 mL乙酸乙酯洗脱，浓缩后将溶剂置换成正己烷，采用DB-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）进行分离，质谱检测器在选择反应监测模式（SRM）下进行分析，内标法定量。结果表明，此前处理方法操作简单、溶剂耗量少；在3个添加浓度水平下，OPEs（除TEP外）的回收率在80%～120%之间，检出限为0.31～65 ng/L，且有良好的精密度与准确度。

有机磷酸酯；气相色谱-串联质谱；沉积物

1 引言

有机磷酸酯（Organophosphate esters，OPEs）是由不同烃类取代基（烷烃、氯代烷烃、芳香烃）取代磷酸分子上的氢而形成的化合物。OPEs已经广泛应用于塑料、建筑材料、纺织品、家具等产品中。由于OPEs优异的阻燃性能以及多溴联苯醚类阻燃剂在世界范围内逐渐禁用，近年来OPEs在全球的生产量逐步增加。OPEs作为一种添加型阻燃剂，主要与化学材料键合，很容易释放到周围环境中，目前已经在多个国家与地区的多种环境介质中检出［1～14］。多项研究表明，多种OPEs具有生物毒性，氯代OPEs甚至具有致癌性［7，15～17］。

目前，对沉积物样品常用的提取方法有索氏提取［18］、超声辅助萃取法［1，19，20］、微波辅助萃取法［10，21］，加压溶剂萃取法［11，14，22，23］等。传统的索氏提取技术成熟、稳定，但是耗费有机溶剂量大、时间长。van den Eede等［24］发现超声提取法和索氏提取法对目标物具有相似的回收率。沉积物样品有机质含量高，基质复杂，提取后需经净化才能进行仪器检测，常用的净化方法有层析柱［11，23］、凝胶渗透色谱柱［10，14，22］和固相萃取（SPE）［12，20，23］等，其中SPE操作简单方便、自动化程度高、净化效果好等优势使得其应用特别广泛。样品中有机磷酸酯的检测方法主要有气相色谱法（GC-NPD）、气相色谱质谱法（GCMS）及液相色谱串联质谱法（LC-MS/MS）等。GC-NPD对于含磷化合物尽管有较高的灵敏度，但其稳定性较差；GC-MS分析时会产生过多碎片，尤其是分析脂肪族三酯时，这些OPEs经历3次麦氏重排，会干扰低质量离子；LC-MS/MS电喷雾电离源受样品基质干扰，从而影响灵敏度。气相色谱-串联四级杆质谱联用（GC-MS/MS）具有更好的适用性和可靠性，采用电子轰击源电离方式比较LC-MS/MS的电喷雾电离源，受基质影响较小；采用选择反应监测模式比GC-MS有更高的灵敏度。本研究采用涡流振荡+超声的方法提取，Florisil柱净化，GC-MS/MS分析测定沉积物中的OPEs，实验取得了较好的效果。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

TSQ-Quantum XLS三重四级杆质谱联用仪（Thermo Fisher公司）；Soxtec 2050全自动索氏抽提系统（福斯华（北京）科贸公司）；MTN-2800D氮吹仪（华瑞博远公司）；SB-5200DTS超声清洗器（新芝公司）；SPE固相萃取装置（CNW）；XW-8XA涡流振荡器（其林贝尔公司）；Millipore超纯水仪（普析通用）；Florisil固相萃取柱（500 mg/3 mL，CNW）。

10种OPEs标准品:磷酸三丙酯（Tripropyl phosphate，TPrP，Sigma-Aldrich公司）；磷酸三乙酯（Triethyl phosphate，TEP）、磷酸三丁酯（Tri-n-butyl phosphate，TnBP）、磷酸三（2-氯乙基）酯（Tri（2-chloroethyl）phosphate，TCEP）、磷酸三（2-氯异丙基）酯（Tri（chloropropyl）phosphate，TCPP）、磷酸三（1，3-二氯-2-丙基）酯（Tri（dichloropropyl）phosphate，TDCP）、磷酸三苯酯（Triphenyl phosphate，TPhP/TPP）、磷酸三（2-乙基己基）酯（Tri（2-ethylhexyl）phosphate，TEHP）、氘代磷酸三丁酯（TnBP-D27）、氘代磷酸三苯酯（TPhP-D15）均购自美国AccuStandard公司；乙酸乙酯、正己烷、丙酮、二氯甲烷和甲醇均为农残级。

2.2 样品前处理

2.2.1 样品预处理 将采集的沉积物样品冷冻干燥48 h后，研磨，过80目筛，置于4℃下保存。

2.2.2 样品提取 准确称取2.0 g样品，以20 mL正己烷-丙酮混合溶液（1∶1，V/V）提取，振荡1 min、超声10 min（温度35℃，功率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min）、离心10 min后分离上清液，重复提取1次，混合两次上清液，浓缩至约1.0 mL，加适量活化铜（确保铜不被全部硫化）静置12 h，待净化。

2.2.3 样品净化 依次用5 mL甲醇、5 mL正己烷活化Florisil SPE小柱后，首先将提取液以5 mL/min流速通过小柱，再以3 mL正己烷淋洗，然后以8 mL乙酸乙酯洗脱目标物；最后将洗脱液经氮吹转移至气相色谱进样瓶，加5 ng内标（TPhP-D15），定容至1.0 mL，待检测。

2.3 色谱-质谱条件

2.3.1 色谱条件 DB-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；载气为高纯氦气，恒流模式，柱流量1 mL/min，不分流，进样量1 μL，进样口温度250℃；升温程序:初始温度50℃（保持1 min），以25℃/min升至200℃（保持1 min），以2℃/min升至210℃（保持1 min），以25℃/min升至250℃（保持1 min），以2℃/min升至260℃，以25℃/min升至300℃（保持2 min）。

2.3.2 质谱条件 离子源温度250℃，传输线温度280℃；EI源（70 eV），选择反应监测模式（SRM），碰撞气为高纯氩气；碰撞压力0.133 Pa。

3 结果与讨论

3.1 气相色谱-串联质谱条件的优化 在全扫描模式下，调节升温程序，实现1 μg/mL混合标准品（8种目标物、2种氘代OPEs）中目标化合物良好的基线分离，利用谱库检索功能识别确认目标化合物，根据目标物的保留时间进一步优化色谱条件。

在全扫描模式下，提取每种目标物的特征离子，作为母离子，分别对其施以10～50 eV碰撞能量，进行子离子扫描，获得碰撞能量的初步优化结果；在此基础上进一步优化，获得每种目标物的母/子离子对及相应的碰撞能量，最后执行选择反应监测扫描（SRM），实现对目标物的准确定量分析。10种目标物的选择反应监测信息见表1。目标物在18.5 min内可以实现良好的分离，见图1。

表1 有机磷酸酯目标物简称、母离子、子离子、碰撞能Table 1 Abbreviation，quantification ions and collision energy of studied organophosphate esters（OPEs）

3.2 提取方法的优化

3.2.1 提取方式的选择 称取2.0 g预处理后的沉积物样品（做3次平行实验），以正己烷与丙酮混合溶液作为提取剂，比较了4种提取方式:（1）使用90 mL提取剂，在 60℃下，索氏提取48 h；（2）使用25 mL提取剂，在35℃，150 r/min条件下，在床中振荡12 h；（3）加入20 mL提取剂，超声萃取10 min（温度35℃，频率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min），3000 r/min离心10 min，重复两次；（4）加入20 mL提取剂，涡流振荡1 min，超声10 min（温度35℃，频率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min），3000 r/min离心10 min，重复两次。结果见图2，4种方法对TDCP、TnBP提取效果相似；涡流振荡+超声和超声方法对TPhP、TEHP和TCPP的提取效果最好，对TEP、TPrP、TCEP的提取效果仅次于索氏提取；综合提取时间和试剂用量，涡流振荡+超声为沉积物中提取OPEs的最优方式。

图1 10种OPEs的色谱图Fig.1 Chromatogram often organophosphate esters （OPEs）

3.2.2 提取溶剂的选择 实验中8种OPEs的辛醇水系数（lgKow）在0.80～9.49之间，极性范围较广。为保证目标物均有较好的提取效果，分别以乙酸乙酯、丙酮、正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-乙酸乙酯（1∶1，V/V）、正己烷-丙酮（1∶1，V/V）作为提取溶剂进行比较。称取2.0 g预处理后的沉积物样品（做3次平行实验），用20 mL提取剂提取两次。结果（图3）表明，正己烷-丙酮（1∶1，V/V）对中间极性的5种物质（TPrP，TPhP，TCEP，TCPP，TDCP）的提取效果优于其它溶剂，对TEP和TnBP的提取效果仅次于丙酮，对lgKow较大的TEHP比乙酸乙酯差。综上，正己烷-丙酮（1∶1，V/V）对所选目标物有较好的提取效果，与Ma等［13］的研究结果一致，故本实验以正己烷-丙酮（1∶1，V/V）作为提取溶剂。

图2 4种提取方式的效果图Fig.2 Effect of four extraction ways

图3 6种溶剂的提取效果Fig.3 Effect of six kinds of extraction solvents

3.2.3 提取次数的选择 称取2.0 g预处理后的沉积物样品（做3次平行实验），提取4次，结果（图4）表明，除TCEP（86%）和TCPP（93%）外，其余6种目标物的前两次提取率都超过97%。综合考虑溶剂用量和提取时间，超声提取两次可以满足分析要求。有研究表明，对于超声技术，提取两次已能够完全提取［24，25］。

3.3 净化方法的优化

实验选用Florisil柱对样品进行净化，并对洗脱溶剂进行优化。依次使用5 mL甲醇、5 mL正己烷活化小柱后，将1 mL 20 μg/L OPEs混合标准溶液过柱，再用3 mL正己烷淋洗；分别用8 mL乙酸乙酯、甲醇洗脱小柱。洗脱效果见图5，甲醇作为洗脱溶剂时，总体回收率小于50%；乙酸乙酯作为洗脱溶剂时，除TEP（66.7%）和TCEP（57.1%）外，其它6种目标物回收率为80.2%～104.8%，且RSD均小于5%，这与文献［24］报道的TEP回收率较低（67%）及文献［20］实验结果中TCEP回收率低（64%）相一致。

图4 不同提取次数的提取效果图Fig.4 Effect of different extraction times

图5 两种洗脱溶剂的效果Fig.5 Effect of two elution solvents

3.4 分析方法评价

3.4.1 方法的线性范围、检出限和定量限 选用TPhP-D15作为内标物质，采用内标法对8种OPEs进行定量。对7个标准溶液（1，2，5，10，20，50和100 μg/L）进行测定，以目标物与内标物的浓度比为横坐标，峰面积比为纵坐标，进行线性回归分析，绘制标准曲线，在1～100 μg/L范围内，线性相关系数均大于0.99，检出限及定量限分别为0.31～64.51 ng/L和1.02～212.88 ng/L。

3.4.2 方法的回收率与精密度 在沉积物样品中分别添加1 mL各物质浓度分别为10，20和50 μg/L的混合标准溶液，添加水平分别为5，10和25 μg/kg，每个添加水平平行测定6次，计算得回收率（除TEP外）在80%～120%范围内，RSD（除TCPP外）均小于20%。

3.5 质量控制

实验分析过程中采用方法空白、空白加标、基质加标、基质加标平行和样品平行等措施来进行质量控制。方法空白样品用于控制整个实验流程中人为或环境因素带来的污染；空白加标样品用于控制实验过程的准确性；基质加标样品是用于考察基质在整个实验流程中对目标化合物的影响；基质加标平行样品用于考察方法的重现性；平行样品用于考察样品结果的重现性。每5个沉积物样品加两个空白样品，每个采样点沉积物样品进行3次平行测定，所有样品在提取前加入1.0 mL 10 μg/L回收率指示物TnBP-d27，样品的回收率为71.3%～87.4%，RSD为0.6%～11.9%。

3.6 实际样品的应用

采用本方法检测了某条河流中6个采样点的沉积物样品，结果见表2。除TPrP外，其它几种OPEs在所有样品中都被检出，其中TEHP和TCPP为主要的污染物，与文献［1，21，26，27］报道结果一致。由于TEHP具有较高的lgKow（9.49），易被颗粒、悬浮物等吸附，更易赋存在沉积物中；TCPP（lgKow=2. 59）属于亲水性化合物，在本实验沉积物中检出TCPP含量在1.50～99.32 ng/g，可推测整个水体中TCPP的含量比较高。TCPP具有较强的致癌性，因此，此污染物质的检出应引起关注。

表2 某河流沉积物中OPEs的浓度（ng/g）Table 2 Concentration（ng/g）of OPEs in sediment samples from a river

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Analysis of Organophosphate Esters in Sediment Samples Using Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

LIU Shi-Long1，ZHANG Hua*2，HU Xiao-Hui1，QIU Yan-Ling1，ZHU Zhi-Liang1，ZHAO Jian-Fu21（Key Laboratory of Yangtze River Water Environment（Ministry of Education），College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）
2（State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

An efficient extraction and purifying method coupled to gas chromatography-tandem mass spectrometry（GC-MS/MS）with electron impact（EI）detection was developed to determine eight organophosphate esters（OPEs）in sediment samples.The selected OPEs were extracted twice from the sediments through vortex oscillation and ultrasonic extraction using 20 mL of n-hexane and acetone mixture （1∶1，V/V）for 10 min.Further purification by Florisil solid phase extraction（SPE）column，elution by 8 mL of ethyl acetate，concentration，and solvent exchanges for n-hexane were carried out.All target compounds were separated using the DB-5ms capillary column（30 m ×0.25 mm ×0.25μm）and detected by tandem mass spectrometry with selected reaction monitoring，and determined by the internal standard method.The result showed that this pretreatment method was simple with less solvent consumption.At three spiked levels of 10，20 and 50 μg/L，the recovery of selected OPEs（except TEP）was 80%to 120%，and the limit of detection was 0.31-64.5 ng/L，showing a good precision and accuracy.

Organophosphate esters；Gas chromatography-tandem mass spectrometry；Sediment

28 July 2015；accepted 18 November 2015）

10.11895/j.issn.0253-3820.150600

2015-07-28收稿；2015-11-18接受

本文系“十二五”规划水体污染控制与治理重大专项支撑项目资助

*E-mail:zhhua@tongji.edu.cn