超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪测定植物样品中PFOS·PFOA

程 燕，汤 婕，何前锋，李婷婷，马扬旸，鲍广灵

(1.合肥市环境监测中心站，安徽合肥 230036；2.安徽农业大学资源与环境学院，安徽合肥 230031)



超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪测定植物样品中PFOS·PFOA

程 燕1，汤 婕2*，何前锋1，李婷婷2，马扬旸2，鲍广灵2

(1.合肥市环境监测中心站，安徽合肥 230036；2.安徽农业大学资源与环境学院，安徽合肥 230031)

[目的]研究运用超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪测定植物样品中全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的可行性。[方法]建立了一种SPE净化，超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪UPLC/MS/MS方法测定植物(绿萝)根、茎和叶中PFOS和PFOA残留量，并优化了质谱条件和前处理方式，保留时间分别为2.26和2.17 min。[结果]采用碳酸钠(Na2CO3)、四丁基硫酸氢铵(TBAHS)、甲基叔丁基醚(MTBE)作为提取试剂，HLB小柱净化后PFOS在绿萝根、茎、叶中的加标回收率为46.53%～77.35%，变异系数为5.63%～18.52%；PFOA在绿萝根、茎、叶中的加标回收率为59.01%～100.46%，变异系数为2.85%～30.06%，检出限分别为26.90×10-4和3.09×10-4ng，相关系数均大于0.998。[结论]超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪测定植物样品中PFOS和PFOA满足化合物残留分析要求。

液质联用；全氟辛烷磺酸(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；残留分析；绿萝

全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是全氟化合物(PFASs)家族中的代表型化合物，具有高化学稳定性、高表面活性和高热稳定性，疏水、疏油性能优良，是一种具有环境持久性和生物蓄积性的有毒化合物[1]。研究表明，在水[2]、土壤[3]、大气[4]等环境介质中广泛存在。2009 年，在日内瓦召开的第四次缔约方大会上将其列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》[5]。作为新型持久性有机物污染物，建立其在植物体内残留分析方法尤为重要，而目前关于植物样品中PFASs残留分析方法研究较少[6]。常见PFOS和PFOA的残留分析前处理包括液-液萃取(LLE)[7]、超声萃取(USE)[8]、微波萃取(MAE)[9]、索式抽提(SE)[10]、固相萃取(SPE)[11]、固相微萃取(SPME)[12]、快速溶剂萃取(ASE)[13]、衍生化技术[14]等，分析仪器主要包括高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)[15-16]、高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS&LC-MS/MS)[17-18]、高效液相色谱(HPLC)[19]、气质联用仪(GC-PCI-MS)[20-21]等。笔者综合分析不同方法的优点，比较不同提取溶剂的提取效果，建立了一套高效液相色谱-串联质谱检测植物样品中PFOS和PFOA 残留量的分析方法，旨在为扩展PFOA 和PFOS 的分析、测定与监督手段提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂 超高效液相色谱串联四级杆：AcquityTM UPLC/XevoTM(美国WATERS)；质谱仪：TQMS型质谱仪(美国WATERS)。PFOS(10 mg，98.0%，德国Dr)、PFOA(0.1 g，99.9%，Fluka)、13C-PFOS(MPFOS 5×10-6g/mL德国Dr)、13C-PFOA(MPFOA 5×10-6g/mL德国Dr)均购自Sigma-Aldrich公司；甲醇(色谱纯美国TEDIA公司)，纯水(M illi-Q 公司)，碳酸钠(分析纯、上海国药集团)，乙酸铵(优级纯，天津市光复科技发展有限公司)，PP滤膜(13 mm，0.22 μm)(上海安谱)，甲基叔丁基醚(MTBE)(色谱纯，美国天地)，四丁基硫酸氢铵(TBAHS)(25 g，98%，上海阿拉丁)固相萃取柱：Oasis® HLB 6cc。

1.2 色谱质谱条件

1.2.1 超高效液相色谱(UPLC)条件。色谱柱：Acquity UPLCTM BEH C18柱(50.0 mm×2.1 mm，1.7 m)；柱温：40 ℃；进样量：10 μL；流动相A：5 mmol/L乙酸铵溶液；流动相B：甲醇。梯度洗脱条件见表1。

1.2.2 串联质谱(MS/MS)条件。离子化模式：ESI-；毛细管电压：0.60 kV；源温度：150 ℃；雾化气温度：500 ℃；雾化气流速：1 000 L/h；锥孔气流速：10 L/h；MS1低/高端分辨率：2.80/14.70；MS2低/高端分辨率：3.00/14.18；MS1/MS2离子能量：0.6/0.7；碰撞气流速：0.15 mL/min；二级锥孔电压：3.0 V；碰撞室进/出口电压：30.0/30.0；多反应监测参数见表2。

表1 绿萝植物样品液相梯度洗脱条件

Tab.1 Optimized stepwise gradient eluting conditions in HPLC/MS/MS inEpipremnumaureum

序号时间Timemin流速FlowratemL/min流动相AMobilephaseA∥%流动相BMobilephaseB∥%1—0.40090.010.020.200.40090.010.031.000.40020.080.043.000.4002.098.053.800.4002.098.064.000.40090.010.075.000.40090.010.0

1.3 试验方法 植物样品添加回收试验中采用了2种提取方式进行了对比，分别将绿萝的根、茎、叶冷冻干燥24 h后，取样研磨，分别添加PFOA和PFOS混合标准工作液，使得添加浓度为0.05、0.10和0.50 mg/kg，用100 mL聚丙烯(PP)离心管称取0.50 g样品。提取方法1：加入2 mL 0.25 mol/L Na2CO3溶液，1 mL 0.50 mol/L TBAHS溶液和5 mL MTBE溶液，将离心管在40 ℃水浴中超声20 min后，以4 000 r/min离心30 min。提取方法2：加入2 mL 饱和 NaCl溶液，5 mL甲醇溶液，将离心管在40 ℃水浴中超声30 min后，以4 000 r/min离心20 min。

表2 多反应监测参数

将上述方法提取上清液移入另一离心管中，样品分别再萃取2次，合并2次离心液(约14 mL)，提取液采用氮吹仪缓缓吹干，并用甲醇-水混合液(1∶1，V/V)定容至1 mL，加载到HLB柱上。HLB柱预先用1 mL甲醇、1 mL超纯水顺序进行活化。通过真空装置保持混合液过柱流速为2 滴/s。待混合液完全过柱后，继续保持HLB柱在真空下干燥20 min，弃去过柱后混合液，用1 mL甲醇洗脱HLB柱，并用5 mL离心管收集甲醇洗脱液。将收集甲醇洗脱液的离心管在氮吹仪下缓缓吹干，并用甲醇-水混合液(1∶1，V/V)定容至1 mL，在涡旋混匀器上混匀后，过0.22 μm PP膜，移入2 mL液相自动进样小瓶中，样品瓶中添加0.040 mg/L内标MPFOS和 MPFOA混标溶液50 μL，内标最终浓度为0.002 mg/L，待测。设置2个空白样品(基质空白和基质添加空白)。

为避免高背景值引入和消除系统污染，样品配制及处理所用器皿均为聚丙烯材料，禁止使用玻璃器皿，色谱系统采用全PEEK或不锈钢材质管路。

1.4 数据处理与分析 由于超高效液相色谱-串联质谱法受基质效应影响较大，故采用基质匹配标液进行内标法定量。内标法(Internal Standard Method)是色谱分析中一种比较准确的定量方法，因此采用内标法对PFOS和PFOA进行定量。

(1)

式中，f为校正因子；As和Ai分别为内标物和待测化合物的峰面积和峰高；ms和mi分别为加入内标物和待测化合物的量。

(2)

式中，R为加标回收率；Ci为加标试样测定值；C0为空白试样测定；Si为加标量。

(3)

该试验图表绘制及数据分析采用OriginLab公司OriginPro8.5英文版、Excel2007及SPSS21.0完成。

2 结果与分析

2.1UHPLC-MS/MS质谱条件参数优化 根据PFOS、PFOA的结构特征，选择负离子模式。在前期研究[22]的基础上，采用流动注射的方式，以10μL/min速率将PFOS、PFOA1×10-7g/mL混合标准工作溶液注入离子源中，在多级反应监测(MRM)模式下对PFOS、PFOA分别进行一级质谱分析(Q1扫描)，选取相应的母离子峰，在母离子全扫描时确定PFOS的母离子m/z为498.84，PFOA的母离子m/z为412.90。对其子离子进行二级质谱分析(Q2扫描)，并从中选取2个子离子组成离子对，接着以MRM模式进行采集时间、锥孔电压、碰撞能量等参数优化，使离子对的丰度影响最大。

分别以甲醇和5mmol/L乙酸铵溶液的不同配比作为流动相体系，对PFOS、PFOA分离的效果进行研究，结果表明：甲醇与乙酸铵溶液的梯度洗脱使得PFOS和PFOA的分离度、峰形较佳，100%甲醇作为洗脱液杂质峰增加，峰型差，因此加入乙酸铵有利于改善峰型。该试验以甲醇-乙酸铵溶液为流动相，并采用梯度洗脱方法，优化了液相色谱条件，达到最佳的分辨率和最高的灵敏度。

2.2 标准曲线和检出限 准确称取(吸取)一定量的PFOA、PFOS标准品，甲醇-水混合液(1∶1，V/V)定容，分别配制0.5、5.0、20.0、50.0、100.0、200.0μg/LPFOA；20.0、50.0、100.0、250.0、400.0、500.0μg/LPFOS标准工作溶液。进样前，样品瓶中添加0.040mg/L内标MPFOS和MPFOA混标溶液50μL，内标最终浓度为0.002mg/L，待测，每次测定样品前均需重新做标准曲线。采用内标法绘制标准曲线，标准曲线方程及相关系数等参数见表3。

2.3 精密度和准确度 根据“1.3”完成绿萝根、茎、叶中PFOS和PFOA的添加回收试验，加标回收率及变异系数结果列于表4，PFOS和PFOA在基质中空白样品和添加样品定量离子色谱见图1。结果表明：PFOS和PFOA保留时间分别为2.26和2.17min。

表3 基质中PFOS和PFOA标准曲线及相关参数

由表4可知，提取方法1满足残留分析要求，方法2不满足，离子对试剂TBAHS在提取过程起到关键作用。

表4 PFOA和PFOS在绿萝中添加回收试验结果(n = 3)

注：ND表示未检测到。

Note:ND indicate not detected.

3 结论

该研究表明，绿萝样品中PFOS和PFOA保留时间分别为2.26和2.17 min。采用Na2CO3、TBAHS、MTBE作为提取剂，添加浓度为0.05、0.10、0.50 mg/kg，PFOS在绿萝根中的加标回收率为46.53%～74.77%，变异系数为11.92%～18.52%；在绿萝茎中的加标回收率为57.37%～74.32%，变异系数为7.29%～14.27%；在绿萝叶中的加标回收率为57.53%～77.35%，变异系数为5.63%～12.68%。PFOA在绿萝根中的加标回收率为59.01%～90.18%，变异系数为2.85%～26.59%；在绿萝茎中的加标回收率为63.74%～100.46%，变异系数为4.54%～30.06%；在绿萝叶中的加标回收率为69.51%～76.46%，变异系数为3.67%～16.85%。可见，超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪色谱峰峰型好、操作简便、灵敏度高、准确度高、精密度好，可满足植物样品中PFOS和PFOA的残留分析和监测的要求。

注：A.2×10-7 g/mL PFOS标准样品色谱；B.2×10-7 g/mL PFOA标准样品色谱；C.2×10-9 g/mL MPFOS标准样品色谱；D.2×10-9 g/mL MPFOA标准样品色谱；E，F，G.PFOS在绿萝根茎叶中基质空白色谱；H，I，J.PFOS在绿萝根茎叶基质中添加色谱；K，L，M.PFOA在绿萝根茎叶中基质空白色谱；N，O，P.PFOA在绿萝根茎叶基质中添加色谱。Note：A，B，C，D.PFOS，PFOA，MPFOS，MPFOA standard sample chromatograms respectively；E，F，G.root，stem，leaf of Epipremnum aureum.N,P,P.root，stem，leaf of Epipremnum aureum add chromatography respectively. matrix chromatograms respectively；H，I，J. root，stem，leaf of Epipremnum aureum PFOS fortified chromatograms respectively；K，L，M. root，stem，leaf of Epipremnum aureum PFOA fortified chromatograms respectively.图1 PFOS、PFOA标样、绿萝根茎叶空白及添加定量离子色谱Fig.1 Total ion current chromatography of PFOS PFOA standard and in Epipremnum aureum and in Epipremnum aureum

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Simultaneous Residue Analysis Method of PFOS and PFOA inEpipremnumaureumby SPE-Ultra Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry

CHENG Yan1,TANG Jie2*, HE Qian-feng1et al

(1.Hefei Municipal Environmental Monitoring Central Station,Hefei, Anhui 230036; 2.School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University,Hefei, Anhui 230031)

[Objective] The study aimed to researched the residue analysis method of PFOS and PFOA using HPLC- MS/MS in plant samples. [Method] PFOS and PFOA residue analysis method by SPE -ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC/MS/MS) of inEpipremnumaureumwas established. Analysis and determination conditions were optimized, the retention time of PFOS and PFOA is 2.26, 2.17 min.[Result] The experimental results showed that recoveries of PFOS and PFOA were in the range of 46.53%-77.35% and 59.01%-100.46% respectively. The coefficients of variation were 5.63%-18.52% and 2.85%-30.06% respectively. Minimum detectable mass fraction of PFOS and PFOA were 26.90×10-4ng and 3.09×10-4ng,correlation coefficient is greater than 0.998. [Conclusion] Results showed that the developed method can be applied to analyze PFOS and PFOA inEpipremnumaureum.

UPLC/MS/MS; PFOS; PFOA; Residue analysis;Epipremnumaureum

安徽农业大学2016年省级大学生创新创业训练计划项目。

程燕(1980- )，女，安徽桐城人，工程师，硕士，从事环境监测工作。*通讯作者，讲师，博士，从事环境工程教学工作。

2016-08-31

S 181；X 830.2

A

0517-6611(2016)32-0071-04