基质固相分散-气相色谱/质谱法测定土壤中13种多溴联苯醚

2017-02-07朱亚尔张瑜铎孙建腾

浙江大学学报（理学版） 2017年1期

关键词：联苯分散剂二氯甲烷

魏孜，朱亚尔，宋瑶，张瑜铎，孙建腾,*

(1. 浙江大学农生环测试中心，浙江杭州 310058； 2. 浙江大学环境科学系，浙江杭州 310058)

基质固相分散-气相色谱/质谱法测定土壤中13种多溴联苯醚

魏孜1，朱亚尔1，宋瑶2，张瑜铎2，孙建腾1,2*

(1. 浙江大学农生环测试中心，浙江杭州 310058； 2. 浙江大学环境科学系，浙江杭州 310058)

建立了基质固相分散萃取-气相色谱/质谱法测定土壤中13种多溴联苯醚的分析方法.对固相分散剂种类、样品与分散剂用量比例、洗脱溶剂及用量进行了选择和优化.最佳前处理条件为：2 g样品与4 g酸性硅胶固相分散剂研磨10 min，混合物装入预先填好4 g无水硫酸钠和4 g酸性硅胶的玻璃柱中，以50 mL正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)混合液洗脱并浓缩至0.5 mL，进GC-MS分析.13种多溴联苯醚在2～200 ng·g-1内呈良好的线性关系(R2>0.992).平均加标回收率在81%～103%，相对标准偏差(RSD)小于15%(n=3)，方法检出限为75～950 pg·g-1，可以满足土壤中痕量多溴联苯醚残留分析的要求.

多溴联苯醚；土壤；基质固相分散；气相色谱质谱法

Determination of 13 polybrominated diphenyl ethers in soil by matrix solid phase dispersion method and gas chromatography/mass spectrometry. Journal of Zhejiang University(Science Edition), 2017,44(1):106-111

多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers，PBDEs)是一类含溴原子的芳香族化合物，共有209种同系物，属于添加型溴代阻燃剂，大量应用于塑料、电器、交通、建材、纺织等领域.鉴于多溴联苯醚的持久性、高亲脂性、生物累积性和高毒性，其在环境中的浓度、迁移转化以及对生物体和人类健康的危害日益受关注[1].作为一种新型的全球性污染物，2009年商用五溴联苯醚和八溴联苯醚被列入斯德哥尔摩公约优先控制的持久性有机污染物名单.

多溴联苯醚是一种普遍存在的环境污染物，在土壤中被广泛检出.特别是在电子产品拆解地如浙江台州、广东贵屿，土壤中的多溴联苯醚已达中等污染程度，对人体健康产生了严重的威胁[2-3].对多溴联苯醚的检测通常采用气相色谱、气相色谱/质谱联用等方法[4-8].样品前处理常采用超声法[9]、索氏提取法[10]等，但这些方法存在有机溶剂用量大、耗时长的缺陷.

基质固相分散萃取(matrix solid phase disperse，MSPD)是一种新型的样品提取方法，因其具有简便、高效、安全、价格低廉等优点被广泛用于食品中的农药残留检验[11]，以及环境和生物样品中有机污染物的检测[12-13].MSPD方法最早由美国BARKER教授在固相萃取方法的基础上提出[14]，其基本方法是将待测样品与某种固相分散剂混在一起并持续研磨至均匀，混合物填柱后使用有机溶剂洗脱，洗脱液进一步浓缩后进行仪器分析.MSPD方法集萃取和净化过程于一体，使得样品的前处理过程变得简单，避免了由样品均一化和转溶等烦琐操作带来的目标物损失，因此可以提高方法的准确度和精密度[15].本研究基于基质固相分散萃取的原理，旨在建立快速、高效的土壤残留多溴联苯醚的检测方法，以满足土壤质量安全检测日益严格与快速分析的需要.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

多溴联苯醚(PBDEs)标准品混合物(BDE-17，28，47，66，71，85，99，100，138，153，154，183，209)购自美国Accustandard公司，气相色谱/质谱联用仪(Agilent, 6890N/5975B)，ML204型分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)，WH-861型旋涡混合器(太仓华利达实验设备有限公司)，R-200型旋转蒸发仪(瑞士Buchi公司)，CM-24型氮吹浓缩仪(北京成萌伟业科技有限公司).

硅胶(450 ℃高温活化7 h，冷却后备用)、酸性硅胶(活化的硅胶与浓硫酸按照质量比4：1混合均匀)，弗洛里土(450 ℃高温活化7 h)，中性氧化铝(450 ℃高温活化7 h)，无水硫酸钠(分析纯，450 ℃高温7 h 备用，实验前再130 ℃烘烤12 h)，正己烷、二氯甲烷均为色谱纯，浓硫酸为优级纯，实验用水为超纯水.

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理

土壤经过冷冻干燥，研磨均匀，过不锈钢筛(75目).MSPD方法的基本流程如图1所示.将2 g的土壤样品与酸性硅胶(4 g)按1：2的比例混合.在玻璃研钵中充分研磨10 min以形成均匀粉末.在一个玻璃柱(长15 cm，内径4 cm)中从下至上依次填入4 g无水硫酸钠、4 g酸性硅胶、制备的土壤样品-酸性硅胶混合物.使用50 mL的正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)混合液清洗玻璃研钵和杵，然后转入玻璃柱上作为洗脱剂，在重力作用下洗脱，流速大约为5 mL·min-1.将洗脱液旋转蒸发并氮吹至干后溶于0.5 mL的正己烷，进行GC/MS分析.

图1 基质固相分散方法流程图Fig.1 Schematic of matrix solid phase dispersion(MSPD) method

1.2.2 仪器分析条件

多溴联苯醚的分析是在Agilent 6890N GC/5975B MS上进行的，GC/MS分析得到的色谱图如图2所示.

样品通过Agilent 7683B系列自动进样器注入进样口，进样口采用不分流模式(280 ℃).氦气作为载气，选择恒流模式，流量为1.0 mL·min-1.BDE-209的分析使用DB-5 MS毛细管柱(15 m，0.25 mm内径，0.1 μm膜厚)完成.升温程序自100 ℃开始，以30 ℃·min-1加热至310 ℃，保持9 min.除BDE-209外其他12种PBDEs的分离通过DB-5 MS毛细管柱(30 m，0.25 mm内径，0.1 μm膜厚)完成.升温程序自90 ℃开始，以40 ℃·min-1加热至250 ℃，然后以1.5 ℃·min-1加热到280 ℃.后运行设置为300 ℃，保持2 min.质谱接口温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度150 ℃；离子源：EI；电子能量：70 eV；质谱检测方式：离子监测模式(SIM).分析PBDEs选择的定量离子为[M]+或者[M-2Br]+，选择的定性离子为[M+2]+或者[(M+2)-2Br]+.13种PBDEs的分子式和SIM离子等参数见表1.

表1 GC/MS分析PBDEs的参数

注m/z1为定量离子，m/z2为定性离子.

图2 GC/MS测定PBDEs标准品和土壤样品色谱图Fig.2 GC/MS TIC spectra of PBDEs standards and soil samples

2 结果与讨论

2.1 基质固相分散方法的条件优化

向不含有目标物的空白土壤基质中加入一定量的PBDEs混合标准溶液，配制成浓度约为50 ng·g-1的加标土壤，对基质固相分散萃取方法的主要条件和参数进行逐一优化.图3展示了固相分散剂、样品/分散剂比例、洗脱剂等条件对回收率的影响.

2.1.1 分散剂的选择

分别考察了弗洛里土、中性硅胶、酸性硅胶和中性氧化铝等不同类型分散剂对PBDEs的提取效果.结果表明，以酸性硅胶作为分散剂，PBDEs的回收率在85%以上.其余3种分散剂PBDEs的回收率低于80%，因此本方法选择酸性硅胶为最佳分散剂.

2.1.2 洗脱剂及其体积的选择

分别考察了正己烷、正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)、二氯甲烷、丙酮的洗脱效果.实验结果表明，正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)的洗脱回收率较好，且基质效应的影响在可接受范围内.二氯甲烷和丙酮的洗脱液中含有较多杂质，对色谱分析产生了干扰.分别选用不同体积正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)进行洗脱，并对比最后的洗脱效果.结果表明，使用50 mL洗脱剂时PBDEs的回收率最高，进一步增加洗脱剂的体积，PBDEs的回收率无明显变化，故选择正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)50 mL.

2.1.3 样品与分散剂比例的选择

为了确定土壤样品与固相分散剂的最优混合比例，本研究进一步考察了土壤与分散剂质量比分别为1：1，1：2，1：4，1：6时PBDEs的提取效果.结果表明，当质量比为1：1时，对PBDEs的萃取效果一般，适当提高分散剂的用量，至比例为1：2时，PBDEs的回收率明显提高.当土壤与酸性硅胶在质量比为1：2时，PBDEs回收率最高，继续增加分散剂用量，PBDEs的回收率开始下降.综合考虑后，基质与分散剂的质量比选用1：2.

图3 基质固相分散方法的参数优化Fig.3 Parameter optimization of MSPD method

2.2 方法性能评价与实际样品分析

为了对此方法进行全面评价，测试了方法的线性范围、加标回收率、精密度以及灵敏度，见表2和3.所有多溴联苯醚的标准曲线均呈良好线性，在2，5，10，25，50，100，200 ng·g-1的标准曲线中，PBDEs的R2大于0.992. PBDEs的仪器检出限(EDL)，即信噪比S/N=3时的最低浓度，为0.50～0.90 ng·mL-1.PBDEs的方法检出限(MDL)是使用加标土壤来测定的，也是信噪比S/N=3时的最低浓度，为75～950 pg·g-1.

表2 回归方程、线性相关系数和方法检出限

取浙江省台州市农村地区农田土壤样品进行测定，样品平行测定3次，检出其中4种PBDEs：BDE-47、BDE-99、BDE-183和BDE-209，其浓度分别为4.4，3.2，5.6和10.5 ng·g-1(见图2).高于ZOU等[16]在珠江三角地区土壤中的调查结果(ΣPBDEs=0.13～3.81 ng·g-1)，但低于CAI等[17]2006年对台州土壤调查的结果(ΣPBDEs=824.4～948.6 ng·g-1).

表3 方法的回收率与精密度(n=3)

在此阳性样品中加入13种PBDEs分析物(各20 ng)进一步考察和评价本方法的回收率.结果表明，土壤中13种多溴联苯醚的平均回收率在81%～103%，进一步证明了样品在前处理过程中并无基质效应的产生.方法精密度是基于3次平行加标回收实验的评价.所有实验的相对标准偏差(RSD)均小于15%，满足土壤样品分析测定的要求.与文献[4-8]中的PBDEs分析方法相比，本方法的各项指标均符合痕量有机污染物分析的要求，并且在有机溶剂使用量上远少于文献[4-8]的方法，同时大大节约了时间成本，具有较好的应用前景.

3 结论

建立了基质固相分散-GC/MS法以测定土壤中的多溴联苯醚.实验中优化了MSPD条件，以酸性硅胶为固相分散剂，土壤样品与分散剂质量比为1：2，50 mL的正己烷/二氯甲烷(v:v=1：1)为洗脱剂，可以实现最佳的提取效果.采用GC/MS测定，13种多溴联苯醚的回收率在81%～103%，相对标准偏差小于15%，方法检出限为75～950 pg·g-1，能够满足土壤中痕量多溴联苯醚残留分析的要求.

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WEI Zi1, ZHU Yaer1, SONG Yao2, ZHANG Yuduo2, SUN Jianteng1,2

(1.AnalysisCenterofAgrobiologyandEnvironmentalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China; 2.DepartmentofEnvironmentalScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

A matrix solid phase dispersion extraction-gas chromatography/mass spectrometric method has been developed for the determination of 13 polybrominated diphenyl ethers in soil. Parameters including species of solid-phase dispersant, ratios of sample to dispersant, elution species and amount have been optimized. The best pretreatment conditions are as follows: 2 g sample was mixed with 4 g acidic silica, and then grinded for 10 min. The mixture was loaded into a glass column pre-filled with 4 g anhydrous sodium sulfate and 4 g acidic silica. Hexane/dichloromethane (v:v=1:1, 50 mL) mixture was used as eluent. The elution was concentrated to 0.5 mL prior to GC/MS analysis. 13 kinds of PBDEs all show good linear relationships (R2> 0.992) in the range from 2 to 200 ng·g-1. The average recoveries are 81% to 103% and the relative standard deviation is less than 15% (n=3). The method detection limits ranged from 75 to 950 pg·g-1, which meets the need for the analysis of trace PBDEs in soil.

polybrominated diphenyl ethers; soil; matrix solid phase disperse; GC/MS