高效液相色谱串联质谱法同时测定水体和沉积物中12种有机磷酸酯类化合物

陈玫宏++徐怀洲++宋宁慧++吴晟旻++程杰

摘要 建立了高效液相色谱质谱联用技术结合固相萃取和液液萃取方法检测水体和沉积物中12种磷酸酯类（OPEs）化合物残留的方法。水样样品经LB固相萃取柱富集，乙酸乙酯洗脱两次，沉积物样品以乙腈超声萃取，旋转蒸发至干，用超纯水稀释后重复水样处理步骤，采用ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱（150 mm×21 mm， 35 μm）进行分离，以02%甲酸甲醇作为流动相进行梯度洗脱，采用正离子MRM监测模式，外标法定量分析。水样中，12种OPEs在005、010和050 μg/L加标水平下，除MP （285%～478%）和EP （224%～738%） 外，其余目标化合物的平均回收率为664%～1150%，相对标准偏差为05%～91%，方法定量限（MOQ）为0001～0050 μg/L；沉积物中，在5、10和50 μg/kg加标水平下，除MP（357%～449%）、CEP （312%～489%）外，其余目标化合物的平均回收率为659%～1200%，相对标准偏差为001%～95%，方法定量限（MOQ）为002～20 μg/kg（dw）。基于上述方法对太湖水样和沉积物样品中目标化合物定量检测分析，∑OPEs含量分别为01～17 μg/L和81～420 μg/kg dw。

关键词 有机磷酸酯； 高效液相色谱串联质谱法； 水样； 沉积物

1引 言

近年来，由于多溴联苯醚（PBDEs）类阻燃剂的生物毒性和环境风险，世界各国已经逐步限制和禁止多溴联苯醚的生产和应用＼[1，2＼]。有机磷酸酯（OPEs）作为溴代阻燃剂的主要替代品，已经广泛用于塑料、纺织品、电子设备和家居用品中＼[3～5＼]。由于OPEs主要以物理方式添加到产品中，在其生产、使用、处置过程中不可避免的经由各种途径进入地表水体，且随沉降作用可以蓄积到沉积物中，当水环境条件发生变化时会再次释放到水中，目前在天然水体和沉积物中均有检出＼[6～10＼]。生物毒理研究表明，OPEs具有神经毒性＼[11，12＼]、致癌性＼[13，14＼]、内分泌干扰效应＼[15，16＼]，对水生生物和人体健康造成潜在威胁。

目前，OPEs的检测方法主要有气相色谱法（GC）＼[17～19＼]、气相色谱质谱联用法（GCM、GCEIM）＼[20～23＼]、液相色谱法（PLC）＼[24，25＼]、液相色谱质谱联用法（PLCM/M）＼[26，27＼]等。由于水体中残留的OPEs多以痕量水平存在，通常都需要对水样进行富集浓缩后进行检测，另外，沉积物成分较复杂，对OPEs检测存在基质干扰。液相色谱质谱联用法因高灵敏度和高选择性，抗干扰能力强，可以成为OPEs残留定性定量分析的有效工具。本研究在已有的OPEs分析方法基础上，利用高效液相色谱串联质谱检测法并结合固相萃取和液/液萃取的前处理方法，建立了水体和沉积物中痕量的12种OPEs残留定量分析方法和质控体系。本方法操作简单、灵敏度高，可以用于水环境中OPEs的暴露评价分析，将本方法应用于太湖水体和沉积物中OPEs的分析，对于认识太湖OPEs的迁移变化及生态效应具有重要的科学意义。

2实验部分

21仪器与试剂

超高效液相色谱串联质谱仪（LCAgilent echnologies 1290 Infinity，美国MAB CIEX QRAP 4500，）；ENVI18固相萃取柱（6 mL/500 mg，美国upelco公司）；Oasis LB小柱（6 mL/500 mg，美国Waters公司）；旋转蒸发仪（瑞士BUCI 公司）；AG285 电子天平（瑞士Mettle公司）；MilliQ超纯水仪（美国Millipore公司）；Centrifuge 5430R 台式高速离心机（德国Eppendorf公司）。

甲醇、乙腈、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯 （色谱纯，德国Merck 公司）；甲酸（色谱纯，国药集团药业股份有限公司）。

12种OPEs标准品：磷酸三甲酯（rimethylphosphate， MP）、磷酸三乙酯（riethyl phosphate， EP）、磷酸三（ 2氯乙基） 酯（ri（ 2chloroethyl） phosphate， CEP）、磷酸三（ 2氯异丙基） 酯（ri（ chloropropyl） phosphate， CPP）、磷酸三（1，3二氯2丙基） 酯（ri（dichloropropyl） phosphate， DCPP）、磷酸三（2，3二溴丙基）酯（tris（2，3Dibromopropyl）phosphate， DBPP）、磷酸三苯酯（riphenyl phosphate， PhP），磷酸三正丁酯（rinbutyl phosphate， nBP）、磷酸三（2丁氧基乙基）酯（ributoxyethyl phosphate， BEP）、2乙基己基二苯基磷酸酯（2Ethylhexyl diphenyl phosphate， EDPP）、磷酸三甲苯酯（ricresyl phosphate， CrP）、磷酸三（ 2乙基己基） 酯（ri（ 2ethylhexyl） phosphate， EP）均購于百灵威科技有限公司。

上述标准品均用甲醇配制成1000 mg/L的标准储备液，

ymbolm@@ 20℃储存，配制上述12种OPEs 100 μg/L的混合标准储备液。

22提取和净化方法

水样：准确移取经045 μm玻璃纤维滤膜过滤后的水样500 mL，以4 mL/min的流速通过Oasis LB小柱。上样前，依次用5 mL乙酸乙酯、5 mL甲醇、5 mL超纯水活化小柱。上样后，用5 mL去离子水淋洗，弃去淋洗液，负压抽干10 min，再用5 mL乙酸乙酯洗脱2次，且保持洗脱流速为1 mL/min。收集的洗脱液经旋转蒸发至干，用甲醇定容至1 mL，待PLCM/M分析。

沉积物样品：沉积物经冷冻干燥研磨过60目筛，称取5 g沉积物于100 mL离心管中，加入30 mL有机溶剂作为萃取剂，超声萃取30 min后，以8000 r/min离心5 min，取上清液置于鸡心瓶，重复上述步骤1次，合并上清液（60 mL），旋转蒸发至10 mL以下，用超纯水稀释到100 mL，其余处理过程与水样相同。

23PLCM/M条件

PLC测定条件：ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱（150 mm×21 mm， 35 μm，美国Agilent公司）；流动相：02% （ V/V）甲酸（A）和甲醇（B）；流速为03 mL/min；柱温：30℃；进样体积：5 μL；流动相梯度为：0～8 min，30% A；8～81 min，30%～5% A；81～16 min， 50% A；16～20 min， 5%～30% A。

M检测条件：电喷雾离子源（EI），正离子模式；多反应离子监测（Multiple reaction monitoring， MRM）；离子源温度：500℃，离子喷雾电压：5500 V；气帘气（Curtain gas，CUR）压力为20685 kPa；喷雾气（Ion source gas 1， G1）压力为24133 kPa；辅助加热气（Ion source gas 2， G2）压力为27580 kPa；其它参数见表1。

24质量控制与保证（QA/QC）

实验所用玻璃器皿均在105℃下烘干，经马弗炉450℃烘烧，用有机溶剂丙酮润洗后使用，以去除背景污染。目标化合物通过与标样的保留时间（2%以内）和选择离子的峰面积比例（20%以内）比较进行定性确认，并采用最高丰度或背景干扰最少的选择离子进行定量分析。每一组样品（10 ～15 个）添加1 个基质空白、1 个样品重复和1 个基质加标回收作为质量控制。方法空白中目标化合物均低于检出限。

3结果与讨论

31质谱条件的优化

根据12种OPEs的分子结构特征，选择电喷雾离子（EI）源正离子模式扫描。采用半自动进样方式，以5 μL/min的流速将100 μg/L的标准储备液分别注入离子源；监测模式为多反应监测（MRM）。质谱分析选取对应的母离子峰，对其子离子进行二级质谱分析，得到碎片离子信息；接着对目标化合物二级质谱的CE、DP、EP、CXP等质谱参数进行优化；质谱多反应监测参数见表1。

32流动相条件的优化

通常，酸性条件可以提高化合物＼[M+＼]+的正离子响应，本实验采用EI+模式，分别用乙腈水溶液、甲醇水溶液、甲醇02%甲酸溶液作为流动相，对12种OPEs（100 μg/L）的分离效果进行比较，其总离子流色谱见图1。结果表明，以甲醇水为流动相时目标峰的质谱响应和分离度更好（图1B），而添加甲酸对目标物的分离影响不明显（图1C），但是可以提高部分目标物的响应，因此，选择甲醇02%甲酸溶液为流动相。

33固相萃取柱的选择

由于OPEs理化性质差异较大，例如MP极性较强，EP非极性较强，因此，PE小柱的选择十分重要。在参考文献＼[28～30＼]研究结果的基础上，选用两种固相萃取柱（ENVI18小柱、Oasis LB小柱），比较了加标水样中12种OPEs的回收率（图2）。结果表明，除MP外，Oasis LB小柱对其余11种目标化合物的平均回收率（664%～977%）均能满足痕量分析的要求。由于MP具有挥发性，且有较好的水溶性（lgKow=

ymbolm@@ 065），導致其在ENVI18小柱（569%）和LB小柱（285%）上的回收率均偏低。从本研究结果可见，虽然LB小柱对MP的回收率低于30%，但是对其余11种目标物的富集效果较好。综合考虑，后续实验选择LB固相萃取柱进行实际样品测定。

34萃取剂的选择

OPEs在固体样品中的提取净化通常选用中极性溶剂或混合溶剂。本实验选用正己烷甲醇（2∶1， V/V）、甲醇乙腈（1∶4， V/V）、甲醇、乙腈和正己烷乙酸乙酯（2∶5， V/V）作为萃取剂进行超声萃取，萃取回收率见图3。结果表明，乙腈作为萃取剂时，除MP（357%）和CEP（489%）外，其余10种目标物的回收率（659%～1190%）可以满足沉积物中痕量分析的要求。MP回收率较低，主要与其挥发性和高水溶性有关，而CEP回收率也相对较低，可能是由于沉积物的基质抑制效应＼[18＼]。综合考虑，后续实验选择乙腈作为萃取剂。

35方法学确证

351标准工作曲线、方法准确度与精密度本研究采用外标法定量，分别配制02、10、20、50、100、20、50和100 μg/L的12种OPEs混合标准溶液，以峰面积（y）对目标物的质量浓度（x）绘制标准曲线，目标物在02～100 μg/L范围内呈良好的线性关系，以信噪比/N=3计算仪器方法检出限（LOD），/N=10作为仪器方法定量限（LOQ），同时对100 μg/L的标准溶液连续测定3天，每天测定3次， 计算日内和日间精密度，结果见表2。

352方法的回收率吸取适量混合标准工作液到水体空白和沉积物空白（均低于检出限），配制低（005 μg/L和500 μg/kg）、中（010 μg/L和1000 μg/kg）、高（050 μg/L和5000 μg/kg） 3个浓度水平的待测样品，每个浓度设置3个平行样。水样中12种OPEs的平均加标回收率在224%～1130%之间；沉积物中12种OPEs的平均加标回收率为312%～1200%。实验结果分别见表3和表4。

36太湖水样分析

2016年11月沿太湖及其支流设置25个采样点，采集表层水体样品（0～1 m）和沉积物样品（0～01 m），其中一个采样点底部为砂石，未采集到沉积物。采用本方法对太湖水样和沉积物样品进行分析（表5和表6）。结果表明，除了nBP外，其余11种OPEs在太湖及其支流表层水体中均能检测到，且EP、CPP和CEP的检出量较高，∑OPEs含量在01～17 μg/L，这与珠江＼[31＼]、松花江＼[24＼]以及渤海湾＼[32＼]入海口周边河流的检测结果处于同一污染水平，表明位于中国工业发达区域的河流/湖泊均有较高的OPEs污染。沉积物样品中∑OPEs含量在81～420 μg/kg dw之间，与珠江＼[31＼]沉积物中∑OPEs含量（83～470 μg/kg dw）处于同一污染水平，但是高于2012年太湖＼[33＼]沉积物中∑7OPEs的含量（34～14 μg/kg dw），这表明太湖OPEs污染有加剧的趋势，仍需要进一步的调查研究。此外，本研究沉积物中主要检出组分为EP、PhP、CEP和CPP，其中EP含量最高，这可能与EP的高疏水性（lgKow=949）和高吸附特性（lgKoc=687）有关，导致其在沉积物中的检出量最丰富。同时，太湖支流沉积物中∑OPEs平均含量（230 μg/kg dw）高出太湖水体沉积物（50 μg/kg dw）中46倍，这与太湖周边污染源的分布吻合。据调研资料＼[34＼]表明，太湖入湖支流靠近常州、宜兴等工业城市，工业污水排放量较大，其中采样点（4～7）处于漕桥河区域，两岸约有3000 家企业，重点控制的污染企业中化工企业约占677%。

4结 论

应用液液萃取和固相萃取相结合的前处理方法，建立了水体和沉积物中12种OPEs高效液相色谱串联质谱分析方法，该方法操作简单、灵敏度高，适用于水环境中OPEs的暴露评价分析。实际样品分析结果表明，OPEs在太湖及其支流表层水体和沉积物中广泛存在，∑OPEs含量为10×102～17×103 ng/L和81～42×102 μg/kg dw，且水體和沉积物中主要组分分别为EP、CPP、CEP和EP、PhP、CEP和CPP。

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