C18膜萃取/液相色谱-质谱联用法测定极地水体中有机磷酸酯

高宇航，那广水，李瑞婧，高 会，刘 丹，曹胜凯

(1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.国家海洋环境监测中心 国家海洋局近海岸海域生态环境重点实验室，辽宁 大连 116023；3.辽宁师范大学 化学化工学院，辽宁 大连 116029)

研究简报

C18膜萃取/液相色谱-质谱联用法测定极地水体中有机磷酸酯

高宇航1，2，那广水2*，李瑞婧2，高 会2，刘 丹3，曹胜凯1，2

(1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.国家海洋环境监测中心 国家海洋局近海岸海域生态环境重点实验室，辽宁 大连 116023；3.辽宁师范大学 化学化工学院，辽宁 大连 116029)

建立了C18膜萃取/液相色谱-质谱联用技术测定极地水体中10种有机磷酸酯(OPEs)的方法。根据优化后的样品前处理及仪器方法，利用C18膜富集4 L水体中的10种OPEs，经二氯甲烷超声提取，在电喷雾正离子模式下，采用选择反应监测(SRM)模式进行分析，线性相关系数为0.994 4～0.999 9。10种OPEs的加标回收率为64.1%～115% ，方法检出限为0.08～0.55 ng/L。该方法适用于极地水体中10种OPEs的分析，利用该方法对北极水体样品中的10种OPEs进行检测，测得冰川融水中∑OPEs的质量浓度为0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的质量浓度为0.09～2.03 ng/L。

有机磷酸酯；C18膜萃取；液相色谱-质谱联用法；极地水体

有机磷酸酯(Organophosphate esters，OPEs)是一种使用广泛的添加剂，常作为阻燃剂、增塑剂、防沫剂等添加于纺织、建筑材料、电子器件和化学材料中[1]。由于OPEs以非化学键合的方式填充或混合在材料中，当这些材料达到使用寿命时，OPEs极易泄露到环境中，造成环境污染，并对生物产生潜在毒性。研究表明，OPEs可通过大气的远距离传输，形成全球性的污染[2]，在许多国家和地区的大气、水体、沉积物、土壤、动植物体中均有检出[2-8]。

目前已建立的水体中OPEs的分析方法多用于城市污水[9]、湖泊[10]、河流[11]等污染较为严重的地区，这些地区污染水平较高，对方法灵敏度要求较低，常采用少量水样进行分析。极地是持久性有机污染物的“汇”，对污染物的全球污染水平具有指示性作用。然而极地中污染物的含量多为痕量或超痕量，常规分析方法难以满足实际检测需要[13]，导致关于极地、大洋等偏远地区水体中OPEs的研究相对较少[12]。因此，开发适用于极地水体中痕量OPEs的分析方法对于研究OPEs极地环境行为具有重要意义。

C18膜是含有表面改良硅的多孔玻璃纤维基体，可以实现较高流速和大体积水样的吸附，并减少微粒堵塞，提高萃取效率，适合水体中痕量有机污染物的大体积富集[14]。同时通过液相色谱-质谱联用法(LC-MS/MS)的高灵敏度检测器分析，能够满足对极地水体中痕量OPEs的分析检测要求。因此，本文建立了C18膜萃取和液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)的极地水体OPEs定量分析方法，并应用该方法检测了北极新奥尔松地区海水、冰川融水中的10 种OPEs。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

带自动进样器的Finnigan Surveyor液相色谱系统和Finnigan TSQ Quantum Discovery MAX三重四极杆质谱分析仪(Thermo Electron,USA)。色谱柱：Waters Symmetry-R18 (150 mm×2.1 mm i.d.,3.5 μm,USA)。X-Bridge 隔离柱(Waters PFC Isolator kit)。47 mm Envi-C18的固相萃取膜(美国Supelco 公司)。RE-2000旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)。0.22 μm有机相滤膜(津腾实验设备有限公司)。常用玻璃容器均用洗液浸泡，再用蒸馏水洗净，置于120 ℃烘箱中烘干备用。

10种OPEs标准品：磷酸三(2-氯乙基) 酯(TCEP)、磷酸三(1-氯-2-丙基) 酯(TCPP)、磷酸三( 1,3-二氯-2-丙基) 酯(TDCP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三苯酯(TPhP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三戊酯(TPeP)、磷酸三丁氧乙酯(TBEP)、磷酸三(2-乙基己基) 酯(TEHP)、磷酸三甲苯酯(TCP)以及全氘代同位素内标物D15-TPhP、D27-TnBP、D21-TPrP均购自J&K公司，所有标准物质均溶解在甲醇中，并于暗处-4 ℃保存。甲醇、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷(均为色谱纯)以及甲酸(99% )购自Tedia Scientific(美国)，实验室所用超纯水由Milli-Q超纯水仪(美国Millipore公司)制备。

1.2 样品的采集与处理

1.2.1样品的采集分别采集北极新奥尔松地区海水、冰川融水，每站位点采样4 L，装入带有聚四氟乙烯盖的棕色玻璃瓶中。样品保存并运回黄河站内，准备处理。

1.2.2C18膜的活化将C18膜用10 mL 甲醇活化，真空抽滤1 mL后，浸泡30 s，真空抽滤，在溶液少量覆盖膜表面时，加入10 mL超纯水活化，在不抽干的情况下上样。

1.2.3样品的前处理经GF/F膜过滤后，量取4 L水样，加入OPEs替代内标后，通过活化后的C18膜，以20～35 mL/min的流速真空抽滤，弃去滤液。将负压抽干的C18膜置于玻璃离心管中，加入20 mL 二氯甲烷进行超声提取5 min，提取液加无水硫酸钠除水，旋蒸至近干，用甲醇定容至1 mL，过0.22 μm有机相滤膜，用LC-MS/MS检测。

1.3 液相色谱-质谱条件

色谱条件：色谱柱：Waters RP18色谱柱(3.5 μm，2.1 mm×150 mm)，柱温30 ℃。流动相为0.1% 甲酸水溶液(A)和甲醇(B)，流速0.25 mL/min。梯度洗脱程序：0 min，55% B；0～0.5 min，55%～80% B；0.5～10 min，80%～100% B；10～15 min，100% B；15～16 min，100% ～55% B；16～25 min，55% B；进样量20 μL。

质谱条件：采用电喷雾(ESI)离子源，正离子模式扫描，扫描方式：选择反应监测(SRM)模式，鞘气为27 Arb，辅助气为24 Arb，喷射电压为5 000 V，毛细管温度为300 ℃。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理条件的优化

C18膜萃取具有较大的接触面，可以减少微粒堵塞，提高萃取效率，因此采用C18膜萃取水体中的OPEs，正交实验采用L16(43)正交表，利用SPSS分析软件，设计正交实验[16]，实验的因素水平如表1。

表1 正交实验设计Table 1 Design of orthogonal experiment

表 2 主体间效应检验Table 2 The main effect inspect

根据实验结果，利用F值判断3种因素的影响水平。F值表示显著性，当F值>0.01时为高度显著，由表2可见，3种因素对有机磷酸酯的影响均极为显著，但三者的影响程度有差异，提取试剂对TPrP等回收率的影响最大，提取时间的影响相对较小。

利用均数和显著性差异判断各因素的最优条件，以TBP为例，提取试剂中，二氯甲烷的均数最大(84.34)，且二氯甲烷与甲醇等存在显著差异(Sig<0.05)，由于二氯甲烷与乙酸乙酯不存在显著差异，因此选择均数最大的二氯甲烷作为提取试剂。同理得出，最佳试剂用量为20 mL，最佳超声时间为5 min。

2.2 HPLC-MS/MS条件优化

对比了甲醇和乙腈以及二者的混合溶液作为流动相的有机相的分离效果，发现甲醇作为有机相时能够较好地分离目标化合物，且各化合物均有较好的峰形，10种OPEs(10 μg/L)的总离子流图见图1。选择反应监测模式(SRM)对目标化合物具有较好的选择性，且灵敏度较高，因此质谱部分采用SRM对目标化合物进行定性定量分析。10种OPEs的定性离子对、定量离子、仪器检出限等参数见表3。

表3 10种OPEs的保留时间、定量离子、定性离子、检出限、定量下限及相关系数Table 3 Retention time,quantitative ions,qualitative ions,LOD,LOQ and correlation coefficients of 10 OPEs

表4 10种OPEs的回收率、相对标准偏差、方法检出限Table 4 Recovery，RSD and MDL of 10 OPEs

图1 10种OPEs的离子流图Fig.1 Chromatograms of 10 OPEs

2.3 方法的线性范围、准确度、精密度与检出限

2.3.1标准工作曲线采用外标法定量，分别配制0.5、1、2、5、10、20、50、100 μg/L 系列质量浓度的OPEs标准混合溶液，各组分质量浓度与峰面积的线性关系良好，相关系数为0.994 4～0.999 9。利用3倍信噪比计算仪器检出限(LOD)，进样量为20 μL时，LOD为0.19～12.02 pg，10倍信噪比计算仪器定量下限(LOQ)为0.57～36.06 pg。

2.3.2方法的准确度、精密度与检出限按照上述前处理方法，在纯水中加入低、中、高3种水平(10、50、100 ng/L)的混合标准物，做7组平行样。如表4所示，3种加标水平的平均回收率分别为67.2%～115%、68.0%～103%、64.1%～110%，相对标准偏差(RSD)均小于15%；取10 ng/L混合标准物计算方法检出限(MDL=3.143S，S为7组平行样品分析结果的标准偏差[14])，得MDL为0.08～0.55 ng/L。与已报道的水体中OPEs的方法[18-22]相比，本方法的MDL更低，更适合痕量物质的分析。

2.4 实际样品的测定

在北极新奥尔松王湾地区，采集表层海水、周边冰川融水，用本方法进行10种OPEs的检测。结果如表5所示，冰川融水中∑OPEs的质量浓度为0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的质量浓度为0.09～2.03 ng/L，与Bacaloni 等[10]在低纬度地区的检测结果(5～780 ng/L)相比，极地水体中∑OPEs的质量浓度明显偏低。其中，TCPP等含氯取代基团的OPEs在环境中不易降解，TPhP的半衰期也可达到170 d以上[17]，因此北极水体中TPhP、TCPP、TEHP为主要的污染物，且检出率较高，TCEP、TCPP、TPhP、TBEP、TCP、TEHP也有检出。

表 5 北极水体中OPEs的浓度Table 5 The concentration of OPEs in the Arctic waters

ND：not detected

3 结 论

建立了C18膜萃取/液相色谱-质谱联用法测定北极水体中有机磷酸酯的方法，方法具有较好的精密度和准确度。相较于传统的液液萃取、固相萃取等技术，C18膜萃取具有接触面积大，水样通过速率快，萃取效率高，缩短样品前处理时间，减少外源污染等优点。且LC-MS/MS利用色谱柱的高分离能力和质谱的高灵敏度，能够减少基质效应，降低检出限。本方法10种OPEs的检出限为0.08～0.55 ng/L。应用本方法对北极新奥尔松地区水体中OPEs进行检测，冰川融水中∑OPEs的质量浓度为0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的质量浓度为0.09～2.03 ng/L，尽管OPEs在极地水体中的检出量相对较少，但随着OPEs的不断迁移，极地等偏远地区OPEs的污染状况应引起相应的重视，并进一步研究其环境行为。

[1] Kemmlein S,Hahn O,Jann O.Atmos.Environ.，2003,37(39/40):5485-5493.

[2] Hsiaowu C,Ding W H.Anal.Bioanal.Chem.,2009,395:2325-2334.

[3] Marklund A,Andersson B,Haglund P.Chemosphere,2003,53(9):1137-1146.

[4] Mihajlovic＇ I,Miloradov M V,Fries E.Environ.Sci.Technol.,2011,45(6):2264-2269.

[5] He C T,Zheng J,Qiao L,Chen S J,Yang J Z,Yuan J G,Yang Z Y,Mai B X.Chemosphere,2015,133:47-52.

[6] Stapleton H M,Klosterhaus S,Eagle S,Fuh J,Meeker J D,Blum A,Webster T F.Environ.Sci.Technol.,2009,43:7490-7495.

[7] Kim J W,Isobe T,Chang K H,Amano A,Maneja R H,Zamora P B,Siringan F P,Tanabe S.Environ.Pollut.,2011,159:3653-3659.

[8] Sundkvist A M,Olofsson U,Haglund P.J.Environ.Monit.,2010,12:943-951.

[9] Marklund A,Andersson B,Haglund P.Environ.Sci.Technol.,2005,39(19):7423-7429.

[10] Bacaloni A,Cucci F,Guarino C,Nazzari M,Samperi R,Laganà A.Environ.Sci.Technol.,2008,42(6):1898-1903.

[11] Wang R,Tang J,Xie Z,Mi W,Chen Y,Wolschke H.Environ.Pollut.,2015,198:172-178.

[12] Cheng W H.DistributionandSignificanceofOrganophosphateEstersintheBoundaryLayeroftheSouthernOceanandontheEastAntarcticIceSheet.Heifei：University of Science and Technology of China(程文瀚.有机磷酸酯在南大洋海洋边界层和东南极冰盖的分布及意义.合肥：中国科学技术大学),2013.

[13] Ma X D,Yao Z W,Wang Z,He G K,Ge L K,Fang X D.Chin.J.PolarRes.(马新东，姚子伟，王震，贺广凯，葛林科，方晓丹.极地研究),2014，(3):285-291.

[14] Cao Y L,Zhou H,Yu C Q,He X,Liu B,Li C Y.LiaoningChem.Ind.(曹银铃，周虹，余朝琦，何弦，刘斌，李崇瑛.辽宁化工),2014,(4):498-502.

[15] Hu X H,Qiu Y L,Zhu Z L.Environ.Chem.(胡晓辉，仇雁翎，朱志良.环境化学),2014,33(12):2076-2086.

[16] Deng Z W,Yu P,Chen L.IntelligentComputerandApplications(邓振伟，于萍，陈玲.智能计算机与应用),2009,(5):15-17.

[17] Yan X J，He H，Peng Y.Chin.J.Anal.Chem.,2012，40(11) :1693-1696．

[18] Garcíalópez M,Rodríguez I,Cela R.J.Chromatogr.A,2010,1217(9):1476-1484.

[19] Rodil R,Quintana J B,López-Mahía P.J.Chromatogr.A,2009,1216(14):2958-2969.

[20] Wang X W,Liu J F,Yin Y G.J.Chromatogr.A,2011,1218(38):6705-6711.

[21] Gao L,Shi Y,Li W.J.Sep.Sci.,2015,38(13):2193-2200.

[22] Qin H B,Fan L,Gu H D.J.Anal.Sci.(秦宏兵，范苓，顾海东.分析科学学报),2014,30(2):259-262.

[23] Andresen J A,Muir D,Ueno D,Darling C,Theobald N,Kai B.Environ.Toxicol.Chem.，2007,26(6):1081.

Determination of Organophosphate Esters in Polar Waters by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry with C18Membrane Disk Extraction

GAO Yu-hang1,2,NA Guang-shui2*,LI Rui-jing2,GAO Hui2,LIU Dan3,CAO Sheng-kai1,2

(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China；2.Key Laboratory for Ecological Environment in Coastal Areas (SOA),National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian 116023,China；3.School of Chemistry and Chemical Engineering,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China)

A rapid method was developed for the determination of 10 organophosphate esters(OPEs) in the Arctic waters by liquid chromatography-mass spectrometry(LC-MS/MS) combined with C18membrane disk extraction.By the optimized pretreatment and instrumental methods,10 OPEs were collected with C18membrane disk from 4 L water,and extracted with dichloromethane in ultrasonic extraction apparatus.After purification and concentration,the OPEs were analyzed by LC-MS/MS under positive electrospray ionization in selective reaction monitoring(SRM) mode.The linear correlation coefficients are in the range of 0.994 4-0.999 9. The recoveries of 10 OPEs in water samples ranged from 64.1% to 115% with the method detection limits of 0.08-0.55 ng/L.Furthermore,10 OPEs compounds in the Arctic waters samples were analyzed by this method,and the OPEs concentrations in the river and seawater were in the ranges of 0.64-6.64 ng/L and 0.09-2.03 ng/L,respectively.

organophosphate esters;C18membrane disk extraction; LC-MS/MS; polar water

2017-07-26；

2017-08-24

国家自然科学基金资助项目(41406088,21377032)；南北极环境综合考察与评估专项(2017-02-01，03-04,04-01，04-03)

*

那广水，博士，研究员，研究方向：新兴污染物环境行为研究，Tel:0411-84782822，E-mail:gsna@nmemc.org.cn

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.12.008

O657.63；O657.7

A

1004-4957(2017)12-1464-05