加速溶剂萃取/气相色谱-三重四极杆质谱测定土壤中8种得克隆类化合物

郭晓辰，饶 竹,2*，李晓洁，黎 宁，田 芹，潘 萌 ，佟 玲，杨志鹏，田菲菲

(1.国家地质实验测试中心，北京 100037；2.国家地质实验测试中心 自然资源部生态地球化学重点实验室，北京 100037；3.中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024；4.中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北 武汉 430074；5.岛津企业管理(中国)有限公司，北京 100020)

得克隆类化合物(Dechloranes)是一类耐光、化学性质稳定的高氯代阻燃剂，自溴代阻燃剂因健康风险被禁用以后，阻燃剂需求逐渐转向非限制阻燃剂(如得克隆类化合物)，促使得克隆类化合物逐渐成为高产量化学品(HPV)。自2006年Hoh等[1]首次在环境中报道得克隆(Dechlorane plus，DP)以来，人们对大气、海水、土壤、沉积物、生物等[2-8]中的得克隆类化合物展开了研究，发现得克隆类化合物在环境中普遍存在，其长距离大气输送特性与多溴联苯醚209相似[9]，并具有差异化生物富集、生物代谢特征[10-13]。研究还表明得克隆类化合物能够亲和脑组织，具有影响激素水平、对DNA产生慢性破坏作用的风险[14-16]。2018年1月，得克隆被欧洲化学品管理署ECHA列入第18批高关注化合物(Substance of very high concern，SVHC)清单[17]。目前，关于土壤中得克隆类化合物的研究报道较少，且以顺式和反式得克隆(syn-DP、anti-DP)为主。土壤是重要的环境介质，因此，研究建立得克隆类化合物在土壤中的残留检测方法，可为开展该类化合物在环境介质中的迁移转化研究、保证土壤质量安全提供技术支撑。

加速溶剂萃取法(Accelerated solvent extraction)是目前固体、半固体基质样品的主要前处理方式，它与索氏提取法(Soxhlet extraction)相比具有快速、溶剂使用量少、更安全的特点。气相色谱/负化学电离源-单四极杆质谱仪(GC-MS/NCI)是检测得克隆类的常用方法，但因其常使用低质量数的氯离子定性定量，在复杂基质样品检测时可能产生假阳性结果；也有研究者使用气相色谱-高分辨质谱方法来提高定性的准确性和灵敏度，但仪器价格高昂，难以普及。本研究采用加速溶剂萃取、在线净化结合气相色谱-三重四极杆质谱(GC-MS/MS)同时测定了土壤中8种痕量得克隆类化合物，方法相对经济、快速、准确。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

TQ8040气相色谱-三重四极杆质谱联用仪(日本岛津公司)；ASE350加速溶剂萃取仪(美国Dionex公司，配22 mL萃取池)；旋转蒸发仪(德国Heidolph2公司)；数控恒温水浴氮吹仪(北京康林科技有限责任公司)。

标准溶液：灭蚁灵(Mirex，纯度98.9%)、顺式得克隆(syn-DP，50 μg/mL)、反式得克隆(anti-DP，50 μg/mL)购自美国Accustandard公司；得克隆602(Dec 602，纯度95%)、得克隆603(Dec 603，纯度98%)、得克隆604(Dec 604，纯度95%)购自加拿大Toronto Research Chemicals公司；anti-Cl10DP(50 μg/mL)、anti-Cl11DP(50 μg/mL)购自加拿大Wellington Lab公司。13C12PCB209(纯度99.9%)购自美国CIL公司，作为替代物(Surrogate standard)使用。13C12PCB206(纯度98%)购自加拿大Toronto Research Chemicals公司，作为内标物(Internal standard)使用。丙酮(纯度95%，美国Fisher公司)；正己烷、二氯甲烷(纯度95%，美国百灵威公司)；甲苯(纯度99.9%，美国Fisher公司)。CNWbond Carbon-GCB/PSA净化柱(500 mg/500 mg/6 mL，德国CNW公司)。

1.2 样品采集

样品于2015年10月采自京杭大运河沿线各城市(主要包括天津市、河北沧州市、山东聊城市、江苏常州市、浙江杭州市等)，用地类型为农舍周边、农田周边、道路旁等。用铁锹采集深度0～5 cm表层土壤，去除树枝、石块等杂物后用铝箔包裹放入自封袋，4 ℃下低温保存，并尽快送实验室检测。

空白样品为实际土壤样品，磨碎过40目筛，使用加速溶剂萃取仪以丙酮为提取剂进行提取、洗涤，阴干后，待用。

1.3 样品前处理

土壤样品于阴凉、通风处阴干，粉碎过40目筛。取15.0 g土壤样品与1.0 g硅藻土混匀，装入内衬有0.2 g GCB的加速溶剂萃取池，再加入40 μL质量浓度为80 ng/mL替代物13C12PCB209标准溶液。以正己烷-丙酮(体积比1∶1)在120 ℃条件下静态萃取5 min，循环3次，冲洗体积(Flush volume) 60%并氮气吹扫(Purge) 90 s。将提取液氮吹浓缩至约5 mL，再用GCB/PSA固相萃取柱净化，正己烷洗脱后氮吹浓缩至小于0.2 mL，再加入40 μL 80 ng/mL内标物13C12PCB206标准溶液，用正己烷定容至0.2 mL，待GC-MS/MS分析。

1.4 色谱-质谱条件

1.4.1色谱条件进样口温度程序：初温30 ℃，保持0.5 min；以400 ℃/min升温至280 ℃保持4 min，以-400 ℃/min降温至30 ℃。色谱柱Rtx-1614(15 m×0.25 mm，0.1 μm)，柱流量1.5 mL/min。柱温程序：初始温度80 ℃，以15 ℃/min升至240 ℃，保持0.5 min，再以10 ℃/min升至300 ℃，最后以20 ℃/min升至320 ℃并保持0.5 min。进样体积4 μL；不分流进样。

1.4.2质谱条件电子轰击电离源(EI)，能量70 eV，离子源温度180 ℃，接口温度320 ℃，检测器电压1.8 kV，多反应监测(MRM)特征离子及碰撞电压条件见表1。

表1 GC-MS/MS质谱分析条件Table 1 Analysis conditions of GC-MS/MS

2 结果与讨论

2.1 ASE提取条件的优化

实验发现以丙酮、正己烷、二氯甲烷单独作为提取剂时目标物在土壤中的回收率均不理想，而改用二者两两混合提取后的回收率得以改善，且以正己烷-丙酮体系提取效果最好，且随着丙酮比例升高，目标物的回收率有所上升，但因丙酮极性较大，过多时会造成提取液中干扰物增多，影响定性、定量可靠性，增加后续净化难度，因此最终选择正己烷-丙酮比例为1∶1。

以正己烷-丙酮(体积比1∶1)为提取溶剂，考察了静态萃取温度在60～160 ℃范围内时各目标物的回收率。结果显示，当萃取温度为60 ℃时，大多数化合物回收率不足80%，随着萃取温度的升高，目标物回收率有所提升，但到160 ℃时出现了明显的基质效应，其中灭蚁灵和得克隆603可达130%以上，且与其它组分回收率相差较大。同时，考虑到实际土壤基质的复杂性，较高提取温度会使共提干扰物增多，影响后续净化效果和仪器分析准确性。因此，综合考虑，实验最终选择提取温度为120 ℃。

采用5因素4水平的正交试验(表2)考察了静态萃取温度(60、90、120、150 ℃)、静态萃取时间(3、5、8、10 min)、萃取溶剂种类(丙酮、正己烷、丙酮-正己烷、二氯甲烷-正己烷)、循环次数(1、2、3、4 次)和冲洗体积(10%、30%、60%、90%) 5个影响因素在4个水平下对土壤中目标物的提取效率。极差分析结果显示，各因素对不同目标物影响略有差异，最显著影响因素为静态萃取温度、萃取溶剂和循环次数。优化后的提取条件见“1.3”。

表2 ASE前处理方法正交实验因素表Table 2 Orthogonal experiment factor table of ASE preprocessing method

2.2 样品净化

土壤样品基质复杂，为减小基质干扰，本文采用在线净化除去大部分干扰后再进一步采用固相萃取柱净化，确保检测结果准确性。

2.2.1净化方式的选择实验考察了净化剂与样品均匀混合、净化剂铺在萃取池底部两种净化方式，发现前者的净化液中基质效应明显且目标物回收率低，而底部净化方式较好。同时考察了椰壳活性炭(Coconut shell activated carbon)、C18、硅胶(Silica gel)、弗罗里硅土(Florisil)、中性氧化铝(Al2O3)、PSA(N-丙基乙二胺)和石墨化碳黑(GCB)对净化效果的影响(图1)。结果发现：椰壳活性炭易吸附Dec 604；PSA在高温高压萃取环境下释放异味，C18对Dec 604产生明显基质效应；硅胶、弗罗里硅土脱色效果差；而GCB的净化效果最好，因此选择GCB净化。对GCB用量进行了考察，分别使用0.1、0.2、0.5、1.0、1.5 g GCB进行在线净化实验，综合考虑净化效果和实际样品复杂性，确定使用GCB的量为0.2 g。

图1 加速溶剂萃取在线净化试剂的优化

经在线底部净化后，样液中仍存在基质干扰，不宜进样检测，因此选择硅胶层析柱、磺化法和商品化固相萃取小柱进一步净化。结果发现，经酸、碱、中性硅胶层析柱净化后的目标物产生基质效应或回收率低；经磺化法净化后Dec 603、Dec 604、anti-Cl10DP的回收率达不到要求；而固相萃取柱净化目标物回收率(71.9%～112%)较好。实验还考察了EnviCarb、Florisil、GCB/PSA等7种固相萃取柱的净化效果，结果显示，AC-2、硅胶小柱净化后仍存在基质效应；EnviCarb柱、Florisil柱替代物净化后的回收率偏低；GCB/PSA、GCB/NH2的净化效果较好，回收率较高，此二种小柱填料对化合物保留行为相似，因此选择其中一种作为净化柱使用即可，本研究选择GCB/PSA作为净化柱。

2.2.2洗脱溶剂的选择大部分得克隆类化合物的极性较弱，利用相似相容原理，考察了正己烷、二氯甲烷、正己烷-乙酸乙酯、正己烷-丙酮为洗脱溶剂时的洗脱效果。结果显示，正己烷-乙酸乙酯、正己烷-丙酮以及二氯甲烷洗脱液中基质效应明显，且洗脱液浓缩后呈淡黄色。特别是Dec 604与syn-DP的回收率随正己烷-丙酮中的正己烷比例下降而骤降。以正己烷为洗脱液时的洗脱效果较好，进一步考察了3～15 mL正己烷对目标化合物的洗脱回收率，发现大多数目标物淋洗3 mL即可获得较好的回收，syn-DP和anti-Cl11DP需6 mL方可洗脱完全，Dec 604则需要10 mL。这是由于Dec 604中—C—C—单键一侧为多氯代不饱和六元环，另一侧为多溴代芳环，结构不对称，具有较大极性；而顺式得克隆结构为中部船式构象八元环，两侧多氯代不饱和船式构象六元环，空间上具有较大极性；而净化柱中GCB主要吸附极性较强化合物导致Dec 604等需更多洗脱液才可回收。因此，为保证洗脱完全，最终选择15 mL正己烷进行洗脱。

2.3 仪器分析条件优化

2.3.1进样方式优化为获得更高的分析灵敏度，实验对比考察了不分流进样(SSL)与程序升温进样模式(PTV)。结果显示，在相同大体积进样量下(进样量为4 μL时)，SSL模式气化室中大量溶剂与溶质同时气化膨胀，导致气体体积超出衬管阈值而溢出，从而造成目标物损失，影响定量准确性；而PTV模式气化室可实现程序升温，在较低温度时将大体积溶剂吹出，实现溶质的浓缩富集，经计算发现PTV模式响应为SSL的1.45～3.73倍，且各目标物响应值随进样量增大而增强，但进样量为4～5 μL时出现拐点，且过大进样量易造成气化室和柱头污染，因此实验选择PTV模式(进样口温度程序见“1.4.1”)进样4 μL。

2.3.2色谱柱的选择分别考察了ZB-1HT、DB-1MS、ZB-5HT(15 m和30 m 2种)、Rtx-1614、Rtx-CLPesticides2、DB-XLB、DB-35MS、DB-17HT和VF-1701ms 10种不同极性、不同型号的气相色谱柱对得克隆类化合物的分离能力。结果显示，Dec 604和anti-Cl11DP因极性较大，采用中极性色谱柱DB-35MS、VF-1701ms等中等极性柱分离时，与固定相产生较强作用，出现峰拖尾和保留时间增长等现象。同时，还发现使用液膜较厚(液膜厚度为0.14 μm的Rtx-CLPesticides2柱)、柱长过长(柱长为30 m的ZB-5HT柱)时，存在高沸点组分不能流出或有组分不能完全分离等情况。Rtx-1614柱常用于高沸点、分子量较大的多溴联苯醚209分析，其对得克隆也具有较高响应和较好的分离效果，这可能和得克隆与多溴联苯醚具有相似物理化学性质有关，故实验最终选择Rtx-1614色谱柱进行分离。

2.3.3质谱条件的优化实验以anti-DP为研究对象对比了电子轰击电离源(EI)与负化学电离源(NCI)的分析结果(图2)。由图可见，NCI中anti-DP准分子离子丰度相对较低，而Cl(m/z35)碎片离子丰度较高，但Cl等卤族碎片离子在环境中的含量较大，会导致检测结果假阳性，因此本研究选择EI源，采用较大质量数的碎片离子(如m/z272等)结合三重四极杆质谱的MRM扫描功能，从而获得较高分析灵敏度、减小假阳性。

图3 8种目标物、替代物、内标物混合标准溶液总离子流色谱图

2.3.4离子源温度的优化考察了离子源温度为160～220 ℃时8种得克隆类化合物的响应情况。结果显示，Mirex、Dec 602、anti-Cl10DP和anti-Cl11DP的响应随温度无明显变化，其余化合物响应随离子源温度上升呈先增强后减弱的趋势，当离子源温度为180 ℃时，各化合物响应最高，因此选择EI源的离子源温度为180 ℃。另外，实验对碰撞电压、定性定量离子对进行了优化考察，优化后的质谱参数见表1，优化条件下的8种目标物、替代物、内标物混合标准溶液总离子流色谱图见图3。

2.4 基质效应

在优化条件下，取空白土壤浓缩液，加入8种得克隆类化合物的混合标准溶液、内标物、替代物配成10 ng/mL的基质匹配标准溶液，与同浓度的标准溶液进行比较。结果发现，基质匹配标准溶液中的各化合物响应是标准溶液中的1.3～20倍，基质增强效应明显，因此本方法采用基质匹配标准溶液进行定量分析。

2.5 方法性能指标

分别配制不同浓度的8种得克隆类化合物，在优化条件下测定，以各化合物与内标峰面积的比值(y)为纵坐标，对应化合物的质量浓度(x,ng/mL)为横坐标，绘制标准曲线。结果显示，8种得克隆类化合物在对应的质量浓度范围内线性良好，相关系数(r)不小于0.997 9，按照EPA定义MDL=s×t(n-1,1-a=0.99)计算得8种得克隆类化合物的检出限(MDL)为0.17～11.0 pg/g，以LOQ=4 MDL计算得定量下限(LOQ)为0.88～44.0 pg/g(表3)。

表3 8种得克隆类化合物的线性范围、线性方程、相关系数(r)、检出限(MDL)及定量下限Table 3 Linear ranges,linear equation,correlation coefficients(r),limits of detection(MDL) and limits of quantitation of 8 kinds of super trace dechloranes

以空白土壤为基质进行低、中、高3个浓度水平(如syn-DP的加标水平分别为6.67、133.3、2 000 pg/g)的加标回收实验，每个浓度平行7次，在优化条件下测得8种得克隆类化合物的平均回收率为93.8%～107%、84.7%～101%、99.0%～108%，相对标准偏差(RSD，n=7)分别为5.1%～13%、5.2%～8.3%、4.3%～6.6%。表明本方法具有较好的准确性和精密度，可满足土壤中超痕量得克隆类化合物的分析需求。

2.6 实际样品分析

选取京杭大运河沿线城市及农村的农田、道路旁、绿化带等区域的土壤样品，应用本方法在优化条件下分析(表4)。结果发现，江苏省淮安市污染较重，Mirex、syn-DP、anti-DP检出率高，与Wang等[18]的调查结果相近。

在得克隆类化合物分析中，常计算反式DP异构体比例fanti=canti-DP/(csyn-DP+canti-DP)推测污染来源，当该比值约为0.75～0.80时，表明存在原位的得克隆类化合物生产污染源[1]。经计算，江苏淮安市大部分样品的DP异构体比例在0.60～0.80之间，这与Wang等[19]的调查结果相似，特别是在从事生产得克隆类化合物的安邦电化公司附近的采样点，具有明显的生产污染源特征。

表4 实际样品分析结果Table 4 Detection results of target compounds in samples

nd:not detected(未检出)；sample results were without blank and recovery correction(样品结果不经空白和回收率校正)

3 结 论

本文建立了加速溶剂萃取/气相色谱-三重四极杆质谱联用快速同时测定土壤中顺式得克隆、反式得克隆、得克隆603等8种超痕量得克隆类化合物的分析方法，利用在线与离线相结合的净化方式降低土壤基质影响，提高分析准确性，本方法的灵敏度、抗干扰能力优于负化学电离源检测，可用于复杂土壤样品分析，将其用于京杭大运河沿线土壤中得克隆类化合物的分析测定，发现在得克隆产地有较高的检出率和检出浓度，值得关注。