三重四级杆气质联用法测定水产品中12种碳九芳烃

钟建永，张冰泉，谢亚兴，林诗凯，刘少辉，戴明男，李志辉

(中纺检测(福建)有限公司，福建 泉州，362000)

随着石油工业的发展，人类活动造成的突发性石油泄露事故时常发生，如泉州市泉港区东港石化公司码头发生裂解碳九外泄事故[1]。一旦发生溢油事故，会造成生态环境如水体、土壤、大气等的污染，污染物进入到生态循环中，对生物圈造成严重的破坏，同时人类食用被污染过的水产品等，会有中毒、致癌等风险[2-5]，因此对水体、水产品、土壤等进行检测显得尤为重要，如多环芳烃[6]、裂解碳九等的检测可以有效预防和评估石油的污染。

裂解碳九是乙烯装置的副产物，是由裂解石脑油经抽提分离出C5馏分、C6～C8馏分(经加氢生产BTX)后剩余的馏分[7]，约占乙烯总产量的10%～20%[8-9]。碳九芳烃是裂解碳九的重要组成部分，它是多组分的混合物[10]，其馏分组分复杂，组成多达数10种以上[11-14]，其中苯系物组成较多，主要成分有双茂、茚、苯乙烯、二甲苯、甲苯、乙苯、萘、三甲苯、双环戊二烯、异丙苯、正丙苯等[15-16]。为了更好地分辨碳九芳烃，需要选择一种合适的检测手段，这对于石油工业的发展具有重要意义。目前国内对碳九芳烃检测的标准和相关研究非常少，而国外对碳九芳烃检测的研究迄今未见报道， SH/T 1793—2015《工业用裂解碳九组成的测定 气相色谱法》[17]对裂解碳九的组成分析做了规范，肖洁等[18]采用HS-GC/MS法对裂解碳九进行分析检测；孙桂芳等[15]采用GC-MS与气相色谱-傅立叶变换红外光谱联用技术法联合测定C9烃馏分组成。本文通过三重四级杆气质联用法(GC-MS/MS)来测定水产品中碳九芳烃的含量，该法不仅具有操作简便、有机物分离效果良好、灵敏度高、重现性和准确度较好、有机溶剂消耗少等优点，而且能够分辨出气相色谱法和气相质谱法所不能分辨的同分异构体[19-22]，使更多种类的碳九芳烃的定性定量成为可能。该法的建立为地标乃至国标的实施提供了理论参考依据，填补了食品检测、环境检测、石油工业等行业中碳九芳烃检测市场的空白。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

GCMS-TQ8040 NX 三重四级杆气质联用仪，日本岛津公司；GM200 型刀式研磨机，德国莱驰公司；HFJ-25 型匀浆机，天津市恒奥发展有限公司；RGL-200T 型高速冷冻离心机，上海卢湘仪离心机仪器有限公司；MTV-100 型涡旋混合器，东莞市谱标实验器材科技有限公司；JJ224BF 型电子天平，常州市双杰测试仪器厂；FYL-Y5-100L 型恒温冰箱，思锦科技有限公司；PS-100A 型超声清洗机，东莞市谱标实验器材科技有限公司。

双环戊二烯(97.9%)、α-甲基苯乙烯(99.0%)、苯乙烯(99.9%)、萘(99.8%)、茚(99.1%)、1,3,5-三甲苯(99.8%)、异丙苯(99.9%)、正丙苯(99.7%)、邻二甲苯(99.4%)、间二甲苯(99.2%)、乙苯(99.5%)、对二甲苯(99.0%)，北京坛墨质检科技有限公司；重蒸正己烷、重蒸丙酮、乙酸乙酯(均为色谱纯)；乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine，PSA)(填料级)；中性氧化铝、无水硫酸镁(均为分析纯)。

1.2 标准溶液的配制

用正己烷配制12种碳九芳烃的混合标准储备液，质量浓度为100 μg/mL，并置于4 ℃冰箱避光保存。

用乙酸乙酯将碳九混合标准储备液稀释成质量浓度为10 μg/mL的标准中间溶液，置于4 ℃冰箱避光保存。

碳九标准工作溶液：吸取一定量的标准中间溶液，用乙酸乙酯稀释成适当浓度的标准工作溶液(质量浓度为0.01～1.0 μg/mL)。

1.3 样品前处理

将水产品(市场购置)可食部分用研磨机充分捣碎制成试样，称取5.0 g试样(精确至 0.01 g)于50 mL具塞离心管中，加入10 mL乙酸乙酯，均质2 min，-20 ℃下冷冻6 h，于4 000 r/min冷冻离心5 min，取上清液移入50 mL具塞离心管中，加入0.1 g 乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine，PSA)、1 g中性氧化铝、1 g无水硫酸镁，涡旋3 min，于4 000 r/min离心5 min，取上清液过0.22 μm微孔滤膜，供GC-MS/MS测定。

1.4 三重四级杆气质联用仪条件

1.4.1 气相色谱条件

色谱柱：SH-Rtx-Wax柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升温程序：初始温度40 ℃，保持3.5 min；然后以5 ℃/min的速率升温至60 ℃，保持3 min；再以20 ℃/min的速率升温至180 ℃，保持2.5 min；最后以20 ℃/min的速率升温至250 ℃，保持1 min。进样口温度220 ℃，色谱柱温度40 ℃，进样量1.0 μL，进样时间1.00 min，进样方式：不分流进样。

1.4.2 质谱条件

离子化方式：电子轰击离子源(electron impact ion source，EI)；离子源温度230 ℃；接口温度220 ℃；检测器电压：相对于调谐电压0.2 kV；扫描模式：质谱多反应监测(multiple reaction monitoring，MRM)；溶剂延迟时间3 min。12种碳九芳烃优化后的保留时间和MRM质谱参数见表1。

表1 12种碳九芳烃的保留时间和MRM质谱参数Table 1 Retention time and MRM mass parameters of 12 kinds of C9 aromatics

2 结果与讨论

2.1 MRM方法的建立

首先确定气相色谱和质谱的各个参数，然后创建Q3 SCAN全扫描方法，用Q3 SCAN全扫描方式测定12种碳九芳烃的混合标准溶液，得到其总离子流图(total ion chromatography，TIC)。根据TIC，选择m/z比和相对丰度较高的一级碎片为不同碳九芳烃的前体离子，并得到其保留时间。进一步根据已确定的前体离子，在3～45 V范围内间隔5 V设定不同的碰撞电压，进行产物离子扫描模式测定，通过MRM-Optimization-Tool表自动优化碰撞电压和离子对，最后利用Smart Database数据库建立12种碳九芳烃的MRM方法。12种碳九芳烃的TIC见图1，其质谱参数见表1。

图1 十二种碳九芳烃的总离子流图Fig.1 TIC of 12 kinds of C9 aromatics

2.2 提取溶剂的选择

对乙酸乙酯、正己烷、丙酮和正己烷∶丙酮(体积比7∶3)混合溶液共4种有机溶剂提取水产品中目标物的能力进行试验，如图2所示，在加标质量分数为0.2 mg/kg下，采用乙酸乙酯为提取溶剂的加标回收率在85%～110%，正己烷和正己烷∶丙酮(体积比7∶3)混合溶液回收率基本>120%，丙酮回收率基本<70%。这4种提取溶剂均能溶解碳九芳烃，但正己烷易挥发，使目标物的浓度增大，回收率变高，丙酮极性大，能更多地提取试样中的蛋白质等杂质，而对碳九芳烃的溶解度较差，导致其提取效果不如乙酸乙酯和正己烷，回收率较低，正己烷∶丙酮(体积比7∶3)混合溶液中正己烷的影响占主导，其回收率偏高，而乙酸乙酯相对不易挥发，且提取杂质少，其回收率满足碳九芳烃提取溶剂的要求。综上分析，选用乙酸乙酯作为最终的提取溶剂。

a-基质：鱿鱼；b-基质：姑鱼；c-基质：对虾图2 不同提取溶剂对12种碳九芳烃回收率的影响Fig.2 Effects of different extraction solvents on the recovery of 12 kinds of C9 aromatics

2.3 提取方式和提取时间的选择

分别采用超声和均质这2种提取方式，经过不同的提取时间，分析其对12种碳九芳烃回收率的影响，如图3所示。在加标质量分数为0.2 mg/kg下，超声5、15和30 min的回收率分别为68%～76%、73%～80%和81%～87%，均质2 min的回收率为82%～89%，回收率均较高，可见在一定范围内，随着超声时间的增加，其回收率逐渐增加，均质2 min和超声30 min的回收率基本相同，但所用时间明显更少。均质提取可以将试样充分打碎，起到降低试样尺度和提高目标物分布均匀性的作用，从而将目标物从试样中提取出来，该提取方法操作简单，效率高，可以充分地提取目标物。因此，选择均质提取作为本试验的提取方式，提取时间为2 min。

图3 不同提取方式和提取时间对12种碳九芳烃 回收率的影响Fig.3 Effects of different extraction methods and extraction time on the recovery of 12 kinds of C9 aromatics

2.4 净化吸附剂用量的选择

为了研究不同净化吸附剂用量对碳九芳烃回收率的影响，设定加入0.1 g PSA、1 g无水硫酸镁、1 g中性氧化铝，在维持另外2种吸附剂用量不变的条件下，分别调整PSA、无水硫酸镁和中性氧化铝的用量，得各吸附剂用量与12种碳九芳烃回收率的关系柱状图，如图4所示。在一定范围内，12种碳九芳烃回收率与中性氧化铝、无水硫酸镁、PSA的用量分别呈负相关、正相关、正相关，但回收率均在85%～120%，且各回收率之间相差不大。综合考虑目标物质的回收率、净化效果和耗材成本，折中选择加入的净化吸附剂用量为：0.1 g PSA、1 g无水硫酸镁、1 g中性氧化铝。

a-中性氧化铝；b-无水硫酸镁；c-PSA图4 不同净化吸附剂用量对12种碳九芳烃回收率的影响Fig.4 Effects of different dosage of purification adsorbent on the recovery of 12 kinds of C9 aromatics

2.5 线性方程、检出限和精密度

取大黄鱼空白试样5.0 g，配制成质量浓度分别为0.01、0.05、0.1、0.5和1 μg/mL的基质标准工作溶液，按照“1.3”和“1.4”所示方法进行测定，以质量浓度为横坐标(x)、峰面积为纵坐标(y)绘制标准工作曲线。12种碳九芳烃在质量浓度为0.01～1.0 μg/mL均呈良好的线性关系，相关系数均>0.999，再以3倍和10倍信噪比(S/N)为基准分别得到仪器检出限为0.124～2.502 μg/L、定量限为0.413～8.340 μg/L，再计算出方法检出限为0.248～5.004 μg/kg，如表2所示。

为验证该方法的精密度，选取3种空白水产品：大黄鱼、对虾、鱿鱼，分别加入相对于曲线最低浓度1、5、10和50倍浓度(即0.02，0.1，0.2和1 mg/kg)的4种质量分数的碳九芳烃混合标准溶液进行添加回收试验，按照“1.3”和“1.4”进行测定，每一浓度水平测定6次(n=6)，计算得到这3种水产品中12种碳九芳烃的平均回收率和相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)，如表3所示，平均回收率在75%～112%，RSD<6.7%。

表2 12种碳九芳烃的线性方程、相关系数(R2)、仪器检出限、定量限和方法检出限Table 2 Linear equations, correlation coefficients(R2), limits of instrument detection, limits of quantitation and limits of method detection of 12 kinds of C9 aromatics

表3 水产品中12种碳九芳烃的平均回收率和RSDTable 3 Average recoveries and RSD of 12 kinds of C9 aromatics in aquatic products

2.6 方法的应用

采用“1.3”和“1.4”的方法检测了海鲈鱼、白鲳鱼、鲍鱼、对虾、罗非鱼、龙舌鱼、鳗鱼等市场上常见的10种水产品试样的碳九芳烃，结果显示只有龙舌鱼检测出碳九芳烃，具体结果见表4，检测数值为间二甲苯70.510 μg/kg、对二甲苯29.410 μg/kg、苯乙烯631.980 μg/kg、邻二甲苯32.650 μg/kg和萘47.990 μg/kg，造成苯乙烯含量较高的原因可能是龙舌鱼食用了含有较多苯乙烯污染物的食物，并不断在生物体中累积。由此可见，市场上的大部分水产品未被碳九污染，但仍有一部分受到一定程度的污染，其污染源可能来自于炼油厂泄露和油轮漏油，说明保护环境依然任重道远。

表4 龙舌鱼中12种碳九芳烃的检测结果Table 4 Detection results of 12 kinds of C9 aromatics in sole fish

3 结论

本文建立了水产品中12种碳九芳烃的三重四级杆气质联用(GC-MS/MS)分析测定方法，该方法的线性、检出限、回收率、RSD等技术指标均满足检测方法的要求，能够准确地对水产品中的碳九芳烃进行定性定量检测，方法的建立为地标乃至国标的实施提供理论参考依据，填补了食品检测、环境检测、石油工业等行业中碳九芳烃检测市场的空白。