基于GC-MS/MS技术测定茶叶中18种多氯联苯*

苏晓明

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

茶在我国源远流长，被誉为世界三大重要加工饮品之一，深受国内外消费群体的青睐。随着茶产品的普及以及产量的日益增加，茶叶中的多氯联苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）等持久性有机污染物已成为当下不可忽视且亟需解决的重要问题[1,2]。

多氯联苯又称氯化联苯，在化学组成上联苯分子上的氢原子被氯原子取代而形成的氯代芳烃类混合[2]。2001年瑞典斯德哥尔摩通过了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，PCBs成为首批被列入该公约的受控物质之一[3]。PCBs难溶于水、易溶于有机溶剂，具有高毒性、积聚性、迁移性等特性，易在生物体内富集而产生生物放大效应，进入人体后会影响人体的发育、神经系统和免疫系统，对人体健康和生态系统具有严重的威胁[4]。目前，对于多氯联苯的研究主要针对水体、工业产品、土壤、沉积物等，而茶叶中PCBs残留量的分析却鲜有报道，因此开发高效、快速、准确的检测方法成为众多学者关注的重点。

目前PCBs的检测方法主要有气相色谱-电子捕获检测器法（GC-ECD）和气相色谱-质谱法（GCMS）[1,5]，前处理技术通常采用加速溶剂萃取、索氏提取等净化方法，由于PCBs化合物种类繁多、部分样品基质复杂，操作繁琐，易造成多氯联苯定性定量不准确。气相色谱-三重四级杆串联质谱法（gas chromatography-tandem mass spectrometry，GCMS/MS）[6]是近年来迅速发展的检测技术，它采用定时SRM数据采集功能，能同时完成组分分离和结构分析，具有准确可靠、分离效率高、分析速度快且能缩短检测周期、降低成本等优点。本研究以铁观音茶叶样品作为研究对象，首次将气相色谱-三重四级杆串联质谱技术应用于茶叶中18种PCBs的分析检测，为茶叶中PCBs的定量分析和快速监测、以及标准方法的制定提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 仪器、试剂与材料

试验所用主要仪器设备详见表1。

表1 实验仪器设备一览表

实验所用试剂与材料为：无水硫酸镁（分析纯，太仓沪试试剂有限公司）；正己烷（分析纯，经重蒸制得）；二氯甲烷（分析纯，经重蒸制得）；N-丙基乙二胺（PSA，粒度4μm，GL Sciences InC）；MIPs/SPE（CNWBOND ，1 g/10 mL，德国CNW公司）；多壁碳纳米管（MWCNTS，粒度5 nm，Agela Technologies）。

实验用水均为Milli-Q超纯水器纯化水。18种PCBs标准溶液质量浓度均为100μg/mL（购于美国Accustandard公司），基本信息详见表2。

1.2 实验条件

标准溶液及标准曲线配制：

标准中间液：取0.20 mL多氯联苯标准品混合物于10 mL容量瓶中，用正己烷定容至10 mL，充分摇匀，配制成18种PCBs标准中间液，-20 ℃冰箱中保存。

标准工作液：取2.50 mL标准中间液于10 mL容量瓶中，用正己烷定容至10 mL，充分摇匀，配制成0.50μg/mL的PCBs标准工作液；使用逐级稀释的方法，配制成浓度为0.001、0.002、0.01、0.05、0.5μg/mL的标准使用液，于4～8 ℃冰箱中保存待用。

1.3 样品前处理

1.3.1 样品提取

取2.00 g粉碎均匀的茶叶粉末，加入1.0 g无水Na2SO4，使用20 mL正己烷-丙酮（9:1，v/v）进行超声提取20 min，涡旋混匀，而后离心5 min，转速为10000 r/min，取上清液于试管中，氮吹浓缩近干，正己烷定容至1 mL，待净化。

1.3.2 提取液净化

提取液的净化采用CNWBOND分子印迹柱，依次用5 mL的二氯甲烷和正己烷对柱子进行活化，而后将待净化液转移至活化后的分子印迹柱中，待液面降至柱床时，用6 mL正己烷淋洗柱子，流出液用氮吹浓缩至约2 mL后加入QuEchERS净化包（0.15 g MWCNTS、0.15 g PSA、0.15 g无水硫酸镁），搅拌均匀，而后离心5 min，转速为10000 r/min。再用6 mL二氯甲烷洗脱上述分子印迹柱，收集洗脱液与QuEchERS净化后溶液合并混匀，氮吹浓缩近干，最后用正己烷定容至2.0 mL，过0.22 μm滤膜上机测试。

1.4 气相色谱-三重四级杆串联质谱条件

1.4.1 色谱条件

色谱柱：DB-5ms（30 m×250 μm×0.25 μm）；进样方式：不分流进样；色谱柱流量：1.0 mL/min；压力（恒压）：8.0013 psi；进样口温度：250 ℃；载气：氦气（纯度＞99.999%）；进样量：1.0 μL。

1.4.2 质谱条件

离子源：电子轰击离子源（EI）；碰撞气：氮气（纯度＞99.999%）；离子源温度：280 ℃；数据采集模式：MRM；传输线温度：290 ℃；电离能量：70 eV ；溶剂延迟时间：4 min；18种PCBs的MS/MS分析参数见表3。

表3 18种PCBs的保留时间、离子对信息和碰撞电压

2 结果与讨论

2.1 前处理条件的优化

2.1.1 提取溶剂

为确定最佳的提取溶剂，以铁观音茶叶为基质，在0.05 mg/kg的加标水平下系统考查正己烷、甲苯、二氯甲烷、正己烷-丙酮（9∶1，v/v）和正己烷-丙酮（1∶1，v/v）5种提取剂对18种PCBs目标物提取效果的影响。

实验结果（表4）表明，对于单一提取剂，正己烷相对其他两种提取剂具有更高的提取率；对于混合提取剂，正己烷-丙酮（9∶1，v/v）、正己烷-丙酮（1∶1，v/v）二者的平均回收率相差不大，但均优于直接采用正己烷时的提取效果。由于正己烷-丙酮（1∶1，v/v）萃取液中含有大量色素类杂质，因此，选择正己烷-丙酮（9∶1，v/v）混合液作为本试验的提取剂。

表4 提取溶剂对18种PCBs 回收率的影响

2.1.2 提取方式

本实验以铁观音样品为基质，采用超声提取法进行前处理，考察不同超声提取时间（5、10、20、30 min）对目标回收率的差异。结果表明，超声提取时间由5 min增加至10、20、30 min时，18种多氯联苯的回收率逐渐增大。超声时间为10 min时，18种PCBs的回收率介于56%～75%之间；超声时间为20 min时增加至90%～103%，超声时间为30 min时，回收率介于88%～106%之间，该回收率与超声20 min所得结果并无较大差异，故20 min为最优超声提取时间。

此外，在上述实验的基础也比较了不同超声温度（60、70、80、90、100 ℃）下，铁观音样品的加标回收率。结果如图1所示，超声温度为70 ℃和80 ℃时，部分高沸点PCBs的回收率相对较；超声温度为100 ℃和90 ℃时，大部分多氯联苯的回收率相对较高，因此本试验最终选取100 ℃的超声处理温度。

图1 超声温度对18种PCBs 回收率的影响

2.1.3 QuEchERs净化条件

为保证仪器检测结果的准确性，需使用净化剂去除样品中的色素、儿茶素、茶多酚等干扰杂质。常用的净化剂有C18、PSA[7]、MWCNTS[8]、Florisil[9]等，其中C18能吸附非极性物质，去除少量色素、甾醇和脂肪等物质；PSA能去除样品中的有机酸、茶多酚和儿茶素类物质；MWCNTS对色素的吸附效果最佳，而采用其他净化填料净化后，溶液均有一定颜色。因此本试验选择PSA、C18、MWCNTS为净化剂，按照1.3节条件处理铁观音样品，考察了0.20 mg/kg水平加标浓度下的净化效果，实验结果发现，单独采用C18净化剂时，PCB28、PCB52两个化合物的吸附比较严重，不予采用。

为保证18种多氯联苯的回收率以及净化效果，对吸附剂的用量进行探究。在上述实验的基础上，实验将PSA、MWCNTS混合使用，以加标水平为0.20 mg/kg的铁观音为基质，考察吸附剂用量（0.10 g PSA+0.10 g MWCNTS、0.10 g PSA+0.15 g MWCNTS、0.15 g PSA+0.10 g MWCNTS、0.15 g PSA+0.15 g MWCNTS）对18种PCBs回收率的影响。结果如图2所示，当以0.15 g PSA+0.15 g MWCNTS为净化剂时，18种多氯联苯的回收率在85.4%～105.3%之间，净化效果最佳。

图2 不同的净化剂用量对18种PCBs 回收率的影响

2.2 仪器测试参数

2.2.1 初始柱温、升温速率优化的选择

由于多氯联苯分子中的氢原子被氯原子取代的方式及数目不同，理化性质尤其是沸点跨度大，色谱峰形和响应状况差异明显。过低的初始柱温，将使低沸点组分出峰过迟，峰形拖尾，从而影响之后的组分出峰；程序升温速度太慢，沸点高的组分出峰容易延迟，峰形扩展严重。

实验采用DB-5ms色谱柱，通过下列两组条件（均为程序升温），考察升温程序对样品色谱分离的影响。条件A：初始温度60 ℃，保持1 min，而后以40 ℃/min升温至170 ℃，保持1 min；最后以10 ℃/min升温到310 ℃，保持5 min。条件B：初始温度为40 ℃，保持5 min，以40 ℃/min升温至180 ℃，保持1 min；最后以15 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。条件A和条件B两者均得到良好的分离度，但色谱峰的峰型、峰高响应值存在较明显的差异，而条件A得到的色谱峰型、峰高响应明显优于条件B，因此本实验采用条件A作为试验的色谱条件。

2.2.2 气相色谱质谱条件的优化

为获得质量数较大、丰度较高的特征离子来作为目标离子的母离子，需将目标化合物进行全扫描。MRM模式相比于SIM模式具有灵敏度高、专属性好、抗干扰能力强等特点，是目前最灵敏的MS模式，尤其适用于持久性有机污染物的检测，且MRM模式能够有效提高多种多氯联苯的分辨率，而SIM模式中存在相同的扫描离子，这对于多种持久性有机污染物的定性/定量检测带来困扰，因此本研究采用MRM采集模式。

在2.2.1优化的色谱条件下，采用GC-MS/MS全扫描方式，对目标化合物进行分析，18种PCBs均得到了良好的分离，其总离子流色谱图如图3所示。

图3 18种PCBs混合标准溶液的总离子流图

2.2.3 基质效应

对于痕量检测来说，基质效应是定量分析中必须考虑的问题。样品溶液中其他组分改变了目标物的响应值，从而达到基质抑制或增强的效应称为基质效应[2]。评定基质抑制或增强的主要因素为基质匹配标准曲线斜率和纯溶剂标准曲线斜率的比值。当比值小于0.9时，为基质抑制效应；当比值介于0.9～1.1之间时，基质效应可以忽略；当比值大于1.1时，为基质增强效应[10]。以空白铁观音样品来探究茶叶中PCBs的基质效应（见表5），其中化合物PCB-189表现出一定程度的基质增强效应，其余组分的斜率比在0.93～1.09之间，基质效应可忽略。因此试验采用基质匹配标准曲线进行定量，可补偿基质效应对试验结果的影响。

2.3 方法评价

2.3.1 线性范围、检出限和定量限

选取已知空白铁观音样品采用1.3节的方法进行处理，制得基质提取液后，用逐级稀释的方法制备与1.2节浓度一致的基质标准系列溶液，分别测定。以每种PCBs的定量离子对的峰面积（y）为纵坐标，质量浓度（x，μg/L）为横坐标绘制标准曲线，结果见表5。检测结果显示样品中的PCBs在各自线性范围内均呈良好的线性关系，相关系数R2≥0.999，检出限为0.1～0.7μg/kg，定量限为0.4～2.3μg/kg，满足分析需求。

表5 18种多氯联苯的线性关系、检出限、定量限和基质效应

2.3.2 回收率及精密度

以铁观音茶叶为基质，在探索最佳的试验条件下进行加标回收试验，添加水平为低、中、高（10、100、500 mg/kg）3个水平浓度，每个水平重复测定6次（实验结果见表6）。18种PCBs在3个不同加标水平下的回收率为83.9%～104.3%，相对标准偏差RSD为0.3%～4.1%，表明该方法满足分析要求，适用于茶叶中18种PCBs的定量分析。

表6 铁观音在不同加标水平下18种PCBs的回收率和精密度

2.4 实际样品检测

本研究选取网售及市售的38个茶叶样品，按照前述优化后的方法对18种PCBs进行的测定，所有样品均未检出（低于检测限），表明铁观音茶叶样品中多氯联残留的风险相对较低。

3 结论

本研究通过优化气相色谱、质谱等测试参数建立一种茶叶中18种PCBs的GC-MS/MS法。与传统的气相色谱法、气相色谱质谱法相比，该方法具有灵敏度高、定量准确、操作简便、分析成本低等特点，能满足检验部门对茶叶中18种PCBs残留量的快速测定需求，对增强我省茶叶综合竞争力以及方法标准创新工作具有十分重要的意义。