劉芷彤，張 兵，王雯雯，劉國(guó)瑞，3，高麗榮，鄭明輝＊

（1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2.安捷倫科技（中國(guó)）有限公司，北京 100102；3.香港浸會(huì)大學(xué)化學(xué)系，香港九龍?zhí)粒?/p>

在20世紀(jì)80年代以前，多氯萘（PCNs）作為工業(yè)化學(xué)品批量生產(chǎn)并主要用于電力行業(yè)，如曾用作電容器或變壓器中的絕緣油、電纜絕緣體和阻燃劑等。除歷史上工業(yè)生產(chǎn)的PCNs外，在垃圾焚燒、金屬冶煉和化工生產(chǎn)等過程中還會(huì)無意產(chǎn)生PCNs［1-4］。PCNs是一類持久性有機(jī)污染物，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與二惡英類物質(zhì)相似，可在環(huán)境中持久存在，并可通過食物鏈的傳遞放大而最終對(duì)人類健康構(gòu)成潛在危害。由于其對(duì)全球環(huán)境和人類健康的潛在危害，近年來有關(guān)環(huán)境中PCNs的污染來源、環(huán)境水平及其環(huán)境行為的相關(guān)研究已成為環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。環(huán)境介質(zhì)中PCNs的含量通常處于超痕量水平，并且能夠用于定性、定量的PCNs同類物的標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)量有限，因此，對(duì)PCNs的準(zhǔn)確定性和定量分析仍是環(huán)境分析領(lǐng)域的難點(diǎn)。

早期PCNs的檢測(cè)大多采用氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器（GC-ECD）［5］。近年來隨著分析儀器的快速發(fā)展，PCNs的分析方法也得到了很大的改進(jìn)，氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)成為PCNs分析常用的技術(shù)手段［6-9］，電子捕獲負(fù)化學(xué)電離源（ECNI）的使用也較大地提高了高氯代同類物的響應(yīng)，但對(duì)于低氯代同類物的響應(yīng)卻比較低。高分辨氣相色譜／高分辨質(zhì)譜聯(lián)用（HRGC／HRMS）因其兼具色譜的高分離度和質(zhì)譜的高分辨能力，已成為環(huán)境樣品中痕量有機(jī)污染物準(zhǔn)確定性和定量的優(yōu)選技術(shù)，目前已在空氣［10］、土壤［11，12］、沉積物［13，14］和生 物［15，16］等環(huán) 境樣品PCNs分析中廣泛應(yīng)用。然而，高分辨氣相色譜／高分辨質(zhì)譜儀的購(gòu)置和維護(hù)成本昂貴，操作復(fù)雜，對(duì)儀器使用人員要求較高，僅依賴于高分辨氣相色譜／高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行PCNs分析將在很大程度上限制PCNs相關(guān)研究的進(jìn)展。

近年來，氣相色譜／三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)（GC-MS／MS）發(fā)展較快，已在環(huán)境樣品痕量持久性有機(jī)污染物的分析研究中有所應(yīng)用［17，18］，但目前還沒有GC-MS／MS分析環(huán)境中PCNs的相關(guān)研究報(bào)道。本研究針對(duì)在環(huán)境中普遍存在且毒性較大的20種PCNs同類物，采用穩(wěn)定同位素標(biāo)記的PCNs同類物作為內(nèi)標(biāo)，建立了同位素稀釋GC-MS／MS分析方法。該方法操作簡(jiǎn)便、靈敏度高，能夠滿足環(huán)境樣品中痕量PCNs的定性和定量分析需求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890氣相色譜與7000B質(zhì)譜聯(lián)用（美國(guó)Agilent公司）；雙Trace GC Ultra氣相色譜儀和DFS高分辨質(zhì)譜儀（美國(guó)ThermoFisher Scientific公司）；ASE加速溶劑提取儀（美國(guó)ThermoFisher公司）；氮吹濃縮儀（美國(guó)Organomation公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士BUCHI公司）；冷凍干燥機(jī)（中國(guó)北京松源華興科技發(fā)展有限公司）。甲苯、丙酮、二氯甲烷及正己烷（農(nóng)殘級(jí)，美國(guó)J.T.Baker公司）；濃H2SO4（優(yōu)級(jí)純）；無水Na2SO4（優(yōu)級(jí)純）?；罨枘z（100～200目，青島海洋化工廠分廠）；堿性氧化鋁（優(yōu)級(jí)純，100～200目，上海五四化學(xué)試劑廠）；硝酸銀（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

PCNs混合標(biāo)準(zhǔn)品（ECN-5178含CN-27、42、52、67、73、75等同類物）、單標(biāo)準(zhǔn)品（ECN-2630含CN-13，ECN-2653含 CN-54，ECN-2665含 CN-70）和13C同位素標(biāo)記的PCNs標(biāo)準(zhǔn)品（ECN-5102、5260）均購(gòu)自美國(guó)Cambridge公司（Cambridge Isotope Laboratories，Andover，USA），PCNMXA和PCN-MXC混合標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自Wellington公司（Wellington Laboratories，Guelph，Canada）。

1.2 樣品前處理過程

對(duì)底泥和煙道氣實(shí)際樣品中PCNs進(jìn)行儀器檢測(cè)前需對(duì)樣品進(jìn)行前處理，本課題組在前期的研究中已建立了成熟的樣品前處理技術(shù)［3，19］，簡(jiǎn)要的樣品前處理流程如下所述。

底泥樣品冷凍干燥48h以上，于研缽中研磨均勻。稱取10g樣品與一定比例的硅藻土混合，加入ECN-5102內(nèi)標(biāo)溶液平衡12h，然后用ASE儀進(jìn)行提取。提取液濃縮后依次過酸性硅膠柱、復(fù)合硅膠柱和堿性氧化鋁柱凈化，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用氮吹濃縮至約40μL，加入ECN-5260回收內(nèi)標(biāo)溶液，待檢測(cè)。

煙道氣樣品中加入ECN-5102內(nèi)標(biāo)溶液平衡6 h，然后用甲苯進(jìn)行索氏提取，將提取液依次過酸性硅膠柱、復(fù)合硅膠柱和堿性氧化鋁柱凈化，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后氮吹濃縮至約40μL，最后加入ECN-5260回收內(nèi)標(biāo)溶液，待儀器檢測(cè)。

1.3 色譜／質(zhì)譜條件

GC條件:使用氣相色譜／三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀進(jìn)行PCNs的定性和定量分析。色譜柱:DB-5MS（60m×0.25mm×0.25μm，美國(guó) Agilent公司）。進(jìn)樣口溫度:280℃；進(jìn)樣方式:多模式進(jìn)樣口（MMI），不分流；進(jìn)樣體積:1μL。恒流模式，柱流量:1.0mL／min。升溫程序:初始溫度100℃，保持1min，以20℃／min升溫至180℃并保持1min，再以2℃／min升溫至290℃，以10℃／min升溫至300℃并保持8min。碰撞氣流速:氦氣2.25 mL／min，氮?dú)?.5mL／min。

MS／MS條件:電子轟擊離子源，正離子掃描模式（EI＋）；電離能量:70eV；多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）方式；離子源溫度:230℃；四極桿溫度:150℃；使用自動(dòng)增益控制，EMV（electron multiplier voltage）增益:15。其他 MRM參數(shù)見表1。儀器控制和數(shù)據(jù)分析軟件為MassHunter（Agilent）軟件。

HRGC／HRMS的操作條件和設(shè)置:GC進(jìn)樣口溫度260℃，載氣流速1mL／min。程序升溫條件:80℃保持2min；以20℃／min升到180℃，保持1 min；以2.5℃／min升到280℃；再以10℃／min升到290℃，保持5min。離子源溫度270℃；電子能量45eV；吸極電流600mA；光電倍增器電壓350 V；傳輸線溫度290℃；參比選用高沸點(diǎn)FC43，調(diào)諧質(zhì)譜分辨率≥10000；質(zhì)譜掃描方式為選擇離子（SIM）模式。儀器控制軟件為Xcalibur，數(shù)據(jù)分析軟件為Targetquan Quanlab Quantification，均為美國(guó)ThermoFisher公司產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜／質(zhì)譜參數(shù)的優(yōu)化

本研究通過對(duì)色譜條件的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了PCNs同類物的基線分離（如圖1所示）?？梢钥闯?圖1中基線較低，噪聲干擾小。

圖1 21種PCNs的總離子流色譜圖Fig.1 GC／MS total ion chromatogram for a mixture of the 21individual PCN congeners CN64:13C-labeled congener.

質(zhì)譜參數(shù)的優(yōu)化:首先進(jìn)行全掃描，選擇豐度高的特征離子作為母離子。其次，運(yùn)行子離子掃描方式，在不同碰撞電壓下所得子離子響應(yīng)強(qiáng)度不同。為了使化合物的響應(yīng)值最大，需要選擇響應(yīng)最強(qiáng)的兩對(duì)母離子和子離子，因此，在確定母離子的同時(shí)，也考慮了相應(yīng)子離子的響應(yīng)情況。結(jié)果表明，當(dāng)母離子丟失1或2個(gè)35Cl后，所得子離子的豐度最高。經(jīng)過六極桿碰撞反應(yīng)池，母離子與子離子的質(zhì)量差為35或70、72，可以初步推斷，母離子主要特征丟失1或2個(gè)35Cl或者37Cl。

設(shè)定不同碰撞電壓運(yùn)行序列（5～60eV，以5 eV為單位增加），優(yōu)化碰撞電壓使得每個(gè)子離子的響應(yīng)值達(dá)到最大，在優(yōu)化后的MRM模式下，每個(gè)目標(biāo)化合物有兩對(duì)對(duì)應(yīng)的母離子和子離子。從同一化合物所得的兩對(duì)母離子和子離子中選擇響應(yīng)值最大的一對(duì)為定量離子，另一對(duì)為定性離子，其定量和定性離子對(duì)均有良好的響應(yīng)值。主要的檢測(cè)離子和質(zhì)譜參數(shù)如表1所示。

2.2 方法驗(yàn)證

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

用 ECN-MXA、ECN-MXC、ECN-5178、ECN-2630／2665／2653、ECN-5102、ECN-5260配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液中共有27種PCNs同類物（含有7種標(biāo)記的13C10-PCNs同類物）。配制7個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液（CS1～CS7）（見表2），運(yùn)用所建立的GCMS／MS方法對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定并建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。圖2以八氯萘（OCN）同類物為代表，表示了PCNs同類物的MRM色譜圖和質(zhì)譜譜圖。OCN同類物的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y＝1.028460 X（R2＝0.9995）（Y為相對(duì)響應(yīng)，X為相對(duì)濃度）。

表1 MRM模式下MS／MS測(cè)定PCNs的主要參數(shù)Table 1 Main parameters optimized for MS／MS analysis of polychlorinated naphthalenes（PCNs）in MRM mode

表2 建立標(biāo)準(zhǔn)曲線用溶液PCN-CS的組成和質(zhì)量濃度Table 2 Compositions and concentration of PCN solutions for calibration curves

圖2 MRM模式下OCN的（a）色譜圖和（b）質(zhì)譜圖Fig.2 （a）Chromatogram and（b）spectrum of OCN in MRM mode

2.2.2 檢出限與相對(duì)響應(yīng)因子

利用所得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)算20種PCNs同類物的平均相對(duì)響應(yīng)因子（RRF），結(jié)果見表3。結(jié)果表明20種PCNs同類物的平均RRF的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于13%，校正曲線在0.5～200 μg／L范圍內(nèi)顯示良好線性，線性相關(guān)系數(shù)R2均大于0.99。

配制接近方法檢出限（LOD）的標(biāo)準(zhǔn)樣品，重復(fù)進(jìn)樣7次，參照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）的分析檢出限導(dǎo)則，計(jì)算得出LOD。如表3所示，20種PCNs同類物的LOD為0.04～0.48μg／L（見表3），可以滿足環(huán)境樣品中PCNs痕量分析的需求。

表3 三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的PCNs同類物的相對(duì)響應(yīng)因子（RRF）、檢出限和定量限Table 3 Average relative response factors（RRFs）for individual congener，their LODs and LOQs by GC-MS／MS

2.2.3 基質(zhì)加標(biāo)回收率和精密度

用PCNs含量較低的土壤作為空白基質(zhì)，添加含有20種不同濃度的PCNs標(biāo)準(zhǔn)溶液使之達(dá)到1 μg／kg和2μg／kg，混合均勻后靜置過夜，按前述方法對(duì)樣品進(jìn)行前處理，得到基質(zhì)加標(biāo)樣品。每個(gè)濃度水平重復(fù)測(cè)定5次，樣品基質(zhì)加標(biāo)回收率為45.2%～87.9%，精密度（RSD）為0.4%～21.2%。

2.3 實(shí)際樣品分析和方法驗(yàn)證

將建立的同位素稀釋氣相色譜／三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法應(yīng)用于河流沉積物和煙道氣樣品進(jìn)行PCNs檢測(cè)，樣品前處理過程如前所述。

為了檢驗(yàn)方法的可靠性，將此方法對(duì)樣品中20種PCNs目標(biāo)同類物的檢測(cè)結(jié)果和采用HRGC／HRMS方法的檢測(cè)結(jié)果相比較（見表4），可以看出:兩種方法的檢測(cè)數(shù)據(jù)比較吻合，兩種方法的檢測(cè)結(jié)果的RSD在0.5%～41.4%范圍內(nèi)。表明該研究建立的PCNs分析方法具有較高的可信度，可用于環(huán)境樣品中PCNs的檢測(cè)。

表4 GC-MS／MS與HRGC／HRMS對(duì)環(huán)境樣品中PCNs分析結(jié)果的比較Table 4 Comparison of PCN concentrations in environmental samples analyzed by GC-MS／MS and HRGC／HRMS

3 結(jié)論

本研究建立了對(duì)20種高毒性、高關(guān)注的PCNs同類物的同位素稀釋氣相色譜／三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜的分析方法，以河流底泥和再生鋁廠冶煉排放的煙道氣為實(shí)際樣品，將該方法的測(cè)定結(jié)果與HRGC／HRMS方法的測(cè)得結(jié)果進(jìn)行了比較。比較結(jié)果證實(shí)該方法具有很好的靈敏度和準(zhǔn)確度，適用于環(huán)境介質(zhì)中PCNs的痕量分析。

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