寇立娟， 梁榮寧

(1.中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點實驗室，山東省海岸帶環(huán)境過程重點實驗室，中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，山東煙臺264003;2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

四溴雙酚A(tetrabromobisphenol A，TBBPA)是全球使用最廣泛的溴化阻燃劑，全球每年產(chǎn)量大約為1.2×105t，主要應(yīng)用于電子線路板及電子產(chǎn)品中的塑料高聚物中［1］;雙酚A(bisphenol A，BPA)作為重要的有機化工原料，主要用于生產(chǎn)聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂及聚砜樹脂等多種高分子材料［2］。二者化學(xué)性質(zhì)非常相似，被認(rèn)為是一類潛在的環(huán)境激素，有研究表明它們可擾亂動物體正常的內(nèi)分泌系統(tǒng)，并具有致畸、致癌和致突變的作用，目前這類化合物已成為環(huán)境/健康領(lǐng)域研究的熱點［3，4］。在應(yīng)用過程中它們均以共價鍵鍵合形式存在，但酸、堿、熱條件可破壞共價酯鍵使其緩慢釋放到環(huán)境中，并且TBBPA在環(huán)境條件下可以降解為BPA［5］(二者結(jié)構(gòu)式見圖1)?，F(xiàn)已有研究顯示 TBBPA和BPA在全球多種環(huán)境介質(zhì)中被廣泛檢出［6-9］。因此建立快速、準(zhǔn)確、靈敏高效的TBBPA和BPA分析方法尤為重要。

圖1 TBBPA和BPA的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structures of tetrabromobisphenol A(TBBPA)and bisphenol A(BPA)

目前，TBBPA和BPA類環(huán)境污染物質(zhì)殘留檢測方法主要有高效液相色譜法(HPLC)、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)［5，9，10］。其中 GC-MS 需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的衍生化處理［5］;而 LC-MS/MS可直接對環(huán)境樣品中TBBPA和BPA進(jìn)行定性和定量檢測，且具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、分析快速等優(yōu)點，是目前應(yīng)用較多的酚類環(huán)境激素檢測方法。然而，由于酚類環(huán)境激素化合物在環(huán)境水體中的殘留濃度低，且水體中干擾物較多，因此需要對樣品進(jìn)行富集和濃縮。固相萃取(solid-phase extraction，SPE)技術(shù)具有富集效率高、使用溶劑少、操作簡單、快速以及可有效消除樣品的基體效應(yīng)等優(yōu)點，已被廣泛用于TBBPA和 BPA 檢測的樣品前處理中［7，11］。

固相萃取吸附劑是影響固相萃取效果的關(guān)鍵因素，常見的吸附劑填料為硅膠、C8以及C18等。利用這類材料的強疏水性，已發(fā)展了眾多固相萃取方法用于水體中 TBBPA 和 BPA 的富集與分離［8，11］，但這種方法對水相中的大多數(shù)有機物有保留作用。分子印跡聚合物(MIPs)是人工合成的一種聚合物微球，其對特定分子具有特異選擇性，已被廣泛用作固相萃取吸附劑［12，13］。然而，MIPs的合成主要是基于模板分子和功能單體之間的氫鍵作用，因此主要應(yīng)用在有機溶劑提取液中待測物質(zhì)的富集，在水相環(huán)境中直接應(yīng)用受到很大限制。新型納米材料由于具有比表面積大和吸附能力強等特點，其作為固相萃取吸附劑引起了越來越多的關(guān)注。磁性納米粒子依靠靜電作用力可吸附BPA，已被用作固相萃取劑富集牛奶中的BPA［14］，但pH可干擾兩者之間的靜電作用力從而影響固相萃取效果。多壁碳納米管(MWCNT)是一種以碳為基礎(chǔ)的納米材料，具有多孔的疏水表面和離域大π電子系，可以非共價吸附芳香類化合物，且不受氫鍵和pH干擾，是一種理想的固相萃取吸附劑，已成功應(yīng)用于水體中多環(huán)芳烴、有機農(nóng)藥和磺胺類藥物等污染物質(zhì)的富集與分離［15-17］。然而，關(guān)于 MWCNT和足球烯 C60對有機酚酸類小分子的富集效率的比較還未見報道。本研究比較了MWCNT、羧基功能化多壁碳納米管(COOH-MWCNT)和C60作為固相萃取劑對TBBPA和BPA的富集效率，并采用COOH-MWCNT作為固相萃取劑，結(jié)合HPLC-MS/MS技術(shù)，建立了環(huán)境水體中TBBPA和BPA的分離分析方法，并將其應(yīng)用于實際樣品的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

TSQ Quantum Access MAX三重四極桿LCMS儀(美國ThermoFisher公司);固相萃取儀(美國Supelco公司);Pall超純水儀(美國Pall公司);氮吹儀(天津奧特賽恩斯儀器有限公司)。

TBBPA(純度99%)和BPA(純度99%)購自美國Sigma Aldrich公司。甲醇(色譜純)和乙腈(色譜純)購自德國CNW有限公司。其他所用試劑均為分析純，購自上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。MWCNT(純度﹥95%，直徑﹤8 nm;長度0.5～2 μm)、COOH-MWCNT(純度﹥95%，直徑﹤8 nm;長度0.5～2 μm;羧基化率3.86%)和 C60(純度98%)購自南京吉倉納米科技有限公司。0.45 μm玻璃纖維濾膜、有機相針式過濾器和固相萃取小柱(Polypro，3 mL)購自上海安譜科學(xué)儀器有限公司。

1.2 溶液的配制

用乙腈配制100 mg/L的TBBPA和BPA混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，固相萃取條件考察時用純水逐級稀釋至所需濃度，LC-MS/MS定量分析時用乙腈逐級稀釋至所用濃度。

1.3 樣品前處理

分別準(zhǔn)確稱取 60.0 mg MWCNT、C60或COOH-MWCNT，裝填在兩端有篩板的聚丙烯固相萃取小柱中。SPE小柱依次經(jīng)過3 mL甲醇和3 mL純水活化平衡，10 mL水樣或加標(biāo)樣品以1 mL/min的速度通過SPE柱富集，然后采用3 mL超純水淋洗殘留在SPE柱上的離子及強極性的干擾物質(zhì)，最后用6 mL乙酸乙酯洗脫目標(biāo)物質(zhì);洗脫液經(jīng)氮氣吹至干，再用乙腈定容至0.2 mL，過0.45 μm 濾膜，待LC-MS/MS分析。

1.4 LC-MS/MS 條件

LC條件:色譜柱為Thermo Scientific Hypersil C18(150 mm ×4.6 mm，3 μm);柱溫為40 ℃;流動相為乙腈/水(8∶2，v/v);流速為1.0 mL/min;進(jìn)樣量為 10 μL。

MS/MS條件:離子源為加熱電噴霧電離源(HESI)，負(fù)離子模式;蒸發(fā)溫度為120℃;噴霧電壓為3.0 kV;離子傳輸管溫度為275℃;碰撞氣為氬氣。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 TBBPA和BPA的質(zhì)譜采集參數(shù)Table 1 MS/MS parameters of TBBPA and BPA

2 結(jié)果與討論

2.1 LC-MS/MS條件的優(yōu)化

考察了1.0 mg/L的TBBPA和BPA混合標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同乙腈-水體系下的分離效果。結(jié)果表明，采用乙腈-水作為流動相時，TBBPA和BPA的分離效果與以乙腈-水(含0.1%(v/v)甲酸)為流動相基本一致;并且隨乙腈含量升高，分離效果變差。綜合兩種化合物質(zhì)譜響應(yīng)的離子強度和峰形，最終確定以乙腈-水(8∶2，v/v)作為LC的流動相。TBBPA和BPA的總離子流圖顯示:TBBPA和BPA的保留時間分別為1.98 min和3.08 min(見圖2)。此外，還分別考察了TBBPA和BPA在正、負(fù)離子模式下的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在負(fù)離子模式下響應(yīng)較好;同時優(yōu)化了碰撞電壓、錐孔電壓等質(zhì)譜條件，采用多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式，選擇豐度最高的子離子作為定量離子，其次的子離子作為定性離子(見表1)。

圖2 TBBPA和BPA的總離子流圖和MRM圖Fig.2 Total ion chromatogram and MRM chromatograms of a mixed solution of TBBPA and BPA standards

2.2 固相萃取條件的優(yōu)化

首先考察了MWCNT、C60和COOH-MWCNT 3種固相萃取柱對TBBPA和BPA的吸附效率，當(dāng)樣品中添加水平為1 mg/L、上樣量為10 mL水溶液時，MWCNT和 COOH-MWCNT幾乎全部保留了TBBPA和BPA，而C60吸附了約95%的TBBPA，但僅保留了約50%的BPA(見圖3)，這主要是因為碳納米管材料具有由眾多碳原子六元環(huán)組成的大共軛平面結(jié)構(gòu)，與TBBPA和BPA的π-π作用力較強;而C60每面僅有一個碳原子六元環(huán)或五元環(huán)，和BPA形成的π-π作用力較弱，故對其保留性差，有報道指出C60對苯酚類化合物的吸附效率不超過55%［18］;C60對TBBPA的吸附效率高于BPA，可能是由于TBBPA苯環(huán)上含有4個溴原子，它又具有未共用的p電子，與苯環(huán)形成了p-π共軛，使其和C60之間的非共價作用加強而達(dá)到較好的保留效果。

圖3 不同碳材料對TBBPA和BPA的固相萃取吸附效率Fig.3 Adsorption efficiencies of TBBPA and BPA on three different carbon materials

選擇MWCNT和COOH-MWCNT作為固相萃取劑，考察了不同洗脫溶劑對TBBPA和BPA的洗脫效果。結(jié)果顯示:乙酸乙酯的洗脫效果優(yōu)于乙腈和甲醇;當(dāng)COOH-MWCNT作為SPE吸附劑時，用6 mL乙酸乙酯洗脫可獲得滿意的回收率;而相同情況下MWCNT固相萃取對TBBPA和BPA的回收率分別為50%和80%左右(見圖4)，這可能因為碳納米管表面羧基化后，目標(biāo)物和納米管表面的π-π作用減弱，雖然目標(biāo)物和碳納米管表面的羧基基團(tuán)還存在氫鍵作用，但整體作用力要小于未修飾的碳納米管，因此以COOH-MWCNT作固相萃取劑時目標(biāo)化合物較容易被洗脫。此外，TBBPA較BPA需用更多的洗脫溶劑才能獲得滿意的回收率，這主要是由于TBBPA和碳納米管之間強π-π作用所致。綜合以上考慮，采用COOH-MWCNT作為SPE吸附劑，用6 mL乙酸乙酯作為洗脫劑。

2.3 分析方法的評價

分別用乙腈配制質(zhì)量濃度為0.02、0.05、0.1、0.5和1.0 mg/L系列濃度的TBBPA和BPA混合標(biāo)準(zhǔn)溶液并進(jìn)行LC-MS/MS測定。以定量離子的峰面積作為縱坐標(biāo)，目標(biāo)物的質(zhì)量濃度作為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，并計算相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明，TBBPA和BPA在0.02～1.0 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好(r2≥0.99)，空白樣品中S/N=3時，本方法可最低檢出環(huán)境水樣中TBBPA和BPA的質(zhì)量濃度分別為0.04 μg/L 和 0.2 μg/L。

圖4 洗脫劑種類及用量對TBBPA和BPA回收率的影響Fig.4 Effects of types and amounts of elution solvent on the recoveries of TBBPA and BPA

為了進(jìn)一步驗證方法的準(zhǔn)確度和可靠性，用湖水和海水樣品進(jìn)行添加回收率和精密度試驗。樣品中TBBPA和BPA的添加濃度分別為5.0和20.0 μg/L，每個濃度平行進(jìn)行3次試驗，結(jié)果顯示，TBBPA和BPA的加標(biāo)回收率分別為82%～89%和90%～99%，精密度(RSD)小于5.0%(見表2)，說明該方法準(zhǔn)確、可靠。

表2 環(huán)境水體樣品中TBBPA和BPA的添加回收率Table 2 Recoveries of TBBPA and BPA spiked in environmental water samples

2.4 方法的應(yīng)用

環(huán)境水樣品采自當(dāng)?shù)啬乘畮旌徒?，?jīng)0.45 μm玻璃纖維濾膜過濾后放在棕色樣品瓶備用。由于環(huán)境水體如湖水和海水中鹽含量較高，因此，在實際樣品前處理過程中，上樣后采用純水淋洗除去高濃度鹽及強極性物質(zhì)，降低了質(zhì)譜檢測的基質(zhì)效應(yīng)。將建立的方法應(yīng)用于當(dāng)?shù)睾徒：Ｋ蠺BBPA和BPA的檢測，分別測試了不同地點的4個樣品，其中在1個海水樣品中檢出TBBPA，其濃度為0.051 μg/L，其余樣品均未檢出目標(biāo)污染物。

3 結(jié)論

本研究考察了不同的碳材料作固相萃取劑對TBBPA和BPA的吸附效率，建立了羧基化多壁碳納米管固相萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測環(huán)境水體中TBBPA和BPA的分析方法。實際應(yīng)用時可用純水淋洗除去環(huán)境水體中高濃度鹽及強極性干擾物質(zhì)。該方法線性范圍良好，檢測靈敏度低，回收率和精密度高，可以滿足環(huán)境樣品分析的要求。

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