劉 慶，賀德春，許振成，李 杰，張素坤，潘 浪

1.蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070

2.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655

全氟化合物(PFCs)是指氫原子完全被氟取代的直鏈或支鏈碳?xì)浠衔?，碳氟鍵的巨大鍵能，使全氟化合物具有較穩(wěn)定物化性質(zhì)且疏水、疏油。全氟化合物已被廣泛用于生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域，如紡織、食品包裝、裝璜、滅火劑、洗滌劑等［1］。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著對(duì)全氟化合物的關(guān)注，在環(huán)境介質(zhì)［2］及動(dòng)植物體［3］中不斷檢測出全氟化合物，其中以8個(gè)碳的全氟化合物污染為主［4］，全氟化合物的持久污染性及生物積累性，使其在環(huán)境中的關(guān)注程度日益增加。對(duì)于全氟化合物的檢測，目前國內(nèi)外有眾多研究［5-7］，但多集于一種環(huán)境介質(zhì)或少數(shù)典型化合物，對(duì)于固體及液體中多類全氟化合物同時(shí)進(jìn)行分析方法的研究目前報(bào)道較少。該文基于前期研究者的工作基礎(chǔ)［8-9］，對(duì)9種全氟羧酸、2種全氟磺酸鹽、2種全氟化合物前體物在水、土壤和沉積物中的前處理方法及儀器檢測方法進(jìn)行了優(yōu)化，建立了水、土壤和沉積物中3類13種全氟化合物的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

1.1.1 標(biāo)準(zhǔn)品及試劑

標(biāo)準(zhǔn)樣品:全氟己酸 (PFHxA)、全氟庚酸(PFHpA)、全氟辛酸 (PFOA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟癸酸(PFDA)、全氟十一酸(PFUnA)、全氟十二酸(PFDoA)、全氟十三酸(PFTrDA)、全氟十四酸(PFTeDA)、全氟己烷磺酸(PFHxS)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟磺酸甲基銨(NMeFOSAA)、全氟磺酸乙基銨(NEtFOSAA)及同位素標(biāo)記化合物13C4-PFOA、13C4-PFOS、13C2-PFDA、d5-NEtFOSAA、d3-NMeFOSAA 均 購 于 加拿大。

有機(jī)溶劑:色譜純甲醇、乙腈;無機(jī)試劑:冰醋酸(優(yōu)級(jí)純)，氨水(優(yōu)級(jí)純，25%)，醋酸銨(色譜純)購于美國。Oasis WAX固相萃取小柱，購于美國。

1.1.2 儀器

液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀器(LC/MS/MS):液相系統(tǒng)，Agilent 1260 Infinity快速液相色譜(美國);質(zhì)譜系統(tǒng)，AB SCIEX 4000 Qtrap(美國);MG-2200氮吹儀(日本);12位固相萃取裝置(美國);超聲清洗機(jī)SCQ-1000C(中國上海)。

1.2 樣品前處理步驟

1.2.1 水樣前處理

取經(jīng)0.45 μm 尼龍濾膜過濾后的水樣1.0 L，加入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)(MPFOA，MPFOS，MPFDA，d3-NEtFOSAA 和 d5-NMeFOSAA，2.0 ng)，調(diào)節(jié) pH 至6.0 ～ 7.0，過 WAX 固相萃取柱預(yù)濃縮［5］，WAX小柱依次用 4.0 mL 0.5%氨的醇溶液、4.0 mL 甲醇、4.0 mL超純水活化，水樣全部過固相萃取柱后，依次用4.0 mL pH=4醋酸鹽緩沖液、10 mL超純水依次淋洗，淋洗完成后繼續(xù)抽真空5.0～10.0 min，再依次用4.0 mL 甲醇、4.0 mL 0.5% 氨的甲醇溶液洗脫，洗脫液用氮吹儀吹至近1.0 mL定容，過0.22 μm尼龍膜后，待上機(jī)檢測。

1.2.2 沉積物及土壤前處理

將沉積物或土壤樣品冷凍干燥，研磨并過0.300 mm 孔徑篩，取 1.00 g于聚丙烯(PP)離心管中，加入內(nèi)標(biāo)(MPFOA、MPFOS、MPFDA、d3-NEtFOSAA 和 d5-NMeFOSAA 各 2.0 ng)，渦旋1 min，靜置30 min后，在30℃水浴下進(jìn)行超聲提取，依次用5.0 mL甲醇萃取3次，每次萃取后，在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，取上清液，將上清液合并后，氮吹至1 mL左右，溶入50.0mL超純水中［6］，按照水樣處理流程凈化富集濃縮后上機(jī)測定。

1.3 LC-MS/MS檢測條件

液相系統(tǒng):色譜柱，Phenomenex C8(50 mm×2.00 mm ，3 μm);流動(dòng)相，A 相5.0 mmol/L 醋酸銨水溶液，B相乙腈;梯度洗脫:0～6.0 min 10% ～90%B;6.0 ～ 6.5 min 90%B;6.6 ～ 10.0 min 10%B，流速 0.5 mL/min;進(jìn)樣體積 10 μL;柱溫40℃。

質(zhì)譜系統(tǒng):電噴霧離子源，負(fù)離子模式(ESI-)，霧化器(N2)，干燥器氣(N2)，載氣，高純液氮(99.99%)，噴霧電壓 4 500 V，多反應(yīng)離子監(jiān)測(MRM)分析，入口電壓 -10.00 V，碰撞室出口電壓-15.00 V，各化合物優(yōu)化的保留時(shí)間，MRM離子對(duì)，碎裂電壓，碰撞能量見表1。

表1 全氟化合物質(zhì)譜條件

2 結(jié)果與討論

2.1 LC-MS/MS條件選擇

全氟化合物及其前體物(NEtFOSAA、NMeFOSAA)具有表面活性，文獻(xiàn)報(bào)道常采用C18反相柱為分離柱［10-11］。本研究比較了3種色譜柱Agilent C18(3.0 mm × 50 mm，2.7 μm)、Agilent C18(2.1 mm × 50 mm，1.8 μm)、phenomenex C8(2.00 mm ×50 mm，3 μm)對(duì) 50.0 ng/mL 混標(biāo)的分離效果，結(jié)果表明利用 phenomenex C8(2.00 mm×50 mm，3 μm)色譜柱可以實(shí)現(xiàn)13種全氟化合物較好的分離。通過拆除預(yù)柱，可明顯改善色譜峰形。文獻(xiàn)報(bào)道［9］，流動(dòng)相中pH對(duì)于化合物的分離影響較大，通過比較，采用5 mmol/L醋酸銨水溶液和100%乙腈作為流動(dòng)相，在最佳色譜和質(zhì)譜條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測試，色譜圖見圖1。

圖1 13種全氟化合物標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖

2.2 樣品前處理方法優(yōu)化

固相萃取條件優(yōu)化，通過比較 HLB、C18、WAX 3種常見的固相萃取小柱對(duì)全氟化合物萃取效率結(jié)果表明，對(duì)酸性化合物(如全氟羧酸及磺酸鹽)具有高選擇性的WAX小柱固相萃取回收效果最好。固相萃取前需對(duì)樣品的pH進(jìn)行控制，考慮全氟化合物的 pKa值為弱酸性值，如PFOA的pKa=2.8，且WAX固相萃取小柱填料為混合型弱陰離子交換反相吸附劑，填料 pKa=6.0，為了使目標(biāo)物質(zhì)有更穩(wěn)定的回收率，可考慮適當(dāng)調(diào)節(jié)pH至弱酸性，實(shí)驗(yàn)表明，將樣品pH調(diào)至6.0～7.0，13種目標(biāo)全氟化合物固相萃取回收效果最好。

文獻(xiàn)報(bào)道［12］，超聲萃取條件優(yōu)化，長時(shí)間、高功率的超聲會(huì)導(dǎo)致部分目標(biāo)物質(zhì)降解破壞，所以需對(duì)超聲時(shí)間及功率嚴(yán)格控制。本研究對(duì)超聲時(shí)間與超聲功率進(jìn)行了優(yōu)化。

對(duì)空白沉積物樣品加入標(biāo)樣后(全氟羧酸、磺酸鹽類添加 10.0 ng，全氟化合物前體物NEtFOSAA、NMeFOSAA 添加20.0 ng)進(jìn)行超聲，在固定功率下，超聲1～5次，每次超聲10 min，結(jié)果見圖2(a)。結(jié)果表明，在超聲3次的條件下，即超聲30 min，可完全提取固體環(huán)境介質(zhì)中的目標(biāo)PFCs。超聲功率為200～500 W，進(jìn)行3次超聲萃取，萃取效果見圖2(b)。結(jié)果表明，在功率較低的情況下，目標(biāo)化合物的回收率較差，在300～400 W時(shí)萃取效果最佳，繼續(xù)升高功率，穩(wěn)定性較差的全氟化合物前體物回收率有所下降。最終確定超聲萃取最佳功率為400 W，超聲時(shí)間為30 min。

2.3 線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)曲線及儀器檢出限

用甲醇配制質(zhì)量濃度為 0.01～100μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，添加內(nèi)標(biāo)物質(zhì) 2 ng(MPFOA，MPFOS，MPFDA，d5-NEtFOSAA、d3-NMeFOSAA)。在最優(yōu)的儀器檢測條件下進(jìn)行測定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。各目標(biāo)化合物的線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程及線性相關(guān)系數(shù)見表2。

儀器檢出限的確定，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液最低濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行n(n≥5)次重復(fù)測定并定量，計(jì)算n次測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差S，取標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍(3S)作為該目標(biāo)化合物的儀器檢出限。13種全氟化合物儀器檢出限為0.9～15.4 ng/L(見表2)。

2.4 方法檢出限及方法精密度和準(zhǔn)確度

2.4.1 方法檢出限

在選定的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方法和條件下，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ-168—2010)中方法檢出限的計(jì)算方法，通過實(shí)驗(yàn)確定該方法的檢出限。由于空白實(shí)驗(yàn)未檢測目標(biāo)物質(zhì)，需對(duì) 7個(gè)1.0 L空白水樣、7個(gè)1.0 g沉積物樣品及7個(gè)1.0 g土壤樣品添加一定量的標(biāo)準(zhǔn)品(11種全氟羧酸及磺酸鹽類添加0.05 ng，2種全氟化合物前體物添加1.0 ng)，按照最優(yōu)樣品分析的方法，進(jìn)行富集、凈化、上機(jī)，計(jì)算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式計(jì)算其方法檢出限。

式中:MDL為方法檢出限;n為樣品的平行測定次數(shù);t為自由度n-1、置信度99%時(shí)的t分布(單側(cè))， n=7時(shí)，取3.143;S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

圖2 土壤及沉積物中全氟化合物在不同超聲條件下的回收率

表2 方法線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)曲線及儀器檢出限

方法檢出限結(jié)果見表3。結(jié)果顯示:3種環(huán)境介質(zhì)中，9種全氟羧酸、2種磺酸及其鹽類的方法檢出限較低，水體介質(zhì)為 0.015～0.054 ng/L，沉積物介質(zhì)為 0.004 ～0.048 ng/g，土壤介質(zhì)為0.012～0.33 ng/g;2種全氟化合物前體物在3種環(huán)境介質(zhì)中的方法檢出限較高，分別為0.046 1～0.472 mg/L、0.305 ～ 0.743 ng/g、0.656 ～0.875 ng/g。

表3 水體、沉積物及土壤PFCs方法檢出限

2.4.2 方法精密度與準(zhǔn)確度

對(duì)空白水樣、沉積物及土壤進(jìn)行高低濃度添加回收實(shí)驗(yàn)，空白水樣體積為1.0 L，沉積物及土壤稱取1.00 g。分別加入 10.0 ng 混合標(biāo)準(zhǔn)物、2.0 ng內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，進(jìn)行6個(gè)平行樣品的回收率驗(yàn)證，并計(jì)算平行樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表4。水介質(zhì)中全氟化合物的回收率除2種全氟化合物前體物(NMeFOSAA、NEtFOSAA)和2種長碳鏈全氟羧酸(PFTeDA、PFTrDA)回收率為 52.3% ～58.7% 外，絕大部分化合物的回收率為75.4% ～108.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不高于20.8%;沉積物中全氟化合物回收率為85.3% ～119.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不高于20%;土壤中回收率除全氟化合物前體物(NMeFOSAA)回收率為56.8%外，其余 12種目標(biāo)物質(zhì)回收率為91.3% ～108.5%，相對(duì)偏差不高于20%，方法的精密度與準(zhǔn)確度符合痕量分析的要求。

3 實(shí)際樣品分析

表4 方法精密度與準(zhǔn)確度%

對(duì)天津某河流的沉積物及廣州市某村莊土壤樣品，按照實(shí)驗(yàn)分析流程進(jìn)行測定，結(jié)果表明(表5)，環(huán)境土壤及沉積物中，有一定濃度的全氟化合物污染，土壤的污染較為嚴(yán)重，與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果相符［13］，以PFOA和PFOS含量最高。

表5 沉積物及土壤中全氟化合物含量 ng/kg

4 結(jié)語

建立了水樣、沉積物及土壤中13種全氟化合物的前處理及上機(jī)檢測方法，結(jié)果表明，該方法的線性、回收率、檢測限均可滿足環(huán)境中痕量全氟化合物分析的要求，實(shí)際樣品檢測表明，河流沉積物及土壤中存在PFCs的痕量污染。結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道趨勢相同，說明該方法對(duì)實(shí)際樣品的分析具有準(zhǔn)確可靠性。PFCs在環(huán)境中的廣泛分布也應(yīng)引起研究者的廣泛關(guān)注。

［1］Renner R.Growing concern over perfluorinated chemicals［J］.Environmental Science ＆ Technology，2001，35(7):154-160.

［2］Li F，Sun H，Hao Z，et al.Perfluorinated compoundsin Haihe River and Dagu drainage canal in Tianjin，China［J］.Chemosphere，2011，84(2):265-271.

［3］Kato K，Wong L Y，Jia L T，et al.Trends in Exposure to Polyfluoroalkyl Chemicals in the US Population:1999—2008［J］.Environmental Science＆ Technology，2011，45(19):8 037-8 045.

［4］Prevedouros K，Cousins I T，Buck R C，et al.Sources，fate and transport of perfluorocarboxylates［J］.Environmental Science ＆ Technology，2006，40(1):32-44.

［5］冉小蓉，張政祥，張之旭.環(huán)境水中全氟羧酸及全氟磺酸類化合物 (PFCs)的分析［J］.環(huán)境化學(xué)，2009，28(3):459-461.

［6］K?rrman A，Lindstr?m G.Trends，analytical methods and precision in the determination of perfluoroalkyl acids in human milk［J］.TrAC Trends in Analytical Chemistry，2013，46:118-128.

［7］Dufková V，Cabala R，?evcík V.Determination of C5—C12 perfluoroalkyl carboxylic acids in river water samples in the Czech Republic by GC-MS after SPE preconcentration［J］.Chemosphere，2012，87(5):463-469.

［8］Taniyasu S，Kannan K，So M K，et al.Analysis of fluorotelomer alcohols，fluorotelomer acids，and shortand long-chain perfluorinated acids in water and biota［J］.Journal of Chromatography A，2005，1 093(1):89-97.

［9］潘媛媛，史亞利，蔡亞岐.土壤、底泥和活性污泥中全氟化合物的高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜分析方法［J］.環(huán)境化學(xué)，2010(3):177-181.

［10］Gledhill A，Karman A，Ericson I，et al.超高效液相色譜/電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜 (UPLC/MS/MS)分析全氟代化合物 (PFCs)［J］.環(huán)境化學(xué)，2007，26(5):717-720.

［11］Orata F，Quinete N，Werres F，et al.Determination of perfluorooctanoic acid and perfluorooctane sulfonate in Lake Victoria Gulf water［J］.Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，2009，82(2):218-222.

［12］章濤，孫紅文.液相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用測定污泥中的全氟化合物［J］.色譜，2010，28(5):498-502.

［13］Wang T，Chen C，Naile J E，et al.Perfluorinated compounds in water，sediment and soil from Guanting Reservoir， China［J］.Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，2011，87(1):74-79.