徐能斌 錢飛中 馮加永 汪晟樂 洪正昉 徐立紅 陳鐘佺

1(寧波市環(huán)境監(jiān)測中心，寧波315012)

2(浙江省環(huán)境監(jiān)測中心，杭州310012)

3(紹興市環(huán)境監(jiān)測中心，紹興312000)

1 引言

多溴聯(lián)苯醚(Polybrominated diphenyl ethers，PBDEs)是一類最廣泛使用的溴代阻燃劑，在紡織、橡膠、電子電器等產(chǎn)品中以物理摻雜的方式大量使用。PBDEs 在使用過程中可以通過揮發(fā)、滲出等方式釋放到外界環(huán)境中，從而造成大氣、水、土壤及生物圈的環(huán)境污染［1］。其在環(huán)境中的主要代謝產(chǎn)物羥基化多溴聯(lián)苯醚(Hydroxylated polybrominated diphenyl ethers，OH－PBDEs)在環(huán)境介質(zhì)(水、土壤)及生物體內(nèi)(魚類、鳥類、哺乳動(dòng)物)中陸續(xù)被檢出［2～4］。OH－PBDEs 能與甲狀腺素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，具有雌激素效應(yīng)，毒性甚至比前體物PBDEs 更強(qiáng)，并被證明可以在血液中累積，存在巨大的環(huán)境危害［5～8］。土壤是電子垃圾的主要污染介質(zhì)，PBDEs 從電子垃圾中遷移釋放到土壤中之后，被微生物降解為OH－PBDEs［3］。

氣相色譜－質(zhì)譜(GC－MS)［8～11］和液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜(LC－MS/MS)［12，13］是OH－PBDEs 的主要檢測方法。GC－MS 方法靈敏度高，但分析時(shí)間長，需要對(duì)樣品進(jìn)行衍生化處理，衍生化反應(yīng)不充分且難以控制，同時(shí)反應(yīng)中需要重氮甲烷、硫酸二甲酯、硫酸二乙酸等有毒物。LC－MS/MS 技術(shù)檢測速度快，無需衍生化處理。土壤中的OH－PBDEs 等新型持久性有機(jī)污染物(Persistent organic pollutants，POPs )類物質(zhì)前處理過程一般較為復(fù)雜，通常采用加速溶劑萃取或者索氏提取等方法將樣品從土壤基質(zhì)中提取出來，然后采用酸性硅膠、中性硅膠或者凝膠色譜等手段除去土壤中的脂類物質(zhì)和其他雜質(zhì)，需要多次的濃縮和柱萃取過程，不僅需要加速溶劑萃取儀或凝膠色譜儀等昂貴的儀器，還消耗大量的試劑、時(shí)間和人力［14］。QuEChERS(Quick，easy，cheap，effective，rugged and safe)技術(shù)是近年發(fā)展起來的集萃取和凈化為一體的新型前處理方法，在食品、生物和日用品檢測中廣泛應(yīng)用［15，16］，而在土壤POPs 研究中應(yīng)用較少。本研究利用QuEChERS 技術(shù)對(duì)土壤中的OH－PBDEs 進(jìn)行提取凈化，結(jié)合超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC－MS/MS)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了土壤中OH－PBDEs 的高靈敏的快速檢測，并成功用于電子垃圾拆解地實(shí)際土壤樣品的檢測。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

Acquity UPLC 超高效液相色譜系統(tǒng)，Quattro Premier XE 三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀(美國Waters 公司);BEH 反相C18色譜柱(100 mm×2.1 mm，1.7 μm，美國Waters 公司);CT14RD 冷凍離心機(jī)(上海天美公司);冷凍干燥機(jī)(北京博醫(yī)康公司);渦旋振蕩器(江蘇其林貝爾公司);50 和15 mL 具塞刻度離心管(美國Waters 公司)。

3′－OH－BDE－028，4－OH－BDE－042，5－OH－BDE－047，6－OH－BDE－047，4′－OH－BDE－049，2′－OH－BDE－068，5′－OH－BDE－099，6′－OH－BDE－099(OH－BDE:羥基化溴代聯(lián)苯醚，純度≥97%，美國AccuStandard 公司);無水MgSO4、NaCl、吸附劑填料正丙基乙二胺(PSA)、石墨化碳黑(GCB)、C18(美國Waters 公司);甲醇、乙腈、甲酸(HPLC 級(jí)，美國Fisher 公司);實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

2.2 樣品采集及前處理

樣品在浙江省寧波市江北區(qū)某電子垃圾拆解地周圍采集，采集的樣品均為深度在20 cm 以內(nèi)的表層土壤。將采集的樣品去除石子、植物根莖等雜質(zhì)，在冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥48 h，研磨均勻，過0.6 mm 篩，裝于密閉容器中，于-20 ℃避光保存。

稱取5 g 土壤樣品于50 mL 具塞刻度離心管中。加入10 mL 水浸潤樣品20 min，然后加入0.2 mL甲酸和10 mL 乙腈，渦旋萃取3 min;再加入4 g 無水MgSO4和1 g NaCl，渦旋振蕩3 min，以12000 r/min高速離心5 min。從粗提液中取4 mL，轉(zhuǎn)移至已提前放入0.3 g 無水MgSO4、0.1 g C18、0.02 g 正丙基乙二胺(PSA)的15 mL 離心管中，渦旋振蕩3 min，以12000 r/min 高速離心5 min。精提液用0.2 μm 濾膜過濾后上機(jī)檢測。

2.3 色譜-質(zhì)譜條件

2.3.1 色譜條件 色譜條件:柱溫50 ℃;流速0.4 mL/min;進(jìn)樣量5.0 μL;分離時(shí)間9 min。流動(dòng)相:A 為乙腈;B 為水。梯度淋洗:0 ～1 min，60% A;1 ～4 min，60% ～85% A;4.1 ～6 min，100% A;6 ～9 min，60% A。

2.3.2 質(zhì)譜條件 三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(MRM);ESI 負(fù)離子電離模式;毛細(xì)管電壓2.7 kV;離子源溫度120 ℃;脫溶劑氣溫度350 ℃;脫溶劑氣流量650 L/h;錐孔氣流量50 L/h，各目標(biāo)化合物的質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)量分析參數(shù)Table 1 Parameters of MS for hydroxylated polybrominated diphenyl ethers (OH－PBDEs)

3 結(jié)果與討論

3.1 色譜條件優(yōu)化

OH－PBDEs 屬于典型的弱極性化合物，使用普通C18色譜柱即可得到相對(duì)比較良好的峰形和分離度(圖1);通過BEH C18、BEH Phenyl、HSS C18、HSS T3(規(guī)格均為100 mm×2.1 mm，1.7 μm，美國Waters公司)4 種色譜柱，在不同流動(dòng)相色譜條件下均難以將4′－OH－BDE－049 和5－OH－BDE－047 分離，只能進(jìn)行質(zhì)譜分離。醋酸銨、甲酸等緩沖鹽的使用對(duì)于目標(biāo)物的質(zhì)譜響應(yīng)和色譜分離均無明顯提高。乙腈/水體系與甲醇/水體系在分離OH－PBDEs 時(shí)，在響應(yīng)和分離度方面區(qū)別不大，使用乙腈/水體系在降低柱壓方面具有較明顯優(yōu)勢，比同比例甲醇/水低6.895 ～13.75 MPa(流速為0.4 mL/min)。OH－PBDEs 在普通液相色譜(HPLC)柱中很容易出現(xiàn)柱過載現(xiàn)象［17，18］，本實(shí)驗(yàn)在超高效液相色譜(UPLC)中對(duì)0 ～20 μL進(jìn)樣量進(jìn)行了比較，結(jié)果進(jìn)樣量超過8 μL 即可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象(BEH C18色譜柱，100 mm ×2.1 mm，1.7 μm)。

圖1 OH－PBDEs 的總離子流圖及各反應(yīng)通道中出現(xiàn)的化合物色譜圖，混標(biāo)中每種化合物濃度為100 μg/L，分別為:(1)3′－OH－BDE－028，2.83 min;(2)4－OH－BDE－042，3.17 min;(3)5－OH－BDE－047，3.43 min;(4)6－OH－BDE－047，3.43 min;(5)4′－OH－BDE－049，3.60 min;(6)2′－OH－BDE－068，3.74 min;(7)6′－OH－BDE－099，4.10 min;(8)5′－OH－BDE－099，4.22 minFig.1 Total ion chromatogram for all the MRM channels and the individual MRM chromatogram of 100 μg/L of OH－PBDEs standard mixture for (1)3′－OH－BDE－028，2.83 min;(2)4－OH－BDE－042，3.17 min;(3)5－OHBDE－047，3.43 min;(4)6－OH－BDE－047，3.43 min;(5)4′－OH－BDE－049，3.60 min;(6)2′－OH－BDE－068，3.74 min;(7)6′－OH－BDE－099，4.10 min and (8)5′－OH－BDE－099，4.22 min

3.2 質(zhì)譜條件優(yōu)化

質(zhì)譜條件的優(yōu)化是通過在流動(dòng)注射模式下對(duì)1.0 mg/L 的各OH－PBDEs 單獨(dú)進(jìn)樣完成的。首先比較ESI 和APCI 兩種電離源。在SIM 模式下，ESI 中8 種OH－PBDEs 的靈敏度明顯高于APCI。與六溴環(huán)十二烷、四溴雙酚A 等其它溴代阻燃劑相似，OH－PBDEs 在ESI 負(fù)離子模式下得到的響應(yīng)比正離子模式更好。由于準(zhǔn)分子離子均為［M－H］－，三溴聯(lián)苯醚的準(zhǔn)分子離子質(zhì)荷比為420，四溴聯(lián)苯醚為500，五溴聯(lián)苯醚為580。3′－OH－BDE－028，5－OH－BDE－047，5′－OH－BDE－099 的主要反應(yīng)通道為［M － H］－→［M－Br］－;6－OH－BDE－047，2′－OH－BDE－068，6′－OH－BDE－099 主要反應(yīng)通道為［M －H］－→［Br］－;4－OH－BDE－042，4′－OH－BDE－049 的主要反應(yīng)通道為［M－H］－→［M－C6H3Br2］－。4－OH－BDE－042，5－OHBDE－047，6－OH－BDE－047，2′－OH－BDE－068 等具有相同的母離子質(zhì)荷比和相同的子離子碎片，需要通過色譜分離才能進(jìn)行定性分析。

3.3 QuEChERS處理?xiàng)l件優(yōu)化

3.3.1 萃取溶劑的優(yōu)化 含水率是QuEChERS 萃取的重要參數(shù)。QuEChERS 最初的設(shè)計(jì)是針對(duì)水果、蔬菜、生物體等含水率超過75%的環(huán)境基質(zhì)［19］，而土壤的含水率偏低，因此需要加入2 mL/g 的水，使土壤充分浸潤;萃取溶劑選取了不同比例乙腈－水混合溶劑，該溶劑體系可以在液相色譜中直接使用，不需要溶劑置換。甲酸的加入可有效提高回收率，萃取溶劑、甲酸的加入量與空白樣品加標(biāo)回收率的關(guān)系見圖2。在只加乙腈的情況下，8 種OH－PBDEs 回收率均不足50%;加入50%水后，回收率為70% ～94%，再加入0.2 mL 甲酸后，回收率為85% ～106%。

3.3.2 吸附劑的優(yōu)化 目前常用的吸附劑主要有C18、PSA(正丙基乙二胺)和GCB(石墨化炭黑)。C18比較適合去除脂類等疏水性雜質(zhì)，但是也有可能會(huì)去除目標(biāo)物OH－PBDEs;PSA 是一種弱陰離子交換劑，主要用于去除脂肪酸，這些干擾物在ESI 負(fù)離子模式下對(duì)目標(biāo)物產(chǎn)生嚴(yán)重的離子抑制現(xiàn)象［19］，但是過量使用PSA 會(huì)引起萃取液pH 值上升，目標(biāo)物靈敏度下降;GCB 主要用于去除色素類物質(zhì)，對(duì)于芳香族化合物具有較強(qiáng)的去除能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示，GCB 的加入雖然有助于萃取液更澄清，但是目標(biāo)物回收率明顯降低，因此，不加入GCB;加入0.1 g C18(優(yōu)化范圍0.02 ～0.20 g)和0.02 g PSA(優(yōu)化范圍0.01 ～0.05 g)是去除干擾物、保證靈敏度的最佳選擇。

圖2 使用不同萃取溶劑時(shí)OH－PBDEs 的回收率Fig.2 Recoveries of OH－PBDEs using different extraction solvents

3.4 基質(zhì)效應(yīng)

基質(zhì)效應(yīng)(Matrix effects)是影響LC－MS/MS 測量準(zhǔn)確度和精確度的重要因素，具體的計(jì)算方法為:

其中，A1為某濃度的OH－PBDEs 在純?nèi)軇┲械钠骄迕娣e;A2為相同濃度下的OH－PBDEs 在空白土壤萃取液中的平均峰面積。3 種濃度的基質(zhì)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)表明，在使用QuEChERS 方法處理土壤樣品后，8 種OH－PBDEs 的基質(zhì)效應(yīng)值均小于20%(表2)。

圖3 使用不同吸附劑時(shí)OH－PBDEs 的回收率(吸附劑加入量:C18，0.1 g;PSA，0.02 g;GCB，0.02 g)Fig.3 Recoveries of OH－PBDEs using different sorbent(the sorbent:C18，0.1 g;PSA，0.02 g;GCB，0.02 g)

表2 土壤萃取液中OH－PBDEs 的基質(zhì)效應(yīng)(單位:%)Table 2 Matrix effects of OH－PBDEs in soil extracts(%)

3.5 方法驗(yàn)證

由表3 可知，在2 ～200 μg/L 范圍內(nèi)，8 種OHPBDEs 在LC－MS 中的響應(yīng)具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R2)范圍為0.9936 ～0.9990，滿足定量分析的需求;3 倍信噪比(S/N=3)下8 種OH－PBDEs 土壤中的檢出限達(dá)到0.23 ～1.21 ng/g，略低于采用復(fù)雜的PBDEs 在空白土壤萃取液中的平均峰面積。3 種濃度的基質(zhì)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)表明，在使用QuEChERS 方法處理土壤樣品后，8 種OH－PBDEs的基質(zhì)效應(yīng)值均小于20%(表2)。

3.5 方法驗(yàn)證

由表3 可知，在2 ～200 μg/L 范圍內(nèi)，8 種OH－PBDEs 在LC－MS 中的響應(yīng)具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R2)范圍為0.9936 ～0.9990，滿足定量分析的需求;3 倍信噪比(S/N=3)下8 種OH－PBDEs 土壤中的檢出限達(dá)到 0.23 ～1.21 ng/g，略低于采用復(fù)雜的多次凈化和濃縮方式進(jìn)行前處理的方法［14］，但是完全能夠滿足土壤中痕量OH－PBDEs 檢測的需求。在5.0，50 和150 ng/g濃度水平6 次平行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)中，8 種OH－PBDEs 加標(biāo)回收率范圍為73.2% ～117.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為5.6% ～19.7%，精密度和準(zhǔn)確度較好。

3.6 實(shí)際樣品分析

在浙江省寧波市江北區(qū)某電子垃圾拆解點(diǎn)采集了拆解點(diǎn)、焚燒點(diǎn)以及周邊菜地的土壤進(jìn)行了實(shí)際樣品分析，僅在拆解點(diǎn)檢出了5－OH－BDE－047 和6－OH－BDE－047，濃度分別為2.2 和1.5 ng/g，其它化合物未檢出。

表3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)、加標(biāo)回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限Table 3 Linear range，correlation coefficient，spiked recoveries，relative standard derivations and limits of detection

1 WANG Ya－Wei，CAI Ya－Qi，JIANG Gui－Bin.Science China:Chemistry，2010，40(2):99 －123

王亞韡，蔡亞岐，江桂斌.中國科學(xué):化學(xué)，2010，40(2):99 －123

2 Valters K，Li H，Alaee M，D′Sa I，Marsh G，Bergman A，Letcher R J.Environ.Sci.Technol.，2005，39(15):5612 －5619

3 Sen W，Shuzhen Z，Honglin H，Zhenchuan N，Wei H.Environ.Pollut.，2014，184:405 －413

4 Ueno D，Darling C，Alaee M，Pacepavicius G，Teixeira C，Campbell L，Letcher R J，Bergman A，Marsh G，Muir D.Environ.Sci.Technol.，2008，42:1657 －1664

5 Mercado F M，Bigsby R M，Environ.Health Perspect.，2008，116:1315 －1321

6 Canton R F，Scholten D E，Marsh G，de Jong P C，van den Berg M，Toxicol.Appl.Pharmacol.，2008，227:68 －75

7 LU Min，HAN Shu－Yuan，YU Ying－Xin，ZHANG Dong－Ping，WU Ming－Hong，SHENG Guo－Ying，F(xiàn)U Jia－Mo.Journal of Instrumental Analysis，2009，28(1):1 －6

陸敏，韓姝媛，余應(yīng)新，張東平，吳明紅，盛國英，傅家謨.分析測試學(xué)報(bào)，2009，28(1):1 －6

8 Wiseman S B，Wan Y，Chang H，Zhang X，Hecker M，Jones P D，Giesy J P.Mar.Pollut.Bull.，2011，63:179 －188

9 HUO Jiang－Bo，WANG Xiao－Yi，SUN Dong－Ling，ZHAO Jing－Qiang，LIN Xing－Tao.Chinese J.Anal.Chem.，2014，42(4):531 －535

霍江波，王小逸，孫東玲，趙靖強(qiáng)，林興桃.分析化學(xué)，2014，42(4):531 －535

10 Marsh G，Athanasiadou M，Bergman ?，Asplund L.Environ.Sci.Technol.，2004，38:10 －18

11 Malmberg T，Athanasiadou M，Marsh G，Brandt I，Bergman A.Environ.Sci.Technol.，2005，39:5342 －5348

12 WANG Ying，DING Wen－Wei，JIN Jun.Chinese J.Anal.Chem.，2011，39(1):22 －26

王英，丁問微，金軍.分析化學(xué)，2011，39(1):22 －26

13 Jianteng S，Jiyan L，Yanwei L，Guibin J.Environ.Pollut.，2013，176:100 －105

14 Jianteng S，Jiyan L，Qian L，Guangbo Q，Ting R，Guibin J.Talanta，2012，88:669 －676

15 WANG He－Xing，ZHOU Ying，JIANG Qing－Wu.Chinese J.Anal.Chem.，2011，39(9):1323 －1328

王和興，周穎，姜慶五.分析化學(xué)，2011，39(9):1323 －1328

16 GUO Meng－Meng，WU Hai－Yan，LI Zhao－Xin，TAN Zhi－Jun，ZHAI Yu－Xiu.Chinese J.Anal.Chem.，2013，41(9):1322 －1327

郭萌萌，吳海燕，李兆新，譚志軍，翟毓秀.分析化學(xué)，2013，41(9):1322 －1327

17 Mas S，Jáuregui O，Rubio F，de Juan A，Tauler R，Lacorte S.J.Mass Spectrom.，2007，42:890 －899

18 Lupton S J，McGarrigle B P，Olson J R，Wood T D，Aga D S.Rapid Commun.Mass Spectrom.，2010，24:2227 －2235

19 Ramalhosa M J，Paíga P，Morais S，Delerue－Matos C，Oliveira M B.J.Sep.Sci.，2009，32:3529 －3538