劉世龍張華胡曉輝仇雁翎朱志良趙建夫

（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院長(zhǎng)江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，上海 200092）

氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定沉積物中有機(jī)磷酸酯

劉世龍1張華*2胡曉輝1仇雁翎1朱志良1趙建夫2

（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院長(zhǎng)江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，上海 200092）

比較了不同提取方法、凈化方法對(duì)沉積物樣品中有機(jī)磷酸酯（Organophosphate esters，OPEs）的富集、凈化效果，建立了氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）檢測(cè)沉積物中8種OPEs的分析方法。用20 mL正己烷-丙酮混合液（1∶1，V/V）、渦流振蕩+超聲提取兩次，F(xiàn)lorisil固相萃取柱凈化、8 mL乙酸乙酯洗脫，濃縮后將溶劑置換成正己烷，采用DB-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）進(jìn)行分離，質(zhì)譜檢測(cè)器在選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（SRM）下進(jìn)行分析，內(nèi)標(biāo)法定量。結(jié)果表明，此前處理方法操作簡(jiǎn)單、溶劑耗量少；在3個(gè)添加濃度水平下，OPEs（除TEP外）的回收率在80%～120%之間，檢出限為0.31～65 ng/L，且有良好的精密度與準(zhǔn)確度。

有機(jī)磷酸酯；氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜；沉積物

1 引言

有機(jī)磷酸酯（Organophosphate esters，OPEs）是由不同烴類取代基（烷烴、氯代烷烴、芳香烴）取代磷酸分子上的氫而形成的化合物。OPEs已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料、建筑材料、紡織品、家具等產(chǎn)品中。由于OPEs優(yōu)異的阻燃性能以及多溴聯(lián)苯醚類阻燃劑在世界范圍內(nèi)逐漸禁用，近年來(lái)OPEs在全球的生產(chǎn)量逐步增加。OPEs作為一種添加型阻燃劑，主要與化學(xué)材料鍵合，很容易釋放到周圍環(huán)境中，目前已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家與地區(qū)的多種環(huán)境介質(zhì)中檢出［1～14］。多項(xiàng)研究表明，多種OPEs具有生物毒性，氯代OPEs甚至具有致癌性［7，15～17］。

目前，對(duì)沉積物樣品常用的提取方法有索氏提取［18］、超聲輔助萃取法［1，19，20］、微波輔助萃取法［10，21］，加壓溶劑萃取法［11，14，22，23］等。傳統(tǒng)的索氏提取技術(shù)成熟、穩(wěn)定，但是耗費(fèi)有機(jī)溶劑量大、時(shí)間長(zhǎng)。van den Eede等［24］發(fā)現(xiàn)超聲提取法和索氏提取法對(duì)目標(biāo)物具有相似的回收率。沉積物樣品有機(jī)質(zhì)含量高，基質(zhì)復(fù)雜，提取后需經(jīng)凈化才能進(jìn)行儀器檢測(cè)，常用的凈化方法有層析柱［11，23］、凝膠滲透色譜柱［10，14，22］和固相萃?。⊿PE）［12，20，23］等，其中SPE操作簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化程度高、凈化效果好等優(yōu)勢(shì)使得其應(yīng)用特別廣泛。樣品中有機(jī)磷酸酯的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法（GC-NPD）、氣相色譜質(zhì)譜法（GCMS）及液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（LC-MS/MS）等。GC-NPD對(duì)于含磷化合物盡管有較高的靈敏度，但其穩(wěn)定性較差；GC-MS分析時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)多碎片，尤其是分析脂肪族三酯時(shí)，這些OPEs經(jīng)歷3次麥?zhǔn)现嘏牛瑫?huì)干擾低質(zhì)量離子；LC-MS/MS電噴霧電離源受樣品基質(zhì)干擾，從而影響靈敏度。氣相色譜-串聯(lián)四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS/MS）具有更好的適用性和可靠性，采用電子轟擊源電離方式比較LC-MS/MS的電噴霧電離源，受基質(zhì)影響較小；采用選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式比GC-MS有更高的靈敏度。本研究采用渦流振蕩+超聲的方法提取，F(xiàn)lorisil柱凈化，GC-MS/MS分析測(cè)定沉積物中的OPEs，實(shí)驗(yàn)取得了較好的效果。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

TSQ-Quantum XLS三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用儀（Thermo Fisher公司）；Soxtec 2050全自動(dòng)索氏抽提系統(tǒng)（福斯華（北京）科貿(mào)公司）；MTN-2800D氮吹儀（華瑞博遠(yuǎn)公司）；SB-5200DTS超聲清洗器（新芝公司）；SPE固相萃取裝置（CNW）；XW-8XA渦流振蕩器（其林貝爾公司）；Millipore超純水儀（普析通用）；Florisil固相萃取柱（500 mg/3 mL，CNW）。

10種OPEs標(biāo)準(zhǔn)品:磷酸三丙酯（Tripropyl phosphate，TPrP，Sigma-Aldrich公司）；磷酸三乙酯（Triethyl phosphate，TEP）、磷酸三丁酯（Tri-n-butyl phosphate，TnBP）、磷酸三（2-氯乙基）酯（Tri（2-chloroethyl）phosphate，TCEP）、磷酸三（2-氯異丙基）酯（Tri（chloropropyl）phosphate，TCPP）、磷酸三（1，3-二氯-2-丙基）酯（Tri（dichloropropyl）phosphate，TDCP）、磷酸三苯酯（Triphenyl phosphate，TPhP/TPP）、磷酸三（2-乙基己基）酯（Tri（2-ethylhexyl）phosphate，TEHP）、氘代磷酸三丁酯（TnBP-D27）、氘代磷酸三苯酯（TPhP-D15）均購(gòu)自美國(guó)AccuStandard公司；乙酸乙酯、正己烷、丙酮、二氯甲烷和甲醇均為農(nóng)殘級(jí)。

2.2 樣品前處理

2.2.1 樣品預(yù)處理 將采集的沉積物樣品冷凍干燥48 h后，研磨，過(guò)80目篩，置于4℃下保存。

2.2.2 樣品提取 準(zhǔn)確稱取2.0 g樣品，以20 mL正己烷-丙酮混合溶液（1∶1，V/V）提取，振蕩1 min、超聲10 min（溫度35℃，功率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min）、離心10 min后分離上清液，重復(fù)提取1次，混合兩次上清液，濃縮至約1.0 mL，加適量活化銅（確保銅不被全部硫化）靜置12 h，待凈化。

2.2.3 樣品凈化 依次用5 mL甲醇、5 mL正己烷活化Florisil SPE小柱后，首先將提取液以5 mL/min流速通過(guò)小柱，再以3 mL正己烷淋洗，然后以8 mL乙酸乙酯洗脫目標(biāo)物；最后將洗脫液經(jīng)氮吹轉(zhuǎn)移至氣相色譜進(jìn)樣瓶，加5 ng內(nèi)標(biāo)（TPhP-D15），定容至1.0 mL，待檢測(cè)。

2.3 色譜-質(zhì)譜條件

2.3.1 色譜條件 DB-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；載氣為高純氦氣，恒流模式，柱流量1 mL/min，不分流，進(jìn)樣量1 μL，進(jìn)樣口溫度250℃；升溫程序:初始溫度50℃（保持1 min），以25℃/min升至200℃（保持1 min），以2℃/min升至210℃（保持1 min），以25℃/min升至250℃（保持1 min），以2℃/min升至260℃，以25℃/min升至300℃（保持2 min）。

2.3.2 質(zhì)譜條件 離子源溫度250℃，傳輸線溫度280℃；EI源（70 eV），選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式（SRM），碰撞氣為高純氬氣；碰撞壓力0.133 Pa。

3 結(jié)果與討論

3.1 氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜條件的優(yōu)化 在全掃描模式下，調(diào)節(jié)升溫程序，實(shí)現(xiàn)1 μg/mL混合標(biāo)準(zhǔn)品（8種目標(biāo)物、2種氘代OPEs）中目標(biāo)化合物良好的基線分離，利用譜庫(kù)檢索功能識(shí)別確認(rèn)目標(biāo)化合物，根據(jù)目標(biāo)物的保留時(shí)間進(jìn)一步優(yōu)化色譜條件。

在全掃描模式下，提取每種目標(biāo)物的特征離子，作為母離子，分別對(duì)其施以10～50 eV碰撞能量，進(jìn)行子離子掃描，獲得碰撞能量的初步優(yōu)化結(jié)果；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，獲得每種目標(biāo)物的母/子離子對(duì)及相應(yīng)的碰撞能量，最后執(zhí)行選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)掃描（SRM），實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的準(zhǔn)確定量分析。10種目標(biāo)物的選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)信息見表1。目標(biāo)物在18.5 min內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)良好的分離，見圖1。

表1 有機(jī)磷酸酯目標(biāo)物簡(jiǎn)稱、母離子、子離子、碰撞能Table 1 Abbreviation，quantification ions and collision energy of studied organophosphate esters（OPEs）

3.2 提取方法的優(yōu)化

3.2.1 提取方式的選擇 稱取2.0 g預(yù)處理后的沉積物樣品（做3次平行實(shí)驗(yàn)），以正己烷與丙酮混合溶液作為提取劑，比較了4種提取方式:（1）使用90 mL提取劑，在 60℃下，索氏提取48 h；（2）使用25 mL提取劑，在35℃，150 r/min條件下，在床中振蕩12 h；（3）加入20 mL提取劑，超聲萃取10 min（溫度35℃，頻率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min），3000 r/min離心10 min，重復(fù)兩次；（4）加入20 mL提取劑，渦流振蕩1 min，超聲10 min（溫度35℃，頻率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min），3000 r/min離心10 min，重復(fù)兩次。結(jié)果見圖2，4種方法對(duì)TDCP、TnBP提取效果相似；渦流振蕩+超聲和超聲方法對(duì)TPhP、TEHP和TCPP的提取效果最好，對(duì)TEP、TPrP、TCEP的提取效果僅次于索氏提??；綜合提取時(shí)間和試劑用量，渦流振蕩+超聲為沉積物中提取OPEs的最優(yōu)方式。

圖1 10種OPEs的色譜圖Fig.1 Chromatogram often organophosphate esters （OPEs）

3.2.2 提取溶劑的選擇 實(shí)驗(yàn)中8種OPEs的辛醇水系數(shù)（lgKow）在0.80～9.49之間，極性范圍較廣。為保證目標(biāo)物均有較好的提取效果，分別以乙酸乙酯、丙酮、正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-乙酸乙酯（1∶1，V/V）、正己烷-丙酮（1∶1，V/V）作為提取溶劑進(jìn)行比較。稱取2.0 g預(yù)處理后的沉積物樣品（做3次平行實(shí)驗(yàn)），用20 mL提取劑提取兩次。結(jié)果（圖3）表明，正己烷-丙酮（1∶1，V/V）對(duì)中間極性的5種物質(zhì)（TPrP，TPhP，TCEP，TCPP，TDCP）的提取效果優(yōu)于其它溶劑，對(duì)TEP和TnBP的提取效果僅次于丙酮，對(duì)lgKow較大的TEHP比乙酸乙酯差。綜上，正己烷-丙酮（1∶1，V/V）對(duì)所選目標(biāo)物有較好的提取效果，與Ma等［13］的研究結(jié)果一致，故本實(shí)驗(yàn)以正己烷-丙酮（1∶1，V/V）作為提取溶劑。

圖2 4種提取方式的效果圖Fig.2 Effect of four extraction ways

圖3 6種溶劑的提取效果Fig.3 Effect of six kinds of extraction solvents

3.2.3 提取次數(shù)的選擇 稱取2.0 g預(yù)處理后的沉積物樣品（做3次平行實(shí)驗(yàn)），提取4次，結(jié)果（圖4）表明，除TCEP（86%）和TCPP（93%）外，其余6種目標(biāo)物的前兩次提取率都超過(guò)97%。綜合考慮溶劑用量和提取時(shí)間，超聲提取兩次可以滿足分析要求。有研究表明，對(duì)于超聲技術(shù)，提取兩次已能夠完全提?。?4，25］。

3.3 凈化方法的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)選用Florisil柱對(duì)樣品進(jìn)行凈化，并對(duì)洗脫溶劑進(jìn)行優(yōu)化。依次使用5 mL甲醇、5 mL正己烷活化小柱后，將1 mL 20 μg/L OPEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)柱，再用3 mL正己烷淋洗；分別用8 mL乙酸乙酯、甲醇洗脫小柱。洗脫效果見圖5，甲醇作為洗脫溶劑時(shí)，總體回收率小于50%；乙酸乙酯作為洗脫溶劑時(shí)，除TEP（66.7%）和TCEP（57.1%）外，其它6種目標(biāo)物回收率為80.2%～104.8%，且RSD均小于5%，這與文獻(xiàn)［24］報(bào)道的TEP回收率較低（67%）及文獻(xiàn)［20］實(shí)驗(yàn)結(jié)果中TCEP回收率低（64%）相一致。

圖4 不同提取次數(shù)的提取效果圖Fig.4 Effect of different extraction times

圖5 兩種洗脫溶劑的效果Fig.5 Effect of two elution solvents

3.4 分析方法評(píng)價(jià)

3.4.1 方法的線性范圍、檢出限和定量限 選用TPhP-D15作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，采用內(nèi)標(biāo)法對(duì)8種OPEs進(jìn)行定量。對(duì)7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液（1，2，5，10，20，50和100 μg/L）進(jìn)行測(cè)定，以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)物的濃度比為橫坐標(biāo)，峰面積比為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，在1～100 μg/L范圍內(nèi)，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.99，檢出限及定量限分別為0.31～64.51 ng/L和1.02～212.88 ng/L。

3.4.2 方法的回收率與精密度 在沉積物樣品中分別添加1 mL各物質(zhì)濃度分別為10，20和50 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，添加水平分別為5，10和25 μg/kg，每個(gè)添加水平平行測(cè)定6次，計(jì)算得回收率（除TEP外）在80%～120%范圍內(nèi)，RSD（除TCPP外）均小于20%。

3.5 質(zhì)量控制

實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中采用方法空白、空白加標(biāo)、基質(zhì)加標(biāo)、基質(zhì)加標(biāo)平行和樣品平行等措施來(lái)進(jìn)行質(zhì)量控制。方法空白樣品用于控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程中人為或環(huán)境因素帶來(lái)的污染；空白加標(biāo)樣品用于控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確性；基質(zhì)加標(biāo)樣品是用于考察基質(zhì)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程中對(duì)目標(biāo)化合物的影響；基質(zhì)加標(biāo)平行樣品用于考察方法的重現(xiàn)性；平行樣品用于考察樣品結(jié)果的重現(xiàn)性。每5個(gè)沉積物樣品加兩個(gè)空白樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)沉積物樣品進(jìn)行3次平行測(cè)定，所有樣品在提取前加入1.0 mL 10 μg/L回收率指示物TnBP-d27，樣品的回收率為71.3%～87.4%，RSD為0.6%～11.9%。

3.6 實(shí)際樣品的應(yīng)用

采用本方法檢測(cè)了某條河流中6個(gè)采樣點(diǎn)的沉積物樣品，結(jié)果見表2。除TPrP外，其它幾種OPEs在所有樣品中都被檢出，其中TEHP和TCPP為主要的污染物，與文獻(xiàn)［1，21，26，27］報(bào)道結(jié)果一致。由于TEHP具有較高的lgKow（9.49），易被顆粒、懸浮物等吸附，更易賦存在沉積物中；TCPP（lgKow=2. 59）屬于親水性化合物，在本實(shí)驗(yàn)沉積物中檢出TCPP含量在1.50～99.32 ng/g，可推測(cè)整個(gè)水體中TCPP的含量比較高。TCPP具有較強(qiáng)的致癌性，因此，此污染物質(zhì)的檢出應(yīng)引起關(guān)注。

表2 某河流沉積物中OPEs的濃度（ng/g）Table 2 Concentration（ng/g）of OPEs in sediment samples from a river

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Analysis of Organophosphate Esters in Sediment Samples Using Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

LIU Shi-Long1，ZHANG Hua*2，HU Xiao-Hui1，QIU Yan-Ling1，ZHU Zhi-Liang1，ZHAO Jian-Fu21（Key Laboratory of Yangtze River Water Environment（Ministry of Education），College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）
2（State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

An efficient extraction and purifying method coupled to gas chromatography-tandem mass spectrometry（GC-MS/MS）with electron impact（EI）detection was developed to determine eight organophosphate esters（OPEs）in sediment samples.The selected OPEs were extracted twice from the sediments through vortex oscillation and ultrasonic extraction using 20 mL of n-hexane and acetone mixture （1∶1，V/V）for 10 min.Further purification by Florisil solid phase extraction（SPE）column，elution by 8 mL of ethyl acetate，concentration，and solvent exchanges for n-hexane were carried out.All target compounds were separated using the DB-5ms capillary column（30 m ×0.25 mm ×0.25μm）and detected by tandem mass spectrometry with selected reaction monitoring，and determined by the internal standard method.The result showed that this pretreatment method was simple with less solvent consumption.At three spiked levels of 10，20 and 50 μg/L，the recovery of selected OPEs（except TEP）was 80%to 120%，and the limit of detection was 0.31-64.5 ng/L，showing a good precision and accuracy.

Organophosphate esters；Gas chromatography-tandem mass spectrometry；Sediment

28 July 2015；accepted 18 November 2015）

10.11895/j.issn.0253-3820.150600

2015-07-28收稿；2015-11-18接受

本文系“十二五”規(guī)劃水體污染控制與治理重大專項(xiàng)支撐項(xiàng)目資助

*E-mail:zhhua@#edu.cn