趙亞嫻，魯炳聞，趙彥輝，黃林艷，楊 剛，劉海萍，房麗萍

(國(guó)家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，北京 100029)

0 引 言

十溴二苯醚（decabromodiphenyl ethers）作為添加型的溴代阻燃劑，因其熱穩(wěn)定性好、阻燃效率高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電子電器、紡織、建材等產(chǎn)品中，但由于該類物質(zhì)具有高親脂性、難降解性和生物累積性，2017年《斯德哥爾摩公約》將其增列入公約附件A受控名單[1]。BDE-209是商品十溴二苯醚中最主要的成份，在我國(guó)多種環(huán)境介質(zhì)中廣泛分布[2-6]。土壤由于具有良好的吸附性能及存儲(chǔ)空間，成為蓄積BDE-209的主要場(chǎng)所之一[7]，土壤中BDE-209的污染越來(lái)越引起人們的關(guān)注。因此，有必要對(duì)土壤中BDE-209的分析方法開(kāi)展研究。

由于BDE-209的分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高，具有光解性和熱不穩(wěn)定性，且在環(huán)境中多以痕量級(jí)濃度存在，給實(shí)際檢測(cè)工作帶來(lái)困難。目前，國(guó)內(nèi)尚未頒布關(guān)于土壤中BDE-209測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，國(guó)內(nèi)外研究一般多采用高分辨氣相色譜-質(zhì)譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、液相色譜-質(zhì)譜法、高效液相色譜法進(jìn)行測(cè)定[2, 7-9]，其中應(yīng)用較多的是采用氣相色譜-負(fù)化學(xué)源（negative chemical ionization，NCI）質(zhì)譜法。該方法存在分析過(guò)程重復(fù)性差的特點(diǎn)，各種條件的不佳設(shè)置往往對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確度造成較大影響[10]。文獻(xiàn)報(bào)道，在全球范圍內(nèi)20個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加的BDE-209分析比對(duì)試驗(yàn)中，分析結(jié)果的偏差高達(dá)48%[11]。

本研究在相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道基礎(chǔ)上，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，采用加速溶劑萃取，多層復(fù)合硅膠柱凈化，應(yīng)用同位素稀釋技術(shù)，建立了氣相色譜-負(fù)化學(xué)源質(zhì)譜法分析土壤中BDE-209的檢測(cè)方法，并且參照J(rèn)JF1059.1-2012《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》[12]和CNAS-CL07《測(cè)量不確定度的要求》[13]，對(duì)該方法分析過(guò)程中各環(huán)節(jié)引入的不確定度分別進(jìn)行評(píng)定，找到影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度的主要因素，從而提高BDE-209測(cè)定的準(zhǔn)確性和可靠性，為實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制提供科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)，有利于改進(jìn)分析實(shí)驗(yàn)室操作過(guò)程。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A/5975C 氣相色譜-質(zhì)譜儀配電子化學(xué)源（CI源）（美國(guó)安捷倫公司）；ASE-200快速溶劑萃取儀（美國(guó)戴安公司）；Laborota 4000 efficient旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國(guó)Heidolph公司）；N-EVAP 111氮吹濃縮儀（美國(guó) Organomation Associates. Inc.公司）。

BDE-209 標(biāo)準(zhǔn)溶液（50 μg/mL）（美國(guó) Accustandard公司）；同位素內(nèi)標(biāo)溶液13C-labeled BDE-209（50 μg/mL）（美國(guó) Cambridge Isotope Laboratories公司）。

實(shí)驗(yàn)用正己烷、二氯己烷等試劑均為農(nóng)殘級(jí)（美國(guó)J.T. Baker公司）；線狀銅（山西洽諾斯科技有限公司）；無(wú)水硫酸鈉，分析純（天津市津科精細(xì)化工研究所）。

1.2 儀器工作條件

Rtx-1614 色譜柱（15 m × 250 μm , 0.10 μm），進(jìn)樣口溫度 270 ℃，傳輸線溫度300 ℃。NCI源，離子源150 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃；升溫程序：柱始溫100 ℃ 保持 1 min，以 15 ℃/min 升溫至 280 ℃ 保持 1 min，再以 25 ℃/min 升溫至 325 ℃ 保持 10 min。氦氣流量 1.0 mL/min，不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣體積 1.0 μL。BDE-209選擇離子為m/z487，489；內(nèi)標(biāo)物13C12-BDE-209 的選擇離子為m/z495，497。

1.3 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取2.00 g土壤樣品，與2.00 g硅藻土混合，置于萃取池中，隨后加入質(zhì)量濃度為5 000 ng/mL的13C12-BDE-209內(nèi)標(biāo)溶液 40 μL，平衡 30 min。萃取條件：用正己烷/二氯甲烷（V/V=1:1）混合溶液萃取，萃取池爐溫為150 ℃，壓力為1 500 psi(1 psi=6 894.76 Pa)，加熱 7 min，靜態(tài)平衡 8 min，循環(huán)3次。將活化好的線狀銅加入提取液中，旋轉(zhuǎn)1 min，放置15 min，觀察銅絲表面如果變黑，則再加入少量銅絲，再旋轉(zhuǎn)大約 1 min，放置 15 min，然后加入適量無(wú)水Na2SO4，振蕩后靜置15 min，將提取液轉(zhuǎn)移至另一干凈平底燒瓶或雞心瓶中，然后將提取液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進(jìn)行濃縮至2 mL。濃縮后經(jīng)復(fù)合硅膠柱凈化分離，用100 mL正己烷洗脫，收集洗脫液濃縮至2 mL轉(zhuǎn)移至濃縮管中，經(jīng)氮吹濃縮至0.1 mL，轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶中，定容至1.0 mL，待質(zhì)譜分析。在整個(gè)樣品前處理過(guò)程中，全程注意避光，用鋁箔包裹凈化柱及玻璃器皿。

1.4 數(shù)學(xué)模型

土壤中BDE-209含量的測(cè)定公式如下：

式中：C土壤——土壤中 BDE-209 的濃度；μg/kg；

C樣——上機(jī)樣品的濃度，μg/mL；

V——樣品定容體積，mL；

P——前處理回收率；

W——土壤樣品稱樣量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

土壤中多溴二苯醚的凈化一般采用多層硅膠柱凈化方法，本研究參考美國(guó)EPA 1614方法直接確定采用非極性的正己烷作為淋洗液。按照流出曲線的制作方法[14]：多層復(fù)合硅膠柱填充完畢后，預(yù)先用70 mL正己烷進(jìn)行淋洗，并棄去淋洗液。在柱頭上添加 100 μL 濃度為 5 000 ng/mL 的 BDE-209 標(biāo)準(zhǔn)溶液，隨后用100 mL正己烷進(jìn)行洗脫，將每10 mL洗脫液?jiǎn)为?dú)收集于刻度試管中，濃縮至1.0 mL，上機(jī)測(cè)定。根據(jù)1.2列出的色譜質(zhì)譜條件，分別對(duì)10個(gè)流出曲線的樣品進(jìn)行測(cè)定，得到BDE-209在多層復(fù)合硅膠柱上的流出曲線如圖1所示。

圖1 BDE-209在多層硅膠柱上的流出曲線圖

結(jié)果顯示，BDE-209主要在上樣后洗脫體積為30 mL時(shí)被淋洗出來(lái)，為了確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的凈化、回收以及干擾物去除等效果，選擇洗脫體積為100 mL。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜條件優(yōu)化

由于BDE-209相對(duì)分子量大，溴原子取代數(shù)目多達(dá)10個(gè)，性質(zhì)不穩(wěn)定。為使其充分氣化并減少其在柱頭的降解，對(duì)進(jìn)樣方式進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果顯示，采用不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣溫度270 ℃可以達(dá)到滿意的效果。載氣流量的增加可以提高BDE-209的響應(yīng)，但過(guò)高的柱流量會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)不穩(wěn)定，綜合考慮方法的靈敏度和穩(wěn)定性，最終選擇1 mL/min為分析時(shí)的柱流量。

BDE-209容易在色譜柱上熱降解，EPA1614方法建議采用15 m或者更短的色譜柱進(jìn)行測(cè)定，本研究根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道選用了15 m的Rtx-1614色譜柱進(jìn)行測(cè)定。為使BDE-209在較短時(shí)間內(nèi)完全出峰且減少其在色譜柱內(nèi)的降解，對(duì)升溫程序進(jìn)行優(yōu)化，采用初始溫度 100 ℃，保持 1 min，以 15 ℃/min升溫至 280 ℃，保持 1 min，再以 25 ℃/min 升溫至325 ℃ 保持 10 min 的升溫程序，BDE-209 在 17.5 min內(nèi)完全出峰，且峰形尖銳，無(wú)降解，無(wú)拖尾的現(xiàn)象，可以滿足分析的需求。

NCI被稱為“軟電離源”，對(duì)含電負(fù)性基團(tuán)的物質(zhì)（如含有鹵素的物質(zhì)）具有高靈敏度和選擇性。使用NCI源進(jìn)行BDE-209測(cè)定時(shí)可大大降低檢出限，并且BDE-209相對(duì)分子量大，能夠與其他干擾物有效分離，可避免假陽(yáng)性結(jié)果的出現(xiàn)。本研究選用NCI源對(duì)BDE-209進(jìn)行測(cè)定。BDE-209和同位素內(nèi)標(biāo)13C12-BDE-209的提取離子質(zhì)譜圖如圖2所示。

圖2 BDE-209和13C12-BDE-209提取離子（m/z: 487和495）質(zhì)譜圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

利用已建立的GC-NCI-MS方法，將質(zhì)量濃度為 10, 50, 100, 200, 500, 1 000 ng/mL 的 BDE-209 標(biāo)準(zhǔn)溶液（內(nèi)標(biāo)物13C12-BDE-209的濃度為200 ng/mL）經(jīng)儀器測(cè)定2次。采用同位素內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，得到相應(yīng)的峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值，用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到工作曲線為y= 2.021x+ 0.174 4，r2= 0.999 3，線性良好。

2.4 方法檢出限和定量限

在空白硅藻土中，加入接近檢出限濃度的BDE-209標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用與樣品相同的前處理和儀器分析方法，得到空白加標(biāo)液，重復(fù)進(jìn)樣7次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限LOD，結(jié)果為0.87 ng/g，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的定量限LOQ，結(jié)果為2.91 ng/g。與文獻(xiàn)相比，本研究結(jié)果低于采用EI源測(cè)定土壤中 BDE-209 的方法檢出限 LOD（3.25 ng/g）[10]，可以滿足環(huán)境中痕量BDE-209的檢測(cè)需求。

2.5 回收率和精密度

以空白土壤樣品為基質(zhì)，分別添加相當(dāng)于樣品中含10、100 ng/g濃度水平的BDE-209標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照建立的分析方法平行測(cè)定6個(gè)樣品，計(jì)算出平均加標(biāo)回收率及其RSD見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，高、低濃度基質(zhì)加標(biāo)回收率范圍分別為91.6%～101%和92.8%～103%，均符合 US EPA1614規(guī)定的參考值（50%～200%）[15]，RSD 值均＜5%，說(shuō)明本方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。

表1 BDE-209加標(biāo)回收率及精密度（n=6）

2.6 方法不確定度評(píng)定

通過(guò)1.4所列公式（1）可以識(shí)別土壤中BDE-209測(cè)定的不確定度來(lái)源主要包括：土壤樣品稱樣量引入的不確定分量ur（m）、樣品定容引入的不確定度分量ur（V）、前處理過(guò)程引入的不確定分量ur（Rec）以及分析和數(shù)據(jù)處理引入的不確定度分量，其中分析和數(shù)據(jù)處理的不確定度分量主要源于標(biāo)準(zhǔn)溶液本身和稀釋過(guò)程ur（std）、曲線擬合過(guò)程ur（cur）以及儀器測(cè)量的重復(fù)性u(píng)r（Rep）。

根據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》[12]和CNAS-CL07《測(cè)量不確定度的要求》[13]，以及文獻(xiàn)[2]報(bào)道的方法，對(duì)方法中各環(huán)節(jié)引入的不確定度分量進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)各不確定度分量的貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)引入的不確定度分量和前處理過(guò)程引入的不確定分量貢獻(xiàn)較大，研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道一致[2, 16-19]。其中，標(biāo)準(zhǔn)溶液本身和稀釋過(guò)程引入的不確定度分量貢獻(xiàn)率占總不確定度分量最高，為65.6%。

表2 各不確定度分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將表2所列各不確定度分量按照公式（2）進(jìn)行計(jì)算，獲得合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.078。在沒(méi)有特殊要求情況下，置信水平為95%，擴(kuò)展因子k=2，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度Ur（c）=ur（c）×k=0.16。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究采用加速溶劑萃取結(jié)合多層酸堿硅膠層析柱凈化，利用GC-NCI-MS測(cè)定土壤樣品中的BDE-209，具有良好的線性范圍及較低的檢出限，通過(guò)同位素標(biāo)記化合物作為內(nèi)標(biāo)，提高了定量分析的準(zhǔn)確度，能夠滿足我國(guó)土壤介質(zhì)中痕量BDE-209的分析要求，具有很好的適用性。不確定度評(píng)定結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)溶液本身和稀釋過(guò)程引入的不確定度最大，其次為前處理過(guò)程引入的不確定度。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)使用不確定度量值較小的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品、盡量減少標(biāo)準(zhǔn)曲線稀釋步驟等方法可有效降低標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制引入的不確定度分量；通過(guò)優(yōu)化樣品前處理技術(shù)路線、提高分析者的操作技巧等方法可降低前處理操作引入的不確定度分量。本研究可用于指導(dǎo)氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中其他多溴二苯醚或類似環(huán)境污染物的檢測(cè)及不確定度評(píng)定。