郭曉辰，饒 竹,2*，李曉潔，黎 寧，田 芹，潘 萌 ，佟 玲，楊志鵬，田菲菲

(1.國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心，北京 100037；2.國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心 自然資源部生態(tài)地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037；3.中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024；4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；5.島津企業(yè)管理(中國)有限公司，北京 100020)

得克隆類化合物(Dechloranes)是一類耐光、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的高氯代阻燃劑，自溴代阻燃劑因健康風(fēng)險(xiǎn)被禁用以后，阻燃劑需求逐漸轉(zhuǎn)向非限制阻燃劑(如得克隆類化合物)，促使得克隆類化合物逐漸成為高產(chǎn)量化學(xué)品(HPV)。自2006年Hoh等[1]首次在環(huán)境中報(bào)道得克隆(Dechlorane plus，DP)以來，人們對大氣、海水、土壤、沉積物、生物等[2-8]中的得克隆類化合物展開了研究，發(fā)現(xiàn)得克隆類化合物在環(huán)境中普遍存在，其長距離大氣輸送特性與多溴聯(lián)苯醚209相似[9]，并具有差異化生物富集、生物代謝特征[10-13]。研究還表明得克隆類化合物能夠親和腦組織，具有影響激素水平、對DNA產(chǎn)生慢性破壞作用的風(fēng)險(xiǎn)[14-16]。2018年1月，得克隆被歐洲化學(xué)品管理署ECHA列入第18批高關(guān)注化合物(Substance of very high concern，SVHC)清單[17]。目前，關(guān)于土壤中得克隆類化合物的研究報(bào)道較少，且以順式和反式得克隆(syn-DP、anti-DP)為主。土壤是重要的環(huán)境介質(zhì)，因此，研究建立得克隆類化合物在土壤中的殘留檢測方法，可為開展該類化合物在環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化研究、保證土壤質(zhì)量安全提供技術(shù)支撐。

加速溶劑萃取法(Accelerated solvent extraction)是目前固體、半固體基質(zhì)樣品的主要前處理方式，它與索氏提取法(Soxhlet extraction)相比具有快速、溶劑使用量少、更安全的特點(diǎn)。氣相色譜/負(fù)化學(xué)電離源-單四極桿質(zhì)譜儀(GC-MS/NCI)是檢測得克隆類的常用方法，但因其常使用低質(zhì)量數(shù)的氯離子定性定量，在復(fù)雜基質(zhì)樣品檢測時(shí)可能產(chǎn)生假陽性結(jié)果；也有研究者使用氣相色譜-高分辨質(zhì)譜方法來提高定性的準(zhǔn)確性和靈敏度，但儀器價(jià)格高昂，難以普及。本研究采用加速溶劑萃取、在線凈化結(jié)合氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(GC-MS/MS)同時(shí)測定了土壤中8種痕量得克隆類化合物，方法相對經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

TQ8040氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(日本島津公司)；ASE350加速溶劑萃取儀(美國Dionex公司，配22 mL萃取池)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(德國Heidolph2公司)；數(shù)控恒溫水浴氮吹儀(北京康林科技有限責(zé)任公司)。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：滅蟻靈(Mirex，純度98.9%)、順式得克隆(syn-DP，50 μg/mL)、反式得克隆(anti-DP，50 μg/mL)購自美國Accustandard公司；得克隆602(Dec 602，純度95%)、得克隆603(Dec 603，純度98%)、得克隆604(Dec 604，純度95%)購自加拿大Toronto Research Chemicals公司；anti-Cl10DP(50 μg/mL)、anti-Cl11DP(50 μg/mL)購自加拿大Wellington Lab公司。13C12PCB209(純度99.9%)購自美國CIL公司，作為替代物(Surrogate standard)使用。13C12PCB206(純度98%)購自加拿大Toronto Research Chemicals公司，作為內(nèi)標(biāo)物(Internal standard)使用。丙酮(純度95%，美國Fisher公司)；正己烷、二氯甲烷(純度95%，美國百靈威公司)；甲苯(純度99.9%，美國Fisher公司)。CNWbond Carbon-GCB/PSA凈化柱(500 mg/500 mg/6 mL，德國CNW公司)。

1.2 樣品采集

樣品于2015年10月采自京杭大運(yùn)河沿線各城市(主要包括天津市、河北滄州市、山東聊城市、江蘇常州市、浙江杭州市等)，用地類型為農(nóng)舍周邊、農(nóng)田周邊、道路旁等。用鐵鍬采集深度0～5 cm表層土壤，去除樹枝、石塊等雜物后用鋁箔包裹放入自封袋，4 ℃下低溫保存，并盡快送實(shí)驗(yàn)室檢測。

空白樣品為實(shí)際土壤樣品，磨碎過40目篩，使用加速溶劑萃取儀以丙酮為提取劑進(jìn)行提取、洗滌，陰干后，待用。

1.3 樣品前處理

土壤樣品于陰涼、通風(fēng)處陰干，粉碎過40目篩。取15.0 g土壤樣品與1.0 g硅藻土混勻，裝入內(nèi)襯有0.2 g GCB的加速溶劑萃取池，再加入40 μL質(zhì)量濃度為80 ng/mL替代物13C12PCB209標(biāo)準(zhǔn)溶液。以正己烷-丙酮(體積比1∶1)在120 ℃條件下靜態(tài)萃取5 min，循環(huán)3次，沖洗體積(Flush volume) 60%并氮?dú)獯祾?Purge) 90 s。將提取液氮吹濃縮至約5 mL，再用GCB/PSA固相萃取柱凈化，正己烷洗脫后氮吹濃縮至小于0.2 mL，再加入40 μL 80 ng/mL內(nèi)標(biāo)物13C12PCB206標(biāo)準(zhǔn)溶液，用正己烷定容至0.2 mL，待GC-MS/MS分析。

1.4 色譜-質(zhì)譜條件

1.4.1色譜條件進(jìn)樣口溫度程序：初溫30 ℃，保持0.5 min；以400 ℃/min升溫至280 ℃保持4 min，以-400 ℃/min降溫至30 ℃。色譜柱Rtx-1614(15 m×0.25 mm，0.1 μm)，柱流量1.5 mL/min。柱溫程序：初始溫度80 ℃，以15 ℃/min升至240 ℃，保持0.5 min，再以10 ℃/min升至300 ℃，最后以20 ℃/min升至320 ℃并保持0.5 min。進(jìn)樣體積4 μL；不分流進(jìn)樣。

1.4.2質(zhì)譜條件電子轟擊電離源(EI)，能量70 eV，離子源溫度180 ℃，接口溫度320 ℃，檢測器電壓1.8 kV，多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)特征離子及碰撞電壓條件見表1。

表1 GC-MS/MS質(zhì)譜分析條件Table 1 Analysis conditions of GC-MS/MS

2 結(jié)果與討論

2.1 ASE提取條件的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以丙酮、正己烷、二氯甲烷單獨(dú)作為提取劑時(shí)目標(biāo)物在土壤中的回收率均不理想，而改用二者兩兩混合提取后的回收率得以改善，且以正己烷-丙酮體系提取效果最好，且隨著丙酮比例升高，目標(biāo)物的回收率有所上升，但因丙酮極性較大，過多時(shí)會(huì)造成提取液中干擾物增多，影響定性、定量可靠性，增加后續(xù)凈化難度，因此最終選擇正己烷-丙酮比例為1∶1。

以正己烷-丙酮(體積比1∶1)為提取溶劑，考察了靜態(tài)萃取溫度在60～160 ℃范圍內(nèi)時(shí)各目標(biāo)物的回收率。結(jié)果顯示，當(dāng)萃取溫度為60 ℃時(shí)，大多數(shù)化合物回收率不足80%，隨著萃取溫度的升高，目標(biāo)物回收率有所提升，但到160 ℃時(shí)出現(xiàn)了明顯的基質(zhì)效應(yīng)，其中滅蟻靈和得克隆603可達(dá)130%以上，且與其它組分回收率相差較大。同時(shí)，考慮到實(shí)際土壤基質(zhì)的復(fù)雜性，較高提取溫度會(huì)使共提干擾物增多，影響后續(xù)凈化效果和儀器分析準(zhǔn)確性。因此，綜合考慮，實(shí)驗(yàn)最終選擇提取溫度為120 ℃。

采用5因素4水平的正交試驗(yàn)(表2)考察了靜態(tài)萃取溫度(60、90、120、150 ℃)、靜態(tài)萃取時(shí)間(3、5、8、10 min)、萃取溶劑種類(丙酮、正己烷、丙酮-正己烷、二氯甲烷-正己烷)、循環(huán)次數(shù)(1、2、3、4 次)和沖洗體積(10%、30%、60%、90%) 5個(gè)影響因素在4個(gè)水平下對土壤中目標(biāo)物的提取效率。極差分析結(jié)果顯示，各因素對不同目標(biāo)物影響略有差異，最顯著影響因素為靜態(tài)萃取溫度、萃取溶劑和循環(huán)次數(shù)。優(yōu)化后的提取條件見“1.3”。

表2 ASE前處理方法正交實(shí)驗(yàn)因素表Table 2 Orthogonal experiment factor table of ASE preprocessing method

2.2 樣品凈化

土壤樣品基質(zhì)復(fù)雜，為減小基質(zhì)干擾，本文采用在線凈化除去大部分干擾后再進(jìn)一步采用固相萃取柱凈化，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。

2.2.1凈化方式的選擇實(shí)驗(yàn)考察了凈化劑與樣品均勻混合、凈化劑鋪在萃取池底部兩種凈化方式，發(fā)現(xiàn)前者的凈化液中基質(zhì)效應(yīng)明顯且目標(biāo)物回收率低，而底部凈化方式較好。同時(shí)考察了椰殼活性炭(Coconut shell activated carbon)、C18、硅膠(Silica gel)、弗羅里硅土(Florisil)、中性氧化鋁(Al2O3)、PSA(N-丙基乙二胺)和石墨化碳黑(GCB)對凈化效果的影響(圖1)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：椰殼活性炭易吸附Dec 604；PSA在高溫高壓萃取環(huán)境下釋放異味，C18對Dec 604產(chǎn)生明顯基質(zhì)效應(yīng)；硅膠、弗羅里硅土脫色效果差；而GCB的凈化效果最好，因此選擇GCB凈化。對GCB用量進(jìn)行了考察，分別使用0.1、0.2、0.5、1.0、1.5 g GCB進(jìn)行在線凈化實(shí)驗(yàn)，綜合考慮凈化效果和實(shí)際樣品復(fù)雜性，確定使用GCB的量為0.2 g。

圖1 加速溶劑萃取在線凈化試劑的優(yōu)化

經(jīng)在線底部凈化后，樣液中仍存在基質(zhì)干擾，不宜進(jìn)樣檢測，因此選擇硅膠層析柱、磺化法和商品化固相萃取小柱進(jìn)一步凈化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)酸、堿、中性硅膠層析柱凈化后的目標(biāo)物產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)或回收率低；經(jīng)磺化法凈化后Dec 603、Dec 604、anti-Cl10DP的回收率達(dá)不到要求；而固相萃取柱凈化目標(biāo)物回收率(71.9%～112%)較好。實(shí)驗(yàn)還考察了EnviCarb、Florisil、GCB/PSA等7種固相萃取柱的凈化效果，結(jié)果顯示，AC-2、硅膠小柱凈化后仍存在基質(zhì)效應(yīng)；EnviCarb柱、Florisil柱替代物凈化后的回收率偏低；GCB/PSA、GCB/NH2的凈化效果較好，回收率較高，此二種小柱填料對化合物保留行為相似，因此選擇其中一種作為凈化柱使用即可，本研究選擇GCB/PSA作為凈化柱。

2.2.2洗脫溶劑的選擇大部分得克隆類化合物的極性較弱，利用相似相容原理，考察了正己烷、二氯甲烷、正己烷-乙酸乙酯、正己烷-丙酮為洗脫溶劑時(shí)的洗脫效果。結(jié)果顯示，正己烷-乙酸乙酯、正己烷-丙酮以及二氯甲烷洗脫液中基質(zhì)效應(yīng)明顯，且洗脫液濃縮后呈淡黃色。特別是Dec 604與syn-DP的回收率隨正己烷-丙酮中的正己烷比例下降而驟降。以正己烷為洗脫液時(shí)的洗脫效果較好，進(jìn)一步考察了3～15 mL正己烷對目標(biāo)化合物的洗脫回收率，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)目標(biāo)物淋洗3 mL即可獲得較好的回收，syn-DP和anti-Cl11DP需6 mL方可洗脫完全，Dec 604則需要10 mL。這是由于Dec 604中—C—C—單鍵一側(cè)為多氯代不飽和六元環(huán)，另一側(cè)為多溴代芳環(huán)，結(jié)構(gòu)不對稱，具有較大極性；而順式得克隆結(jié)構(gòu)為中部船式構(gòu)象八元環(huán)，兩側(cè)多氯代不飽和船式構(gòu)象六元環(huán)，空間上具有較大極性；而凈化柱中GCB主要吸附極性較強(qiáng)化合物導(dǎo)致Dec 604等需更多洗脫液才可回收。因此，為保證洗脫完全，最終選擇15 mL正己烷進(jìn)行洗脫。

2.3 儀器分析條件優(yōu)化

2.3.1進(jìn)樣方式優(yōu)化為獲得更高的分析靈敏度，實(shí)驗(yàn)對比考察了不分流進(jìn)樣(SSL)與程序升溫進(jìn)樣模式(PTV)。結(jié)果顯示，在相同大體積進(jìn)樣量下(進(jìn)樣量為4 μL時(shí))，SSL模式氣化室中大量溶劑與溶質(zhì)同時(shí)氣化膨脹，導(dǎo)致氣體體積超出襯管閾值而溢出，從而造成目標(biāo)物損失，影響定量準(zhǔn)確性；而PTV模式氣化室可實(shí)現(xiàn)程序升溫，在較低溫度時(shí)將大體積溶劑吹出，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的濃縮富集，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)PTV模式響應(yīng)為SSL的1.45～3.73倍，且各目標(biāo)物響應(yīng)值隨進(jìn)樣量增大而增強(qiáng)，但進(jìn)樣量為4～5 μL時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，且過大進(jìn)樣量易造成氣化室和柱頭污染，因此實(shí)驗(yàn)選擇PTV模式(進(jìn)樣口溫度程序見“1.4.1”)進(jìn)樣4 μL。

2.3.2色譜柱的選擇分別考察了ZB-1HT、DB-1MS、ZB-5HT(15 m和30 m 2種)、Rtx-1614、Rtx-CLPesticides2、DB-XLB、DB-35MS、DB-17HT和VF-1701ms 10種不同極性、不同型號的氣相色譜柱對得克隆類化合物的分離能力。結(jié)果顯示，Dec 604和anti-Cl11DP因極性較大，采用中極性色譜柱DB-35MS、VF-1701ms等中等極性柱分離時(shí)，與固定相產(chǎn)生較強(qiáng)作用，出現(xiàn)峰拖尾和保留時(shí)間增長等現(xiàn)象。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)使用液膜較厚(液膜厚度為0.14 μm的Rtx-CLPesticides2柱)、柱長過長(柱長為30 m的ZB-5HT柱)時(shí)，存在高沸點(diǎn)組分不能流出或有組分不能完全分離等情況。Rtx-1614柱常用于高沸點(diǎn)、分子量較大的多溴聯(lián)苯醚209分析，其對得克隆也具有較高響應(yīng)和較好的分離效果，這可能和得克隆與多溴聯(lián)苯醚具有相似物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，故實(shí)驗(yàn)最終選擇Rtx-1614色譜柱進(jìn)行分離。

2.3.3質(zhì)譜條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)以anti-DP為研究對象對比了電子轟擊電離源(EI)與負(fù)化學(xué)電離源(NCI)的分析結(jié)果(圖2)。由圖可見，NCI中anti-DP準(zhǔn)分子離子豐度相對較低，而Cl(m/z35)碎片離子豐度較高，但Cl等鹵族碎片離子在環(huán)境中的含量較大，會(huì)導(dǎo)致檢測結(jié)果假陽性，因此本研究選擇EI源，采用較大質(zhì)量數(shù)的碎片離子(如m/z272等)結(jié)合三重四極桿質(zhì)譜的MRM掃描功能，從而獲得較高分析靈敏度、減小假陽性。

圖3 8種目標(biāo)物、替代物、內(nèi)標(biāo)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液總離子流色譜圖

2.3.4離子源溫度的優(yōu)化考察了離子源溫度為160～220 ℃時(shí)8種得克隆類化合物的響應(yīng)情況。結(jié)果顯示，Mirex、Dec 602、anti-Cl10DP和anti-Cl11DP的響應(yīng)隨溫度無明顯變化，其余化合物響應(yīng)隨離子源溫度上升呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，當(dāng)離子源溫度為180 ℃時(shí)，各化合物響應(yīng)最高，因此選擇EI源的離子源溫度為180 ℃。另外，實(shí)驗(yàn)對碰撞電壓、定性定量離子對進(jìn)行了優(yōu)化考察，優(yōu)化后的質(zhì)譜參數(shù)見表1，優(yōu)化條件下的8種目標(biāo)物、替代物、內(nèi)標(biāo)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液總離子流色譜圖見圖3。

2.4 基質(zhì)效應(yīng)

在優(yōu)化條件下，取空白土壤濃縮液，加入8種得克隆類化合物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、內(nèi)標(biāo)物、替代物配成10 ng/mL的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液，與同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液中的各化合物響應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)溶液中的1.3～20倍，基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)明顯，因此本方法采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行定量分析。

2.5 方法性能指標(biāo)

分別配制不同濃度的8種得克隆類化合物，在優(yōu)化條件下測定，以各化合物與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值(y)為縱坐標(biāo)，對應(yīng)化合物的質(zhì)量濃度(x,ng/mL)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示，8種得克隆類化合物在對應(yīng)的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)(r)不小于0.997 9，按照EPA定義MDL=s×t(n-1,1-a=0.99)計(jì)算得8種得克隆類化合物的檢出限(MDL)為0.17～11.0 pg/g，以LOQ=4 MDL計(jì)算得定量下限(LOQ)為0.88～44.0 pg/g(表3)。

表3 8種得克隆類化合物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)、檢出限(MDL)及定量下限Table 3 Linear ranges,linear equation,correlation coefficients(r),limits of detection(MDL) and limits of quantitation of 8 kinds of super trace dechloranes

以空白土壤為基質(zhì)進(jìn)行低、中、高3個(gè)濃度水平(如syn-DP的加標(biāo)水平分別為6.67、133.3、2 000 pg/g)的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濃度平行7次，在優(yōu)化條件下測得8種得克隆類化合物的平均回收率為93.8%～107%、84.7%～101%、99.0%～108%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=7)分別為5.1%～13%、5.2%～8.3%、4.3%～6.6%。表明本方法具有較好的準(zhǔn)確性和精密度，可滿足土壤中超痕量得克隆類化合物的分析需求。

2.6 實(shí)際樣品分析

選取京杭大運(yùn)河沿線城市及農(nóng)村的農(nóng)田、道路旁、綠化帶等區(qū)域的土壤樣品，應(yīng)用本方法在優(yōu)化條件下分析(表4)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，江蘇省淮安市污染較重，Mirex、syn-DP、anti-DP檢出率高，與Wang等[18]的調(diào)查結(jié)果相近。

在得克隆類化合物分析中，常計(jì)算反式DP異構(gòu)體比例fanti=canti-DP/(csyn-DP+canti-DP)推測污染來源，當(dāng)該比值約為0.75～0.80時(shí)，表明存在原位的得克隆類化合物生產(chǎn)污染源[1]。經(jīng)計(jì)算，江蘇淮安市大部分樣品的DP異構(gòu)體比例在0.60～0.80之間，這與Wang等[19]的調(diào)查結(jié)果相似，特別是在從事生產(chǎn)得克隆類化合物的安邦電化公司附近的采樣點(diǎn)，具有明顯的生產(chǎn)污染源特征。

表4 實(shí)際樣品分析結(jié)果Table 4 Detection results of target compounds in samples

nd:not detected(未檢出)；sample results were without blank and recovery correction(樣品結(jié)果不經(jīng)空白和回收率校正)

3 結(jié) 論

本文建立了加速溶劑萃取/氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用快速同時(shí)測定土壤中順式得克隆、反式得克隆、得克隆603等8種超痕量得克隆類化合物的分析方法，利用在線與離線相結(jié)合的凈化方式降低土壤基質(zhì)影響，提高分析準(zhǔn)確性，本方法的靈敏度、抗干擾能力優(yōu)于負(fù)化學(xué)電離源檢測，可用于復(fù)雜土壤樣品分析，將其用于京杭大運(yùn)河沿線土壤中得克隆類化合物的分析測定，發(fā)現(xiàn)在得克隆產(chǎn)地有較高的檢出率和檢出濃度，值得關(guān)注。