張付海，陳 鑫，田丙正，趙 彬，張 敏

1.安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽 合肥 230071 2.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)是一種最常見的溴代阻燃劑，在環(huán)境中難以降解，具有類似于多氯聯(lián)苯的毒性，能被生物體代謝，可以轉(zhuǎn)化為毒性更大的代謝物，并具有疏水性和生物富集性，屬于持久性有機污染物(POPs)[1]。目前，報道較多的PBDEs分析方法有氣相色譜法(GC)，氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)，高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法(HRGC-HRMS)和氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS-MS)[2-9]。由于GC和GC-MS分析方法靈敏度較低，都易產(chǎn)生假陽性，HRGC-HRMS的儀器設(shè)備貴、對環(huán)境條件和人員要求高，不適于方法的推廣。而使用GC-MS-MS進行檢測時，二級質(zhì)譜掃描的母離子一般選擇一級質(zhì)譜上豐度最高的離子，母離子再通過四極桿后產(chǎn)生特征子離子，形成離子對，通過監(jiān)測一個或多個離子對，使化合物分析的準(zhǔn)確度和精確度進一步提高[10-13]。經(jīng)過多年的發(fā)展，高溴代聯(lián)苯醚BDE-209測試仍存在不能與其他痕量PBDEs同時分析和色譜柱容易污染等問題，需要不同的測定手段。同時測定包括BDE-209在內(nèi)的多組分痕量PBDEs測定方法，有待進一步改進。土壤和沉積物中PBDEs一般在痕量水平，由于樣品基體復(fù)雜、易受環(huán)境影響，其樣品前處理技術(shù)的發(fā)展滯后于分析檢測技術(shù)，是PBDEs分析中最薄弱的環(huán)節(jié)，因此建立一種快速、方便、準(zhǔn)確的前處理技術(shù)成為當(dāng)前的研究熱點[14-17]。

相比于傳統(tǒng)萃取凈化方法，優(yōu)化后加速溶劑萃取和在線同步凈化前處理方法，具有萃取凈化效果好、時間短、試劑用量少、自動化程度和回收率高等優(yōu)點，適于批量處理土壤和沉積物中含有多組分痕量PBDEs的樣品。通過優(yōu)化GC-EI-MS-MS各種分析參數(shù)，采用改進的色譜柱解決了無法對BDE-209和其他PBDEs同時分析的問題以及色譜柱污染問題，確定了土壤和沉積物中多組分痕量PBDEs的最佳分析條件，建立了土壤和沉積物中8種PBDEs的加速溶劑同時萃取和凈化-氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜的分析方法，可用于實際土壤和沉積物中8種PBDEs的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器

分析儀器為美國Bruker公司的450GC-320MS-MS，DB-5HT毛細(xì)管柱(15 m×250 μm×0.1 μm)，美國戴安公司ASE-300型快速溶劑萃取儀，美國Caliper公司TurboVap II濃縮儀。

1.2 試劑

8種PBDEs(BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-100、BDE-153、BDE-154、BDE-183和BDE-209)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和13C12-BDE-153標(biāo)準(zhǔn)溶液均購自美國Accustandard公司。二氯甲烷、正己烷等為色譜純，無水硫酸鈉、弗羅里硅土、硅膠和石英砂為優(yōu)級純。活性弗羅里硅土與活性炭混合劑制備(混合劑)：弗羅里硅土在馬弗爐中600 ℃烘6 h后，與活性炭按質(zhì)量比為4∶1混合。酸性硅膠制備：在馬弗爐中600 ℃烘6 h后冷卻至室溫，加40%硫酸。

1.3 樣品預(yù)處理

將采集的土壤和沉積物樣品進行冷凍干燥，研磨，過0.25 mm篩后裝入棕色瓶保存待用。準(zhǔn)確稱取5 g樣品和5 g無水硫酸鈉混勻轉(zhuǎn)移至33 mL萃取池，在萃取池底部加10 g混合劑，萃取溶劑為正己烷-二氯甲烷混合溶液(體積比為4∶1)。萃取條件：溫度為80 ℃，壓力為1 500 psi，5 min靜態(tài)提取時間，氮氣吹掃90 s，靜態(tài)提取2次，收集萃取液在自動濃縮儀上濃縮至近干，加1 mg/L13C-BDE-153內(nèi)標(biāo)物10 μL，用正己烷定容至1 mL。

實驗室空白實驗：用石英砂代替樣品，前處理步驟同上；全程序空白實驗：選擇無PBDEs污染的土壤作為全程空白樣品按該方法的采樣、制樣和分析過程進行操作。

1.4 儀器分析條件

氣相色譜儀條件：載氣流速為氦氣1.8 mL/min，柱溫箱為50 ℃開始，以20 ℃/min升至150 ℃，15 ℃/min升至240 ℃，20 ℃/min 升至300 ℃保持6 min，進樣口溫度為320 ℃，采用不分流壓力脈沖方式進樣，進樣體積為1.0 μL。

質(zhì)譜儀條件：離子源為EI，能量為70 eV，離子源溫度為280 ℃，歧管溫度為40 ℃，傳輸線溫度為300 ℃，碰撞氣為氬氣，壓力位為2.0 mTorr，選擇多反應(yīng)監(jiān)測方式(MRM)。

2 結(jié)果與討論

2.1 加速溶劑萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取溶劑的優(yōu)化

采用農(nóng)田土壤和派河底泥沉積物進行加標(biāo)實驗，比較萃取溶劑為正己烷-二氯甲烷不同體積混合對8種PBDEs的萃取效率的影響，由圖1可見，萃取溶劑為正己烷-二氯甲烷(體積比為9∶1)對8種PBDEs的萃取回收率為60%～85%，其中對BDE-28的萃取回收率為60%左右，其余PBDEs萃取回收率都在70%以上，萃取液的顏色較淺；正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)對8種PBDEs的萃取回收率為85%～106%，萃取液的顏色較淺；正己烷-二氯甲烷(體積比為1∶1)對8種PBDEs的萃取回收率為90%～126%，萃取液的顏色較深。結(jié)果顯示，二氯甲烷的比例增加，8種PBDEs的萃取效率有所提高，但萃取液的雜質(zhì)種類增多。使用正己烷-二氯甲烷(體積比為1∶1)時萃取液的顏色變深，說明共淋洗現(xiàn)象較嚴(yán)重。《土壤和沉積物 多溴二苯醚的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 952—2018)選用的萃取溶劑是正己烷-二氯甲烷(體積比為1∶1)，方法平均加標(biāo)回收率為85.7%～113%；USEPA Method1 614 A使用的是丙酮和正己烷混合體系，由于丙酮對很多物質(zhì)都有很好的萃取效果，因此萃取液含有共萃取雜質(zhì)較多?！锻寥篮统练e物 多溴二苯醚的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 952—2018)和USEPA Method1614A都需要對萃取液進行濃硫酸或復(fù)合硅膠層析柱凈化，否則影響PBDEs分析的準(zhǔn)確性，凈化過程比較復(fù)雜。在滿足PBDEs的萃取效率前提下，干擾物質(zhì)盡可能少被萃取，筆者選擇正己烷-二氯甲烷(體積比為4∶1)作為萃取液，采用在線凈化，簡化了后續(xù)萃取液的凈化過程。

圖1 不同萃取溶劑對8種PBDEs的萃取效果Fig.1 Effects of extraction for 8 PBDEs by different solvents

2.1.2 凈化吸附劑的選擇和優(yōu)化

比較了在33 mL萃取池底部加5、10、15 g混合劑和10 g酸性硅膠進行在線凈化。結(jié)果顯示，加10 g酸性硅膠樣品的色譜圖前10 min基線較高，雜峰較多，干擾大，回收率為65%～130%。加5、10、15 g混合劑都能基本去除萃取液的色素和脂肪等干擾物，色譜圖背景噪聲小，且改善目標(biāo)物峰型，回收率都為85%以上，提高了目標(biāo)物的靈敏度和準(zhǔn)確度，大大簡化了凈化過程。考慮到實際沉積物中干擾物質(zhì)含量不同，筆者選擇10 g混合劑(活性弗羅里硅土-活性炭質(zhì)量比為4∶1)作為在線凈化吸附劑?！锻寥篮统练e物 多溴二苯醚的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 952—2018)對萃取液采用濃硫酸或者復(fù)合硅膠層析柱進行凈化，凈化過程比較復(fù)雜，由于GC-MS-MS抗干擾能力較強，對基體凈化要求比GC-MS低，通過加速溶劑在線凈化可以滿足分析要求。

2.1.3 其他萃取條件的選擇

溫度的提高有利于克服基體效應(yīng)，能極大地減弱溶質(zhì)與基體之間較強的相互作用力，溶劑能更好地“浸潤”樣品基體，加速溶劑分子向基體中的擴散，從而提高萃取效率。選擇萃取溫度為40、60、80、100 ℃時考察8種PBDEs的萃取效果，見圖2。

由圖2顯示，40、60 ℃時PBDEs萃取效率為45%～85%，80 ℃時PBDEs萃取效率為90%～105%，100 ℃時PBDEs萃取效率為76%～100%，因此，實驗萃取溫度選取80 ℃。

液體的沸點一般隨壓力的升高而提高，增加壓力使溶劑在高溫下仍保持液態(tài)，并快速地充滿萃取池，液體對溶質(zhì)的溶解能力遠(yuǎn)大于氣體對溶質(zhì)的溶解能力，提高了萃取效率，并保證易揮發(fā)性物質(zhì)不揮發(fā)，增加了系統(tǒng)的安全性。大量的研究都顯示當(dāng)壓力達到一定值時，壓力不再是影響萃取的主要因素。該實驗設(shè)置壓力為1 500 psi。

圖2 不同萃取溫度對8種PBDEs的萃取效果Fig.2 Effects of extraction for 8 PBDEs by different temperature

靜態(tài)提取時間為5～10 min時，萃取效率沒有變化，在萃取過程中利用溶劑的多次靜態(tài)循環(huán)，最大限度地接近動態(tài)循環(huán)，提高萃取效率，采用2次循環(huán)，即可達到良好的萃取效果，再增加循環(huán)，萃取效率沒有明顯提高。

2.2 色譜條件的選擇和優(yōu)化

2.2.1 色譜柱的選擇

PBDEs的熱穩(wěn)定性高、蒸汽壓低，沸點為310～425 ℃，特別是高溴代的BDE-209分子量大，很難在進樣口氣化。因此分離PBDEs需要較高的柱溫和較長的分析時間，且色譜柱容易污染，導(dǎo)致色譜柱使用壽命大幅縮短，增加了分析成本。使用長為20 m以上的色譜柱分離BDE-209，需要較高的柱溫，且出峰時間較長，峰強度小，當(dāng)色譜柱長度達到30 m時，BDE-209不出峰，滯留在色譜柱中，造成色譜柱污染。因此分析包括BDE-209在內(nèi)的PBDEs類物質(zhì)時，需要選擇弱極性、耐高溫和低流失的高效毛細(xì)管柱。綜合考慮三至十溴聯(lián)苯醚的分離要求、峰響應(yīng)強度和色譜柱使用壽命等因素，分析8種PBDEs需要選擇薄液膜、小內(nèi)徑和合適長度的色譜柱，盡可能使柱內(nèi)PBDEs得以反復(fù)分配，達到完全分離的效果。筆者選擇DB-5HT毛細(xì)管柱(15 m×250 μm×0.1 μm)，最高使用溫度為400 ℃。實現(xiàn)了同時分析包括BDE-209在內(nèi)的8種PBDEs。

由于PBDEs具有很強的吸附性，把進樣口玻璃襯管中的玻璃棉去除，可以防止襯管中玻璃棉吸附PBDEs造成污染，同時可以進一步提高儀器分析的靈敏度。采用不分流進樣方式。

2.2.2 程序升溫條件的優(yōu)化

為了使待測組分完全分離并在合適時間內(nèi)流出色譜柱，需要合適的柱溫條件。如果程序升溫的初始溫度與環(huán)境溫度相差太小，則需要較長時間才能達到分析溫度，如果初始溫度未平衡就開始分析，則會導(dǎo)致保留時間重現(xiàn)性差。由于樣品溶劑的沸點均小于70 ℃，而PBDEs的熱穩(wěn)定性高(沸點為310～425 ℃)，當(dāng)柱溫度低或恒溫時，高沸點組分PBDEs流出時間長、峰展寬或不出峰滯留在色譜柱中造成柱污染。PBDEs集中流出的溫度范圍為240～300 ℃，綜合PBDEs的靈敏度、色譜柱使用壽命、多組分化合物出峰時間間隔均勻、雜質(zhì)峰少和分析效率等因素，可將程序升溫的初始溫度定為50 ℃，再以20 ℃/min升至150 ℃后，以15 ℃/min升至240 ℃，部分低溴代的PBDEs開始流出，最高以20 ℃/min 升至300 ℃保持6 min，進樣口溫度為320 ℃。

2.2.3 MS-MS分析條件的優(yōu)化

通過一級質(zhì)譜全掃描分析8種PBDEs，得到目標(biāo)化合物的一級質(zhì)譜信息，確定出每種PBDEs單體在70 eV的離子源轟擊作用下離子豐度最高的碎片離子，PBDEs主要的離子碎片為[M]+、[M-Br]+和[M-Br2]+，結(jié)合對其他離子碎片的分析，分別試驗通過碰撞電離產(chǎn)生最強子離子為母離子可能脫去Br(80)、Br2(160)、COBr(108)、COBr2(188)和COBr3(268)等一種或幾種碎片。綜合考慮靈敏度和準(zhǔn)確度，每個化合物選擇1～2個母離子后，采用二級質(zhì)譜的MRM進行測定，確定母離子和子離子對，見表1。

表1 8種多溴聯(lián)苯醚分析的質(zhì)譜分析參數(shù)Table 1 MS analysis parameters for 8 PBDEs

分別從5～55 eV進行碰撞能量實驗，低溴代聯(lián)苯醚(如BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-100)碰撞電壓大于25 eV后，響應(yīng)強度沒有明顯增加，而六至十溴等高溴代聯(lián)苯醚碰撞電壓大于30 eV后，響應(yīng)強度還有明顯增加，BDE-209色譜峰響應(yīng)最小，當(dāng)碰撞電壓大于40 eV時可以明顯提高BDE-209色譜峰的響應(yīng)強度。為了提高對8種PBDEs檢測的靈敏度，設(shè)置掃描峰寬時，要將PBDEs豐度高的幾個同位素母離子和子離子設(shè)置在范圍內(nèi)，綜合考慮掃描時間。8種多溴聯(lián)苯醚優(yōu)化后的碰撞電壓、掃描峰寬和掃描時間等質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。在優(yōu)化的儀器分析條件下，8種PBDEs的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖見圖3。

注：1.BDE-28；2.BDE-47；3.BDE-100；4.BDE-99；5.BDE-154；6.BDE-153和內(nèi)標(biāo)物13C-BDE-153；7.BDE-183；8.BDE-209。圖3 優(yōu)化后的8種PBDEs的GC-MS-MS二級質(zhì)譜圖Fig.3 Optimized chromatograms of 8 PBDEs from GC-MS-MS

2.3 線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及空白實驗

8種PBDEs濃度從低到高依次為1、4、10、20、50、100 μg/L(BDE-209的濃度是其他物質(zhì)的10倍)，13C12-BDE-153內(nèi)標(biāo)濃度為10 μg/L，以8種PBDEs定量離子與內(nèi)標(biāo)物定量離子的峰面積比值對目標(biāo)物的含量進行線性回歸分析，得到8種PBDEs的線性方程及其相關(guān)系數(shù)，8種PBDEs的線性相關(guān)系數(shù)(r)均為0.997～0.999 6(表2)，完全滿足定量分析的要求。

以信噪比(S/N為3∶1)對應(yīng)的組分濃度值估算PBDEs的儀器檢出限，方法檢出限根據(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)的規(guī)定，通過連續(xù)分析7個濃度為0.2 ng/g左右的PBDEs(BDE-209為2 ng/g)低濃度土壤和沉積物加標(biāo)樣品，計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)。方法檢出限公式：

L=S×t(n-1，0.99)

式中：t(n-1,0.99)為自由度為(n-1)時，置信度為99%的t分布，n為重復(fù)分析的樣品數(shù)，n為7時，查表t為3.143。

計算出該方法的8種PBDEs檢出限，見表2。方法檢出限為0.004～0.1 ng/g，以4倍檢出限為定量下限，計算結(jié)果顯示，定量下限為0.016～0.4 ng/g。通過與標(biāo)準(zhǔn)方法《土壤和沉積物 多溴二苯醚的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 952—2018)比較可以看出，標(biāo)準(zhǔn)方法的檢出限是該方法的10～27倍，顯示該方法具有較高的靈敏度。

表2 8種PBDEs的線性方程、相關(guān)系數(shù)及其檢出限Table 2 Regression equations,correlation coefficients and detection limits for 8 PBDEs

當(dāng)方法靈敏度達到一定程度時，全程序空白和實驗室空白可能會檢出低濃度的PBDEs，特別是BDE-28和BDE-47，檢出濃度為0.02～0.04 ng/g，而試劑空白未檢出PBDEs，可能是采樣器皿、分析過程的玻璃器皿、加速溶劑萃取池的密封墊片或氣相色譜進樣口密封墊片等部分累積污染造成的。使用前對所有采樣器皿和分析用的玻璃器皿用甲醇和正己烷依次分別洗滌3 次，實驗試劑和藥品使用溶劑反萃的方式處理，實驗材料中PBDEs的消除可以采用500 ℃高溫?zé)? h，所有密封墊片要求達到耐高溫低流失的效果。采取以上措施后，全程序空白和實驗室空白均未檢出PBDEs單體。

2.4 方法回收率和精密度

連續(xù)分析6個濃度為0.2、5、20 ng/g左右的PBDEs(BDE-209的濃度是其他物質(zhì)的10倍)土壤和沉積物加標(biāo)樣品，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.4%～15.6%。

采用實際沉積物樣品進行0.5、5、20 ng/g(BDE-209的濃度是其他物質(zhì)的10倍)3個濃度水平的PBDEs基體加標(biāo)，每個濃度水平平均測定3次，結(jié)果顯示，8種PBDEs的平均回收率為75%～110%(表3)，《土壤和沉積物 多溴二苯醚的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 952—2018)選用的萃取溶劑是正己烷-二氯甲烷(體積比為1∶1)，平均加標(biāo)回收率為85.7%～113%，該方法的準(zhǔn)確度基本能夠達到《土壤和沉積物 多溴二苯醚的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 952—2018)的要求。

表3 沉積物中8種PBDEs回收率Table 3 Recoveries of 8 PBDEs in sediment

2.5 對實際樣品的分析結(jié)果

用該方法對從中國中部的5條河流中采集的5個表層沉積物樣品和5個農(nóng)田土壤樣品進行PBDEs檢測，結(jié)果顯示，5條河流的沉積物中都檢出了BDE-47、BDE-183和BDE-209，土壤中檢出率最高的是BDE-47，PBDEs的濃度從未檢出至11.5 ng/g(表4)。說明該方法對土壤和沉積物具有通用性，可用于實際土壤和水體沉積物中PBDEs的檢測。

表4 實際土壤和河流沉積物中8種PBDEs的分析結(jié)果Table 4 The analytical results of 8 PBDEs in real soil and sediment of river ng/g

3 結(jié)論

優(yōu)化后，加速溶劑萃取和在線同步凈化前處理方法具有萃取凈化效果好、時間短、試劑用量少、自動化程度和回收率高等優(yōu)點，適于批量處理土壤和沉積物中含有多組分痕量PBDEs的樣品。通過優(yōu)化GC-EI-MS-MS各種分析參數(shù)，采用改進的色譜柱解決了BDE-209無法與其他痕量PBDEs同時分析的問題和色譜柱容易污染的問題，而且提高了PBDEs分析的靈敏度，延長了色譜柱使用壽命，縮短了分析時間，提高了分析效率。因此建立的土壤和沉積物中8種PBDEs的加速溶劑同時萃取和凈化-氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜的分析方法，可用于實際土壤和沉積物中8種痕量PBDEs的測定。