張 煒, 楊永壇, 蔡 娣, 張潔瓊, 李 森, 李 麗

(國家糧食和物資儲備局科學研究院, 北京 100037)

多溴聯(lián)苯醚(Polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)是一類添加型溴代阻燃劑,在20世紀70年代大量生產(chǎn)并商品化,廣泛應用于電子、化工、建材、紡織、石油、采礦等多個領域[1]。工業(yè)生產(chǎn)的多溴聯(lián)苯醚包括五溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚和十溴聯(lián)苯醚,其中,十溴聯(lián)苯醚是世界上使用量最大的阻燃劑品種之一[2]。然而,越來越多的研究表明多溴聯(lián)苯醚具有潛在的神經(jīng)毒性,肝毒性,可能造成人和動物的內(nèi)分泌失調(diào),免疫障礙,并可能導致癌癥[3-6]。多溴聯(lián)苯醚的分子結構穩(wěn)定,是典型的持久性有機污染物,可以在環(huán)境中長期存留,并通過生物鏈在人體和其他生物體中進行蓄積[7-9]。食品是人體內(nèi)多溴聯(lián)苯醚曝露的主要途徑[10,11],因此,對食品中多溴聯(lián)苯醚的檢測分析備受關注[12,13]。

小麥和稻米是我國人們生活中最主要的主食[14],保障主糧質(zhì)量安全對人們身體健康和社會穩(wěn)定具有重要意義。多溴聯(lián)苯醚作為新興有機危害物,目前針對其在谷物中的研究相對較少[15-24],對小麥和稻米中多溴聯(lián)苯醚進行分析時,樣品前處理主要采用索氏提取-復合硅膠/氧化鋁柱凈化、加速溶劑萃取-復合硅膠/氧化鋁柱凈化和直接提取-復合硅膠/氧化鋁柱凈化等方式進行。這些前處理方法的時間較長,操作復雜,而且溶劑用量較大。在已有的方法中,檢測均使用氣相色譜-質(zhì)譜法。氣相色譜-電子捕獲檢測器法(GC-ECD)是常用于負電性的物質(zhì)檢測的儀器方法,相比于氣相色譜-質(zhì)譜儀器,其經(jīng)濟性好,操作簡單,而且靈敏度極高,是進行多溴聯(lián)苯醚的快捷檢測方法。

本研究采用直接提取法,結合酸性硅膠固相萃取柱對小麥和稻米樣品進行前處理,并采用氣相色譜-電子捕獲檢測器對其中的11種多溴聯(lián)苯醚進行分析。方法操作簡單,經(jīng)濟高效,適用于谷物樣品中多溴聯(lián)苯醚的檢測。

1 材料與方法

1.1 試劑與標準品

乙酸乙酯、異辛烷(農(nóng)殘級);無水氯化鈉(分析純);44% (m∶m)硫酸酸化硅膠凈化柱。

11種多溴聯(lián)苯醚(BDE-25(2,3′,4-三溴聯(lián)苯醚)、BDE-28(2,4,4′-三溴聯(lián)苯醚)、BDE-47(2,2′,4,4′-四溴聯(lián)苯醚)、BDE-99(2,2′,4,4′,5-五溴聯(lián)苯醚)、BDE-100(2,2′,4,4′,6-五溴聯(lián)苯醚)、BDE-153(2,2′,4,4′,5,5′-六溴聯(lián)苯醚)、BDE-154(2,2′,4,4′,5,6′-六溴聯(lián)苯醚)、BDE-183(2,2′,3,4,4′,5′,6-七溴聯(lián)苯醚)、BDE-203(2,2′,3,4,4′,5,5′,6-八溴聯(lián)苯醚)、BDE-206(2,2′,3,3′,4,4′,5,5′,6-九溴聯(lián)苯醚)、BDE-209(十溴聯(lián)苯醚))的單獨標準溶液(質(zhì)量濃度為50 μg/mL,溶于異辛烷)。

1.2 谷物樣品

選擇采集自我國主要糧食產(chǎn)區(qū)的小麥、稻米樣品各10份。樣品均選擇作物成熟后,待農(nóng)戶收割儲存不久上門收集,每個采樣點采集4個樣品混合為1個樣品,每個采樣點采集1.0～2.0 kg樣品。小麥樣品經(jīng)除雜、清洗、晾干后,用粉碎機直接粉碎成粉。稻谷樣品經(jīng)除雜、清洗、晾干后,礱谷脫殼制成糙米,用粉碎機粉碎成粉。全麥粉,糙米粉分別裝入自封袋中常溫密封避光保存。

1.3 儀器與設備

7890A氣相色譜儀配有電子捕獲檢測器,5810R低溫高速離心機,AutoEVA-60全自動濃縮氮吹儀,Fotector Plus自動固相萃取儀,Rotavapor R-300旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,ML3002T天平(精度0.01 g)。

1.4 實驗方法

1.4.1 標準溶液、基質(zhì)匹配標準溶液的配制

分別精確移取11種多溴聯(lián)苯醚單獨標準品進行混合,加入異辛烷稀釋,配制每個單體的質(zhì)量濃度均為2.0 μg/mL的混合標準儲備液,并置于-18 ℃下避光保存。

將11種多溴聯(lián)苯醚的混合標準儲備液用異辛烷進行稀釋,配制成溶劑標準曲線梯度溶液,質(zhì)量濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0、500.0 ng/mL。

向小麥和稻米空白基質(zhì)的異辛烷溶液中加入11種多溴聯(lián)苯醚的混合標準儲備液,配制成質(zhì)量分數(shù)為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 ng/g的基質(zhì)匹配標準溶液。

1.4.2 樣品前處理

準確稱取10.00 g粉狀樣品,置于50 mL聚丙烯離心管中,加入10 mL蒸餾水并充分振蕩均勻,再向該水化樣品中加入15 mL乙酸乙酯后,劇烈振搖1 min。向混合物中加入3 g氯化鈉并充分振搖1 min進行鹽析。在10 ℃下,將混合物以10 000 r/min轉(zhuǎn)速離心5 min后,取上層有機相待凈化。將有機提取液的溶劑蒸發(fā)近干,使用約1 mL正己烷復溶剩余油狀物。采用固相凈化柱對其進行凈化。固相凈化柱用5 g 44% (m∶m)酸性硅膠裝填,并用15 mL正己烷/二氯甲烷混合液(3/1,體積比)和10 mL正己烷依次淋洗。將復溶樣品加載到固相凈化柱上,依次使用6 mL正己烷和20 mL正己烷/二氯甲烷混合液(3/1,體積比)進行淋洗,收集上樣后所有淋洗液。將收集的溶液樣品使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除溶劑后,使用約1 mL正己烷/二氯甲烷(3/1,體積比)混合液將剩余物轉(zhuǎn)移至2 mL樣品瓶中,在氮氣流下吹干。準確加入1.0 mL異辛烷復溶并混勻,待氣相色譜分析。

1.4.3 氣相色譜分析條件

采用加壓不分流進樣模式,壓力為25 psi,維持1 min;進樣口溫度設為295 ℃;進樣量為1.0 mL;采用DB-5MS(95%甲基5%苯基聚硅氧烷)毛細管色譜柱(15 m×0.25 mm×0.1 μm)分離;載氣為高純氮氣;流速為1.5 mL/min。升溫程序:初始溫度為90 ℃,保持1.0 min,以8 ℃/min升至320 ℃,保持5 min。

電子捕獲檢測器:溫度為325 ℃;補償氣為高純氮氣,流速為30 mL/min。

1.4.4 空白基質(zhì)加標實驗

向空白全麥粉和糙米粉中添加11種多溴聯(lián)苯醚的混合標準溶液,使樣品中的質(zhì)量分數(shù)為0.1、0.5、2.0、5.0 ng/g 4個水平。經(jīng)前處理后進行測定,每個水平平行測定6次。采用基質(zhì)匹配標準曲線定量,計算回收率和精密度(RSD)。

1.4.5 實際樣品測定

樣品檢測前,先測定標準工作液,至目標分析物的保留時間與響應穩(wěn)定后進行樣品測定。樣品分別按照實驗方法進行前處理和分析測定。

2 結果與分析

2.1 色譜條件優(yōu)化

多溴聯(lián)苯醚的沸點較高,不同單體的沸點差異大,在進樣口容易發(fā)生“質(zhì)量歧視”效應。另一方面,多溴聯(lián)苯醚的穩(wěn)定性較差,尤其是高取代溴聯(lián)苯醚,在較高溫度下容易發(fā)生分解。據(jù)報道,十溴聯(lián)苯醚在300 ℃即發(fā)生分解[25]。研究將氣相色譜進樣口溫度設為295 ℃進行色譜優(yōu)化。

2.1.1 色譜柱優(yōu)化

多溴聯(lián)苯醚為弱極性化合物,一般采用弱極性的DB-5色譜柱進行分析。本研究比較了柱長分別為30 m和15 m,固定相膜厚分別為0.25 μm和0.1 μm 2根DB-5MS色譜柱。結果顯示,11種多溴聯(lián)苯醚在15 m色譜柱上可實現(xiàn)基線分離,且在15 m色譜柱上響應更好,尤其是對高取代溴聯(lián)苯醚,使用短色譜柱有效降低其分解程度(圖1)。因此,選擇15 m長,0.10 μm固定相膜厚的DB-5MS色譜柱進行分析。

圖1 多溴聯(lián)苯醚在不同色譜柱上的響應值

2.1.2 進樣模式

加壓不分流進樣模式可以快速地將目標分析物加載到溫度較低的色譜柱柱頭上,以減少目標分析物的質(zhì)量歧視和分解。比較不分流進樣模式和加壓(25 psi)不分流進樣模式,在加壓進樣模式下,高取代多溴聯(lián)苯醚的響應均有小幅度提高,其中十溴聯(lián)苯醚BDE-209的響應值提高15%左右。

2.1.3 升溫速率

程序升溫是多組分樣品快速分離的有效方法。比較20、15、8 ℃/min 3種升溫速率,根據(jù)結果,11種多溴聯(lián)苯醚標準品在3種模式下均可基線分離(圖2),并且響應沒有明顯差別。但是,對基質(zhì)加標樣品分析后發(fā)現(xiàn)(圖3),采用20 ℃和15 ℃的升溫速率,基質(zhì)中痕量雜質(zhì)干擾BDE-47與BDE-209的分析,而采用8 ℃/min升溫速率可以將干擾雜質(zhì)與目標物基線分離。因此,采用8 ℃/min升溫速率進行樣品分析。

注: 1 BDE-25;2 BDE-28;3 BDE-47;4 BDE-100;5 BDE-99;6 BDE-154;7 BDE-153;8 BDE-183;9 BDE-203;10 BDE-206;11 BDE-209。

注: 1 BDE-25;2 BDE-28;3 BDE-47;4 BDE-100;5 BDE-99;6 BDE-154;7 BDE-153;8 BDE-183;9 BDE-203;10 BDE-206;11 BDE-209。

2.2 樣品前處理條件

小麥和稻米樣品中含有大量碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)物質(zhì),這些物質(zhì)都會干擾多溴聯(lián)苯醚的分析。參考前期研究[23,24],研究采用乙酸乙酯為提取劑,并以酸性硅膠(44%,m:m)凈化柱對提取物進行凈化。根據(jù)對空白基質(zhì)添加樣品的分析結果(圖4),酸性硅膠可以有效去除小麥和稻米基質(zhì)中的干擾物質(zhì)。酸性硅膠是大量硫酸固載在硅膠上的固體強酸,通過化學反應破壞脂肪、色素等有機物,而不會對多溴聯(lián)苯醚產(chǎn)生影響。對比使用濃硫酸為凈化劑的方法,酸性硅膠的操作更加安全。

2.3 方法學驗證

2.3.1 線性范圍與基質(zhì)效應

測定一系列標準溶液和基質(zhì)匹配標準溶液,以多溴聯(lián)苯醚的濃度為橫坐標(X),峰面積為縱坐標(Y),進行線性回歸擬合,分別制作標準曲線和基質(zhì)匹配標準曲線,并對基質(zhì)效應進行評價。結果顯示(表1),在小麥和稻米基質(zhì)中,BDE-25、28在0.5～50 ng/g范圍內(nèi)線性關系良好,BDE-203、209在0.2～50 ng/g范圍內(nèi)線性關系良好,其他7種多溴聯(lián)苯醚在0.1～50 ng/g范圍內(nèi)線性關系良好,線性相關系數(shù)R2均大于0.998。

表1 小麥和稻米基質(zhì)中11種多溴聯(lián)苯醚的定量范圍和基質(zhì)效應

基質(zhì)效應(Matrix Effect,ME)采用式(1)進行計算:

ME=基質(zhì)匹配標準曲線斜率/溶劑標準曲線斜率

(1)

基質(zhì)效應一般在0.8～1.2之間可接受。結果如表1所示,小麥樣品基質(zhì)效應在0.91～1.25之間,其中,中低取代溴聯(lián)苯醚(BDE-25、28、47、99、100、153、154)為輕度基質(zhì)減弱效應,高取代溴聯(lián)苯醚(BDE-203、206、209)為較強的基質(zhì)增強效應。稻米樣品中,基質(zhì)效應在0.98～1.38之間,其中,高取代溴聯(lián)苯醚(BDE-183、203、206、209)為較強的基質(zhì)增強效應,其余多溴聯(lián)苯醚的基質(zhì)效應不明顯。因此,采用基質(zhì)匹配標準溶液進行校正,以補償基質(zhì)帶來的影響。

2.3.2 方法檢出限和定量限

采用一系列低水平加標回收實驗,以3倍和10倍信噪比(S/N)來確定檢出限(LOD)和定量限(LOQ),各組分的方法檢出限及定量限見表2。在小麥和稻米樣品中,11種多溴聯(lián)苯醚的方法檢出限在0.03～0.15 ng/g之間,方法定量限為0.1～0.5 ng/g。其中BDE-25、28受基質(zhì)影響較大,檢出限最差;BDE-203、209因分解造成其檢出限稍差。目前,國內(nèi)幾乎沒有針對食品中多溴聯(lián)苯醚的的限量標準,根據(jù)美國環(huán)境署EPA的建議[26],商用五溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚、十溴聯(lián)苯醚每人每日可攝入限量分別為每千克體質(zhì)量2、2、7 μg;其中,單體BDE-47、BDE-99、BDE-153、BDE-209的每人每日攝入限量分別為每千克體質(zhì)量0.1[27]、0.1[28]、0.2[29]、0.7[30]μg。按照我國成人體質(zhì)量60 kg,每日攝入小麥和稻米類食品300 g計算,方法的定量限能夠滿足EPA建議多溴聯(lián)苯醚攝入量的檢測要求。

2.2.3 加標回收率(準確度和精密度)

根據(jù)空白基質(zhì)加標實驗,4個加標水平下,多溴聯(lián)苯醚的平均回收率在67.6%～99.7%之間,RSD在0.4%～17.8%之間。其中,稻米基質(zhì)中多溴聯(lián)苯醚分析的精密度稍差,更容易受到基質(zhì)的干擾。由于研究采用外標法進行定量時只進行了基質(zhì)干擾的補償,而沒有考慮提取凈化過程的損失,因此方法的回收率略低,但在可接受范圍內(nèi)。

2.4 實際樣品分析

采用本研究建立的分析方法對采集自我國主要小麥和稻米產(chǎn)區(qū)的樣品進行檢測分析。在小麥和稻米樣品中僅檢出十溴聯(lián)苯醚(BDE-209),沒有檢出其他單體(表3)。其中,小麥樣品中BDE-209的檢出率為70%,最高含量為0.79 ng/g;稻米樣品中只有一個樣品含有痕量BDE-209。我國曾是多溴聯(lián)苯醚的主要生產(chǎn)國家,其中主要產(chǎn)品為十溴聯(lián)苯醚[31]。小麥和稻米樣品的檢測結果與我國實際多溴聯(lián)苯醚的生產(chǎn)情況相符。從檢出含量來看,小麥和稻米樣品中的十溴聯(lián)苯醚含量不高,遠低于目前EPA規(guī)定的人體攝入量[26-30]。但是,在小麥和稻米中檢出多溴聯(lián)苯醚,說明其可在植物體中進行蓄積。由于近年來才在全球范圍內(nèi)對多溴聯(lián)苯醚進行限制生產(chǎn)和使用,因此,糧食中的多溴聯(lián)苯醚仍然需要引起關注并進行監(jiān)測。

表3 小麥和稻米樣品中十溴聯(lián)苯醚(BDE-209)的含量/ng/g

3 結論

本研究建立了谷物中11種代表性多溴聯(lián)苯醚的檢測分析方法。樣品通過乙酸乙酯提取,酸性硅膠凈化,采用氣相色譜-電子捕獲檢測器進行檢測分析。樣品前處理的操作簡單,凈化效果好,谷物基質(zhì)對分析的影響小。方法靈敏度、準確度和精密度均較好,回收率滿足應用要求,對分析儀器要求低,適用于谷物樣品中多溴聯(lián)苯醚的的篩查分析。對我國小麥、稻米樣品進行檢測分析,其中主要污染物為十溴聯(lián)苯醚,但總體含量低,可持續(xù)關注。