气相色谱-质谱联用同时测定沉积物中三氯生和甲基三氯生

姚思睿， 魏 然， 杨柳明， 黄 丹， 倪进治

(1. 福建师范大学 地理科学学院,福建 福州 350007;2. 福建师范大学 湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室,福建 福州 350007;3. 福建师范大学 地理研究所,福建 福州 350007)

气相色谱-质谱联用同时测定沉积物中三氯生和甲基三氯生

姚思睿1，2， 魏 然1，2， 杨柳明1，2， 黄 丹1， 倪进治2，3

(1. 福建师范大学 地理科学学院,福建 福州 350007;2. 福建师范大学 湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室,福建 福州 350007;3. 福建师范大学 地理研究所,福建 福州 350007)

建立了气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术同时分析沉积物中三氯生和甲基三氯生的方法。采用丙酮提取沉积物样品,提取物经自制C18固相萃取柱净化,利用N-甲基-N(三甲基硅)-三氟乙酰胺(MSTFA)对提取物中三氯生进行衍生化,用外标法进行定量。GC-MS对三氯生和甲基三氯生的检出限分别为0.59 ng/g和0.28 ng/g,沉积物中三氯生和甲基三氯生不同浓度的加标回收率分别为85.6%～95.7%和84.4%～106.7%,相对标准偏差(RSD)分别为3.5%～6.9%和3.9%～6.3%。对6个沉积物样品进行了分析测定,三氯生和甲基三氯生的浓度分别为12.41～93.77 ng/g和4.96～6.48 ng/g。研究结果表明,该方法适用于同时测定沉积物样品中三氯生和甲基三氯生的含量,具有检出限低、灵敏度高、重复性好等优点,是一个较为可靠的检测方法。

沉积物;三氯生;甲基三氯生;气相色谱-质谱联用

1 三氯生和甲基三氯生结构式

三氯生(triclosan,TCS)又称三氯新、玉洁纯、玉洁新等,化学名称为2,4,4-三氯-2`一羟基二苯醚,分子结构式见图1(a),是药品及个人护理品(PPCPs)中常用的一种广谱抗菌剂,广泛应用于牙膏、漱口水等日化用品中,也常用于手术器械等医疗用品和纺织品的消毒。TCS亲脂性强,在厌氧环境下性质稳定,易在水体沉积物中积累。近年来研究发现,TCS对藻类等水生生物有一定的毒害作用[1-2],且残留在环境中会转化成二噁英、氯仿等有毒有害物质[3-5],间接造成危害。TCS由于其高效低毒的优势,短时间内不可能完全停止使用。因此,研究其在环境中的存在状态及可能引起的生态效应,就显得十分重要。

图1 TCS和MTCS分子的结构式

甲基三氯生(methyl-triclosan,MTCS)是三氯生酚羟基上的氢原子被甲基取代后的产物,结构式见图1(b)。MTCS比TCS疏水性更强,性质更稳定、更不易降解[6],因而也更易于在沉积物中积累[7]。目前MTCS在环境中分布的相关研究还较少,可供参考的数据非常有限。由于MTCS是TCS在环境中微生物的甲基化作用下的产物[8],因此同时检测这两种物质可以更准确地反映真实的污染情况。

根据已有的研究报道,TCS和MTCS在环境介质(如土壤、沉积物等)中的含量都为ng/g级[9],浓度较低,因此需要灵敏度较高的检测方法。常用的三氯生检测方法有高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS)法[10-11]、高效液相色谱-紫外检测器/二极管阵列检测器(HPLC-UV/DAD)法[12]、气相色谱-电子俘获检测器(GC-ECD)法[13]和气相色谱-质谱联用(GC-MS)法[14-15]等。由于环境介质,特别是土壤和沉积物的基质复杂,用HPLC法和GC法分析TCS很难获得较好的分离效果,从而影响定量的精度。气相色谱-质谱联用(GC-MS)因其受基质干扰较小、定量精度和灵敏度高等优点,成为新兴的检测TCS的有效方法,并得到广泛应用。本研究建立了GC-MS同时分析TCS和MTCS的方法,并结合自制C18固相萃取柱净化处理,对福州市内河6个沉积物样品中TCS和MTCS的含量进行了测定,获得了较好的效果。

2 实验

2.1 实验仪器与试剂

仪器：气相色谱-质谱联用仪(Agilent 5975C/7890A)；7693系列自动进样器；毛细管柱(DB-5MS,30 m×0.25 mm×0.25 μm)；离心机(Eppendorf 5810R)；数控超声波清洗机(KQ-500DE)；氮吹仪(N-EVAPTM111)；Waters固相萃取装置；冷冻干燥机(EYELA FDU-2100)。

试剂：丙酮、甲醇为分析纯(西陇化工);乙酸乙酯为色谱纯(禹王);三氯生、甲基三氯生、衍生化试剂MSTFA(N-甲基-N(三甲基硅)-三氟乙酰胺)均购自Sigma-Aldrich;固相萃取小柱为自制,填料采用LC-C18(上海生工);实验中用水为去离子水。

2.2 TCS衍生化

TCS沸点较高,挥发性较差,不适合直接用气相色谱进行检测,因此要对其进行衍生化,以提高其分析的灵敏度[10]。常用的衍生方法有硅烷化、酰化等,其中硅烷化法由于具有操作简单、产物挥发性强且热稳定性好等优点而被广泛应用。本实验采用的是硅烷化试剂中应用较多的MSTFA。固相萃取的洗脱液用氮吹仪吹干,加入50 μL MSTFA,70 ℃下反应30 min,反应完毕后用乙酸乙酯定容至0.5 mL,GC-MS进行检测。

2.3 方法的加标回收率

称取0.5 g沉积物样品于带聚四氟衬垫的玻璃离心管中,添加溶于丙酮的标准品以使底泥中TCS和MTCS的浓度都分别为5、100、2000 ng/g,震荡混匀,用氮吹方法挥发掉丙酮,同时做不添加TCS和MTCS标准品的空白对照；分别向装有沉积物样品的离心管中加入5 mL丙酮,震荡混匀，然后将离心管置于超声波清洗机中,在40 kHz下超声30 min,超声水浴温度保持在30 ℃左右；超声结束后,将离心管置于高速冷冻离心机中,在4 ℃下3 000 r/min离心30 min,将上清转移至另一玻璃离心管;再向沉积物中加入5 mL丙酮,重复超声提取和离心,合并两次提取的上清液,用N2吹至0.5 mL左右,加入4.5 mL去离子水,制成水样样品,以备固相萃取使用。

用2 mL玻璃滴管自制固相萃取小柱。先用少量石英棉塞住玻璃滴管底部,再向滴管中加入0.1 g的LC-C18填料,制成固相萃取小柱。用1 mL甲醇对萃取小柱进行活化,并用1 mL去离子水淋洗。将离心管中沉积物的提取物转移到萃取小柱中,用真空泵抽干。用0.5 mL丙酮和4.5 mL去离子水洗涤离心管管壁,将洗涤液再次转移至萃取小柱中,再次抽干,然后用0.5 mL乙酸乙酯洗脱萃取小柱,洗脱液收集于棕色液相色谱瓶中。最后对样品进行衍生,GC-MS检测。

2.4 样品采集及预处理

用抓斗式底泥采样器采集福州市6条内河的表层沉积物样品，新鲜样品临时放入4 ℃车载冰箱中运回实验室,再置于-20 ℃冰箱冷冻保存。使用前用冷冻干燥机冻干,研磨后过60目筛,除去杂质。样品的提取和纯化过程见2.3节。

2.5 GC-MS条件

进样口温度260 ℃,离子源温度230 ℃,能量为70 eV。载气为He,流速为1 mL/min,无分流进样,进样量1 μL。升温程序:初始温度80 ℃、保持1 min;10 ℃/min升温至180 ℃,保持1 min;4 ℃/min升温至220 ℃,保持1 min;20 ℃/min升温至280 ℃,保持1 min。定量离子:TCS的定量离子为345、347、360、362,MTCS的定量离子为252、254、302、304。

3 结果与讨论

3.1 TCS衍生条件的优化

进样溶剂的选择:正己烷和乙酸乙酯是GC-MS进样时应用最多的两种溶剂。由于本实验中TCS衍生温度是70 ℃,用正己烷作为溶剂时,样品冷却后易析出结晶,影响测定的准确性;而用乙酸乙酯作为溶剂时不会析出结晶,且产物稳定性较好。因此本实验选用乙酸乙酯作为溶剂。

衍生剂用量的确定:取5份0.5 mL、体积分数为2×10-6(高于文献报道的沉积物中TCS的浓度)的TCS-丙酮溶液,用N2吹干,分别加入30、40、50、60、70 μL MSTFA,在70 ℃下衍生30 min,用乙酸乙酯定容后上机测定,色谱图见图2(色谱峰从高到低依次为50、70、60、40、30 μL)。由图2可知,目标物信号强度随衍生剂用量增加而增加,但衍生剂超过50 μL后目标物信号强度有所下降,因此本实验中采用的衍生剂用量是50 μL。

图2 MSTFA用量的比较

3.2 方法的精密度、线性范围、检出限和定量限

配制体积分数均为0.1×10-6的TCS和MTCS的混标溶液,衍生后连续进六针,色谱图见图3,两者峰面积的RSD值分别为0.49%和0.46%,表明该方法精密度较好,能够满足环境中痕量物质的检测需要。

用逐级稀释法配制TCS和MTCS的标准溶液,体积分数分别为(2、5、10、20、50、100、200、500、1 000、2 000)×10-9,保留时间、回归方程和相关系数见表1。

表1 TCS和MTCS的保留时间、回归方程和相关系数

检出限和定量限分别定义为3倍和10倍信噪比时所对应的目标物浓度。本实验中TCS和MTCS的检出限分别为0.59 μg/L和0.28 μg/L,定量限分别为1.77 μg/L和0.84 μg/L。

3.3 方法的加标回收率

向沉积物样品中添加标准品,使TCS和MTCS的浓度都分别为5、100、2 000 ng/g,浓度采用的依据为:5 ng/g是环境样品中较低的浓度,但高于仪器定量限;100 ng/g是环境样品中常见浓度;2000 ng/g是超过了文献中报道的环境样品中的最高浓度。

从表2中看出,TCS和MTCS的加标回收率分别为85.6%～95.7%和84.4%～106.7%,相对标准偏差RSD为3.5%～6.9%和3.9%～6.3%,说明方法的回收率高、精密度良好。

表2 方法的回收率和相对标准偏差

3.4 福州内河沉积物样品的分析

用本文中建立的方法对福州市6个内河沉积物样品中TCS和MTCS的含量进行了测定,每个样品做3个平行,结果见表3。两种物质在6条内河中均有检出,且文藻河、白马河、大庆河、陆庄河中TCS含量都在较高水平,而6条河道中MTCS含量都较低,表明这一地区已经存在一定程度的TCS污染。

表3 实际沉积物样品中TCS和MTCS含量及相对标准偏差

References)

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Simultaneous determination of triclosan and methyl-triclosan in sediments by gas chromatography coupled with mass spectrometry

Yao Sirui1,2,Wei Ran1,2,Yang Liuming1,2,Huang Dan1,Ni Jinzhi2,3

(1. School of Geographical Science,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China;2. Key Laboratory of Humid Subtropical Eco-geographical Process of the Ministry of Education,Fuzhou 350007,China;3. Institute of Geography,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China)

A method is developed for simultaneous analysis of triclosan (TCS) and methyl-triclosan (MTCS)by using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). Samples are extracted with actone,and then cleaned-up with a C18 solid-phase extraction cartridge. TCS in the extracts is derivatized with N-methyl-N(trimethylsilyl)-trifluoroacetamide (MSTFA),and then quantitatively analyzed by using the external standard method. The limits of detection (LOD) are 0.59 ng/g and 0.28 ng/g for TCS and MTCS,respectively. The spiked recoveries of TCS and MTCS are 85.6%-95.7% and 84.4%-106.7%,respectively. And the relative standard deviation (RSD)is in the range of 3.5%-6.9% and 3.9%-6.3% for TCS and MTCS,respectively. TCS and MTCS are determined by the optimized method in six sediment samples,and the concentrations are 12.41-93.77 ng/g and 4.96-6.48 ng/g for TCS and MTCS,respectively. The results indicate that the method is a reliable detection method with low detection limit,high sensitivity and repeatability for simultaneous determination of TCS and MTCS in sediments.

sediment;triclosan;methyl-triclosan;gas chromatography-mass spectrometry

2014- 05- 09 修改日期：2014- 07- 10

国家自然科学基金项目(40971265)；福建师范大学校创新团队项目(IRTL1205)资助;福建师范大学地理科学院研究生科研创新基金

姚思睿(1990—)，女，黑龙江哈尔滨，在读硕士研究生，研究方向为污染生态学

E-mail：threeyao3@163.com

魏然(1974—)，女，浙江平阳，硕士，讲师，研究方向为污染生态学.

E-mail：rwei@fjnu.edu.cn

X830.2

B

1002-4956(2015)1- 0079- 03