超声辅助离子液体微萃取-液相色谱-串联质谱法测水中六溴环十二烷

姚宇翔，苑金鹏，吕海波，钱晓迪，孙友敏

1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东 济南 250101

2.山东省分析测试中心，山东 济南 250014

超声辅助离子液体微萃取-液相色谱-串联质谱法测水中六溴环十二烷

姚宇翔1,2，苑金鹏2，吕海波1，钱晓迪1，孙友敏1

1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东 济南 250101

2.山东省分析测试中心，山东 济南 250014

建立了超声辅助离子液体液-液微萃取(USA-IL-DLLME)结合液相色谱-串联质谱测定水中六溴环十二烷3种异构体(α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD)的分析方法。实验中分别考察了离子液体萃取剂的种类及体积、超声时间、样品pH及盐浓度等因素的影响。在最佳条件下，HBCDs 3种异构体在0.5～100 μg/L质量浓度条件下有较好的线性关系，相关系数大于0.998，最低检出限分别为156.4、84.6、85.5 ng/L，测定下限分别为0.626、0.339、0.342 μg/L。相对标准偏差(n=5)为5.3%～9.7%。采用该方法对实际环境水样进行了检测与加标回收实验，在1、20 μg/L 2个添加水平下，加标回收率为71%～102%。方法具有简单快速、有机溶剂用量少、绿色环保的特点。

USA-IL-DLLME；液相色谱-串联质谱；六溴环十二烷

六溴环十二烷(HBCDs)是一种添加型溴系阻燃剂，被广泛应用于聚苯乙烯泡沫(含量为2.5%)等隔热材料、室内装潢纺织品(含量为6%～15%)和少量电子产品等领域[1]。随着多溴联苯醚(PBDEs)在欧洲和北美等国家的禁止使用，HBCDs作为替代品，其生产和使用量不断增加。2007 年中国HBCDs的生产量达到7500 t[2]。HBCDs作为添加型阻燃剂是以分子形式与塑料或纺织品聚合体相混合,之间并不形成化学键,因此可以从产品表面分离、释放进入环境，此类化合物在自然环境中相当稳定，不易被降解，能够在环境中长期积累，对生物体具有持久性、蓄积性，被认为是一种潜在的持久性有机污染物(POPs)[3]。有研究表明[4], HBCDs可导致血清甲状腺激素浓度下降，抑制神经递质正常吸收，引起肝组织病理学改变，且具有致畸、致癌潜力。因此亟需一种简便、快速而且绿色的方法检测环境中的HBCDs。

目前HBCDs已从环境中分离出8种异构体, 包括 3 对对映结构的异构体[(±)α-HBCD,(±)β-HBCD和(±)γ-HBCD], 其在环境中的分布规律和在生物体内的富集代谢规律都存在很大的差异性[5]。在工业产品中主要以γ-HBCD为主，占总量的75%～89%，α-HBCD和β-HBCD分别占10%～13%和1%～12%。由于温度在高于240 ℃时，HBCDs会发生分解和重排[6]，故不可用气相色谱进行检测。有文献报道[7]，选用液相色谱-串联质谱(LC-MS-MS)技术，大气压电喷雾电离源(ESI)，负离子模式采集，多反应监测模式进行检测可以取得较好的效果。

环境样品中HBCDs等有机污染物常规的前处理方法有液-液萃取、索氏提取法等，但是这些方法都会消耗大量的有机溶剂且耗时较长。近年来，一些新型的前处理方法被开发出来(如固相微萃取、搅拌萃取、液相微萃取等)。分散液-液微萃取(DLLME)作为一种新型的微萃取技术，具有回收率与富集倍数高、操作简单快速、消耗有机溶剂少、绿色环保等优点，逐渐被应用于萃取富集环境中的多种有机污染物[8]。室温离子液体是一种优良溶剂，可以溶解极性和非极性有机物、无机物，易于分离，可循环使用。其液态范围很宽，无蒸气压，不挥发，不会造成环境污染，被誉为绿色溶液[9]。最近一种被称作“温控室温离子液体分散液相微萃取”的方法被用于HBCDs、二氯苯氧氯酚、三氯卡班和拟除虫菊酯类农药的富集检测[10-12]。室温离子液体随着温度的提高，可以完全溶解在水相中，震荡萃取，以冷却、离心回收完成萃取过程。但是此方法较为耗时，整个萃取过程需要1 h左右。Vázquez等[13]采用室温离子液体作为萃取剂，用甲醇作为分散剂将离子液体分散到水中，并比较温控辅助和超声辅助离子液体分散液相微萃取技术对水中6种杀虫剂进行检测的效果，结果表明，超声辅助效果优于温控辅助，检出限可达到0.5～1.0 ng/L。本文在优化离子液体萃取剂的种类及体积、超声时间、样品pH及盐浓度等因素的基础上，建立了水样中HBCDs 3种异构体的超声辅助离子液体分散液相微萃取结合液相色谱-串联质谱技术的分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1120-6410型串联质谱仪(LC-MS-MS，美国)；超声仪(40 KHz)；微波炉；高速离心机；α-HBCD、β-HBCD和γ-HBCD标准品(美国)；甲醇(美国)；3种室温离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸[C4MIM][PF6]、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸[C6MIM][PF6]、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸[C8MIM][PF6])；实验用水为Millipore高纯水。主要材料为40～200 μL、1 mL微量移液器，5 mL玻璃移液管，离心机，10 mL具塞尖底离心试管，棕色容量瓶。

1.2 标准溶液的制备

用超纯水配制100 μg/L的标准储备液，于4 ℃下避光保存。使用时用超纯水稀释，现用现配。

1.3 实际样品

选取饮用水和某石化企业地下水。水样用之前均过0.45 μm滤膜。

1.4 方法

1.4.1 色谱、质谱条件

色谱柱为Eclipse Plus-C18柱(1.8 μm ,4.6×50 mm)；流动相为甲醇-水溶液(体积比为9∶1)；流速为0.5 mL/min；柱温为30 ℃；进样体积为10 μL。

离子化模式：大气压电喷雾离子源(ESI),负离子模式；毛细管电压为4 kV，干燥气流量为10 L/min，雾化压力为30 psi，干燥气体温度为350 ℃，高纯度氮气为碰撞气体。定量使用MRM离子m/z 640.7>640.7，定性离子m/z 640.7>80.8，Fragment电压为90 V，碰撞电压(CE)为5 V。在上述条件下，α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD的保留时间分别为3.52、4.11、4.56 min。

1.4.2 实验过程

移取5 mL水样至10 mL尖底离心管中，用甲醇配置一定浓度的室温离子液体[C6MIM][PF6]混合溶液，用1 mL注射器抽取400 μL(含有70 μL离子液体)混合溶液，快速注入盛有水样的离心管中，超声3 min，再放入冰水中冷却5 min，5 000 r/min于0 ℃离心8 min，用移液管和针筒小心移除上层水相，以70 μL甲醇稀释离子液体，摇晃均匀，使其充分溶解后用移液管将混合溶液移入小瓶供LC-MS-MS测定。

2 结果与讨论

2.1 条件优化

在USA-IL-DLLME过程中，室温离子液体种类和体积、超声时间、样品pH、离子强度都对萃取效率有很大的影响。分别对这些因素做3组平行实验(n=3)进行单因素优化，以相对峰面积作图比较。

2.1.1 离子液体种类及体积

选取[C4MIM][PF6]、[C6MIM][PF6]、[C8MIM][PF6] 3种离子液体比较不同离子液体对萃取效果的影响(图1)。

图1 离子液体种类对萃取效率的影响

图1表明，[C4MIM][PF6]的回收率较差，峰面积也相对较小；[C6MIM][PF6]和[C8MIM][PF6]相对较好，由于[C8MIM][PF6]粘度较大，在实际操作过程中不便移取且[C6MIM][PF6]萃取效率略高于[C8MIM][PF6]，最终选取[C6MIM][PF6]作为萃取剂。考虑到富集倍数和回收率的因素，选择50、60、70、80、90 μL 5个体积的[C6MIM][PF6]，比较不同体积对萃取效果的影响(图2)。图2表明，70 μL时峰面积达到最高，回收率较好。因此选择70 μL[C6MIM][PF6]作为最终萃取剂。

图2 离子液体体积对萃取效率的影响

2.1.2 超声时间

超声产生的“空化效应”可以形成强大的冲击波，使溶液湍流加速，加快热传递与溶质分散，从而增加离子液体与水样间的质量传输，以提高萃取效率。首先比较室温静置、超声辅助和光波辅助对萃取效率的影响，时间均为3 min。结果表明超声辅助得到的峰面积最高，光波辅助峰面积最低，造成这种现象的原因可能是离子液体受到光波的催化分解作用使回收率降低，所以选择超声辅助以提高萃取效率。

超声时间的选择也很重要，实验中选择1、3、5、7、9 min 5个时间梯度，实验结果如图3所示。

图3 超声时间对萃取效率的影响

图3表明，在3 min时萃取效果最好，超过3 min萃取效率逐渐降低。造成这种现象的原因可能是随着超声时间的增加，离子液体有少量的解离，并且超声波与水中热解产生少量的强氧化自由基反应，在一定条件下对HBCDs有降解作用[14]。因此，超声时间不宜过长，在以下实验中固定超声时间为3 min。

2.1.3 水样pH

通常情况下，水样的pH对水质影响很大，由于HBCDs是疏水性较强的化合物，水样的pH对于HBCDs的形态没有影响，但对于萃取溶剂离子液体有较为明显的影响，离子液体在强酸作用下可能会被加上电荷而转变性质，导致回收率降低，因此，对于水样pH的优化很有必要。实验中调节水样pH分别为4、6、8、10。结果表明，pH的改变对萃取效率的影响不明显，由于pH的变化不会对HBCDs在水中的性质造成影响，对实验中离子液体的影响也不明显，可以不考虑pH对实验的影响。

2.1.4 离子强度

盐析效应指在溶液中加入无机盐类而使某种物质溶解度降低而析出的过程。为了了解离子强度对萃取效率的影响，向溶液中添加不同质量的NaCl(0～10%)。实验结果见图4。

图4 离子强度对萃取效率的影响

图4表明，随着离子强度的提高，萃取效率逐渐降低，造成这种现象的原因可能是当添加NaCl时，[C6MIM][PF6]和NaCl之间发生了离子交换，得到可溶的[C6MIM][Cl]，使其回收率降低而影响了萃取效率。因此在实验中不添加NaCl等可以提高溶液离子强度的化合物。

2.2 方法验证

用LC-MS-MS检测时，分别配置0.5、1、5、10、30、100 μg/L的HBCDs标准溶液，做线性回归分析。HBCDs 3种异构体α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD在0.5～100 μg/L有较好的线性关系，其相关系数分别为0.998、0.999和0.999，回归方程分别为y=16.84x+0.59，y=125.8x+9.11和y=73.47x+4.67。在空白水样中添加浓度为10 μg/L，平行测定5份，经测定，3种异构体的相对标准偏差分别为9.7%、5.3%和5.4%，回收率大于90%。按照《环境监测分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168—2010)的规定[15]，配制浓度为0.5 μg/L 的空白加标样7份进行平行实验，检出限=3.143×S(S为7次平行实验结果的标准偏差)，计算得方法检出限分别为156.4、84.6、85.5 ng/L，以4倍检出限作为测定下限得出3种目标化合物的测定下限分别为0.626、0.339、0.342 μg/L。

2.3 实际样品分析

为验证所建立的方法，分析2种实际环境水样(包括饮用水和工厂周围地下水)。饮用水样品采自实验室，打开水龙头5 min后采集1 L水样；地下水取自某石化企业，受化工园区影响水质较差。2种水样中均未检出HBCDs。图5为某石化企业地下水样空白与加标色谱图(加标浓度为20 μg/L)。

图5 检测某石化企业地下水样中HBCDs3种异构体色谱图

分别添加1、20 μg/L 2个标样对环境样品进行检测，结果见表1，表1显示饮用水中加标回收率为87.2%～101.2%，而某石化企业地下水由于水质较差，可能受到基质效应的影响，加标回收率为71.3%～89.6%。

表1 实际样品加标回收率与相对标准偏差(n=3)

3 结论

建立了超声辅助离子液体分散液-液微萃取-液相色谱-串联质谱的方法测定水中的HBCDs 3种异构体。对方法的萃取剂种类和用量、超声时间、pH和离子强度进行了优化，确定了最佳条件，并对方法进行了验证，对实际样品进行了分析，结果满意。该方法具有简单高效、有机溶剂用量少、绿色环保等特点，可应用于对水样中HBCDs的检测。

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Rapid Determination of Hexabromocyclododecane Diastereomers in Water Samples by Ultrasound-Assisted Ionic Liquid Microextraction Coupled with LC-MS-MS

YAO Yuxiang1,2, YUAN Jinpeng2, LYU Haibo1, QIAN Xiaodi1, SUN Youmin1

1.Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China

2.Analysis and Testing Centre of Shandong Province,Jinan 250014,China

A rapid analysis method, ultrasound-assisted ionic liquid dispersive liquid liquid microextraction (USA-IL-DLLME) coupled with LC-MS-MS, has been developed for the determination of hexabromocyclododecane diastereomers (α-HBCD,β-HBCD,γ-HBCD) in environmental water samples. The factors influencing extraction efficiencies, including kinds and volume of ionic liquid, ultrasonic time, the sample pH and salt concentration, were investigated and optimized. Under the optimum conditions, the calibration graph of the proposed method was line in the range of 0.5-100 μg/L and the correlation coefficient is greater than 0.998. The limit of detection was 156.4，84.6，85.5 ng/L and the limit of quantification was 0.626，0.339，0.342 μg/L and the precisions were 5.3%-9.7%. The method was applied to analyze the environmental water samples and the spike recoveries at the levels of 1，20 μg/L were at about 71% to 102%. The results indicated that the proposed method was simple, quick and green alternative for the analysis of pollutants in environmental water samples.

USA-IL-DLLME;LC-MS-MS;HBCDs

2015-03-17;

2015-06-25

国家自然科学基金(41173092)；济南市科技局高校院所自主创新计划项目(201102046)

姚宇翔(1991-)，男，江苏徐州人，硕士。

孙友敏

X832.02

A

1002-6002(2016)02- 0095- 05