液相色谱质谱法测定沉积物中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸

黄东仁

(福建省海洋环境与渔业资源监测中心，福建 福州 350003)



液相色谱质谱法测定沉积物中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸

黄东仁

(福建省海洋环境与渔业资源监测中心，福建 福州 350003)

建立了沉积物中全氟辛基磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)的固相萃取净化及超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)测定方法。沉积物样品中的待测组分于70℃，15mL甲醇超声萃取2次，用C18固相萃取小柱进行富集、净化，经再浓缩、定容至1.0mL后，用EclipsePlus-C18色谱柱、甲醇/水(含5.0mM甲酸铵)为流动相，梯度洗脱方式进行分离；电喷雾负离子模式(ESI-)电离、多重反应监测模式(MRM)以及内标法对目标物进行定性/定量测定。优化实验条件下，方法的相对标准偏差(RSD，1.0ng/g，n=7)分别为8.3%(PFOS)、9.1%(PFOA)，沉积物样品添加0.5、2.0、5.0ng/g浓度水平的待测目标物时，加标回收率在(82.5±9.2)%(PFOS)～(103.2±9.2)%(PFOA)之间(平行测定3次)；方法在0.5～20.0ng/g范围内，质谱信号响应与待测组分浓度呈良好线性关系，线性相关系数>0.999 0；方法的定量限(LOQ，S/N=10)为0.08ng/g。方法具有样品前处理简单、分析速度快、选择性好的特点，适用于海洋沉积物中PFOS与PFOA的测定。

全氟辛基磺酸(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；沉积物；固相萃取；液相色谱-串联质谱

全氟化合物(Perfluorinatedcompounds，PFCs)具有疏水、疏油、抗污等非常独特的理化性质，被广泛地应用在工业、商业和个人消费品中。近年的研究表明，PFCs具有环境稳定、污染范围广、高生物累积等持久性有机物(POPs)的特性，已引起国际社会的高度关注[1]。全氟辛基磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)是用量最大的全氟化合物[1-2]，已在世界范围的水体、沉积物、土壤、生物体内检出[1]。PFCs在环境介质的积累已经威胁到人类健康和整个生态环境的安全，甚至影响生态系统的生物多样性。人类活动的主要陆源污染物如PFCs经近岸排污、河口径流输入后进入海洋水体并最后被沉积物吸附，海洋沉积物是PFCs在环境中迁移、转化的重要载体，也是污染受体和归宿。建立近岸沉积物中PFOS与PFOA的测定方法，对了解PFCs在环境中的迁移转化、污染控制等具有重要意义。

PFCs的测定方法主要有气相色谱-质谱法(GC-MS)[3-4]、液相色谱—质谱法(LC-MS)[5-8]。但由于PFCs具有高沸点、难挥发的特点，使用GC-MS测定时需要通过衍生使PFCs酯化；而LC-MS尤其是使用串级质谱(MSn)检测器时，则无需衍生化，而且检测灵敏度高、定性/定量能力强，被广泛应用于各种新型污染物的测定。本研究在前人研究[8-10]基础上，通过对色谱—质谱条件、固相萃取前处理过程等条件进行优化，建立C18固相萃取(SPE)净化、超高效液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)快速测定方法，并应用于沉积物柱样中PFOS、PFOA的测定，了解沉积物中两种目标物的沉积记录，为相关检测机构提供检测方法参考。

1　材料与方法

1.1仪器与试剂

Agilent1290液相色谱仪、Agilent6460三重串联四极杆质谱仪(美国安捷伦科技有限公司)，配置电喷雾离子源(ESI)接口、MassHunter工作站软件；Milli-Q超纯水制备系统(美国Millipore公司)；KQ-400KDE型高功率数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；BHA-9050A浓缩仪(CaliperLifeSciences，USA)；0.22μm一次性针式过滤膜(天津市津腾实验设备有限公司)；C18键合硅胶填料固相萃取柱(500mg，6mL，BESEP，北京振翔科技有限公司)。

甲醇(MeOH)、乙腈(美国Merck公司)以及甲酸、甲酸铵(美国Sigma公司)纯度均为LC-MS级；待测目标物PFOS与PFOA标准品购于Dr.EhrenstorferGmbH公司(纯度>98.0%)；内标化合物13C4-全氟辛基磺酸(MPFOS)、13C4-全氟辛酸(MPFOA)(1.2mL，50mg/L)购于WellingtonLaboratories公司。

称取100mg单标(固体)于10mL容量瓶，用甲醇溶解并定容至刻度，配制成浓度为10.0mg/mL的单标储备液；取合适量的两种单标储备液，用甲醇配置混合标准工作液，使用时再用甲醇/水流动相(60∶40，v∶v)逐步稀释至所需浓度。

1.2样品采集与前处理

沉积物样品采集于九龙江河口潮间带。样品采集后保存于玻璃样品瓶中，并立即运回实验室，冷冻干燥后，用陶瓷研钵磨细，过100目筛后备用。

称取5.0g干燥后的沉积物样品，加100μL50μg/L混合内标溶液(ISTD，MPFOS及MPFOA)，分别用15mL甲醇为萃取溶剂，超声萃取2次；超声萃取条件为70℃，60min。合并后的萃取液在8 000r/min下离心5min，真空浓缩到1mL后，将浓缩液用50mL超纯水溶解，再使用固相萃取(SPE)富集、净化。

使用C18SPE柱进行净化。SPE小柱使用前，分别用正己烷、丙酮、甲醇、超纯水(各2mL左右)对小柱进行润洗；将待富集、净化的样品萃取液缓慢注入SPE小柱，流速大致控制在3mL/min，待样品萃取液完全流干后，将SPE小柱中残留的水分用真空抽滤至干；然后用10mL甲醇洗脱SPE小柱，收集流出液并浓缩至近干，用甲醇定容至1.0mL，待上机测试。

为避免器皿引入较高空白，实验过程应该避免使用聚四氟乙稀(PTFE)材质的器皿和色谱管路，实验中应使用玻璃器皿或不锈钢、聚醚醚酮(PEEK)管路。

1.3色谱分离及质谱测定条件

EclipsePlus-C18(2.1mm×50mm，1.8μm)色谱柱；流动相为含5.0mM甲酸铵的甲醇和水，流速0.5mL/min，柱温40℃；梯度洗脱程序为：0～1.0min，60%～95%MeOH；1.0～2.0min，95%MeOH；进样量2.0μL。

电喷雾采用负离子模式(ESI-)；干燥气温度350℃，流速8L/min；雾化气压力241.3kPa；鞘气温度380℃，流速8L/min；毛细管电压4kV；喷嘴电压3.5kV。定性/定量方法采用多重反应监测(MRM)模式，参数分别为：PFOSFrag.180V扫描离子对为499>80(定量)，499>99；PFOAFrag.70V扫描离子对为413>369(定量)，413>169；MPFOSFrag.180V扫描离子对为503>80(定量)，503>99；MPFOAFrag.70V扫描离子对为417>372(定量)，417>169。内标法定量。

2　结果与讨论

2.1色谱分离及质谱测定条件选择

实验选择对中等极性、弱极性待测组分有良好保留特性及分离能力的EclipsePlus-C18色谱柱，分别用甲醇/水(分别含0.01%、0.05%、0.10%甲酸以及1.0、2.5、5.0、10.0mM甲酸铵)、乙腈/水(含2.0mM甲酸铵)流动相进行梯度洗脱，以选择合适的流动相。实验结果表明，上述几种体系均能使目标组分得到较好分离；但甲醇/水体系的结果显示，加入甲酸后待测组分的质谱响应有一定下降；而含有甲酸铵的流动相体系则表明，待测两种PFCs组分的质谱信号强度明显增加，且色谱峰形也得到改善。综合考虑色谱分离、质谱信号响应强度，实验选择甲醇/水(含5.0mM甲酸铵)体系进行分离，待测的2种目标物可在2.0min内被洗脱，如图1所示。

图1 MRM 色谱图(空白沉积物样品加标浓度1.0 ng/g，图中1.PFOA，2.PFOS)

Fig.1 MRM chromatogram of standard spiked sediment sample(Standard spiked at 1.0 ng/g for1：PFOA and 2：PFOS)

采用仪器自带的操作条件优化软件Optimizer分别对碎裂电压(Fragmentor)、碰撞能量(Collisionenergy，CE)、定性/定量MRM离子对进行优化。使用直接进样方式、甲醇/水(60/40，v/v，含5.0mM甲酸铵)为流动相，得到各待测组分的最佳MRM采集参数。实验还优化了干燥气温度、干燥气流速、雾化气压力、鞘气温度、鞘气流速、毛细管电压、喷嘴电压等离子源参数，使各待测组分得到最佳的信号响应。

2.2方法的精密度及加标回收实验

在未检出待测组分的沉积物样品中分别添加浓度水平为1.0ng/g的混合标准溶液及内标溶液，放置24h后制成人工模拟样品，测定方法的精密度。实验中，依照上述2.2～2.3所述的样品前处理、色谱分离及质谱测定条件，对模拟样品进行平行测定7次，计算测定结果的相对标准偏差(RSD)，如表1所示。实验结果表明，方法的相对标准偏差在8.3%～9.1%之间，可以满足痕量PFOA、PFOS测定的要求。

用标准加入回收实验验证方法的准确度。在未检出PFOA、PFOS的沉积物样品中，分别添加浓度水平为0.5ng/g、2.0ng/g、5.0ng/g的混合标准溶液及内标溶液，放置24h后进行实验；依照上述2.2～2.3所述的样品前处理、色谱分离及质谱测定条件测定，对3次平行实验的结果进行统计、计算，结果如表2所示。表2中实验结果表明，实际样品中添加低、中、高3个浓度水平的回收率在(82.5±9.2)%(PFOS)～(103.2±9.2)%(PFOA)之间，可满足海洋环境监测、海洋化学研究等对沉积物样品中PFOA、PFOS测定的要求。

表1　方法的精密度、线性范围和定量限

表2　PFOS与PFOA加标回收实验结果

注：*回收率为3次平行测定结果的平均值。

Nota：*Therecoverywasobtainedfrom3-replicate.

2.3方法的线性范围及定量限

在未检出PFOA、PFOS的沉积物样品中分别添加0.0、0.5、2.0、5.0、10.0、20.0ng/g的PFCs混标，同时添加浓度为2.5ng/g的内标物MPFOS、MPFOA，依照上述2.2～2.3所述的样品前处理、色谱分离及质谱测定条件进行测定，以待测组分浓度(ng/g)为横坐标，定量离子对的峰面积(yi)与相应内标物质峰面积(yin)的比值(y)为纵坐标进行线性回归，得到标准曲线、线性相关系数，线性相关关系图见图2，结果如表1所示。实验结果表明，在实验的添加浓度范围内(0.5～20.0ng/g)，样品中待测组分添加浓度与待测组分信号及内标物信号的比值呈良好的线性相关关系，相关系数均>0.999 0。考虑到沉积物样品中PFOA、PFOS的浓度较低，方法的线性范围以实验的浓度范围(0.5～20.0ng/g)表达。

方法定量限(LOQ)采用标准添加的方法进行确定。在未检出PFOA、PFOS的沉积物样品基质中，从高浓度至低浓度逐步添加待测组分后进行测定，直至获得的信噪比为10(S/N=10)时对应的浓度定义为方法的定量限。其中，噪声的测量时间为3.0min，噪声测量方式为均方根(RMS)，由仪器自带工作站软件计算得到[11]。方法的LOQ如表1所示，实验确定的PFOS、PFOA的LOQ均为0.08ng/g.

图2PFOA 和PFOS 标准曲线图

Fig.2Standard curves of PFOA and PFOS

2.4实际样品测定

为了验证建立方法的能力，本工作对九龙江河口采集的沉积物样品中PFOA、PFOS进行测定。表3所示为实验中测定的部分沉积物样品中PFOA、PFOS的结果。实际样品测定结果表明，九龙江河口区沉积物样品中PFOS含量远高于PFOA，但PFOS的含量均低于1.0ng/g，尚处于较低水平。

表3　九龙江河口区沉积物中PFOA与PFOS含量

注：nd为未检出。

Note：ndwasnotdetected.

3　结论

文中通过对沉积物样品中PFOA、PFOS两种全氟化合物萃取、净化、淋洗等样品前处理过程的优化，以及超高效液相色谱-质谱测定条件的选择，建立了可应用于沉积物样品中两种全氟化合物测定的方法。方法简单、快速、准确，可测定沉积物中0.08ng/g以上的PFOA和PFOS的含量，方法可应用于近海海洋环境监测工作。

[1]王亚韡，蔡亚岐，江桂斌.斯德哥尔摩公约新增持久性有机污染物的一些研究进展[J].中国科学：化学,2010，40(2)：90-123.

[2]ZareitalabadP，SiemensJ，HamerM，etal.Perfluorooctanoicacid(PFOA)andperfluorooctanesulfonicacid(PFOS)insurfacewaters，sediments，soilsandwastewater-Areviewonconcentrationsanddistributioncoefficients[J].Chemosphere,2013，91(6)：725-732.

[3]MartinJW，MuirDCG，MoodyCA，etal.CollectionofAirborneFluorinatedOrganicsandAnalysisbyGasChromatography/ChemicalIonizationMassSpectrometry[J].AnalyticalChemistry,2002，74(3)：584-590.

[4]LangloisI，BergerU，ZencakZ，etal.Massspectralstudiesofperfluorooctanesulfonatederivativesseparatedbyhigh-resolutiongaschromatography[J].RapidCommunicationsinMassSpectrometry,2007，21(22)：3547-3553.

[5]张萍，史亚利，蔡亚岐，等.高效液相色谱-串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化合物[J].分析化学,2007，35(7)：969-972.

[6]李鑫，陈军辉，程红艳，等.近岸海水中全氟化合物的液相色谱-离子阱质谱法测定[J].环境化学,2012，31(6)：896-901.

[7]刘莉治，曾涛，彭荣飞，等.大体积固相萃取浓缩-超高效液相色谱串联质谱法测定水中11种全氟化合物[J].中国卫生检验杂志,2013，23(8)：1831-1834.

[8]刘庆，贺德春，许振成，等.液相色谱-串联质谱法测定水体、沉积物及土壤中全氟化合物[J].中国环境监测,2014，30(4)：134-139.

[9]ChenC，WangT，KhimJS，etal.PerfluorinatedcompoundsinwaterandsedimentfromcoastalregionsofthenorthernBohaiSea，China[J].ChemistryandEcology,2011，27(PII9359605582)：165-176.

[10]章涛，孙红文，C.AlderAlfredo，等.液相萃取-高效液相色谱-串联质谱联用测定污泥中的全氟化合物[J].色谱,2010，28(5)：498-502.

[11]H.P..UnderstandingYourChemstation[M].5thEdition.Germany:AgilentTechnologies,2004:249..

Simultaneous determination of PFOS and PFOA in sediments samples using liquid chromatography-mass spectrometry

HUANG Dongren

(FujianMarineEnvironmentandFisheryResourcesMonitoringCenter，Fuzhou350003，China)

AmethodforsimultaneousdeterminationofPFOSandPFOAinenvironmentalsedimentssampleswasdevelopedbyultrapressureliquidchromatographycoupledwithtandemmassspectrometry.Sedimentssamplewasextractedbyultrasonicwith15mLmethanoltwice，thenenrichedandpurifiedthroughaC18SPE，andfinallyconcentratedinto1.0mLwithanautomatedde-solventdevice.TargetanalyteswereseparatedonaEclipsePlus-C18columnusingmethanol-water(containing5.0mmol/LNH4COOH)asmobilephase.Thenegativeelectrosprayionization(ESI-)andmultiplereactionmonitoringmode(MRM)wereutilized.Therecoveries(n=3)andrelativestandarddeviations(RSD，n=7)were(82.5± 9.2)%and8.3%forPFOSat0.5，2.0and5.0ng/gspikinglevelsand(103.2± 9.2)%and9.1%forPFOAat0.5，2.0and5.0ng/gspikinglevels，respectively.Aninternalstandardcalibrationmethodwaschosentothequantitativeanalysis.ThecalibrationcurvesofPFCswerelinearintherangeof0.5～20ng/gwithcorrelationcoefficientsmorethan0.999 0.Thedetectionlimitswere0.08ng/gforPFOSandPFOA.Theresultsshowedthatthismethodpossessedefficiencyandgoodselectivity，andcouldbeusedforthedetectionofPFOSandPFOAinmarinesediments.

PFOS；PFOA；sediments；solidphaseextraction(SPE)；liquidchromatography-massspectrometry(LC-MS)

2016-01-20

国家海洋公益性行业重点项目资助(201205009).

黄东仁(1962-)，男，福建闽清人，本科，高级工程师，研究方向为海洋环境监测.E-mail:kk5832@126.com

P76

A

1006-5601(2016)01-0041-06

黄东仁.液相色谱质谱法测定沉积物中的全氟辛基磺酸和全氟辛酸[J].渔业研究，2016，38(1)：41-46.