近岸及河口海水中全氟化合物的固相萃取富集/超高效液相色谱-串联质谱测定

黄东仁，温裕云，陈志华，李荣丽，弓振斌*

(1.福建省海洋环境与渔业资源监测中心，福建 福州 350003；2.福建远东技术服务有限公司，福建 泉州 362006；3.厦门大学 环境与生态学院，福建 厦门 361102)



近岸及河口海水中全氟化合物的固相萃取富集/超高效液相色谱-串联质谱测定

黄东仁1，温裕云2，陈志华2，李荣丽3，弓振斌3*

(1.福建省海洋环境与渔业资源监测中心，福建 福州 350003；2.福建远东技术服务有限公司，福建 泉州 362006；3.厦门大学 环境与生态学院，福建 厦门 361102)

建立了近岸及河口海水中全氟辛基磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)、全氟十一酸(PFUnA)、全氟十二酸(PFDoA)、全氟十三酸(PFTrDA)、全氟十四酸(PFTA) 6种全氟化合物(PFCs)的超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)测定方法。使用C18固相萃取小柱对500 mL水样中的目标物进行富集后，用15 mL甲醇-乙酸乙酯混合淋洗液(4∶1)进行洗脱，浓缩，定容至1.0 mL后，用Kinetex XB-C18色谱柱以均含5.0 mmol/L甲酸铵的甲醇-水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6种PFCs进行定性定量测定。优化了固相萃取、色谱分离及质谱测定条件，考察了海水盐度对方法回收率的影响。在优化实验条件下，方法在2.0，5.0，10.0 ng/L加标水平下，实际海水样品的回收率为80.1%～117.4%，在2.0 ng/L加标水平的相对标准偏差(RSD,n=7)为8.2%～12.1%。6种PFCs的线性范围为0.5～50.0 μg/L，相关系数大于0.999 0；方法的定量下限(LOQ,S/N=10)为0.5～1.5 ng/L。该方法具有样品前处理简单、分析速度快、选择性好的特点，适用于近岸及河口海水中全氟化合物的快速测定。

全氟化合物；近岸及河口海水；液相色谱-串联质谱；固相萃取

全氟化合物(Perfluorinated compounds,PFCs)是直链或支链烷烃中的氢原子全部被氟取代后的化合物，因具有优良的化学稳定性、热稳定性、高表面活性及疏水疏油性，被广泛用于化工、纺织、皮革、消防、洗涤剂、食品包装、装潢等行业[1-3]。但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[2]，许多国家和地区颁布法律/法规限制PFCs在各种产品中的使用。全氟辛基磺酸(PFOS)于2009 年9 月列入POPs 公约附表B，在全球范围内限制生产与使用[2]。同时欧盟也对进口纺织品和皮革产品中的PFOS 残留量进行限制[4-5]。美国环境保护署(U.S.EPA)要求至2010年削减95%全氟辛酸(PFOA)及长链PFCs的生产量和产品残留量，至2015年完全禁止生产与使用PFOA 及长链PFCs[6]。

水体是PFCs在环境中迁移、转化的重要载体，也是污染受体和归宿。近岸、河口位于海-陆交汇带，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；据报道[7-8]，近岸、河口水体中PFCs的含量大多在几至几十ng/L之间，中位浓度在2～10 ng/L之间，其中PFOS和PFOA是最常检出的组分，且其含量远高于其它组分[9-14]。因此，建立近岸、河口水体中PFCs的准确、快速测定方法，对了解PFCs在环境中的迁移转化、污染控制以及环境保护等具有重要意义。

水体中PFCs的测定方法主要有气相色谱-质谱法(GC-MS)[15-16]、液相色谱-质谱法(LC-MS)[17-20]。但由于PFCs具有高沸点、难挥发的特点，使用GC-MS测定时需通过衍生使PFCs酯化；而LC-MS尤其是使用串联质谱(MSn)检测器时，无需衍生化，且检测灵敏度高，定性定量能力强，已被广泛应用于各种新型污染物的监测。目前已报道的研究工作主要集中于地表水中PFOS和PFOA的测定，对中链和长链PFCs的同时测定方法仅有少量报道[20]，而针对近岸及河口高盐度海水或淡咸水中多种PFCs的测定方法国内鲜有报道[18]。本研究通过对色谱-串联质谱条件、固相萃取前处理等过程进行优化，建立了C18固相萃取(SPE)富集、超高效液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)快速测定近岸及河口海水中PFOS、PFOA、全氟十一酸(PFUnA)、全氟十二酸(PFDoA)、全氟十三酸(PFTrDA)、全氟十四酸(PFTA)的分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1290液相色谱仪(美国安捷伦科技有限公司)；Agilent 6460三重串联四极杆质谱仪(美国安捷伦科技有限公司)，系统配置Agilent JetStream Technologies(AJS) 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)；BHA-9050A浓缩仪(Caliper Life Sciences，USA)；0.22 μm一次性针式过滤膜(天津市津腾实验设备有限公司)；C18固相萃取柱(500 mg/6 mL，BESEP，北京振翔科技有限公司)。

甲醇、乙腈(美国Merck公司)，甲酸、甲酸铵(美国Sigma公司)，纯度均为LC-MS级；6种全氟化合物标准品(纯度>98.0%，Dr.Ehrenstorfer GmbH)；内标化合物13C4-全氟辛基磺酸(MPFOS，1.2 mL,50 mg/L)、13C4-全氟辛酸(MPFOA，1.2 mL,50 mg/L)购于Wellington Laboratories公司。

称取100 mg单一标准品(固体)于10 mL容量瓶，用甲醇溶解并定容，配成浓度为10.0 mg/mL的单标储备液；液体标准品则用甲醇稀释成合适浓度的储备液，使用时再以甲醇-水流动相(60∶40)逐步稀释至所需浓度。

1.2 样品采集与前处理

海水样品采取后在现场过滤。滤膜为0.45 μm玻璃纤维，过滤后使水样沿瓶壁缓慢注入1 L 棕色磨口玻璃瓶，并用铝箔和棉线扎紧瓶塞密封，于冷藏箱中保存、运输至实验室并尽快分析，或保存于4 ℃冰箱中，最长保存24 h。

C18固相萃取小柱使用前，依次用6 mL正己烷、丙酮、甲醇、Milli-Q纯水进行活化，待用。

量取500 mL过滤后的水样并加入0.5 mL的5.0 μg/L内标混合溶液，用活化后的C18固相萃取柱进行基体分离及目标物富集，流速5 mL/min，水样全部流过后再真空抽干固相萃取柱约45 min，然后用15 mL甲醇-乙酸乙酯混合淋洗液(4∶1)洗脱，收集流出液并浓缩至近干，以甲醇定容至1.0 mL，待上机测试。

为避免器皿引入较高空白,实验过程避免使用PTFE材质的器皿和色谱管路，本工作使用玻璃器皿以及PEEK或不锈钢管路。为保证实验数据质量，测定每批样品时必须做方法流程空白。

1.3 色谱分离及质谱测定条件

色谱柱Phenomenex Kinetex XB-C18(2.1 mm×50 mm,2.6 μm)；流动相：A为甲醇(含5.0 mmol/L甲酸铵)，B为水(含5.0 mmol/L甲酸铵)，流速0.4 mL/min，柱温40 ℃；梯度洗脱程序为：0～0.5 min，60%～80% A，0.5～1.9 min，80%～90% A，1.9～2.5 min，90% A；进样量2.0 μL。

电喷雾采用负离子模式(ESI-)；干燥气温度350 ℃，流速8 L/min；雾化气压力：241.3 kPa；鞘气温度380 ℃，流速8 L/min；毛细管电压：4 kV；喷嘴电压：3.5 kV。定性/定量采用多重反应监测(MRM)模式，参数见表1。内标法定量。

表1 待测目标物及内标化合物的MRM分析参数

Table 1 MRM conditions for target analytes and internal standards

No．AnalyteCASNo．Retentiontime(min)Fragmentor(V)MRMtransition(m/z)Collisionenergy(V)1Perfluorooctanoicacid(全氟辛酸，PFOA)335-67-1106550413/369∗，413/1694，152Perfluorooctanesulfonicacid(全氟辛基磺酸，PFOS)1763-23-11165180499/80∗，499/9855，443Perfluoroundecanoicacid(全氟辛十一酸，PFUnA)2058-94-8144290563/519∗，563/26910，144Perfluorododecanoicacid(全氟十二酸，PFDoA)307-55-1161290613/569∗，613/26910，145Perfluorotridecanoicacid(全氟十三酸，PFTrDA)72629-94-81801110663/619∗，663/16910，226Perfluorotetradecanoicacid(全氟十四酸，PFTA)376-06-7199790713/669∗，713/16910，26713C4⁃Perfluorooctanesulfonicacid，MPFOS(13C4⁃全氟辛基磺酸，MPFOS)-1172180503/98∗，503/8044，55813C4⁃Perfluorooctanoicacid(13C4⁃全氟辛酸，MPFOA)-106550417/372∗，417/1694，15

*quantitative ion pair

2 结果与讨论

2.1 样品前处理条件的优化

水体中PFCs的分离富集方法主要采用固相萃取，萃取柱填料为石墨化碳黑、C18、HLB、WAX等[17-19,21]。本工作分别选用石墨化碳黑、C18、HLB 3种常见的萃取柱进行实验。结果表明，石墨化碳黑对6种PFCs的萃取效果较好，但对于长链组分如PFTrDA和PFTA则难以使用甲醇、乙腈等常用试剂进行洗脱，且回收率偏低；HLB柱也能较好地萃取待测PFCs，但采用甲醇或乙腈洗脱时某些PFCs的回收率偏低；C18柱对待测6种PFCs的萃取效果好，通过调整洗脱液(甲醇-乙酸乙酯)的比例，所有目标物均能获得较高的回收率。因此，最终选用C18萃取柱，以甲醇-乙酸乙酯(4∶1)混合溶液为洗脱液进行实验。

2.2 色谱-质谱条件的选择

图1 空白海水样品加标浓度2.0 ng/L(a) 与 6#海水样品(b)的 MRM色谱图Fig.1 MRM Chromatograms of blank seawater sample spiked with 2.0 ng/L(a) and real seawater sample of 6#(b) 1.PFOA,2.PFOS,3.PFUnA,4.PFDoA,5.PFTrDA,6.PFTA

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Kinetex XB-C18色谱柱，分别采用甲醇-水(两相中均含0.01%,0.05%,0.1%甲酸以及两相中均含1.0，2.5，5.0，10.0 mmol/L甲酸铵)、乙腈-水(2.0 mmol/L甲酸铵)流动相进行梯度洗脱，考察不同流动相种类的影响。结果表明，上述体系均能使目标组分得到良好分离，但甲醇-水体系中加入甲酸后待测组分的质谱响应有所下降；而含有甲酸铵的甲醇-水流动相体系不但使PFCs的质谱响应明显增加，而且可改善色谱峰形。综合考虑，实验选择甲醇-水(甲醇和水中均含5.0 mmol/L甲酸铵)体系进行分离，6种目标组分可在2.1 min内被洗脱。色谱分离结果见图1a。

采用仪器自带的优化软件Optimizer对碎裂电压(Fragmentor)、碰撞能量(Collision energy,CE)、定性/定量MRM离子对进行优化，使用直接进样方式，以甲醇-水(60∶40,含5.0 mmol/L甲酸铵)为流动相，得到各待测组分的最佳MRM采集参数，如表1所示。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，使大多数组分得到最佳的信号响应。

2.3 盐度对回收率的影响

在不同的离子强度下，目标化合物在水相和有机相中的分配行为可能会发生变化，从而影响SPE柱的萃取效率和洗脱液的洗脱过程。实验考察了海水盐度对加标回收率的影响，将盐度为35的海水样品稀释为盐度(‰)分别为0，7，14，21，28，35的海水，然后加入混合标准溶液，使各待测组分的浓度均为2.0 ng/L，依照本方法进行测定，计算不同盐度样品中各组分的回收率(如表2)。结果表明，不同盐度下各目标组分回收率的相对标准偏差(RSD)为1.7% ～ 7.1%，表明盐度对回收率无显著影响。但在测定碳链长大于12以上的PFCs时，回收率明显下降，为提高回收率，可采用相应目标物的同位素标记物(如13C标记)作为替代物进行实验。因此，本方法适用于近岸特别是河口区盐度变化较大的海水中PFCs的准确测定。

表2 不同盐度下样品的加标回收率

Table 2 Effect of seawater salinity on recoveriesof PFCs spiked at 2.0 ng/L level

(%)

AnalyteSalinity(S)0714212835AverageSDRSDPFOA10561070106811191119110010892825PFOS10761075107210271063106110621817PFUnA113010871023958941101510267371PFDoA9789959369119458689394649PFTrDA9349228618327968808715361PFTA9138828467998257958434756

2.4 精密度与加标回收率

以实验室制备的模拟样品进行方法的精密度实验。在实际海水样品中分别添加浓度水平为2.0 ng/L的混合标准溶液，放置24 h后按本方法平行测定7次，结果见表3。其相对标准偏差(RSD)为8.2%～12.1%，方法的精密度可满足近岸、河口海水中6种PFCs的测定要求。

在空白海水样品中分别添加浓度水平为2.0，5.0，10.0 ng/L的混合标准溶液及内标溶液，放置24 h后依照本方法进行测定，结果如表3所示。在3个加标水平下，实际样品的回收率为80.1%～117.4%，方法的准确度可满足实际海水样品测定的需要。

表3 PFCs在不同浓度加标水平下的回收率及相对标准偏差

Table 3 Recoveries and RSDs of real samples spiked with different levels

(%)

Analyte20ng/L50ng/L100ng/LRecoveryRSD(n=5)RecoveryRSD(n=5)RecoveryRSD(n=5)PFOA8291019209294983PFOS801828758089971PFUnA1126112110195104570PFDoA117412110529198485PFTrDA11449897273103962PFTA9361118458297169

2.5 线性范围与定量下限

配制浓度为0.5,2.0,5.0,10.0,20.0,50.0 μg/L 的PFCs系列混合标准溶液，其内标浓度为2.5 μg/L(PFOS以MPFOS为内标，其它组分以MPFOA为内标)，在优化条件下进行测定，以待测组分浓度(x,μg/L)为横坐标，定量离子对的峰面积(yi)与相应内标物峰面积(yin)的比值(y)为纵坐标进行线性回归，结果见表4。结果表明，待测的6种PFCs在上述浓度范围内有良好的线性关系，相关系数均大于0.999 0。

表4 方法的线性关系、相对标准偏差及定量下限

Table 4 Linearity,RSDs and limits of quantitation(LOQs)

AnalyteLinearrange(μg/L)Linearequationr2RSD(%，n=7)LOQ(ng/L)PFOA05～500y=10213x+001550999810105PFOS05～500y=08713x+00077099988205PFUnA05～500y=07078x+001510999511210PFDoA05～500y=07739x+003810999012110PFTrDA05～500y=07761x+00237099959810PFTA10～500y=12656x+006580999611115

在空白水样中从高到低添加待测组分后进行检测，直到获得信噪比等于10(S/N=10)的浓度，确定其为方法的定量下限(LOQ)，其中噪声的测量时间为0.1 min，噪声测量方式为均方根(RMS)，由仪器自带工作站软件计算所得[22]。表4结果表明，6种PFCs的LOQ为0.5～1.5 ng/L。

2.6 实际样品的测定

采用本方法，对2014年9月采自厦门九龙江河口区的表层海水样品进行分析，其盐度及测定结果如表5所示，图1b为6#海水样品的色谱图。结果表明，所有9个河口表层海水样品中均检出PFOA和PFOS；除1#样品外，其它样品中PFOS的浓度均明显高于PFOA；另外4种组分在采集的海水样品中均未检出，表明其浓度低于方法的定量下限。

表5 厦门九龙江口实际样品的测定结果

Table 5 Analytical results of samples of Jiulongjiang River in Xiamen

ρ/(ng·L-1)

*:no detected

3 结 论

本文通过对固相萃取分离富集过程、色谱-质谱条件等的优化，建立了超高效液相色谱-串联质谱快速测定近岸及河口水体中全氟化合物的方法，并应用于实际样品的检测。方法具有简单、快速、准确等特点，可为近岸、河口区海水中全氟化合物的海洋环境化学研究提供技术基础。

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Rapid Analysis of Perfluorinated Compounds in Coastal and Estuarine Seawater by SPE Enrichment with Ultra High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

HUANG Dong-ren1,WEN Yu-yun2,CHEN Zhi-hua2,LI Rong-li3,GONG Zhen-bin3*

(1.Monitoring Center of Marine Environment and Fishery Resources,Fuzhou 350003，China；2.PFI Fareast Testing & Technology Services Co.Ltd.,Quanzhou 362006，China；3.College of the Environment & Ecology,Xiamen University,Xiamen 361102，China)

A rapid method was developed for the quantitative analysis of perfluorinated compounds(PFCs) including perfluorooctane sulfonic acid(PFOS),perfluorooctanoic acid(PFOA),perfluoroundecanoic acid(PFUnA),perfluorododecanoic acid(PFDoA),perfluorotridecanoic acid(PFTrDA),perfluorotetradecanoic acid(PFTA) in coastal and estuarine seawater by solid phase extraction(SPE) enrichment with ultra high performance liquid chromatography tandem electrospray ionization mass spectrometry(UHPLC-MS/MS).Seawater sample was enriched and purified through a 500 mg C18SPE cartridge at 5.0 mL/min,eluted with 15 mL mixed solvent of methanol and ethyl acetate(4∶1),and finally concentrated into 1.0 mL with an automated de-solvent device.Target analytes were separated on a Kinetex XB-C18column using methanol(containing 5.0 mmol/L NH4COOH-water(containing 5.0 mmol/L NH4COOH) as mobile phase.The negative electrospray ionization(ESI-) and multiple reaction monitoring mode(MRM) were utilized.An internal standard calibration method was chosen for the quantitative analysis.The calibration curves of PFCs were linear in the range of 0.5-50.0 μg/L with correlation coefficients more than 0.999 0.The limits of quantitation(LOQs,S/N=10) were between 0.5 ng/L and 1.5 ng/L.The recoveries of 6 PFCs at three spiked levels(2.0,5.0,10.0 ng/L) were in the range of 80.1%-117.4%,and relative standard deviations(RSDs) were 8.2%-12.1% at spiked level of 2.0 ng/L.

perfluorinated compounds; coastal and estuarine seawater; ultra high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry(UHPLC-MS/MS); solid phase extraction

2015-07-19；

2015-09-18

福建省自然科学基金重点项目(2012Y0005)；环保公益性行业科研专项(201309007)

研究简报

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.03.008

O657.63; TL281

A

1004-4957(2016)03-0305-06

*通讯作者：弓振斌，博士，教授，研究方向：分析化学与环境化学，Tel:0592-2186572，E-mail:zbgong@xmu.edu.cn