高效液相色谱串联质谱法分析土壤中多溴联苯醚类化合物

牛 禾，余彬彬,2，饶钦全，王 晖，丁 苗，徐方曦

1.台州市环境监测中心站，浙江 台州 318000 2.台州学院医药化工与材料工程学院，浙江 台州 318000

多溴联苯醚类化合物(PBDEs)作为典型的溴代阻燃剂，主要有3种工业产品(五溴联苯醚、八溴联苯醚和十溴联苯醚)，由于生产工艺成熟、成本优势突出、阻燃效果好等优点，曾被大量广泛地应用于电子电器、纺织、交通等行业中[1-4]。但PBDEs同时存在难降解性、脂溶性和生物累积性[5]，近年来逐渐被立法控制，六溴联苯醚和七溴联苯醚、四溴联苯醚和五溴联苯醚已于2009年被列入《斯德哥尔摩公约》受控的增补持久性有机污染物名单[6]，十溴联苯醚于2017年被世界卫生组织国际癌症研究机构列入三类致癌物清单[7]。

PBDEs易从产品中脱落而存在于环境中，由于其水溶性低，更易富集于土壤和沉积物等环境介质中。目前土壤中PBDEs最常见的定量检测方法为气相色谱质谱法(GC-MS)[8-10]，USEPA推荐用高分辨气相色谱质谱法进行检测。但是高溴代PBDEs的分析对于气相色谱进样口类型、进样口温度、离子源温度和气相色谱柱等条件，都有较为严格的要求，特别是十溴联苯醚，分子量大不易气化，在气相色谱的进样口容易分解，必须配备专用的高温柱，才能得到较为满意的分析结果。随着检测实验室中液相色谱质谱仪(LC-MS)的普及[11-16]，LC-MS已经逐渐应用于土壤[11-12]、水[13-14]、扬尘[15-16]、底泥[17]等介质中的溴代阻燃剂的检测。鉴于国内LC-MS应用于土壤中PBDEs的检测方法报道较少，笔者以土壤为研究对象，结合内标法，建立了LC-MS/MS配APCI源，负离子模式测定土壤中PBDEs的分析方法，为未来完善国内土壤中PBDEs的检测标准提供技术参考。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

超高效液相色谱系统(Thermo Ultimate 3000，美国Thermo公司)，三重四极杆质谱仪(Q-5500，美国AB SCIEX公司)，配APCI源，快速溶剂萃取仪(Dionex ASE-300，美国Thermo公司)，全自动凝胶净化仪 GPC (德国LC-Tech公司), 全自动氮吹浓缩仪(美国Zymark公司，Turbo VapⅡ)，氮吹仪(美国Organomation公司，N-EVAP-112)，BEH反相C18色谱柱(美国Waters公司, xbridge，2.1 mm×100 mm，2.5 μm)。

PBDEs 8种混合物标样(美国Accustandard公司)：BDE-28、BDE-47、BDE-100、BDE-99、BDE-154、BDE-153和BDE-183浓度为20 mg/L，BDE-209浓度为200 mg/L；内标13C12-BDE-139和13C12-BDE-209购自英国Cambridge Isotope laboratories Ins公司，浓度分别为51.5、48.8 mg/L，多溴联苯醚土壤质控样(SQC-072，美国RTC公司)。丙酮、二氯甲烷、甲醇均为色谱纯(德国CNW公司)，氨水为分析纯(中国国药集团)。

供测试的8个实际土壤样品来自台州市某电子垃圾拆解园区，采自生产企业周边的4个点位的表层土(采样深度为0～20 cm)和下层土壤(采样深度为20～60 cm)，土壤颜色为褐色。

1.2 样品预处理

将土壤冷冻干燥，研磨均匀，过0.25 mm孔径筛，得到土壤样品，称取约16 g土壤样品，与适量硅藻土混合，置于ASE萃取池中，加入16 μL浓度分别为5.15、4.88 mg/L的13C12-BDE-139和13C12-BDE-209 内标物，二氯甲烷萃取，萃取压力为1 500 psi，温度为100 ℃，时间为5 min，重复萃取2次，收集萃取液，浓缩定容至8.0 mL，取5.0 mL浓缩液进行GPC净化，二氯甲烷作为流动相，流速为5.0 mL/min，预淋洗时间为1 100 s，收集时间为920 s，后冲洗时间为300 s，最后收集净化液，浓缩并转换为甲醇溶剂至1.0 mL。

1.3 液相色谱-质谱条件

1.3.1 色谱条件

柱温为35 ℃，流速为0.4 mL/min，进样量为10 μL，分离时间为13 min。流动相A：水+0.1%氨水，B：甲醇+0.1%氨水。梯度淋洗：0～2 min，85% B，2～7 min，85%～100% B，7～9.8 min，100% B，9.8～10.0 min，100%～85% B，10.0～13.0 min，85% B。

1.3.2 质谱条件

三重四极杆串联质谱多反应监测(MRM)，APCI负离子电离模式，气帘气(CUR)压力为40 psi，喷雾针电压为-4 500 V，离子源温度为300 ℃，喷雾气(GS1)压力为55 psi，碰撞气(CAD)压力为medium，目标扫描时间为0.5 s，入口电压(EP)为10 V，出口电压(CXP)为13 V，各目标化合物的质谱分析参数见表1。

表1 8种PBDEs的保留时间、定量及定性离子对、DP及CE参数Table 1 Retention times, quantitative and qualitative ion pairs, declustering potentials (DP), collision energies (CE) of 8 kinds of PBDEs

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

由于PBDEs为弱极性化合物，在超高效液相色谱中选用反向C18柱，适当调整液相色谱条件即可得到较好的分离度，针对目标化合物，使用甲醇作为流动相的分离效果要优于乙腈作为流动相。在流动相中加入0.1%氨水，可使目标物的峰型更尖锐，并促进目标物的离子化效率，从而增强各目标物的响应信号，提高PBDEs的检测灵敏度。因此，笔者选用0.1%氨水甲醇溶液和0.1%氨水溶液作流动相。

2.2 质谱条件的优化

质谱分析的条件也是影响结果的重要因素，由于PBDEs极性比较低，不适合采用ESI电离模式，而APCI主要形成单电荷的准分子离子，对于弱极性的PBDEs具有极强的选择性，抗干扰能力强，综合比较后，选用APCI电离模式，通过全扫描确定8种PBDEs的母离子质量数，推测其离子化过程为PBDEs分子失去一个Br-，[BDE-Br]+→[BDE-Br+NH3]+，[BDE-Br+NH3]+即为母离子质量数，再分别对每种目标物进行二级质谱扫描，优化特征碎片离子，PBDEs的定量离子基本都为m/z 78.9，即失去一个Br-，推测定性离子m/z 265.7、498.4、418.8、734.3及746.2均为[BDE-Brn+NH3]+。

分别对喷雾气辅助气压力、碰撞电压和离子源温度等各项参数进行系统优化，结果表明，当离子源温度为300 ℃、喷雾器压力为55 psi，气帘气压力为40 psi，喷雾针电压为-4 500 V时，使用APCI源负离子扫描模式获得最好的分析结果。各化合物的提取离子流色谱图见图1。

注：13C12内标物的浓度为50 μg/L，BDE-209浓度为1 000 μg/L，其他7种BDE浓度为100 μg/L。图1 PBDEs各反应通道的化合物色谱图Fig.1 Chromatograms for the individual MRM channels of PBDEs

与常规的气质分析方法相比，低溴代的化合物(如BDE-28和BDE-47)，在气相色谱质谱上使用EI分析容易得到较好的响应值，获得比液质略低的检出限，但是五溴代以上的PBDEs，由于所取代的溴原子增多，在液相色谱质谱上使用APCI方式分析能够获得更高的响应值和更佳的灵敏度。特别是BDE-209的气质分析，需要使用专用的高温柱并更换CI源，LC-MS/MS配APCI源可以实现一次性从三溴代到十溴代的化合物的快速分析。

2.3 标准曲线与检出限

将标准溶液用初始流动相稀释成一系列不同质量浓度的溶液，内标法定量，绘制8种PBDEs的标准曲线(表2)。除十溴联苯醚外的其他7种多溴联苯醚的线性范围为4～200 μg/L，以13C12-PBDE-139作为定量内标，十溴联苯醚的线性范围为10～1 000 μg/L，以13C12-PBDE-209作为定量内标。由表2可知，8种PBDEs在一定范围内呈现良好的线性关系，相关系数范围为0.998 8～0.999 5，满足定量分析的需求。按照EPA SW-846方法计算方法检出限，按照样品前处理进行7次方法空白加标测试，以检出限3～5倍的空白加标液测定标准偏差(n=7)计算方法检出限，所得检出限为0.22～0.59 μg/kg。

表2 8种多溴联苯醚的线性范围、相关系数和方法检出限Table 2 Linear equation, correlation coefficient and method detection limit for 8 kinds of PBDEs

2.4 回收率、精密度和准确度

取不同土壤样品，加入各自标准曲线中高低2个浓度水平的混合标准品溶液，按照样品前处理方法，计算各目标化合物的加标回收率。配置中间点浓度的标准溶液，三溴到九溴BDE浓度为100 μg/L，BDE-209浓度为400 μg/L，在样品分析过程中加入，一般每分析10个土壤样品加入中间浓度点标准液，计算中间浓度点测定值的精密度。取SQC-072土壤多溴联苯醚质控样，按照样品前处理进行测定，测试值与理论值比较，计算准确度。结果表明(表3)，方法加标回收率为71%～126%，标准偏差为3%～18%，中间点标准溶液测试精密度均小于10%，质控样测试结果均在允许范围内且具有较好的精密度。

表3 各化合物加标回收率、精密度和准确度Table 3 Recovery, precision and accuracy of compounds

2.5 样品测试

在台州市某电子垃圾拆解点附近采集8个土壤样品，按照该方法进行分析，集中拆解点附近的表层土壤中测得有明显的BDE-209，浓度为ND～96.6 μg/kg，另外3种PBDEs浓度较低，BDE-183为ND～4.20 μg/kg，BDE-153为ND～0.71 μg/kg，BDE-99为ND～0.52 μg/kg，其他4种BDEs未检出，具体结果见表4。

表4 土壤样品的多溴联苯醚含量Table 4 The concentration of PBDEs in soil samples

3 结论

研究采用LC-MS/MS配APCI源方法测定土壤中的PBDEs，样品采用ASE萃取和GPC净化，内标法测试，方法加标回收率为71%～126%，中间点标准溶液测试精密度均小于10%，质控样测试结果均在允许范围内，可同时测定三溴代到十溴代的8种PBDEs。该方法可为后续国家相关标准的建立提供参考。