溶剂放空-气相色谱/串联质谱法在水中邻苯二甲酸酯测定中的应用

郑力文 陈伟东 钟秀霞 廖惠玲 黄捷玲 余泽文 罗伟乐

摘 要：采用溶剂放空进样技术，建立16种邻苯二甲酸酯的气相色谱/串联质谱分析方法。通过优化气相色谱仪进样体积、溶剂放空条件、柱箱升温程序和载气流量后，逐个优化串联质谱的离子化能量和碰撞能量等操作参数，确定了邻苯二甲酸酯的气相色谱/串联质谱法最优分析条件，16种邻苯二甲酸酯在32 min内得到良好的基线分离和峰形。用该分析方法的外标法定量水中痕量的16种邻苯二甲酸酯，检出限为0.1～4.0 ng/L，相对标准偏差（RSD）小于4%，0～500 ng/L范围内呈良好的线性关系，加标回收率在78%～117%范围内，所建方法简便、灵敏、准确、结果准确度高，可满足水中痕量邻苯二甲酸酯的测定需要。

关键词：溶剂放空;气相色谱/串联质谱法;邻苯二甲酸酯

1 实验部分

1.1 试剂

正己烷中16种塑化剂混标1 000 mg/L：邻苯二甲酸二甲酯（DMP，CAS：131-11-3）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP，CAS：84-66-2）、邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP，CAS：84-69-5）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP，CAS：84-74-2）、邻苯二甲酸二（2-甲氧基乙基）酯（DMEP，CAS：117-82-8）、邻苯二甲酸二（4-甲基-2-戊基）酯（BMPP，CAS：146-50-9）、邻苯二甲酸二（2-乙氧基乙基）酯（DEEP，CAS：605-54-9）、邻苯二甲酸二戊酯（DPP，CAS：131-18-0）、邻苯二甲酸己基2-乙基己基酯（HEHP，CAS：75673-16-4）、邻苯二甲酸二己基酯（DHXP，CAS：84-75-3）、邻苯二甲酸苯基丁基酯（BBP，CAS：85-68-7）、邻苯二甲酸二（2-丁氧基乙基）酯（DBEP，CAS：117-83-9）、邻苯二甲酸二环己酯（DCHP，CAS：84-61-7）、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（ DEHP，CAS：117-81-7）、邻苯二甲酸二辛酯（DNOP，CAS：117-84-0）与邻苯二甲酸二壬酯（DNP，CAS：84-76-4）购于国家标准物质中心;正己烷、二氯甲烷、甲醇（色谱纯，Merck公司），固相萃取柱：PLS-3玻璃柱（迪马公司）。

1.2 仪器

Agilent 7890B-7000气相色谱-三重四级杆质谱仪（美国安捷伦科技有限公司，带浅凹坑衬管的MMI多模式进样口及Extractor EI离子源）;色谱柱：DB-5ms UI 30 m×0.25 mm×0.25μm;GL Science ASPE799全自动大体积固相萃取仪。

1.3 固相萃取条件

整个采样、预处理、保存及固相萃取过程均在玻璃容器中进行，使用前要用丙酮润洗所有器皿并于400℃烘烤2～4h。固相萃取装置均使用PTFE管路及接头，避免使用PP及PE等塑料制品，保持环境中的良好通风及洁净度，防止处理样品过程中引入或残留非样品中的塑化剂[1]。

预处理：采集1 L水样，加入20 mL重蒸馏的甲醇及5 mL 1+1盐酸。

活化：依次通过3 mL正己烷、3 mL二氯甲烷、6 mL水进行预活化。

上样：以5 mL/min的流速过柱。

脱水：氮吹脱水2min。

洗脱：依次通过3 mL二氯甲烷、3 mL正己烷、3 mL正己烷，浸泡后洗脱，合并洗脱液。

浓缩：将洗脱液氮气吹至1mL，进样测定。

1.4 检测条件

1.4.1 气相方法

柱温箱：50 ℃保持0.5 min，以8 ℃/min升至280 ℃，保持2.75 min;进样口：溶剂放空进样，5 psi维持0.3 min，进样口温度为50 ℃保持0.3 min，900 ℃/min升至280 ℃;载气：恒定流量，1 mL/min;传输线：280 ℃。

1.4.2 质谱方法

离子源温度为280 ℃，MRM扫描。

2 结果与讨论

2.1 色譜分离和质谱条件的优化

2.1.1 色谱分离结果

16种邻苯二甲酸酯在质谱上有较多相同的的离子对，为了使定性定量更加准确，选择了分离度比较好的超高惰性弱极性色谱柱DB-5ms UI（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以保证16种目标物在色谱上得以较好的分离。

通过多次测试，柱温箱在50 ℃初始温度时，各化合物有较小的峰展宽和峰形，保持8℃/min的升温速度，DCHP和DEHP能达到较好的分离，保证定量的准确。

具体检测离子对如表1所示。

优化后色谱分离情况如图1所示，其中BMPP为多峰。

2.1.2 优化碰撞能量和离子化能量

在EI源的电子轰击条件下，邻苯二甲酸酯类增塑剂的分子结构容易裂解[2]。其裂解过程主要由α裂解和2H重排诱导i裂解两步进行，通式如图2。

邻苯二甲酸酯类分子内含苯环共轭羰基双键基团，与这一组原子相连的单个键（-OR）称为α键。在电子轰击条件下，键很容易断裂，称为α开裂。当一个键断裂时，键合原子会各自取回一个电子。原始动力来源于自由基的强电子配对倾向，这是由自由中心引发的均相反应。而且在空间效应的作用下，邻位酯基上带有游离电子对的氧原子迅速与羰基碳阳离子键合成共轭状态的五元杂环。

2H重排主要作用于间位C上的氢原子。因为常见的邻苯二甲酸酯类中DMP对应的为甲基，不能发生2H重排，不利于后续的i裂解的进行。这也解释了DMP几乎不生成m/z=149的离子碎片，而具有m/z=163的特征离子。

质谱仪中EI源的原理是使有机物分子发生碰撞诱导解离（Collision Induced Dissociation，CID）。在离子源内加一个电压，使有机分子电离，有利于增强离子信号。一般单级质谱取较高的-70eV离子化能量构建标准谱库，有利于去除溶剂小分子碎片，同时也会产生较为丰富的目标物离子碎片信息，有利于未知有机化合物结构的鉴定。三重四极杆质谱更多用于已知物质的分离和定量，通过MRM的二级碰撞，可以通过调节较低的离子化能量，获得更多的前级离子，有利于提高响应。以标准品进样，考察16种邻苯二甲酸酯在-70～-25eV的离子化能量，两个前级离子（m/z=163和149）的产物生成量如图3所示。

由实验结果可见，离子化能量由-70 eV到-45eV，两前级离子的离子碎片呈增加的趋势，并在-45eV后逐渐减少。所以可采用固定离子化能量-45eV，以使EI源中产生足够多的前级离子，增加MRM最终响应值。

2.1.3 溶剂放空进样和基质效应的讨论

溶剂放空模式是使用MMI进样口实现大体积进样的方法[3]。跟常见的热不分流和冷不分流不同，溶剂放空原理如图4所示。溶剂放空模式下，使进样口在整个样品注射过程中处于初始温度较低的分流状态，并且分流流路处于低压打开状态。较容易挥发的溶剂被进样口吹扫气流带走，从分流出口流出。样品要以较慢的注入速度进入衬管，并受到专用衬管上的连续浅凹坑阻隔，因此流入的液体很容易沉积附着于衬管壁上，溶剂以温和的速度气化带走。当完成所有样本的加注后，进样口就立即切换到不分流模式，通过高速加热进样口将浓缩的样品和小量残留的溶剂转移到色谱柱前端。在足够的时间下确保样品转移，将进样口切换到净化模式，以排空进样口衬管中剩余的样品。在样品进样和溶剂清空过程中，气相色谱柱温度箱必须保持在适当的温度下，使溶剂能将分析物重新聚焦在色谱柱上。重新聚焦后，对柱温箱进行程序升温，实现分离。

邻苯二甲酸酯类的沸点均比较高，最低的DMP为282℃，而正己烷只有69℃。如此大的温度差异有利于溶剂放空进样方法的进行。采用MMI溶剂放空进样方法的默认参数，设定注射速度20μL/s，放空时间达0.3min时，放空压力5psi，放空流速60mL/min。溶剂峰不明显，目标物出峰尖锐。

浓度为500 ng/mL的标准样品在热不分流1 μL和溶剂放空进样5和10 μL下的结果见表2。

在表3中，将对应体积的溶剂放空运行面积折算回1 μL，与热不分流峰面积进行比较，得到溶剂放空的回收率。对于分析物，继续增加进样体积至10 μL。分离度保持不变，回收率均大于85%，这说明大部分溶剂在进样过程中可被消除，而对目标物影响不大。

2.2 方法学评价

以重蒸正己烷为溶剂配制成0、5、20、50、100、200 ng/mL与500 ng/mL的7个浓度的混合标准使用液，从进样器注入气相色谱仪。以峰面积为纵坐标，浓度为横坐标绘制标准曲线。根据GB/T 27417-2017的规定[4]，可用信噪比法评估检出限。利用已知低浓度的分析物样品与空白样品的测量信号进行比较，采用典型的可接受信噪比3∶1为方法检出限。根据空白样品图谱进行通过计算，结果见表3。相关系数r均大于0.995，说明这16种化合物的标准曲线在曲线范围内具有良好的线性相关。取水样1L进行固相萃取，最终定容1mL，方法的检测范围为0～500ng/L。

2.3 加标回收试验

向水样中分别加入16种邻苯二甲酸酯类混标，加标水平为50、200、400 ng/L，进行测定，计算结果如下表4。

3 结论

采用溶剂放空进样技术，进样10 μL以上样品，可以大大改善峰形，降低检出限。

本文扩展了气相色谱/串联质谱在复杂成分分析中的应用，建立了测定水中16种邻苯二甲酸酯的方法。该方法有较高的灵敏度，检出限为0.1～4.0 ng/L，精密度（RSD）小于4%，在50、200、400 ng/L3个加标浓度水平下，回收率为78%～117%。该方法对邻苯二甲酸酯测定具有简便、灵敏度高、准确度好等优点，可满足生活饮用水

中痕量邻苯二甲酸酯的检测需要。

参考文献

[1]Environmental Protection Agency.EPA METHOD 8061A.PHTHALATE ESTERS BY GC/ECD[S].America：EPA.1996.

[2]Fred W.McLafferty，Etc.Interpretation of Mass Spectra（4th）[M].America：Uniersity Science Books，1993，99+258.

[3]Bill Wilson.采用安捷倫的多模式进样口（MMI）容易实现更低的检测限[M].美国：安捷伦科技出版物，5190-4169CHCN，2006.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 27417-2017.合格评定 化学分析方法确认和验证指南[S].北京：中国标准出版社.2017.

基金项目：佛山市自筹经费类科技创新项目（编号：2016AB003183）。

作者简介：郑力文（1981—），男，广东佛山人，硕士，主管技师。研究方向：理化检验。