全自动固相萃取-气相色谱法测定地表水中20种多溴联苯

朱佩玉，高晨，姜金萍，顾俊鹏

（江苏康达检测技术股份有限公司，江苏苏州 215000）

多溴联苯(PBBs)是一类溴取代的联苯同系物，经Friedel-Crafts 反应溴化合成，根据溴原子在苯环上取代的数量和位置的不同，可细分为一溴联苯到十溴联苯等209种同分异构体[1]，其中一部分异构体作为添加型阻燃剂应用于电子器件、纺织、化工、建材等领域[2]，目前环境中的多溴联苯大多来自于溴系阻燃剂之中。多溴联苯具有十分典型的持久性有机污染物(POPs)特征[3]，性质稳定，进入生态环境中后很难降解，可在水体等介质中长期存在，随自然迁移作用逐渐在陆生系统中积累富集，对环境生物和人类健康造成潜在危害，表现出环境持久性、生物富集性、远距离传输性和毒性特征[4]，已有研究表明多溴联苯具有致癌性[5]。2009 年，商用六溴联苯被新增列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》附件A[6]。虽然目前世界范围内已全面停止了多溴联苯的生产，但伴随着大量的含多溴联苯产品的使用、处置等过程，仍不时有多溴联苯在环境介质中检出的报道，说明其污染危害仍然存在。

相较于多溴联苯醚的大量研究和相关检测标准的不断发布，多溴联苯的研究则要少得多。目前多溴联苯主要分析方法有高效液相色谱(HPLC)法[7]、气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)法[8‒9]、气相色谱-质谱联用(GC-MS)法[10‒12]和高分辨气相色谱-高分辨质谱联用(HRGC-HRMS)法[13]。2022 年，生态环境部发布了土壤和沉积物中20 种多溴联苯的气相色谱-高分辨质谱测定方法[14]，这也是我国首个将多溴联苯的测定应用于环境领域的检测标准。

目前关于环境地表水中多溴联苯的研究尚未建立起成熟、有效的分析方法。在实际应用过程中，GC-MS 分析方法的灵敏度难以满足地表水的痕量分析要求，HRGC-HRMS 法的仪器价格昂贵，对人员和环境的要求比较高，GC-ECD 法由于对多溴联苯具有高灵敏度和高选择性的优点，且仪器简单使方法易于普及，结合全自动固相萃取技术可以实现ng/L 级的检出浓度。通过对仪器分析参数和固相萃取条件的优化，笔者最终建立了全自动固相萃取结合气相色谱-电子捕获检测器法测定地表水中20种多溴联苯的分析方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：GC-2030 型，配备电子捕获检测器，日本岛津公司。

全自动固相萃取仪：AquaTrace®ASPE899 型，岛津技迩(上海)商贸有限公司。

固相萃取柱：PS/DVB，6 mL/(250 mg)，月旭科技(上海)股份有限公司。

氮吹仪：HSC-12B 型，天津市恒奥科技发展有限公司。

超纯水机：Dura 12V型，美国泽拉布公司。

正己烷、甲醇、乙酸乙酯：色谱纯，上海星可高纯溶剂有限公司。

盐酸：密度为1.19 g/mL，昆山金城试剂有限公司。

氢氧化钠：优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

硫代硫酸钠：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

10 种PBBs 混合标准溶液：含有PBB-3、PBB-15、PBB-18、PBB-52、PBB-103、PBB-153、PBB-180、PBB-194、PBB-206、PBB-209，质量浓度均为100 μg/mL，上海安谱实验科技股份有限公司。

PBB-1、PBB-2、PBB-9、PBB-10、PBB-30、PBB-49、PBB-77、PBB-101、PBB-156、PBB-169 标准溶液：质量浓度均为35 μg/mL，上海安谱实验科技股份有限公司。

实验用水为新制超纯水。

1.2 标准溶液配制

1.2.1 20种PBBs混合标准储备溶液

分别移取0.1 mL 10 种PBBs 混合标准溶液和PBB-1、PBB-2、PBB-9、PBB-10、PBB-30、PBB-49、PBB-77、PBB-101、PBB-156、PBB-169 标准溶液各0.286 mL 于同一只10 mL 容量瓶中，用正己烷稀释并定容至标线，摇匀，得到各组分质量浓度均为1.0 μg/mL的20种PBBs混合标准储备溶液。

1.2.2 20种PBBs混合标准工作溶液

准确移取0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、1.00 mL 20种PBBs混合标准储备溶液于10 mL容量瓶中，用正己烷稀释并定容至标线，摇匀，配制成6个浓度点的混合标准工作溶液系列，各组分质量浓度均依次为5.0、10.0、20.0、40.0、60.0、100 μg/L。

1.3 色谱条件

色谱柱：DB-5MS 型毛细管柱(15 m×0.25 mm，0.1 μm，美国安捷伦科技有限公司)；柱温箱升温程序：100 ℃保持1 min，然后以10 ℃/min 升温至320 ℃，保持3 min；进样口温度：280 ℃；电子捕获检测器温度：320 ℃；载气：99.999%高纯氮气；柱流量：1.2 mL/min；进样方式：不分流进样；进样体积：1.0 μL。

1.4 实验方法

1.4.1 样品采集

按照《地表水环境质量监测技术规范》(HJ 91.2—2022)[15]的相关规定进行地表水样品的采集。样品采集在棕色玻璃样品瓶中，每升水中加入80 mg硫代硫酸钠除氯，水样应充满样品瓶，上层不留气泡，采集后于4 ℃以下避光保存，7 d内完成萃取。

1.4.2 样品提取

准确量取经0.45 μm滤膜过滤的待测水样1 L，用0.05 g/mL氢氧化钠溶液或盐酸溶液(体积比1∶1)调节pH 至中性，加入10 mL 甲醇，摇匀。安装好全自动固相萃取仪，依次用10 mL正己烷、10 mL乙酸乙酯、10 mL 甲醇和10 mL 实验用水活化固相萃取柱，活化后使水样以10 mL/min 的流速全部通过固相萃取柱，然后通高纯氮气干燥20 min，用8 mL 正己烷-乙酸乙酯(体积比7∶3)混合溶剂洗脱固相萃取柱，洗脱液经氮吹浓缩至1 mL 以下，将溶剂完全置换为正己烷，定容至1.0 mL，待测。

1.4.3 实验步骤

用自动进样器取1.0 μL 试样注入气相色谱仪中，用石英毛细管柱将目标化合物分离，电子捕获检测器（ECD）检测。根据样品中目标化合物与标准系列中目标化合物的保留时间进行定性，外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 气相色谱条件的优化

多溴联苯的极性介于非极性和中等极性之间[16]，通常采用弱极性的5%苯基-95%甲基聚硅氧烷作为色谱柱填料。由于高溴代的多溴联苯在受热时非常容易发生脱溴降解，为解决这一问题，可以通过减少色谱柱长度、降低膜厚的方法来缩短其在色谱柱的驻留时间，同时设定合适的升温程序，保证20种PBBs 能够得到有效分离。最终选择DB-5MS毛细管气相色谱柱(15 m×0.25 mm，0.1 μm)，程序分析时间为26 min。优化条件下20种PBBs的气相色谱图如图1所示。

图1 20种PBBs气相色谱图

2.2 固相萃取条件的优化

2.2.1 有机改性剂的选择

多溴联苯属于脂溶性化合物，在水中的溶解度较低，加入适量的有机改性剂，可以增强固相萃取柱填料对多溴联苯目标物的吸附能力，提升萃取效率[17]。分别选择甲醇、乙醇、乙醚和丙酮作为有机改性剂，各移取10 mL于1 L水样中，同时选择一组样品不加有机改性剂作为对照，经全自动固相萃取前处理后上机分析，得到20 种PBBs 的回收率如图2所示。由图2 可以看出，添加有机改性剂的样品PBBs的回收率明显高于未添加有机改性剂的样品，4种溶剂中甲醇的回收率高于乙醇、乙醚和丙酮，故最终选择甲醇作为有机改性剂。

图2 添加不同有机改性剂后20种PBBs的回收率

2.2.2 固相萃取柱的选择

分别选取LC-C18、Poly-Sery HLB、Florisil 和PS/DVB 共4 种SPE 小柱，对添加质量浓度为50.0 ng/L的水样进行固相萃取处理，并按照优化后的气相色谱条件进行测定，考察不同填料固相萃取柱对PBBs 回收率的影响，结果见表1。由表1 可知，Florisil 柱对不同溴代联苯的提取能力差别很大，具体表现为对低溴代联苯的提取效率较高，而高溴代联苯的提取效率较低；Poly-Sery HLB 柱对20 种PBBs 的整体提取效果表现一般；LC-C18 柱和PS/DVB 柱均可以满足实验测定要求，回收率基本在60%以上，鉴于PS/DVB柱的整体提取效率更高，故最终选择PS/DVB柱作为该方法的固相萃取柱。

表1 不同SPE小柱PBBs的回收率

2.2.3 洗脱溶剂的选择

结合多溴联苯的极性，分别选取正己烷、乙酸乙酯、正己烷-乙酸乙酯(体积比1∶1)、正己烷-乙酸乙酯(体积比7∶3)和正己烷-乙酸乙酯(体积比8∶2)作为洗脱溶剂，比较20种PBBs的提取效率，结果如图3 所示。由图3 可以看出，洗脱溶剂为正己烷-乙酸乙酯(7∶3)时20 种PBBs 的洗脱效果最佳，回收率为67.6%～98.1%。

图3 不同洗脱溶剂时20种PBBs的回收率

2.2.4 洗脱溶剂体积的选择

保持其它固相萃取条件不变，分别设定洗脱溶剂体积为4、6、8、10 mL，测定PBBs的回收率。结果表明，在4～8 mL 范围内，PBBs 的回收率随洗脱溶剂体积升高整体呈上升趋势，继续增加洗脱溶剂体积至10 mL，回收率变化不再明显，故选择洗脱溶剂体积为8 mL。

2.3 线性范围和检出限

按照气相色谱分析条件，分别对20 种PBBs 混合标准工作溶液系列进行测定，以目标化合物的质量浓度为横坐标，以色谱峰面积为纵坐标绘制标准曲线，获得线性回归方程和相关系数。

依照《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168—2020)[18]有关规定，对加标量为估计方法检出限3～5 倍的空白加标样品进行9 次重复测定，计算标准偏差s，根据公式LD=2.896×s计算方法检出限，定量限以4 倍检出限计。20 种PBBs 的线性范围、线性回归方程、相关系数、方法检出限及定量限见表2。由表2可知，20种PBBs的质量浓度在5.0～100 μg/L 范围内有良好的线性关系，相关系数均大于0.998。当样品取样量为1 L，定容体积为1.0 mL时，20 种PBBs 的方法检出限为1.3～4.4 ng/L，定量限为5.2～17.6 ng/L，能够满足地表水中PBBs 的检测要求。

2.4 加标回收试验

选取实验室空白水样，分别做2 组不同浓度的平行加标回收试验，加标质量浓度分别为20.0、80.0 ng/L。按照优化后的方法进行6 次平行测定，计算测定结果的平均回收率和相对标准偏差，结果见表3。由表3 可知，低、高2 组加标浓度水平下，20 种PBBs 的加标回收率为72.8%～90.9%，相对标准偏差为3.3%～8.5%。

表3 加标回收试验结果

3 结语

建立了地表水中20 种多溴联苯的全自动固相萃取-气相色谱法，重点对气相色谱条件和固相萃取条件进行了优化探索。该方法依托自动化的样品前处理设备，操作简便，提取效率高，气相色谱-电子捕获检测器分析灵敏度好，回收率和精密度均满足要求，可以为环境地表水中多溴联苯的有效监测提供技术支持和方法依据。