加速溶剂提取-气相色谱-质谱法分析土壤和沉积物中15 种有机磷酸酯类阻燃剂

潘萌，佟玲 ，田芹，宋淑玲

（1. 国家地质实验测试中心，北京 100037； 2. 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心，北京 100055）

有机磷酸酯(OPEs)是一类重要的有机磷阻燃剂(OPFRs)，具有阻燃效果持久，与聚合物基材相容性好，耐水、耐候、耐热以及耐迁移等特点，被广泛应用于建材家装材料、纺织物品、化工以及电子电气设备中［1-2］。作为多溴联苯醚类阻燃剂被限制使用后的潜在替代物，OPFRs 的使用量仍在继续增加。OPFRs 按照是否被卤化可分为：卤化的OPFRs 和非卤化的OPFRs，常用的品种大约有13 种，目前中国环境中检出率较高的化合物有6 种：磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基) 酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯、磷酸三苯酯、磷酸三(丁氧基乙基)酯、磷酸三正丁酯［3］。有机磷阻燃剂性质十分稳定，具有生物累积性，长期与含磷阻燃剂接触会对生物产生不利影响［4］。例如，芳香基、氯代烷基取代的OPFRs对赖氨酸脱羧酶活性的抑制作用［5］；磷酸三(2，3-二氯丙基)酯对斑马鱼胚胎/幼体中性腺轴的基因转录和甲状腺系统紊乱作用［6］；磷酸三(1，3-二氯异丙基)酯、磷酸三苯酯对鱼的繁殖功能有干扰作用［7］，同时也会抑制人体荷尔蒙水平，显著降低男性精液质量［7］；磷酸三(2-氯丙基)酯在一定浓度作用下会延迟小鸡的孵化，对生长发育也有抑制作用［8］；磷酸三苯酯可以通过呼吸或皮肤渗入对人体羧酸酯酶造成很强的抑制作用，引起接触性皮炎［9］；磷酸三乙酯、磷酸三辛酯、磷酸三(1，3-二氯异丙基)酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯均具有显著的芳烃受体(AhR)或糖皮质激素受体抑制活性［10］。随着毒理学方面的深入研究，有机磷酸酯类阻燃剂作为一类新污染物，其污染状况越来越多地被环境科学家所关注，目前OPFRs 已在水体［11-15］、土壤［16-17］、沉积物［18-19］、灰尘以及大气［20-21］等各类环境介质中检出，甚至在人体的尿液［22-23］、血液［24-25］、母乳［26-27］、胎盘［28］等生物样品都有检出。中国作为有机磷酸酯类阻燃剂的生产和出口大国［3］，其在环境中的残留问题已被学者关注。例如，在北京、上海和广州等经济发达地区的土壤中检测到OPEs，其平均含量分别为126、388、430ng/g(干重)，检出浓度最高的两个化合物是磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)和磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)［29］。而沉积物相对于土壤，其中OPEs 含量较低，如太湖沉积物平均值为7.88ng/g，渤海沉积物平均值为11.4ng/g，海南近岸沉积物平均值为16.6ng/g，其中磷酸三(丁氧基乙基) 酯(TBEP)、磷酸三(2-氯丙基) 酯(TCPP) 和磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)是主要污染物，平均浓度分别为14ng/g、4ng/g 和2ng/g［30］。

由于OPEs 多数具有一定的挥发性，目前分离仍以气相色谱(GC)为主，为了不断地提高检测技术的灵敏度和准确度，使分析方法更加快速、简便，质谱作为定性准确、定量灵敏的检测技术越来越被普遍应用。气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS) 是目前分析OPEs 的主要方法。对于二酯类和单酯类OPEs，液相色谱-质谱(LCMS)具有更好的优势，而液相色谱-串联质谱(LCMS/MS)有更好的灵敏度和选择性［31］，但是仪器成本更加昂贵。相比于环境水样，土壤和沉积物样品前处理步骤是分析技术的难点。目前对于固体样品较成熟的提取技术——索氏提取法，由于溶剂用量较大已经逐渐被微波提取、超声提取等技术所取代［32］。如刘世龙等［33］采用超声提取，刘静等［34］采用涡流振荡结合超声提取技术提取沉积物样品中常见的8～9 种OPEs。Luo 等［35］采用加压溶剂萃取技术提取了土壤中13 种OPEs，回收率在81.7%～107% 之间。García-López 等［36］采用加压溶剂萃取技术提取沉积物中7 种OPEs，回收率能够达到77%～111%。对于基质较为复杂的底泥、沉积物样品，净化是必不可少的步骤。如鹿建霞等［37］采用自填硅胶柱和氨基硅胶固相萃取柱结合的两步联合净化方式分析了土壤和沉积物样品中7 种OPEs，方法定量限为0.3～2.9ng/g。刘世龙等［33］建立的检测沉积物中8 种OPEs 分析方法，采用弗罗里硅土固相萃取柱净化样品提取液，除磷酸三乙酯(66.7%)和磷酸三(2-氯乙基) 酯(57.1%) 外，其他6种目标物回收率为80.2%～104.8%［38］。陈玫宏等［39］采用高效液相色谱-串联质谱法(HPLCMS/MS)分析沉积物中12 种有机磷酸酯类化合物，乙腈提取后采用亲水-亲油平衡型固相萃取小柱(HLB)进行富集，大部分目标化合物的平均回收率为65.9%～120.0%，磷酸三乙酯和磷酸三(2-氯乙基)酯的回收率则小于48%。可以看出，目前已有的分析技术在目标物种类以及目标化合物的回收率等方面还需要进一步改进。

本文针对近年环境中不断涌现的新型有机磷酸酯类阻燃剂，选取了15 种代表性化合物作为目标分析物，包括3 种卤化的OPEs 和12 种非卤化的OPEs。实验中重点优化了样品的提取过程，提高了磷酸三(2-氯乙基)酯和三苯基氧膦的回收率。同时，针对沉积物的基质复杂性，选择了合适的净化吸附剂及最优条件，建立了土壤和沉积物样品GC-MS 分析方法。并采用实验室间比对和有证标准物质进行方法验证，拟应用于土壤和沉积物样品中OPEs 的监测工作，为有机污染物分析提供有力的技术支持。

1 实验部分

1.1 仪器和设备

气相色谱-质谱仪(GCMS-QP2020 NX，日本Shimadzu 公司)；加速溶剂萃取仪(DIONEX ASE 200，美国Dionex 公司)；全自动浓缩仪(AutoVap S8 Plus，美国ATR 公司)。 固相萃取装置(12 位VacElut，美国Agilent 公司)；色谱柱(DB-5MS，30m×0.25mm×0.25μm，美国Agilent 公司)。

1.2 标准溶液和主要试剂

目标化合物标准溶液为：甲苯中有机磷酸酯类阻燃剂单一有证标准物质(浓度为10.0～1000.0μg/mL)。具体15 种化合物分别为：磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三异丁酯(TiBP)、磷酸三正丁酯(TnBP)、磷酸三(2-氯乙基) 酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三(1，3-二氯异丙基)酯(TDCP)、磷酸三(丁氧基乙基)酯(TBEP)、磷酸三苯酯(TPhP)、2-乙基己基二苯基磷酸酯(DPEHP)、磷酸三辛酯(TEHP)、三苯基氧膦(TPPO)、邻位-磷酸三甲苯酯(o-TCP)、间位-磷酸三甲苯酯(m-TCP)、对位-磷酸三甲苯酯(p-TCP)。2 种替代物标准溶液包括：乙腈中磷酸三丁酯-D27(TBP-D27)、乙腈中磷酸三苯酯-D15(TPP-D15)，浓度为100.0μg/mL)；内标物标准溶液：二氯甲烷中萘-D8、苊-D10、菲-D10、䓛-D12，混合有证标准物质(浓度为2000.0μg/mL)。以上标准物质均购自美国AccuStandard 公司。

丙酮(AC)、正己烷(HEX)、二氯甲烷(DCM)、甲苯(PhMe)均为色谱纯，购自北京百灵威科技有限公司；无水硫酸钠、铜粉，分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；硅藻土(10～20 目，CNW)、Carb-NH2固相萃取小柱(500mg/500mg，6mL，CNW)，购自上海安谱实验科技股份有限公司。

1.3 实验样品

方法精密度实验样品：来自于北京周边、山西、黑龙江等地的农田土壤，以及北京市内采集的河道沉积物样品。去除土壤或沉积物样品中的草根、叶片、石子等异物，充分混匀后放置于冰箱中。

方法检出限实验样品：采用不含待测物的石英砂代替。空白样品选用经高温烘烤的实际土壤样品。

方法准确度验证样品：采用美国国家标准与技术研究院(NIST) 研制的生活污泥有证标准物质(SRM 2585)，购自上海安谱实验科技股份有限公司。

1.4 实验方法

1.4.1 标准溶液配制

15 种有机磷酸酯类阻燃剂采用正己烷稀释，配制成浓度为1.0μg/mL 的混合标准使用液，于0～4℃下避光保存，使用时应恢复至室温并摇匀；替代物TBP-D27和TPP-D15加入适量丙酮后，采用正己烷进行稀释，得到浓度为1.0μg/mL 的替代物混合中间使用液。内标物萘-D8、苊-D10、菲-D10、䓛-D12采用正己烷稀释后，得到浓度为1.0μg/mL 的内标物中间使用液。

1.4.2 样品前处理

样品制备：称取10.0g(准确至0.01g)新鲜样品，加入适量硅藻土搅拌均匀，研磨成颗粒状。

样品提取：将样品转移至ASE 萃取池中(沉积物样品需与约2g 铜粉混合均匀用于除硫)，加入1μg/mL 标准替代物50μL，正己烷-丙酮(体积比1∶1)提取。系统压力为1500psi，温度为80℃，加热时间5min，静态时间5min，冲洗体积60%，循环提取2 次。提取液用氮气浓缩至2～3mL，如有明显水分则需进一步脱水。在提取液中加入适量的无水硫酸钠，静置15min 后转移提取液至另一浓缩瓶中，并用少量正己烷润洗浓缩瓶，合并提取液。待下一步净化。

样品净化：分别用洗脱液(5%甲苯的正己烷-丙酮，体积比8∶2)及正己烷各约5mL 预淋洗固相萃取柱。将提取液转移至固相萃取柱中，用10mL 洗脱液进行淋洗，洗脱液全部收集后浓缩至小于1.0mL的体积，并加入50μL 内标物中间使用液，正己烷定容至1.0mL，待分析。

1.4.3 仪器分析条件

气相色谱分析条件：进样口温度260℃；氦气为载气，流速1.0mL/min；不分流进样，进样量1.0μL。初始温度60℃，保持2.0min；15℃/min 升至210℃，保持2.0min；30℃/min 升至270 ℃，保持8.0min；再以40℃/min 升至300℃，保持5.0min。

质谱分析条件：接口温度280℃；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；电离方式为电子轰击电离；电离能量70eV；溶剂延迟5min；选择离子监测(SIM)模式。

根据表1 内标物的保留时间可以看出，萘-D8、苊-D10、菲-D10、䓛-D12这4 种化合物的保留时间为7.75～18.68min，能够兼顾15 种OPFRs 的出峰范围并与待测组分保留时间相近，因此选择这4 种化合物作为定量内标。

表1 各OPFRs 目标化合物保留时间及质谱参数Table 1 Retention times and mass spectrum parameters of target OPFRs .

各化合物保留时间及质谱参数见表1。

1.4.4 测试数据质量控制

各分析指标的质控控制可以参考《固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范》(HJ/T 373—2007)。其中，本实验采用加入已知浓度的替代物对样品分析进行质量控制。替代物为磷酸三丁酯-D27和磷酸三苯酯-D15，样品分析中的替代物回收率控制要求在70%～120%之间，超出范围则需要重新分析该样品。空白的控制要满足要求，OPFRs 易受各种背景因素的干扰，实验过程中应检查所有溶剂空白，保证溶剂中这类物质的污染水平在检出限以下。

1.4.5 不同实验室间方法比对

为了验证方法的准确度和可靠性，除了本实验室外，另外选择8 家实验室对本文建立的方法进行协作验证。8 家外协实验室包括：自然资源部杭州矿产资源检测中心、自然资源部南京矿产资源检测中心、中国农业科学院茶叶研究所、浙江省农业科学院农产品质量标准研究所、天津市地质矿产测试中心、安徽省地质实验研究所、中国计量科学研究院、北京市生态环境保护科学研究院。

2 结果与讨论

2.1 前处理方法的优化

有机分析的前处理过程是分析流程的重点步骤。本文针对土壤和沉积物样品基质复杂的特点，重点优化了样品的提取方式、提取溶剂、净化条件等前处理过程的各项条件，在简便、绿色环保的前提下，达到提取效率高、净化较为彻底、分析结果准确可靠的目的。

2.1.1 样品制备方法

对含有一定水分的同一个新鲜样品，采用直接提取和干燥制备后提取进行实验对比。新鲜样品制备：均匀选取一定量样品与适量硅藻土搅拌均匀，研磨成颗粒状。干燥样品制备：对样品进行阴干处理后研磨，并过0.25mm 孔径的筛。

分别称取不同方式制备的10.0g 样品，加入一定量的待测物(添加浓度水平为5.0ng/g) 进行添加回收实验。添加标准溶液后平衡半小时，按照1.4.2节的步骤进行前处理实验，回收率数据见图1。结果表明干燥后样品的TCEP 和TPPO 回收率明显偏低，最低达到了40% 左右。分析其原因，可能是TCEP和TPPO 具有较低的辛醇-水分配系数、水溶性较强［34］，干燥研磨后的土壤颗粒对其有较强的吸附作用，而样品中存在少量水分时能够促进丙酮等中等极性试剂更好地与土壤颗粒接触，提高提取效率。因此，采用含有一定水分的新鲜样品进行直接提取的效果较好，如果样品比较干燥，则需要加入少量水(10%左右)进行提取。新鲜样品在直接提取的条件下，TCEP 的回收率能够达到90% 以上，相比文献[33]的回收率86% 和文献[39] 的回收率31.2%～48.9%，该指标明显提升。TPPO 的回收率也达到70%以上，能够满足分析需求。因此最终样品的制备方法见1.4.2 节。

图1 不同样品制备方法提取回收率的比较Fig. 1 Comparison of extraction recoveries of different sample preparation methods.

2.1.2 ASE 提取溶剂

土壤、沉积物样品基质复杂，选择合适的提取溶剂有助于提高提取效率，同时能够有效地减少共提杂质的提取。本文进一步比较了二氯甲烷（DCM）、正己烷-丙酮(HEX-AC 体积比1∶1、1∶4、4∶1)等溶剂体系对目标化合物的提取效率。空白样品中添加 1.0μg/mL 标准溶液50μL，每个溶剂条件下平行分析2 次，ASE 提取浓缩后采用GC-MS 进行分析测试。回收率结果见图2，结果表明，二氯甲烷和正己烷-丙酮(体积比4∶1) 条件下，TCEP 该化合物的回收率较低，在20%～40%之间，不能达到提取完全的目的。正己烷-丙酮(体积比1∶1) 对于低沸点化合物(如TEP、TPrP 和TBP)的回收率相对较好，同时由于叶绿素等杂质分子易溶于极性溶剂，当丙酮含量过高时共提取的杂质量也较多。因此，最终选择正己烷-丙酮(体积比1∶1)作为样品中OPEs 的提取溶剂体系。

图2 不同提取溶剂条件下OPFRs 目标化合物提取回收率比较Fig. 2 Comparison of recoveries by different extraction solvents for target compounds of OPFRs.

2.1.3 ASE 提取温度

在ASE 提取过程中，温度的升高有利于克服基体效应，降低溶剂黏度，加速溶剂分子向基体中扩散，从而提高了提取效率及速度。本研究在固定其他提取条件不变的情况下，比较了4 种提取温度(60℃、80℃、100℃和120℃)对提取效果的影响。空白样品中添加1.0μg/mL 标准溶液50μL，每个溶剂条件下平行分析2 次，ASE 提取后直接浓缩后，再采用GCMS 进行分析测试，结果见图3。从结果可以看出，在80℃条件下，低沸点TEP 的回收率相比其他条件较高，因此，选择温度较低的80℃进行提取。

图3 不同提取温度下OPFRs 目标化合物提取回收率比较Fig. 3 Comparison of recoveries by different extraction temperatures for target compounds of OPFRs.

2.1.4 净化条件的优化

(1)净化材料

沉积物样品的基质复杂，色素及小分子杂质含量较高，有效的净化步骤非常关键。根据文献报道，石墨化碳(GCB)和活性炭(C)对于色素的去除能力最强，因此本研究比较了这两类吸附材料的净化效果和OPFRs 目标物的回收率情况。采用0.5g 石墨化碳或0.5g 活性炭装填固相萃取小柱，直接添加1.0μg/mL 标准溶液50μL 进行洗脱回收率实验，洗脱溶剂为正己烷-丙酮(体积比1∶1)。每个条件下平行分析2 次，平均回收率结果见表2。从结果可以看出，尽管活性炭对于色素等大分子杂质的吸附能力强，但是对于一些目标待测物也产生了较强的吸附作用，如导致TPhP、o-TCP、m-TCP、p-TCP 的回收率均小于10%，且对于一些化合物存在严重干扰无法定量的现象。与活性炭相比，石墨化碳的吸附能力要弱一些，只是对于p-TCP 这个化合物有较强吸附，回收率仅为59.1%。因此，初步考虑石墨化碳作为净化吸附剂的常用材料，可以除去沉积物样品中的大量色素，但还需要进一步对洗脱溶剂进行优化，以提高p-TCP 的回收率。

表2 不同净化吸附剂OPFRs 目标化合物的回收率比较Table 2 Comparison of the average recoveries by different adsorbents for target compounds of OPFRs.

(2)洗脱溶剂

土壤和沉积物样品的基质复杂，考虑到氨基(NH2)硅胶在非极性溶剂中具有弱阴离子交换保留作用，能够分离酸、脂质、醇类、糖类、类固醇和等物质，因此采用石墨化碳复合NH2硅胶的固相小柱对样品进行净化。

本研究比较了不同的溶剂体系对目标化合物的洗脱能力。采用商品SPE 小柱，直接添加1.0μg/mL标准溶液50μL，用10mL 洗脱溶剂洗脱后浓缩测定，每个条件下平行分析2 次，比较了9 种不同体积配比洗脱溶剂的洗脱能力：正己烷-丙酮 (体积比9∶1、8∶2、1∶1)，不同甲苯含量(1%、3%、5%)的正己烷-丙酮 (体积比8∶2)，不同甲苯含量(1%、3%、5%)的正己烷-丙酮 (体积比1∶1)。洗脱溶剂加入少量甲苯，可以降低带有苯环结构的化合物，如磷酸三甲苯酯与石墨化碳之间产生的较强吸附性，提高这类化合物的洗脱回收率。各条件下平均回收率数据见表3。从结果可以看出，加入一定比例的甲苯可以改善TCP 的洗脱情况。当采用加入5%甲苯的正己烷-丙酮(体积比8∶2)洗脱溶剂时，p-TCP 的回收率从5.5%增加到99.9%。各目标化合物的回收率范围在64.7%～123.6%之间，满足分析要求。针对含有大量色素的沉积物样品提取液进行过柱淋洗实验，发现丙酮含量的降低会减少色素杂质的共流出。因此，最终选择5% 甲苯的正己烷-丙酮(体积比8∶2)溶剂体系作为洗脱溶剂。

表3 采用不同洗脱溶剂OPFRs 目标化合物平均回收率Table 3 Average recoveries by different elution solvents for target compounds of OPFRs.

2.2 方法线性范围、检出限和精密度

以化合物浓度和其峰面积绘制标准曲线，考察方法的线性范围及标准曲线的R2。将混合标准使用液用正己烷稀释成不同浓度的溶液，除TBEP 线性范围在20～500ng/mL 以外，其余化合物均为10～500ng/mL，所有待测目标物标准曲线的R2均大于0.9962。

采用1.3 节的实际样品进行精密度实验。在10.0g 样品(干样的质量)中分别添加浓度为2.0、5.0、10.0、50.0、500.0ng/g 混合标准溶液，按照优化后的方法进行前处理，每个浓度水平的样品进行4 次重复实验，采用内标标准曲线法对目标化合物进行定量分析，计算回收率和相对标准偏差(RSD)，具体见表4。可以看出各化合物的平均回收率为72.6%～112.9%，RSD 范围为1.6%～25.3%。替代物回收率范围为84.7%～114.3%。

表4 OPFRs 目标化合物精密度平均添加回收率、相对标准偏差及方法检出限Table 4 Average recoveries, RSD and detection limits of the method for target compounds of OPFRs.

方法检出限样品按照表4 中的最低添加浓度进行方法检出限实验，按照EPA 推荐方法计算得出方法检出限见表4。检出限计算公式为：

式中：S为n次加标测定浓度的标准偏差；t为自由度为n-1 时的Student’s t 值；1-a为置信水平；n为重复测定的加标样品数，n=7 时查表t=3.143)。计算得出，15 种有机磷酸酯类阻燃剂的方法检出限在0.17～1.21ng/g(干样)之间。

2.3 实验室间方法比对

选择9 家不同行业的实验室对方法进行比对验证。采用实际样品添加5 个浓度水平(2.0、5.0、10.0、50.0、500.0ng/g) 的目标化合物，对结果进行分析，依据《测量方法与结果的准确度(正确度与精密度) 第2 部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法》(GB/T 6379.2)的要求，经过格拉布斯(Grubbs)检验、科克伦(Conchran) 检验、h-k 检验后剔除离群值，保留岐离值参与统计后对数据的精密度、准确度进行评价，重复性限(r) 和再现性限(R)统计结果见表5。可以看出，本方法得到结果的重复性和再现性基本一致，并无显著性差异。该方法能够满足土壤和沉积物中有机磷酸酯类阻燃剂分析要求。

表5 方法精密度统计结果Table 5 Statistical results of precision test for the method.

2.4 实际样品的方法验证

为了考察方法的适用性和准确度，本文采用美国国家标准与技术研究院(NIST)研制的生活污泥有证标准物质(SRM 2585)进行测试。本实验室该样品中的TnBP、TCEP、TCPP、TPhP 含量三次结果的平均值分别为278、786、1407、1117ng/g，检测结果均在不确定度范围内。参加协作验证的9 家实验室对有证标物检测结果统计见表6，所有实验室的检测结果均在接受范围内，相对误差的绝对值小于5.35%，该方法能够适用于实际样品的分析。

表6 方法正确度统计结果Table 6 Statistical results of accuracy test for the method.

3 结论

建立了土壤和沉积物样品中15 种有机磷酸酯类阻燃剂的加速溶剂萃取-固相萃取结合GC-MS 检测的分析方法。方法采用新鲜样品直接提取，使得有机溶剂能够更很好地与样品颗粒进行接触，显著提高了TCEP 的提取效率。采用石墨化碳和氨基硅胶复合填料的固相萃取小柱对样品进行净化，能够很好地去除沉积物样品中的色素等杂质，并优化得出加入一定量的甲苯能够改善固相萃取的洗脱效率，使得石墨化碳针对有机磷酸酯类化合物作为净化吸附剂更为可行有效。本方法的平均添加回收率为72.6%～112.9%，15 种化合物的方法检出限在0.17～1.21ng/g 之间。

9 家实验室对本研究建立的方法进行了比对验证，得到结果的重复性和再现性无显著性差异，表明该方法准确可靠，能够满足实际样品分析要求。同时采用NIST 有证标准物质验证了方法的准确度，结果均在不确定范围内，表明该方法能够应用于实际样品的检测，可为有机磷酸酯类阻燃剂的大规模调查研究工作提供技术支撑。

Determination of 15 Organophosphate Ester Flame Retardants in Soils and Sediments by Gas Chromatography-Mass Spectrometry with Accelerated Solvent Extraction

PAN Meng1，TONG Ling1*，TIAN Qin1，SONG Shuling2

（1. National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037, China； 2. Command Center of Natural Resource Comprehensive Survey, Beijing 100055, China）

HIGHLIGHTS

(1) Directly extracting fresh samples containing an amount of water can improve the extraction efficiency of TCEP.

(2) The purification column of graphitized carbon black combined NH2(GCB-NH2) has the best purification effect on complex matrix sediment samples.

(3) The addition of 5% toluene in the elution solvent system can improve the elution efficiency of TCP on GCB.

ABSTRACT BACKGROUND:Organophosphate ester flame retardants have widely existed in the environment for several years, and long-term exposure will have an impact on human health. Therefore, it is necessary to investigate their pollution level in the environment, and a multi-component, simultaneous and accurate analysis method is the basis of research. The analytical methods still need to be improved in terms of the types of compounds and extraction efficiency. As a result, it is necessary to establish a rapid and accurate method for analyzing multiple types of organophosphate ester flame retardants in soil and sediment.OBJECTIVES:To establish a rapid and accurate method for the analysis of 15 organophosphate ester flame retardants in soil and sediment.METHODS:The pretreatment was optimized, including the preparation methods for soil and sediment samples, the extraction solvent and extraction temperature for accelerated solvent extraction (ASE), and various parameters of the purification process. The analysis procedure was as follows: Weigh 10.0g (accurate to 0.01g) of the fresh sample,add an appropriate amount of diatomite, stir evenly, and grind into particles. The samples were transferred to the ASE extraction tank, and a quantity of surrogates (tri-butyl phosphate-D27and tri-phenyl phosphate-D15) were added.The samples were extracted by ASE withn-hexane/acetone (1∶1,V/V). After concentrating the extract to a volume of 2-3mL, the extracts were removed from the water by adding anhydrous sulfuric acid. The purification was carried out using a GCB-NH2SPE column. The target compounds were eluted with 10mL eluent solution (5% toluenenhexane/acetone, 8∶2,V/V). The eluents were concentrated and fixed to 1.0mL byn-hexane. The final extracts were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry, and the target compounds were quantified by internal standard calibration curve method.RESULTS:The extraction efficiency of dry and fresh samples was compared. It was found that the fresh samples with a small amount of water were extracted directly with the solvent, making the organic solvent more able to better contact with the sample particles, and significantly improving the extraction efficiency of the target compound. For example, the recovery of TCEP was greater than 90%, which was significantly higher than previous studies of 86%[33]and 31.2%-48.9%[39].The sample was extracted twice using a solvent ofn-hexane/acetone (1∶1,V/V) at 80℃ by accelerated solvent extraction (ASE) to obtain the best extraction effect. The solid phase extraction (SPE) columns of GCB combined NH2were used to purify samples. Large amounts of pigments and other small molecule substances such as acids,lipids, alcohols, sugars, steroids were removed by this method.n-hexane/acetone (8∶2,V/V) with 5% toluene was selected as the elution solvent. The addition of 5% toluene could enhance the elution TCP from GCB solid-phase extraction column. The solid phase extraction recoveries of the target compound under this condition were between 64.7% and 123.6%.The linear range of the method was 10-500ng/mL except for TBEP, which ranged from 20 to 500ng/mL. The linear correlation coefficients of the standard curves of all target compounds were greater than 0.9962. The precision experiments results showed that the average recoveries of five spiked levels (2.0, 5.0, 10.0, 50.0, and 500.0ng/g)ranged from 72.6% to 112.9%, and the RSD ranged from 1.6% to 25.3%. The recoveries of surrogates ranged from 84.7% to 114.3%. The method detection limits of 15 target compounds were 0.17-1.21ng/g.Nine laboratories from different industries were selected to conduct a comparative validation of the method.The testing results of statistical analysis indicated that the repeatability and reproducibility were essentially consistent with no significant differences. In order to investigate the applicability and accuracy of the method, the certified standard material for domestic sludge (SRM 2585) developed by the National Institute of Standards and Technology (NIST) was used for testing. The results of 9 laboratories participating in the collaborative verification were all within the uncertainty range, and the absolute value of the relative error was less than 5.35%, which indicates that this method can be applied to the analysis of actual samples.CONCLUSIONS:The results show that this method is simple and accurate, and is suitable for the detection of flame retardants in different types of soil and sediment samples. This method can provide technical support for the environmental investigation and research of these organophosphate ester flame compounds.

KEY WORDS：organophosphate ester flame retardants；soil；sediment；gas chromatography-mass spectrometry；accelerated solvent extraction