氣相色譜-串聯質譜法測定沉積物中有機磷酸酯

劉世龍張華胡曉輝仇雁翎朱志良趙建夫

（同濟大學環境科學與工程學院長江水環境教育部重點實驗室1，環境科學與工程學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室2，上海 200092）

氣相色譜-串聯質譜法測定沉積物中有機磷酸酯

劉世龍1張華*2胡曉輝1仇雁翎1朱志良1趙建夫2

（同濟大學環境科學與工程學院長江水環境教育部重點實驗室1，環境科學與工程學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室2，上海 200092）

比較了不同提取方法、凈化方法對沉積物樣品中有機磷酸酯（Organophosphate esters，OPEs）的富集、凈化效果，建立了氣相色譜-串聯質譜法（GC-MS/MS）檢測沉積物中8種OPEs的分析方法。用20 mL正己烷-丙酮混合液（1∶1，V/V）、渦流振蕩+超聲提取兩次，Florisil固相萃取柱凈化、8 mL乙酸乙酯洗脫，濃縮后將溶劑置換成正己烷，采用DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）進行分離，質譜檢測器在選擇反應監測模式（SRM）下進行分析，內標法定量。結果表明，此前處理方法操作簡單、溶劑耗量少；在3個添加濃度水平下，OPEs（除TEP外）的回收率在80%～120%之間，檢出限為0.31～65 ng/L，且有良好的精密度與準確度。

有機磷酸酯；氣相色譜-串聯質譜；沉積物

1 引言

有機磷酸酯（Organophosphate esters，OPEs）是由不同烴類取代基（烷烴、氯代烷烴、芳香烴）取代磷酸分子上的氫而形成的化合物。OPEs已經廣泛應用于塑料、建筑材料、紡織品、家具等產品中。由于OPEs優異的阻燃性能以及多溴聯苯醚類阻燃劑在世界范圍內逐漸禁用，近年來OPEs在全球的生產量逐步增加。OPEs作為一種添加型阻燃劑，主要與化學材料鍵合，很容易釋放到周圍環境中，目前已經在多個國家與地區的多種環境介質中檢出［1～14］。多項研究表明，多種OPEs具有生物毒性，氯代OPEs甚至具有致癌性［7，15～17］。

目前，對沉積物樣品常用的提取方法有索氏提?。?8］、超聲輔助萃取法［1，19，20］、微波輔助萃取法［10，21］，加壓溶劑萃取法［11，14，22，23］等。傳統的索氏提取技術成熟、穩定，但是耗費有機溶劑量大、時間長。van den Eede等［24］發現超聲提取法和索氏提取法對目標物具有相似的回收率。沉積物樣品有機質含量高，基質復雜，提取后需經凈化才能進行儀器檢測，常用的凈化方法有層析柱［11，23］、凝膠滲透色譜柱［10，14，22］和固相萃?。⊿PE）［12，20，23］等，其中SPE操作簡單方便、自動化程度高、凈化效果好等優勢使得其應用特別廣泛。樣品中有機磷酸酯的檢測方法主要有氣相色譜法（GC-NPD）、氣相色譜質譜法（GCMS）及液相色譜串聯質譜法（LC-MS/MS）等。GC-NPD對于含磷化合物盡管有較高的靈敏度，但其穩定性較差；GC-MS分析時會產生過多碎片，尤其是分析脂肪族三酯時，這些OPEs經歷3次麥氏重排，會干擾低質量離子；LC-MS/MS電噴霧電離源受樣品基質干擾，從而影響靈敏度。氣相色譜-串聯四級桿質譜聯用（GC-MS/MS）具有更好的適用性和可靠性，采用電子轟擊源電離方式比較LC-MS/MS的電噴霧電離源，受基質影響較??；采用選擇反應監測模式比GC-MS有更高的靈敏度。本研究采用渦流振蕩+超聲的方法提取，Florisil柱凈化，GC-MS/MS分析測定沉積物中的OPEs，實驗取得了較好的效果。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

TSQ-Quantum XLS三重四級桿質譜聯用儀（Thermo Fisher公司）；Soxtec 2050全自動索氏抽提系統（福斯華（北京）科貿公司）；MTN-2800D氮吹儀（華瑞博遠公司）；SB-5200DTS超聲清洗器（新芝公司）；SPE固相萃取裝置（CNW）；XW-8XA渦流振蕩器（其林貝爾公司）；Millipore超純水儀（普析通用）；Florisil固相萃取柱（500 mg/3 mL，CNW）。

10種OPEs標準品:磷酸三丙酯（Tripropyl phosphate，TPrP，Sigma-Aldrich公司）；磷酸三乙酯（Triethyl phosphate，TEP）、磷酸三丁酯（Tri-n-butyl phosphate，TnBP）、磷酸三（2-氯乙基）酯（Tri（2-chloroethyl）phosphate，TCEP）、磷酸三（2-氯異丙基）酯（Tri（chloropropyl）phosphate，TCPP）、磷酸三（1，3-二氯-2-丙基）酯（Tri（dichloropropyl）phosphate，TDCP）、磷酸三苯酯（Triphenyl phosphate，TPhP/TPP）、磷酸三（2-乙基己基）酯（Tri（2-ethylhexyl）phosphate，TEHP）、氘代磷酸三丁酯（TnBP-D27）、氘代磷酸三苯酯（TPhP-D15）均購自美國AccuStandard公司；乙酸乙酯、正己烷、丙酮、二氯甲烷和甲醇均為農殘級。

2.2 樣品前處理

2.2.1 樣品預處理 將采集的沉積物樣品冷凍干燥48 h后，研磨，過80目篩，置于4℃下保存。

2.2.2 樣品提取 準確稱取2.0 g樣品，以20 mL正己烷-丙酮混合溶液（1∶1，V/V）提取，振蕩1 min、超聲10 min（溫度35℃，功率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min）、離心10 min后分離上清液，重復提取1次，混合兩次上清液，濃縮至約1.0 mL，加適量活化銅（確保銅不被全部硫化）靜置12 h，待凈化。

2.2.3 樣品凈化 依次用5 mL甲醇、5 mL正己烷活化Florisil SPE小柱后，首先將提取液以5 mL/min流速通過小柱，再以3 mL正己烷淋洗，然后以8 mL乙酸乙酯洗脫目標物；最后將洗脫液經氮吹轉移至氣相色譜進樣瓶，加5 ng內標（TPhP-D15），定容至1.0 mL，待檢測。

2.3 色譜-質譜條件

2.3.1 色譜條件 DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；載氣為高純氦氣，恒流模式，柱流量1 mL/min，不分流，進樣量1 μL，進樣口溫度250℃；升溫程序:初始溫度50℃（保持1 min），以25℃/min升至200℃（保持1 min），以2℃/min升至210℃（保持1 min），以25℃/min升至250℃（保持1 min），以2℃/min升至260℃，以25℃/min升至300℃（保持2 min）。

2.3.2 質譜條件 離子源溫度250℃，傳輸線溫度280℃；EI源（70 eV），選擇反應監測模式（SRM），碰撞氣為高純氬氣；碰撞壓力0.133 Pa。

3 結果與討論

3.1 氣相色譜-串聯質譜條件的優化 在全掃描模式下，調節升溫程序，實現1 μg/mL混合標準品（8種目標物、2種氘代OPEs）中目標化合物良好的基線分離，利用譜庫檢索功能識別確認目標化合物，根據目標物的保留時間進一步優化色譜條件。

在全掃描模式下，提取每種目標物的特征離子，作為母離子，分別對其施以10～50 eV碰撞能量，進行子離子掃描，獲得碰撞能量的初步優化結果；在此基礎上進一步優化，獲得每種目標物的母/子離子對及相應的碰撞能量，最后執行選擇反應監測掃描（SRM），實現對目標物的準確定量分析。10種目標物的選擇反應監測信息見表1。目標物在18.5 min內可以實現良好的分離，見圖1。

表1 有機磷酸酯目標物簡稱、母離子、子離子、碰撞能Table 1 Abbreviation，quantification ions and collision energy of studied organophosphate esters（OPEs）

3.2 提取方法的優化

3.2.1 提取方式的選擇 稱取2.0 g預處理后的沉積物樣品（做3次平行實驗），以正己烷與丙酮混合溶液作為提取劑，比較了4種提取方式:（1）使用90 mL提取劑，在 60℃下，索氏提取48 h；（2）使用25 mL提取劑，在35℃，150 r/min條件下，在床中振蕩12 h；（3）加入20 mL提取劑，超聲萃取10 min（溫度35℃，頻率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min），3000 r/min離心10 min，重復兩次；（4）加入20 mL提取劑，渦流振蕩1 min，超聲10 min（溫度35℃，頻率:25 kHz，2 min；40 kHz，2 min），3000 r/min離心10 min，重復兩次。結果見圖2，4種方法對TDCP、TnBP提取效果相似；渦流振蕩+超聲和超聲方法對TPhP、TEHP和TCPP的提取效果最好，對TEP、TPrP、TCEP的提取效果僅次于索氏提??；綜合提取時間和試劑用量，渦流振蕩+超聲為沉積物中提取OPEs的最優方式。

圖1 10種OPEs的色譜圖Fig.1 Chromatogram often organophosphate esters （OPEs）

3.2.2 提取溶劑的選擇 實驗中8種OPEs的辛醇水系數（lgKow）在0.80～9.49之間，極性范圍較廣。為保證目標物均有較好的提取效果，分別以乙酸乙酯、丙酮、正己烷、二氯甲烷、二氯甲烷-乙酸乙酯（1∶1，V/V）、正己烷-丙酮（1∶1，V/V）作為提取溶劑進行比較。稱取2.0 g預處理后的沉積物樣品（做3次平行實驗），用20 mL提取劑提取兩次。結果（圖3）表明，正己烷-丙酮（1∶1，V/V）對中間極性的5種物質（TPrP，TPhP，TCEP，TCPP，TDCP）的提取效果優于其它溶劑，對TEP和TnBP的提取效果僅次于丙酮，對lgKow較大的TEHP比乙酸乙酯差。綜上，正己烷-丙酮（1∶1，V/V）對所選目標物有較好的提取效果，與Ma等［13］的研究結果一致，故本實驗以正己烷-丙酮（1∶1，V/V）作為提取溶劑。

圖2 4種提取方式的效果圖Fig.2 Effect of four extraction ways

圖3 6種溶劑的提取效果Fig.3 Effect of six kinds of extraction solvents

3.2.3 提取次數的選擇 稱取2.0 g預處理后的沉積物樣品（做3次平行實驗），提取4次，結果（圖4）表明，除TCEP（86%）和TCPP（93%）外，其余6種目標物的前兩次提取率都超過97%。綜合考慮溶劑用量和提取時間，超聲提取兩次可以滿足分析要求。有研究表明，對于超聲技術，提取兩次已能夠完全提?。?4，25］。

3.3 凈化方法的優化

實驗選用Florisil柱對樣品進行凈化，并對洗脫溶劑進行優化。依次使用5 mL甲醇、5 mL正己烷活化小柱后，將1 mL 20 μg/L OPEs混合標準溶液過柱，再用3 mL正己烷淋洗；分別用8 mL乙酸乙酯、甲醇洗脫小柱。洗脫效果見圖5，甲醇作為洗脫溶劑時，總體回收率小于50%；乙酸乙酯作為洗脫溶劑時，除TEP（66.7%）和TCEP（57.1%）外，其它6種目標物回收率為80.2%～104.8%，且RSD均小于5%，這與文獻［24］報道的TEP回收率較低（67%）及文獻［20］實驗結果中TCEP回收率低（64%）相一致。

圖4 不同提取次數的提取效果圖Fig.4 Effect of different extraction times

圖5 兩種洗脫溶劑的效果Fig.5 Effect of two elution solvents

3.4 分析方法評價

3.4.1 方法的線性范圍、檢出限和定量限 選用TPhP-D15作為內標物質，采用內標法對8種OPEs進行定量。對7個標準溶液（1，2，5，10，20，50和100 μg/L）進行測定，以目標物與內標物的濃度比為橫坐標，峰面積比為縱坐標，進行線性回歸分析，繪制標準曲線，在1～100 μg/L范圍內，線性相關系數均大于0.99，檢出限及定量限分別為0.31～64.51 ng/L和1.02～212.88 ng/L。

3.4.2 方法的回收率與精密度 在沉積物樣品中分別添加1 mL各物質濃度分別為10，20和50 μg/L的混合標準溶液，添加水平分別為5，10和25 μg/kg，每個添加水平平行測定6次，計算得回收率（除TEP外）在80%～120%范圍內，RSD（除TCPP外）均小于20%。

3.5 質量控制

實驗分析過程中采用方法空白、空白加標、基質加標、基質加標平行和樣品平行等措施來進行質量控制。方法空白樣品用于控制整個實驗流程中人為或環境因素帶來的污染；空白加標樣品用于控制實驗過程的準確性；基質加標樣品是用于考察基質在整個實驗流程中對目標化合物的影響；基質加標平行樣品用于考察方法的重現性；平行樣品用于考察樣品結果的重現性。每5個沉積物樣品加兩個空白樣品，每個采樣點沉積物樣品進行3次平行測定，所有樣品在提取前加入1.0 mL 10 μg/L回收率指示物TnBP-d27，樣品的回收率為71.3%～87.4%，RSD為0.6%～11.9%。

3.6 實際樣品的應用

采用本方法檢測了某條河流中6個采樣點的沉積物樣品，結果見表2。除TPrP外，其它幾種OPEs在所有樣品中都被檢出，其中TEHP和TCPP為主要的污染物，與文獻［1，21，26，27］報道結果一致。由于TEHP具有較高的lgKow（9.49），易被顆粒、懸浮物等吸附，更易賦存在沉積物中；TCPP（lgKow=2. 59）屬于親水性化合物，在本實驗沉積物中檢出TCPP含量在1.50～99.32 ng/g，可推測整個水體中TCPP的含量比較高。TCPP具有較強的致癌性，因此，此污染物質的檢出應引起關注。

表2 某河流沉積物中OPEs的濃度（ng/g）Table 2 Concentration（ng/g）of OPEs in sediment samples from a river

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Analysis of Organophosphate Esters in Sediment Samples Using Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

LIU Shi-Long1，ZHANG Hua*2，HU Xiao-Hui1，QIU Yan-Ling1，ZHU Zhi-Liang1，ZHAO Jian-Fu21（Key Laboratory of Yangtze River Water Environment（Ministry of Education），College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）
2（State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

An efficient extraction and purifying method coupled to gas chromatography-tandem mass spectrometry（GC-MS/MS）with electron impact（EI）detection was developed to determine eight organophosphate esters（OPEs）in sediment samples.The selected OPEs were extracted twice from the sediments through vortex oscillation and ultrasonic extraction using 20 mL of n-hexane and acetone mixture （1∶1，V/V）for 10 min.Further purification by Florisil solid phase extraction（SPE）column，elution by 8 mL of ethyl acetate，concentration，and solvent exchanges for n-hexane were carried out.All target compounds were separated using the DB-5ms capillary column（30 m ×0.25 mm ×0.25μm）and detected by tandem mass spectrometry with selected reaction monitoring，and determined by the internal standard method.The result showed that this pretreatment method was simple with less solvent consumption.At three spiked levels of 10，20 and 50 μg/L，the recovery of selected OPEs（except TEP）was 80%to 120%，and the limit of detection was 0.31-64.5 ng/L，showing a good precision and accuracy.

Organophosphate esters；Gas chromatography-tandem mass spectrometry；Sediment

28 July 2015；accepted 18 November 2015）

10.11895/j.issn.0253-3820.150600

2015-07-28收稿；2015-11-18接受

本文系“十二五”規劃水體污染控制與治理重大專項支撐項目資助

*E-mail:zhhua@#edu.cn