高宇航，那廣水，李瑞婧，高 會(huì)，劉 丹，曹勝凱

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 國(guó)家海洋局近海岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023；3.遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029)

研究簡(jiǎn)報(bào)

C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定極地水體中有機(jī)磷酸酯

高宇航1，2，那廣水2*，李瑞婧2，高 會(huì)2，劉 丹3，曹勝凱1，2

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 國(guó)家海洋局近海岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023；3.遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029)

建立了C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測(cè)定極地水體中10種有機(jī)磷酸酯(OPEs)的方法。根據(jù)優(yōu)化后的樣品前處理及儀器方法，利用C18膜富集4 L水體中的10種OPEs，經(jīng)二氯甲烷超聲提取，在電噴霧正離子模式下，采用選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)(SRM)模式進(jìn)行分析，線性相關(guān)系數(shù)為0.994 4～0.999 9。10種OPEs的加標(biāo)回收率為64.1%～115% ，方法檢出限為0.08～0.55 ng/L。該方法適用于極地水體中10種OPEs的分析，利用該方法對(duì)北極水體樣品中的10種OPEs進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得冰川融水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.09～2.03 ng/L。

有機(jī)磷酸酯；C18膜萃取；液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法；極地水體

有機(jī)磷酸酯(Organophosphate esters，OPEs)是一種使用廣泛的添加劑，常作為阻燃劑、增塑劑、防沫劑等添加于紡織、建筑材料、電子器件和化學(xué)材料中[1]。由于OPEs以非化學(xué)鍵合的方式填充或混合在材料中，當(dāng)這些材料達(dá)到使用壽命時(shí)，OPEs極易泄露到環(huán)境中，造成環(huán)境污染，并對(duì)生物產(chǎn)生潛在毒性。研究表明，OPEs可通過(guò)大氣的遠(yuǎn)距離傳輸，形成全球性的污染[2]，在許多國(guó)家和地區(qū)的大氣、水體、沉積物、土壤、動(dòng)植物體中均有檢出[2-8]。

目前已建立的水體中OPEs的分析方法多用于城市污水[9]、湖泊[10]、河流[11]等污染較為嚴(yán)重的地區(qū)，這些地區(qū)污染水平較高，對(duì)方法靈敏度要求較低，常采用少量水樣進(jìn)行分析。極地是持久性有機(jī)污染物的“匯”，對(duì)污染物的全球污染水平具有指示性作用。然而極地中污染物的含量多為痕量或超痕量，常規(guī)分析方法難以滿足實(shí)際檢測(cè)需要[13]，導(dǎo)致關(guān)于極地、大洋等偏遠(yuǎn)地區(qū)水體中OPEs的研究相對(duì)較少[12]。因此，開(kāi)發(fā)適用于極地水體中痕量OPEs的分析方法對(duì)于研究OPEs極地環(huán)境行為具有重要意義。

C18膜是含有表面改良硅的多孔玻璃纖維基體，可以實(shí)現(xiàn)較高流速和大體積水樣的吸附，并減少微粒堵塞，提高萃取效率，適合水體中痕量有機(jī)污染物的大體積富集[14]。同時(shí)通過(guò)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS/MS)的高靈敏度檢測(cè)器分析，能夠滿足對(duì)極地水體中痕量OPEs的分析檢測(cè)要求。因此，本文建立了C18膜萃取和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS/MS)的極地水體OPEs定量分析方法，并應(yīng)用該方法檢測(cè)了北極新奧爾松地區(qū)海水、冰川融水中的10 種OPEs。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

帶自動(dòng)進(jìn)樣器的Finnigan Surveyor液相色譜系統(tǒng)和Finnigan TSQ Quantum Discovery MAX三重四極桿質(zhì)譜分析儀(Thermo Electron,USA)。色譜柱：Waters Symmetry-R18 (150 mm×2.1 mm i.d.,3.5 μm,USA)。X-Bridge 隔離柱(Waters PFC Isolator kit)。47 mm Envi-C18的固相萃取膜(美國(guó)Supelco 公司)。RE-2000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)。0.22 μm有機(jī)相濾膜(津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)。常用玻璃容器均用洗液浸泡，再用蒸餾水洗凈，置于120 ℃烘箱中烘干備用。

10種OPEs標(biāo)準(zhǔn)品：磷酸三(2-氯乙基) 酯(TCEP)、磷酸三(1-氯-2-丙基) 酯(TCPP)、磷酸三( 1,3-二氯-2-丙基) 酯(TDCP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三苯酯(TPhP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三戊酯(TPeP)、磷酸三丁氧乙酯(TBEP)、磷酸三(2-乙基己基) 酯(TEHP)、磷酸三甲苯酯(TCP)以及全氘代同位素內(nèi)標(biāo)物D15-TPhP、D27-TnBP、D21-TPrP均購(gòu)自J&K公司，所有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均溶解在甲醇中，并于暗處-4 ℃保存。甲醇、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、正己烷(均為色譜純)以及甲酸(99% )購(gòu)自Tedia Scientific(美國(guó))，實(shí)驗(yàn)室所用超純水由Milli-Q超純水儀(美國(guó)Millipore公司)制備。

1.2 樣品的采集與處理

1.2.1樣品的采集分別采集北極新奧爾松地區(qū)海水、冰川融水，每站位點(diǎn)采樣4 L，裝入帶有聚四氟乙烯蓋的棕色玻璃瓶中。樣品保存并運(yùn)回黃河站內(nèi)，準(zhǔn)備處理。

1.2.2C18膜的活化將C18膜用10 mL 甲醇活化，真空抽濾1 mL后，浸泡30 s，真空抽濾，在溶液少量覆蓋膜表面時(shí)，加入10 mL超純水活化，在不抽干的情況下上樣。

1.2.3樣品的前處理經(jīng)GF/F膜過(guò)濾后，量取4 L水樣，加入OPEs替代內(nèi)標(biāo)后，通過(guò)活化后的C18膜，以20～35 mL/min的流速真空抽濾，棄去濾液。將負(fù)壓抽干的C18膜置于玻璃離心管中，加入20 mL 二氯甲烷進(jìn)行超聲提取5 min，提取液加無(wú)水硫酸鈉除水，旋蒸至近干，用甲醇定容至1 mL，過(guò)0.22 μm有機(jī)相濾膜，用LC-MS/MS檢測(cè)。

1.3 液相色譜-質(zhì)譜條件

色譜條件：色譜柱：Waters RP18色譜柱(3.5 μm，2.1 mm×150 mm)，柱溫30 ℃。流動(dòng)相為0.1% 甲酸水溶液(A)和甲醇(B)，流速0.25 mL/min。梯度洗脫程序：0 min，55% B；0～0.5 min，55%～80% B；0.5～10 min，80%～100% B；10～15 min，100% B；15～16 min，100% ～55% B；16～25 min，55% B；進(jìn)樣量20 μL。

質(zhì)譜條件：采用電噴霧(ESI)離子源，正離子模式掃描，掃描方式：選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)(SRM)模式，鞘氣為27 Arb，輔助氣為24 Arb，噴射電壓為5 000 V，毛細(xì)管溫度為300 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

C18膜萃取具有較大的接觸面，可以減少微粒堵塞，提高萃取效率，因此采用C18膜萃取水體中的OPEs，正交實(shí)驗(yàn)采用L16(43)正交表，利用SPSS分析軟件，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)[16]，實(shí)驗(yàn)的因素水平如表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Design of orthogonal experiment

表 2 主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 2 The main effect inspect

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用F值判斷3種因素的影響水平。F值表示顯著性，當(dāng)F值>0.01時(shí)為高度顯著，由表2可見(jiàn)，3種因素對(duì)有機(jī)磷酸酯的影響均極為顯著，但三者的影響程度有差異，提取試劑對(duì)TPrP等回收率的影響最大，提取時(shí)間的影響相對(duì)較小。

利用均數(shù)和顯著性差異判斷各因素的最優(yōu)條件，以TBP為例，提取試劑中，二氯甲烷的均數(shù)最大(84.34)，且二氯甲烷與甲醇等存在顯著差異(Sig<0.05)，由于二氯甲烷與乙酸乙酯不存在顯著差異，因此選擇均數(shù)最大的二氯甲烷作為提取試劑。同理得出，最佳試劑用量為20 mL，最佳超聲時(shí)間為5 min。

2.2 HPLC-MS/MS條件優(yōu)化

對(duì)比了甲醇和乙腈以及二者的混合溶液作為流動(dòng)相的有機(jī)相的分離效果，發(fā)現(xiàn)甲醇作為有機(jī)相時(shí)能夠較好地分離目標(biāo)化合物，且各化合物均有較好的峰形，10種OPEs(10 μg/L)的總離子流圖見(jiàn)圖1。選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(SRM)對(duì)目標(biāo)化合物具有較好的選擇性，且靈敏度較高，因此質(zhì)譜部分采用SRM對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行定性定量分析。10種OPEs的定性離子對(duì)、定量離子、儀器檢出限等參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 10種OPEs的保留時(shí)間、定量離子、定性離子、檢出限、定量下限及相關(guān)系數(shù)Table 3 Retention time,quantitative ions,qualitative ions,LOD,LOQ and correlation coefficients of 10 OPEs

表4 10種OPEs的回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、方法檢出限Table 4 Recovery，RSD and MDL of 10 OPEs

圖1 10種OPEs的離子流圖Fig.1 Chromatograms of 10 OPEs

2.3 方法的線性范圍、準(zhǔn)確度、精密度與檢出限

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)工作曲線采用外標(biāo)法定量，分別配制0.5、1、2、5、10、20、50、100 μg/L 系列質(zhì)量濃度的OPEs標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，各組分質(zhì)量濃度與峰面積的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.994 4～0.999 9。利用3倍信噪比計(jì)算儀器檢出限(LOD)，進(jìn)樣量為20 μL時(shí)，LOD為0.19～12.02 pg，10倍信噪比計(jì)算儀器定量下限(LOQ)為0.57～36.06 pg。

2.3.2方法的準(zhǔn)確度、精密度與檢出限按照上述前處理方法，在純水中加入低、中、高3種水平(10、50、100 ng/L)的混合標(biāo)準(zhǔn)物，做7組平行樣。如表4所示，3種加標(biāo)水平的平均回收率分別為67.2%～115%、68.0%～103%、64.1%～110%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于15%；取10 ng/L混合標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)算方法檢出限(MDL=3.143S，S為7組平行樣品分析結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差[14])，得MDL為0.08～0.55 ng/L。與已報(bào)道的水體中OPEs的方法[18-22]相比，本方法的MDL更低，更適合痕量物質(zhì)的分析。

2.4 實(shí)際樣品的測(cè)定

在北極新奧爾松王灣地區(qū)，采集表層海水、周邊冰川融水，用本方法進(jìn)行10種OPEs的檢測(cè)。結(jié)果如表5所示，冰川融水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.09～2.03 ng/L，與Bacaloni 等[10]在低緯度地區(qū)的檢測(cè)結(jié)果(5～780 ng/L)相比，極地水體中∑OPEs的質(zhì)量濃度明顯偏低。其中，TCPP等含氯取代基團(tuán)的OPEs在環(huán)境中不易降解，TPhP的半衰期也可達(dá)到170 d以上[17]，因此北極水體中TPhP、TCPP、TEHP為主要的污染物，且檢出率較高，TCEP、TCPP、TPhP、TBEP、TCP、TEHP也有檢出。

表 5 北極水體中OPEs的濃度Table 5 The concentration of OPEs in the Arctic waters

ND：not detected

3 結(jié) 論

建立了C18膜萃取/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定北極水體中有機(jī)磷酸酯的方法，方法具有較好的精密度和準(zhǔn)確度。相較于傳統(tǒng)的液液萃取、固相萃取等技術(shù)，C18膜萃取具有接觸面積大，水樣通過(guò)速率快，萃取效率高，縮短樣品前處理時(shí)間，減少外源污染等優(yōu)點(diǎn)。且LC-MS/MS利用色譜柱的高分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度，能夠減少基質(zhì)效應(yīng)，降低檢出限。本方法10種OPEs的檢出限為0.08～0.55 ng/L。應(yīng)用本方法對(duì)北極新奧爾松地區(qū)水體中OPEs進(jìn)行檢測(cè)，冰川融水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.64～6.64 ng/L，海水中∑OPEs的質(zhì)量濃度為0.09～2.03 ng/L，盡管OPEs在極地水體中的檢出量相對(duì)較少，但隨著OPEs的不斷遷移，極地等偏遠(yuǎn)地區(qū)OPEs的污染狀況應(yīng)引起相應(yīng)的重視，并進(jìn)一步研究其環(huán)境行為。

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Determination of Organophosphate Esters in Polar Waters by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry with C18Membrane Disk Extraction

GAO Yu-hang1,2,NA Guang-shui2*,LI Rui-jing2,GAO Hui2,LIU Dan3,CAO Sheng-kai1,2

(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China；2.Key Laboratory for Ecological Environment in Coastal Areas (SOA),National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian 116023,China；3.School of Chemistry and Chemical Engineering,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China)

A rapid method was developed for the determination of 10 organophosphate esters(OPEs) in the Arctic waters by liquid chromatography-mass spectrometry(LC-MS/MS) combined with C18membrane disk extraction.By the optimized pretreatment and instrumental methods,10 OPEs were collected with C18membrane disk from 4 L water,and extracted with dichloromethane in ultrasonic extraction apparatus.After purification and concentration,the OPEs were analyzed by LC-MS/MS under positive electrospray ionization in selective reaction monitoring(SRM) mode.The linear correlation coefficients are in the range of 0.994 4-0.999 9. The recoveries of 10 OPEs in water samples ranged from 64.1% to 115% with the method detection limits of 0.08-0.55 ng/L.Furthermore,10 OPEs compounds in the Arctic waters samples were analyzed by this method,and the OPEs concentrations in the river and seawater were in the ranges of 0.64-6.64 ng/L and 0.09-2.03 ng/L,respectively.

organophosphate esters;C18membrane disk extraction; LC-MS/MS; polar water

2017-07-26；

2017-08-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41406088,21377032)；南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專項(xiàng)(2017-02-01，03-04,04-01，04-03)

*

那廣水，博士，研究員，研究方向：新興污染物環(huán)境行為研究，Tel:0411-84782822，E-mail:gsna@nmemc.org.cn

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.12.008

O657.63；O657.7

A

1004-4957(2017)12-1464-05