王堯天, 張海燕, 史建波, 江桂斌

(1. 東北大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系, 遼寧 沈陽(yáng) 110819; 2. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085; 3. 浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 浙江 杭州 310014)

六氯丁二烯(hexachlorobutadiene, HCBD)又名1,1,2,3,4,4-六氯-1,3-丁二烯,是一種人工合成的鹵代脂肪族化合物。HCBD在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中用途廣泛,如用于鋁和石墨棒生產(chǎn)、用作橡膠等聚合物的溶劑、回收含氯氣體或從氣體中清除其他有機(jī)物的清洗劑、傳熱液體、廢核燃料處理時(shí)的重稀釋劑、電工作業(yè)中的隔離液、液壓油、潤(rùn)滑油、殺蟲(chóng)劑、除草劑或葡萄園中熏劑[1-4]。《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《公約》)審查委員會(huì)確認(rèn)了HCBD具有持久性、高毒性、生物富集性和潛在長(zhǎng)距離遷移能力,并于2015年和2017年將其列入了《公約》附件A和附件C的受控持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants, POPs)名單中[5,6]。美國(guó)、加拿大和歐洲大部分地區(qū)都已停止了HCBD的有意生產(chǎn)。然而,氯化碳?xì)浠衔锷a(chǎn)、電解法制鎂、塑料和樹(shù)脂生產(chǎn)、水泥制造等工業(yè)以及廢物處置(包括歷史殘留釋放)仍在非有意產(chǎn)生和排放HCBD[7,8]。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)HCBD的研究十分有限,其在環(huán)境中的賦存和影響仍不清楚,不利于該P(yáng)OPs污染控制。作為公約締約國(guó),我國(guó)面臨著繁重的履約工作任務(wù),開(kāi)展有關(guān)HCBD的環(huán)境賦存、污染來(lái)源、生態(tài)影響以及人體暴露危害等研究迫在眉睫。

因具有高揮發(fā)性(25 ℃時(shí)亨利系數(shù)為1 044 Pa·m3/mol)和疏水性(辛醇-水分配系數(shù)為4.78)[5], HCBD會(huì)通過(guò)揮發(fā)、吸附、沉積、生物積累等途徑在多種介質(zhì)中遷移,并從污染源擴(kuò)散到周邊環(huán)境乃至偏遠(yuǎn)地區(qū),最終造成其廣泛存在于環(huán)境中。氯堿化工廠和有機(jī)氯農(nóng)藥廠等點(diǎn)源周邊和非點(diǎn)源區(qū)域(甚至一些偏遠(yuǎn)地區(qū))的大氣、土壤、動(dòng)植物以及水體樣品中均檢測(cè)到了HCBD[9-21],其檢出濃度范圍分別為0.01 ng/m3～1.8 μg/m3(大氣)、0.03～0.8 μg/L (水體)、0.003～27.9 ng/g干重(土壤)和0.03～24.6 ng/g干重(生物)。盡管在一些環(huán)境樣品如科羅拉多州西部農(nóng)村地區(qū)大氣和法國(guó)萊茵河魚(yú)體中HCBD未檢出[22-30],但這并不代表HCBD不存在,也可能是由于研究使用的分析方法檢測(cè)靈敏度低(HCBD檢出限分別為0.5 ppb(約5.8 μg/m3)和10 ng/g干重)造成的。由此可見(jiàn),靈敏可靠的HCBD分析方法是開(kāi)展相關(guān)研究的必要條件和重要基礎(chǔ)。

樣品基質(zhì)復(fù)雜程度、提取目標(biāo)物效率、干擾物去除效果、儀器檢測(cè)性能均會(huì)影響方法的靈敏度、精確度和準(zhǔn)確度。近年來(lái)已有學(xué)者針對(duì)不同環(huán)境和生物介質(zhì)開(kāi)展了HCBD方法學(xué)研究或包含HCBD目標(biāo)物的檢測(cè),但尚未有關(guān)于其分析方法的系統(tǒng)評(píng)述。本文對(duì)不同環(huán)境介質(zhì)中HCBD的前處理和儀器分析方法進(jìn)行了總結(jié),并比較了各方法的優(yōu)缺點(diǎn),以期為深入開(kāi)展HCBD研究提供參考,從中快速選擇到合適的方法進(jìn)行應(yīng)用或優(yōu)化方向進(jìn)行方法改進(jìn)。

1 不同介質(zhì)樣品的前處理方法

樣品前處理(包括預(yù)處理)不僅可以提取和富集目標(biāo)物以及去除干擾物,還可以將樣品轉(zhuǎn)化為適合保存的狀態(tài)或適用于儀器分析的形態(tài)。這些過(guò)程能夠直接影響整個(gè)分析方法的可靠性和靈敏度,尤其對(duì)痕量物質(zhì)HCBD的檢測(cè)來(lái)說(shuō),是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。表1列舉了近年來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物包含HCBD的研究采用的樣品前處理方法。

1.1 氣態(tài)介質(zhì)(室外大氣、室內(nèi)空氣)

空氣樣品中的HCBD主要采用吸附法富集,后續(xù)處理與采樣器以及吸附材料類(lèi)型有關(guān)。一般利用泵抽氣使一定體積的空氣通過(guò)固體吸附劑,將大氣中低濃度的HCBD富集起來(lái),經(jīng)熱脫附后直接進(jìn)入與熱脫附器相連的檢測(cè)儀器進(jìn)行分析,HCBD的檢出限在幾個(gè)納克每立方米到幾十納克每立方米[10,30-32]。用于捕集目標(biāo)物的固體吸附劑可以單獨(dú)或多種混合使用。例如,使用Tenax-TA和Carbosieve混合吸附劑采集了臺(tái)灣污染河流上方及沿岸的大氣樣品中包含HCBD在內(nèi)的26種揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds, VOCs)[31], Tenax-TA、Carbopack和Carbopack X/B混合材料作為吸附劑采集了西班牙一氯堿廠周邊空氣中28種物質(zhì)[10], Tenax-TA、Carboxen 1000和Carbosieve混合吸附劑采集了美國(guó)堪薩斯州托兒中心的室內(nèi)空氣中73種VOCs[30]。一項(xiàng)方法學(xué)研究[32]以裝有Tenax-TA填料的熱脫附管為收集器,對(duì)熱脫附條件如解吸時(shí)間和流速進(jìn)行了優(yōu)化以提高23種VOCs分析方法的靈敏度,其中HCBD的檢出限和定量限分別降低至0.02和0.08 ng/m3。但由于上述研究并非是只針對(duì)HCBD這一物質(zhì)的研究,吸附材料對(duì)HCBD的吸附效能以及所需脫附條件可能并未達(dá)到最優(yōu)化,仍需進(jìn)一步探索以提高HCBD的檢測(cè)靈敏度。在一些特殊的氣態(tài)樣品如廢物填埋以及堆肥散發(fā)的惡臭采樣時(shí)可以先使用采樣袋作為采集器收集,再經(jīng)裝有Tenax-TA和Carboxen 1000的吸附管濃縮富集VOCs處理,熱脫附后進(jìn)行儀器檢測(cè),HCBD的檢出限約幾個(gè)微克每立方米[53]。

大氣動(dòng)力采樣需使用不間斷電源,在野外采樣時(shí)難以應(yīng)用,而且得到的結(jié)果通常是短時(shí)間內(nèi)(幾十分鐘或數(shù)小時(shí))的物質(zhì)濃度[54]。相比之下,被動(dòng)采樣器具有不需要額外動(dòng)力、造價(jià)低、易攜帶等特點(diǎn),更適合大氣中持久性有機(jī)污染物的大范圍多點(diǎn)位同步采樣。兩項(xiàng)關(guān)于有機(jī)氯農(nóng)藥的區(qū)域性研究[9,12]利用聚氨酯泡沫被動(dòng)采樣器(polyurethane foam passive air samplers, PUF-PAS)分別進(jìn)行了為期1個(gè)月和3個(gè)月的大氣樣品采集,后續(xù)PUF樣品處理與固體介質(zhì)類(lèi)似,經(jīng)過(guò)溶劑萃取以及一定的凈化處理。樣品中HCBD檢出率分別為82%和100%,檢出濃度分別在0.03～0.33和0.01～2.23 ng/m3范圍內(nèi)。但這兩項(xiàng)研究中PUF-PAS對(duì)于HCBD的采樣體積或速率的校正未見(jiàn)報(bào)道,缺乏采樣體積或速率校正所得到的濃度結(jié)果并不準(zhǔn)確[55]。另一研究[33]基于logKOA系數(shù)估計(jì)出PUF-PAS對(duì)HCBD的采樣體積約6 m3。HCBD在PUF上能夠很快達(dá)到平衡,同時(shí)PUF-PAS采集量也會(huì)隨環(huán)境中HCBD量的變化而發(fā)生改變,因此PUF-PAS所采集的樣品中HCBD僅代表了3個(gè)月采樣期后期幾天的水平。與具有較大收集能力的吸附劑填充PUF被動(dòng)采樣器(sorbent impregnated PUF passive air samplers, SIP-PAS)比較發(fā)現(xiàn),SIP-PAS方法中HCBD的檢出限(0.03 pg/m3)要遠(yuǎn)低于PUF-PAS方法(20pg/m3),而且SIP-PAS方法采集的HCBD能夠代表整個(gè)采樣期的平均水平[33]。然而,基于logKOA系數(shù)計(jì)算的HCBD采樣速率仍有很大的不確定性,未來(lái)還需進(jìn)一步探索和校正。

1.2 液態(tài)介質(zhì)(地表水、地下水、污水等)

目前生物體液中HCBD的研究尚未見(jiàn)報(bào)道,液態(tài)介質(zhì)研究對(duì)象主要為河水、地下水、污水等環(huán)境水樣。環(huán)境水樣采集后需加入稀鹽酸降低pH或硫酸銅等以抑制生物活動(dòng)和防止生物降解,并應(yīng)盡快進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物的分析,常采用吹掃捕集、液-液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)或固相萃取(solid phase extraction, SPE)前處理方法,有時(shí)還需過(guò)濾膜預(yù)處理以去除顆粒物和微生物等。吹掃捕集法比較適合飲用水和水源水等較干凈的水體中痕量有機(jī)物的檢測(cè),HCBD的檢出限在1～400 ng/L范圍間[14,15,34,35]。

LLE法利用待測(cè)組分在水相和有機(jī)相間分配系數(shù)的差異實(shí)現(xiàn)組分的提取和分離。針對(duì)幾百毫升的水樣,一般使用幾十毫升左右的正己烷、二氯甲烷或石油醚等非極性或弱極性有機(jī)溶劑,HCBD的回收率在32%～113%范圍間,檢出限在零點(diǎn)幾個(gè)納克每克到幾十納克每克水平[36-38,56-58]。考慮到溶劑環(huán)保性,有研究者[59]發(fā)展了一種使用微量二氯甲烷萃取水中47種VOCs的前處理方法,即向1 mL水樣中加入1 mL二氯甲烷并搖勻1 min,加入內(nèi)標(biāo)后再加入無(wú)水硫酸鈉吸水,最后轉(zhuǎn)移出有機(jī)相進(jìn)行檢測(cè)。該方法有機(jī)溶劑用量少,但HCBD的檢測(cè)靈敏度低,檢出限約為1 μg/L,平均回收率為66%。分散液-液微萃取法(dispersive liquid-liquid microextraction, DLLME)是由LLE衍變而來(lái)的新方法,使用少量有機(jī)溶劑,額外加入的分散劑能夠使樣品和萃取劑間的接觸面積增大,從而提高了萃取效率,縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。例如,以10 μL 2-十二烷醇作為萃取劑和500 μL丙酮作為分散劑快速注入5 mL水樣中,待目標(biāo)物在兩相間達(dá)到分配平衡后,離心、冰浴、分離出固化的有機(jī)相,在室溫下融化后進(jìn)入儀器檢測(cè)。此方法環(huán)保且高效,HCBD的檢出限能夠達(dá)到0.003 μg/L, RSD小于10%,回收率在93%以上[39]。

SPE法可同步實(shí)現(xiàn)待測(cè)組分的提取、純化和濃縮,更適用于痕量物質(zhì)的樣品前處理。根據(jù)目標(biāo)物的理化性質(zhì),選擇SPE的填料以及洗脫溶劑類(lèi)型。在一項(xiàng)關(guān)于地表水中36種痕量物質(zhì)檢測(cè)方法學(xué)研究[40]中,加標(biāo)水平為100 ng/L時(shí)不同填料的商品化SPE柱對(duì)HCBD的回收率依次為:Strata-X(64%)> Envi-Carb(63%)> Envi-disk(46%)> Oasis HLB(45%)> Strata-C18(31%)。然而我們依照該研究建立的方法進(jìn)行水體中HCBD的分析,發(fā)現(xiàn)水樣上載通過(guò)柱子后,僅15 min的空氣干燥不能把殘留在柱中的水分完全除去,造成甲醇、異丙醇和乙腈混合洗脫液中含有微量的水分,可能導(dǎo)致后續(xù)氮吹濃縮轉(zhuǎn)換成甲苯溶劑過(guò)程中HCBD損失。不同干燥方式對(duì)水體中21種有機(jī)氯農(nóng)藥SPE法處理效果的影響研究[41]表明,通入干燥氣體的同時(shí)高真空泵抽氣15～20 min,能夠顯著提高柱中水分的去除率,從而提高目標(biāo)物的回收率?；贑18柱對(duì)水中HCBD進(jìn)行的前處理實(shí)驗(yàn)中,丙酮作為洗脫液時(shí)HCBD的加標(biāo)回收率(105%±10%)高于乙酸乙酯(72%±6%)。此外,SPE法并不局限于柱狀形式,也可以將固體吸附材料直接投入液體樣品中進(jìn)行混合萃取。一種水中8種有機(jī)氯化合物的新型前處理方法[16]利用膦酸或膦酸酯修飾的聚丙烯膜作為吸附材料和水樣混合攪拌50 min,其后采用有機(jī)溶劑超聲5 min解吸附并進(jìn)行儀器檢測(cè),發(fā)現(xiàn)中性水環(huán)境中目標(biāo)物的萃取效率優(yōu)于堿性和酸性條件。另外,辛醇對(duì)HCBD的解吸附效果最好,其次為甲醇,而甲苯、二甲苯以及正己烷對(duì)聚丙烯膜上的HCBD洗脫效果較差。優(yōu)化條件下HCBD的回收率可達(dá)102%, RSD為3.5%,檢出限為3.9 ng/L。

1.3 半固態(tài)或固態(tài)介質(zhì)

半固態(tài)以及固態(tài)樣品不僅種類(lèi)繁多而且形態(tài)各異,樣品的性質(zhì)和均勻程度差別較大,一般會(huì)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理并妥善保存,例如,土壤和底泥樣品經(jīng)冷凍干燥、研磨過(guò)篩后室溫或低溫保存[11,17];生物組織樣品均質(zhì)化后直接冷凍保存或凍干后冷凍保存[18,19,60]。相比氣態(tài)和液態(tài)樣品,半固態(tài)以及固態(tài)樣品的基質(zhì)較為復(fù)雜,往往需要多種樣品前處理方法聯(lián)合使用。

首先要用有機(jī)溶劑提取樣品,使目標(biāo)物所處形態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),常用的提取方法有索氏提取(soxhlet extraction)法、超聲輔助萃取(ultrasonic-assisted extraction, UAE)法和加速溶劑萃取(accelerated solvent extraction, ASE)法。傳統(tǒng)的索氏提取法回收率高,但萃取時(shí)間長(zhǎng)(24 h左右),有機(jī)溶劑的消耗量較大(100～300 mL),易對(duì)環(huán)境造成二次污染[12,25,46,47,61]。ASE法在較高的壓力(10.34 MPa)和溫度(100 ℃)下進(jìn)行目標(biāo)物提取,相對(duì)索氏提取法使用溶劑少,所需時(shí)間短,自動(dòng)化程度高[11,48]。一項(xiàng)關(guān)于土壤和污泥樣品中HCBD和氯苯物質(zhì)賦存的調(diào)查[11]采用ASE法提取目標(biāo)物,在10.34 MPa(1 500 psi)和100 ℃條件下,萃取溶劑為1∶1(體積比)的二氯甲烷和正己烷混合溶液,靜態(tài)時(shí)間10 min,靜置循環(huán)次數(shù)2次,萃取液經(jīng)柱凈化后檢測(cè),HCBD的回收率在51.3%～119%范圍間。一項(xiàng)調(diào)查蘇格蘭鰻魚(yú)中持久性有機(jī)物賦存水平的研究[48]同樣采用10.34 MPa和100 ℃條件下ASE法,萃取溶劑為1∶2(體積比)的丙酮和正己烷混合溶液,靜置時(shí)間5 min,靜置循環(huán)次數(shù)5次。另一項(xiàng)魚(yú)體中HCBD和六氯苯分析的方法學(xué)研究[50]提高了ASE壓力,采用13.34 MPa、100 ℃、靜態(tài)時(shí)間10 min和靜置循環(huán)次數(shù)3次條件,萃取溶劑為1∶1(體積比)的丙酮和正己烷混合溶液,經(jīng)柱凈化后檢測(cè),該方法HCBD的回收率達(dá)94%。還有研究[62]將弗羅里硅土填料直接置于樣品萃取池中,建立了ASE在線凈化土壤中多氯烴類(lèi)化合物的前處理方法,其中HCBD的回收率在76.1%～81.5%之間。盡管ASE法具有較多優(yōu)點(diǎn),但儀器使用過(guò)程中容易出現(xiàn)填料阻塞管道等故障,其設(shè)備和配件成本以及維修費(fèi)用較高,目前尚難普及。

UAE法萃取速度快,還可以同時(shí)處理多組樣品,而且儀器占地面積小,儀器及運(yùn)行成本相對(duì)ASE法較低,有機(jī)溶劑用量和消耗時(shí)間相對(duì)索提法較少,操作也比較簡(jiǎn)單,因此應(yīng)用十分廣泛。從表1中可以看到,針對(duì)半固體和固體中包含HCBD的有機(jī)物大部分分析研究都采用了UAE法,萃取溶劑一般為二氯甲烷、正己烷、丙酮或其中兩種的混合液,處理不大于2 g的樣品所需萃取溶劑用量為10～30 mL,總萃取時(shí)間在30 min左右,分2到3次萃取[18,19,43-45]。根據(jù)目標(biāo)物的物化性質(zhì)以及樣品基質(zhì)的不同,最優(yōu)的超聲條件也會(huì)稍有不同。一項(xiàng)針對(duì)飛灰介質(zhì)中HCBD和五氯苯及六氯苯的方法學(xué)研究[45]優(yōu)化了超聲條件,在30 ℃和超聲功率200 W條件下,二氯甲烷為萃取液、固液比15 mL/g、超聲兩次、每次15 min即可獲得較好的HCBD回收率(64.0%～69.4%)。然而超聲溫度實(shí)際上比較難于精確控制,這是由于超聲會(huì)使水溫上升,超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致水溫超過(guò)設(shè)置溫度,而過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致一定量的HCBD從有機(jī)溶劑中揮發(fā),并不利于HCBD的回收分析。另外,飛灰經(jīng)酸處理后水分較難完全去除,HCBD回收率沒(méi)有明顯提高,若要完全干燥所需時(shí)間較長(zhǎng),且容易引入空白污染,因此該方法中并未包含酸處理。此外,超聲萃取條件也要隨著樣品用量的變化而變化。對(duì)于10 g冷干后的土壤以及植物樣品中的有機(jī)氯農(nóng)藥和HCBD,采用1∶1(體積比)的正己烷和二氯甲烷混合溶劑超聲萃取兩次(30 min/次),每次萃取液用量30 mL(共60 mL),經(jīng)柱凈化后儀器檢測(cè),HCBD的回收率可達(dá)78.2%[13,17]。

半固體或固體樣品經(jīng)溶劑萃取目標(biāo)物后,往往還需要進(jìn)一步凈化去除或降低干擾物影響,減小基體效應(yīng),提高檢測(cè)靈敏度,并防止色譜柱和離子源等儀器設(shè)備遭受污染。常用的柱層析色譜法凈化樣品中HCBD的主要機(jī)理包括吸附、分配和體積排阻,使用的固定相填料主要為硅膠、酸性硅膠、弗羅里硅土、氧化鋁和凝膠[11,17,25,44,57]。部分土壤、河流底泥以及污水處理廠污泥樣品處理時(shí)還需要加入活化銅粉去硫[11,17,46,47]。自制的層析柱一般使用0.9～1.5 cm內(nèi)徑的玻璃柱,填料種類(lèi)和使用量(幾克到十幾克)靈活多變[9,17,43,45,46,48]。在提升復(fù)雜基體凈化效果時(shí)可以聯(lián)合使用多根不同填料的層析柱。一項(xiàng)關(guān)于魚(yú)組織中多種優(yōu)先污染物的研究[25]使樣品萃取液先后經(jīng)過(guò)一根酸性硅膠柱除脂和一根凝膠滲透色譜(gel permeation chromatography, GPC)柱進(jìn)行凈化,其中HCBD的檢出限為0.2 ng/g濕重。另一項(xiàng)關(guān)于魚(yú)組織中污染物研究[48]則聯(lián)合了一根酸性硅膠柱和一根9%水去活化氧化鋁柱凈化樣品,經(jīng)檢測(cè),HCBD的檢出限為1.0 ng/g濕重。多層填料的復(fù)合柱應(yīng)用也較廣泛,如弗羅里硅土、硅膠和無(wú)水硫酸鈉復(fù)合柱用于PM2.5樣品的凈化處理[43],氧化鋁、硅膠和無(wú)水硫酸鈉復(fù)合柱凈化土壤以及動(dòng)植物樣品[17],活化銅粉、弗羅里硅土、活化硅膠、酸性硅膠和無(wú)水硫酸鈉填制的多層復(fù)合柱凈化污水處理廠的污泥樣品[11]。不同填料對(duì)飛灰萃取液的凈化效果比較結(jié)果表明[45],氧化鋁和弗羅里硅土凈化效果類(lèi)似,相比硅膠和弗羅里硅土復(fù)合柱,單一弗羅里硅土填料柱凈化效率較差,可能是由于弗羅里硅土顆粒較大,樣品萃取液或有機(jī)洗脫液經(jīng)過(guò)柱流速太快,降低了吸附或脫附作用。不同有機(jī)溶劑對(duì)目標(biāo)物的洗脫效率也有差別,石油醚作為洗脫劑時(shí)HCBD的回收率(93%)高于正己烷及不同比例的正己烷和二氯甲烷的混合液洗脫效率(75%～83%)。該研究[45]還發(fā)現(xiàn)超聲萃取時(shí)采用塑料材質(zhì)的容器會(huì)引入雜質(zhì)干擾、增大基體效應(yīng),且不能通過(guò)層析柱去除,建議使用玻璃容器。

表 2 六氯丁二烯的儀器分析方法

柱層析色譜法形式不局限于玻璃柱色譜。一項(xiàng)針對(duì)肉類(lèi)、蛋類(lèi)和蔬菜等食物樣品中多種POPs的研究[52]將樣品直接分散在50 mL 3∶2(體積比)的正己烷和二氯甲烷混合溶液中,再向其中加入30 g酸性硅膠和2 mL壬烷,這些混合物隨后通過(guò)盛有酸性硅膠和無(wú)水硫酸的玻璃漏斗過(guò)濾,并經(jīng)3∶2(體積比)的正己烷和二氯甲烷混合溶液洗脫,最終液體濃縮后進(jìn)入儀器檢測(cè),HCBD的方法檢出限在0.01～0.03 ng/g濕重范圍內(nèi)。此外,SPE小柱也被用于半固體或固體樣品的凈化處理。一些研究者直接購(gòu)買(mǎi)商品化的弗羅里硅土SPE小柱或正相硅膠SPE小柱應(yīng)用于室內(nèi)灰塵、河流沉積物、飛禽羽毛或雞蛋冷干粉的樣品前處理[18,19,44,47]。也有研究者將15 g弗羅里硅土和10 g無(wú)水硫酸鈉填入聚乙烯材質(zhì)管自制SPE小柱用于魚(yú)組織萃取液的凈化[50]。

2 儀器檢測(cè)方法

表2總結(jié)了HCBD的常用儀器檢測(cè)方法。在實(shí)際應(yīng)用中,HCBD常與其他目標(biāo)化合物一起分析,樣品中的待測(cè)組分需經(jīng)氣相色譜(GC)分離后進(jìn)入檢測(cè)器(電子捕獲檢測(cè)器, ECD)或質(zhì)譜檢測(cè)器(MS))檢測(cè),最終得到定性定量分析結(jié)果。其中,氣相色譜多采用非極性或弱極性的毛細(xì)管柱,常用的毛細(xì)管柱型號(hào)包括DB-5MS、DB-624、HP-1、HP-5、HP-5MS、ZB-5MS等[9,11,12,14,16-18,20,36-38,43-46,52,56]。

2.1 氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)

電子捕獲檢測(cè)器是氣相色譜儀配備的檢測(cè)器之一,其對(duì)電負(fù)性物質(zhì)具有較高響應(yīng),適用于分析鹵代有機(jī)化合物。一項(xiàng)關(guān)于水中有機(jī)物分析方法的研究[39]采用GC-ECD檢測(cè)HCBD的方法檢出限(0.003 μg/L)約為采用GC-MS檢測(cè)時(shí)檢出限的1/10 (0.045 μg/L)。GC-ECD儀器及運(yùn)行費(fèi)用低,應(yīng)用較為普遍,但無(wú)法去除各組分間的相互干擾,也不能對(duì)共流出物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性分析。因此有研究結(jié)合GC-MS和GC-ECD分別對(duì)HCBD在內(nèi)的21種有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行了定性和定量分析,該方法在保證定性分析準(zhǔn)確的前提下,兼顧了定量分析的高靈敏度檢測(cè)[12]。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)

GC-MS法能夠在一定程度上排除干擾物的影響,定性定量分析結(jié)果更為準(zhǔn)確,因此大部分研究采用了GC-MS分析HCBD和其他有機(jī)物(見(jiàn)表2)。離子源是質(zhì)譜儀的關(guān)鍵部位,在同等條件下比較不同類(lèi)型離子源對(duì)HCBD檢測(cè)的影響,發(fā)現(xiàn)電子轟擊源(electron ionization source, EI)較正化學(xué)電離源(positive chemical ionization source, PCI)以及大氣壓化學(xué)電離源(atmospheric pressure chemical ionization source, APCI)具有更高的HCBD檢測(cè)靈敏度[43]。目前質(zhì)譜檢測(cè)HCBD主要采用EI源,在選擇離子掃描模式下,通過(guò)若干個(gè)碎片離子對(duì)其進(jìn)行定性和定量。常用的HCBD特征離子有225、223、260、190、188等[11,16,20,33,45,50]。使用13C同位素標(biāo)記的HCBD(13C4-HCBD)作為內(nèi)標(biāo)時(shí),其定量和定性離子設(shè)為231和233, HCBD的定量和定性離子設(shè)為225和223[50]。但值得注意的是,13C4-HCBD的碎片離子也有225,雖然強(qiáng)度較低,但若加入內(nèi)標(biāo)濃度過(guò)高可能會(huì)影響樣品中痕量HCBD的判斷。一般采用不分流進(jìn)樣模式,進(jìn)樣體積為1～10 μL。程序升溫大體積進(jìn)樣(programmable temperature vaporizer-large-volume injection, PTV-LVI)能夠提高痕量有機(jī)物質(zhì)分析的靈敏度[63]。采用100 μL進(jìn)樣體積的PTV-LVI-GC-MS檢測(cè)水中有機(jī)氯時(shí),HCBD的定量限(信噪比9)可低至0.02 ng/L[41]。

近年來(lái)高性能檢測(cè)器發(fā)展迅速,氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(gas chromatography-tandem mass spectrometry, GC-MS/MS)和氣相色譜-高分辨質(zhì)譜(gas chromatography high-resolution mass spectrometry, GC-HRMS)的應(yīng)用為復(fù)雜基體中痕量HCBD的檢測(cè)提供了新方法,能夠顯著提高HCBD檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。一項(xiàng)關(guān)于鳥(niǎo)卵中HCBD的分析研究[18]表明,GC-MS/MS對(duì)HCBD的儀器檢出限比GC-MS方法低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,低至0.02 pg。另兩項(xiàng)關(guān)于西班牙污水處理廠排出廢水中的多種有機(jī)污染物研究[36,37]應(yīng)用不同檢測(cè)器也得到了類(lèi)似的結(jié)論,GC-MS/MS對(duì)HCBD的檢測(cè)靈敏度最佳(0.09 ng/L),其次為GC-HRMS(0.225 ng/L),這兩種檢測(cè)器均優(yōu)于GC-ECD(30 ng/L)。另外,跟傳統(tǒng)氣相色譜柱相比,高分辨氣相色譜(high-resolution gas chromatography, HRGC)柱固定相液固定在柱管內(nèi)壁而形成空心柱,通氣性較好,能夠使得分離效率提高。水體中9種多溴聯(lián)苯醚、7種多氯聯(lián)苯和20種有機(jī)氯農(nóng)藥(包含HCBD)[38],魚(yú)體中三氯殺螨醇、六溴環(huán)十二烷、六氯苯、HCBD、七氯環(huán)氧物、多溴聯(lián)苯醚、多氯聯(lián)苯和二噁英等優(yōu)先控制污染物[28],以及食品中HCBD、多氯聯(lián)苯、六氯苯、五氯苯酚和多氯萘[52]均通過(guò)HRGC-HRMS得到了分離測(cè)定?？梢?jiàn),HRGC-HRMS十分有利于大量復(fù)雜有機(jī)化合物的分析。

3 總結(jié)與展望

本文總結(jié)了多種介質(zhì)中HCBD的樣品前處理和儀器檢測(cè)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。HCBD的樣品前處理主要包括:1)固體吸附劑富集空氣中目標(biāo)物后熱脫附或溶劑萃取,其中SIP-PAS無(wú)需用電、捕集效率較高;2)吹掃捕集法、LLE法或SPE法提取水體中目標(biāo)物,其中SPE法能夠同步實(shí)現(xiàn)富集和純化,但進(jìn)行洗脫過(guò)程前需注意柱中水分的去除;3)索氏提取法、ASE法或UAE法提取半固態(tài)及固態(tài)樣品中目標(biāo)物后柱層析色譜法凈化,多根層析柱聯(lián)用或多層復(fù)合柱去除干擾物質(zhì)效果較好。HCBD的儀器檢測(cè)方法為GC分離后ECD或MS檢測(cè)。

由于HCBD在環(huán)境樣品中的賦存水平普遍較低,發(fā)展高靈敏度和高選擇性的HCBD分析方法仍將是未來(lái)HCBD研究的重點(diǎn)之一。微尺度材料在污染物的富集和分離方面已表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)?？筛鶕?jù)HCBD的理化性質(zhì),設(shè)計(jì)、制備用于分離富集HCBD的新型微尺度材料,建立HCBD的樣品前處理新方法。在儀器檢測(cè)方面,高性能儀器如GC-MS/MS、GC-HRMS以及HRGC-HRMS能夠顯著降低HCBD的檢出限,在HCBD與其他物質(zhì)共同分析時(shí)具有較大的應(yīng)用潛力,值得進(jìn)一步探究。此外,生物體各部分中HCBD的含量和分布是研究HCBD在生物體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)移過(guò)程以及毒性效應(yīng)的關(guān)鍵。除魚(yú)肉組織外,其他生物組織和器官以及血液等介質(zhì)中HCBD的分析方法尚未建立,這也將成為今后HCBD分析研究的一個(gè)方向。