同位素稀釋氣相色譜/三重四極質(zhì)譜法測(cè)定二 英同類物

摘 要 建立了同位素稀釋氣相色譜/三重四極質(zhì)譜法測(cè)定17種2，3，7，8位氯取代的二 英同類物的痕量分析方法。使用Agilent 7000B 三重四極氣質(zhì)聯(lián)用儀，通過對(duì)色譜、質(zhì)譜條件的優(yōu)化，建立了高靈敏度和高選擇性的二 英同類物分析方法，17種二 英毒性同類物的平均相對(duì)響應(yīng)因子的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于11%； 校正曲線在0.5～2000

g/L范圍內(nèi)顯示良好線性。方法的檢出限為0.05～0.34

g/L，滿足PCDD/Fs的痕量分析需求。使用標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品進(jìn)行定量檢測(cè)的精密度測(cè)試，17種目標(biāo)化合物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于4%，方法重現(xiàn)性良好。將本方法應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)底泥樣品的測(cè)定。底泥樣品經(jīng)加速溶劑提取、Power-PrepTM自動(dòng)凈化系統(tǒng)凈化、濃縮后進(jìn)樣分析，采用多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)方式（MRM）進(jìn)行定性和定量分析。4種不同濃度底泥樣品的檢測(cè)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值范圍，與高分辨質(zhì)譜儀的測(cè)定結(jié)果無顯著差異。由于三重四極質(zhì)譜儀的購置及維護(hù)成本遠(yuǎn)低于高分辨質(zhì)譜儀，本方法能降低二 英同類物的分析成本。

關(guān)鍵詞 氣相色譜/三重四極質(zhì)譜聯(lián)用儀；同位素稀釋法；二 英同類物

1 引 言

多氯代二苯并-對(duì)-二 英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）通常被總稱為二 英同類物（PCDD/Fs）。作為一組持久性有機(jī)污染物，其中的17種2，3，7，8位全部被氯原子取代的PCDD/Fs同類物因具有高毒性而備受關(guān)注。環(huán)境介質(zhì)中污染物種類繁多且含量不等，而PCDD/Fs的含量通常處于超痕量水平，因此對(duì)其的分析檢測(cè)一直是分析領(lǐng)域的難點(diǎn)。同位素稀釋高分辨氣相色譜/高分辨質(zhì)譜聯(lián)用法（HRGC/HRMS）因具有高選擇性和靈敏度，已被國內(nèi)外多種法規(guī)列為PCDD/Fs分析的儀器檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法，如美國環(huán)保署EPA Method 1613等。近幾年，我國已有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室配備該儀器，并將其應(yīng)用于PCDD/Fs的痕量分析中。然而，高分辨質(zhì)譜儀的購置和維護(hù)成本昂貴，操作復(fù)雜，對(duì)儀器使用人員要求較高，僅依賴于高分辨氣相色譜/高分辨質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行PCDD/Fs分析將極大地制約人們對(duì)此類高毒性物質(zhì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。因此，建立簡易經(jīng)濟(jì)的PCDD/Fs分析的替代方法對(duì)于保證我國的環(huán)境和食品安全具有重要意義。

串聯(lián)質(zhì)譜儀（MS/MS），包括離子阱串聯(lián)質(zhì)譜儀和三重四極質(zhì)譜儀，使用成本與操作維護(hù)過程均接近一般低分辨氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀。在其多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）過程中，PCDD/Fs會(huì)產(chǎn)生特異性的COCl基團(tuán)，此反應(yīng)有效減少了儀器檢測(cè)中的背景干擾，降低了檢出限。此選擇性有利于氣相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法在PCDD/Fs分析的應(yīng)用。近年來，隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展，三重四極質(zhì)譜儀在靈敏度和可靠性方面有了進(jìn)一步提高。以Agilent 7000B 三重四極氣質(zhì)聯(lián)用儀為例，其對(duì)100 fg八氟萘的檢測(cè)中，信噪比大于500。這為建立高靈敏度和高選擇性的PCDD/Fs分析方法提供了可能。本研究使用此新型的三重四極氣質(zhì)聯(lián)用儀，通過優(yōu)化色譜-質(zhì)譜儀器參數(shù)，并參考美國環(huán)保署EPA Method 1613，建立了17種高毒性PCDD/Fs同類物的同位素稀釋氣相色譜/三重四極質(zhì)譜法。將本方法應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析，其結(jié)果與高分辨質(zhì)譜檢測(cè)結(jié)果吻合。本方法具備高靈敏度，應(yīng)用本方法將大大降低PCDD/Fs的分析成本。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

Agilent 7000B三重四極氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國 Agilent公司）；Power-PrepTM自動(dòng)凈化系統(tǒng)（美國 Fluid Management System公司），包括ABN復(fù)合硅膠柱、氧化鋁柱和AX-21活性碳柱；ASE 350加速溶劑提取儀（美國 Dionex公司）。

正己烷、二氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯等（農(nóng)殘級(jí)，美國J.T. Baker公司）; EPA Method 1613中的標(biāo)準(zhǔn)溶液（加拿大Wellington Laboratories公司）。

2.2 樣品處理

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來源于PCDD/Fs分析的國際實(shí)驗(yàn)室間考核INTERCAL，包括1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品（Solution W）和4個(gè)不同濃度的底泥樣品（Sediment A， B， C， D）。目前已有超過200個(gè)國際實(shí)驗(yàn)室參與此項(xiàng)國際實(shí)驗(yàn)室間考核，其樣品的標(biāo)準(zhǔn)值來源于統(tǒng)計(jì)結(jié)果的中值。

準(zhǔn)確稱取適量底泥樣品，按比例加入硅藻土，混合均勻。加入13C標(biāo)記的PCDD/Fs同位素定量內(nèi)標(biāo)溶液，平衡12 h。以正己烷-二氯甲烷（1∶1， V/V）為溶劑，使用ASE350進(jìn)行提取。系統(tǒng)壓力10.3 MPa，提取溫度150 ℃，加熱5 min，靜態(tài)提取7 min，循環(huán)2次，用池體積70%的溶劑沖洗提取池，氮?dú)獯祾?80 s。

分 析 化 學(xué)第39卷

第9期吳嘉嘉等: 同位素稀釋氣相色譜/三重四極質(zhì)譜法測(cè)定二 英同類物

將濃縮的提取液轉(zhuǎn)移至Power-PrepTM自動(dòng)凈化系統(tǒng)的進(jìn)樣管中，經(jīng)由ABN復(fù)合硅膠柱、氧化鋁柱和AX-21活性碳柱依次凈化。收集到的PCDD/Fs組分經(jīng)濃縮后，加入13C標(biāo)記的回收內(nèi)標(biāo)溶液，供儀器檢測(cè)。

2.3 色譜質(zhì)譜條件

DB-5MS色譜柱（60 m×250

m i.d.×0.25

m）；進(jìn)樣口溫度: 280 ℃；不分流進(jìn)樣；恒流模式，柱流量: 1.0 mL/min。柱始溫100 ℃， 保持1 min；以20 ℃/min程序升溫至230 ℃，保持8 min；以2 ℃/min 升溫至290 ℃；以10 ℃/min 升溫至300 ℃， 保持8 min。碰撞氣: 氦氣2.25 mL/min，氮?dú)?.5 mL/min。

EI源；電離能量: 70 eV；多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)方式（MRM）；離子源溫度: 230 ℃。其它質(zhì)譜參數(shù)見表1。

3 結(jié)果與討論

3.1 色譜參數(shù)優(yōu)化

當(dāng)運(yùn)行多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）方式時(shí)，Agilent 7000B的六極桿碰撞反應(yīng)池中充滿氮?dú)夂秃獾幕旌蠚怏w，其中氮?dú)鉃榕鲎矚怏w，氦氣為抑制氣體，以減少亞穩(wěn)態(tài)氦原子引起的中性噪音。氮?dú)饬魉俚脑O(shè)置會(huì)影響母離子碎裂過程的效率，從而影響質(zhì)譜參數(shù)中碰撞電壓的設(shè)置。而恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置與氮?dú)饬魉倨ヅ涞暮饬魉賹⒂兄诮档蛢x器檢測(cè)過程中的噪音。本研究對(duì)氮?dú)夂秃獾牧魉龠M(jìn)行優(yōu)化后，確定氮?dú)饬魉贋?.5 mL/min，氦氣流速為2.25 mL/min。

3.2 質(zhì)譜參數(shù)優(yōu)化

為使目標(biāo)化合物的響應(yīng)值達(dá)到最大，對(duì)主要質(zhì)譜參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。首先運(yùn)行單級(jí)質(zhì)譜全掃描方式，選擇豐度高的特征離子作為母離子。文獻(xiàn)\\報(bào)道，對(duì)同一化合物通常只選擇一個(gè)分子離子作為母離子。為了增強(qiáng)其相應(yīng)子離子的響應(yīng)，本研究對(duì)母離子的選擇進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)同一化合物最終選定兩個(gè)豐度最強(qiáng)的分子離子作為母離子。因35Cl和37Cl同位素的存在，對(duì)于含不同氯原子的PCDD/Fs同類物選擇了不同的分子離子峰。其次，運(yùn)行子離子掃描方式，在不同碰撞電壓下所得的子離子掃描圖不同。在六極桿碰撞反應(yīng)池中，母離子主要特征丟失CO35Cl基團(tuán)或者CO37Cl基團(tuán)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)母離子丟失CO35Cl基團(tuán)后，所得子離子的豐度最高。

設(shè)定不同碰撞電壓運(yùn)行序列（10，15，20，25，30，35和40 eV），優(yōu)化碰撞電壓使得每個(gè)子離子的響應(yīng)值達(dá)到最大。同時(shí)，從同一化合物所得的兩個(gè)子離子中選擇響應(yīng)值最大的子離子為定量離子，另一為定性離子。在經(jīng)優(yōu)化后的MRM方法中，每個(gè)目標(biāo)化合物有兩對(duì)對(duì)應(yīng)的母離子和子離子，其定量子離子和定性子離子均有良好的響應(yīng)值。主要質(zhì)譜參數(shù)見表1。

25 *: 定量離子（Quantitative ion）； TCDF， tetrachlorodibenzofuran；TCDD， tetrachlorodibenzo-p-dioxin； PeCDF， pentachlorodibenzofuran；PeCDD， pentachlorodibenzo-p-dioxin； HxCDF， hexachlorodibenzofuran；HxCDD， hexachlorodibenzo-p-dioxin； HpCDF， heptachlorodibenzofuran；HpCDD， heptachlorodibenzo-p-dioxin； OCDF， octachlorodibenzofuran；OCDD， octachlorodibenzo-p-dioxin

3.3 方法確證性實(shí)驗(yàn)

3.3.1 校正曲線和相對(duì)響應(yīng)因子 運(yùn)行所建立的三重四極質(zhì)譜MRM方法，用EPA-1613CVS（CS1-CS5） 5個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)校正溶液分別進(jìn)樣。參照EPA Method 1613，利用所得校正曲線分別計(jì)算17種PCDD/Fs同類物的平均相對(duì)響應(yīng)因子（RRF，表2）。結(jié)果表明，每個(gè)目標(biāo)同類物平均RRF的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于11%，校正曲線顯示了良好的線性。為驗(yàn)證方法的穩(wěn)定性，在6個(gè)月內(nèi)使用1613 CS3標(biāo)準(zhǔn)溶液校正儀器的運(yùn)行狀況，結(jié)果均符合EPA Method 1613的質(zhì)量控制要求，RRF值顯示了良好的重現(xiàn)性。

3.3.2 檢出限 配制接近方法檢出限（LOD）的標(biāo)準(zhǔn)樣品，重復(fù)進(jìn)樣7次，參照EPA的分析檢出限導(dǎo)則，計(jì)算得出方法檢出限（表2），17種PCDD/Fs同類物的LOD為0.05～0.34

g/L，可以滿足樣品中PCDD/Fs痕量分析的需求。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析

3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品 使用本方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品Solution W進(jìn)行檢測(cè)，重復(fù)進(jìn)樣5次。如表3所示，溶液樣品中PCDD/Fs同類物的濃度范圍為19～97

g/L，分析結(jié)果的平均值與標(biāo)準(zhǔn)值相近，RSD低于4%。此方法顯示了良好的準(zhǔn)確度和精密度。

3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)底泥樣品 經(jīng)前處理后，采用本方法對(duì)4個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)底泥樣品Sediment A， B， C， D進(jìn)行了檢測(cè)，其中Sediment A和B的結(jié)果見表3。樣品中PCDD/Fs的同位素內(nèi)標(biāo)平均回收率為49%～90%，符合EPA標(biāo)準(zhǔn)。 Method 1613的質(zhì)量控制要求。樣品的具體檢測(cè)結(jié)果見表3。采用世界衛(wèi)生組織（WHO）2005年重新制定的毒性當(dāng)量因子（TEF）計(jì)算樣品的毒性當(dāng)量（TEQ）。4個(gè)底泥樣品的TEQ平均濃度分布在8.12～180 pg/g。大部分PCDD/Fs同類物平均濃度檢測(cè)結(jié)果接近標(biāo)準(zhǔn)值，RSD均低于15%。其中1，2，3，7，8，9-HxCDF和1，2，3，4，6，7，8-HpCDF與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差較大，此偏差與所用色譜分離柱對(duì)17種目標(biāo)化合物的分離效果有關(guān)。總體而言，4個(gè)樣品的TEQ濃度檢測(cè)結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，結(jié)果令人滿意。

4 結(jié) 論

本研究建立了對(duì)17種高毒性PCDD/Fs同類物的同位素稀釋氣相色譜/三重四極質(zhì)譜測(cè)定法，將其應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析，其檢測(cè)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，與高分辨質(zhì)譜測(cè)定結(jié)果無顯著差異。本方法具備高靈敏度和高選擇性，適合對(duì)環(huán)境介質(zhì)中的PCDD/Fs進(jìn)行痕量分析，是一種經(jīng)濟(jì)有效的新方法。

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Determination of Ultratrace Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins and

Dibenzofurans by Gas Chromatography-Triple

Quadrupole Mass Spectrometry

WU Jia-Jia， ZHANG Bing， DONG Shu-Jun， ZHENG Ming-Hui*

（State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology， Research Center for Eco-Environmental

Sciences， Chinese Academy of Sciences， Beijing 10085）

Abstract Gas chromatography coupled to triple quadrupole mass spectrometry （GC/MS/MS） has been developed for the ultratrace analysis of 17 2，3，7，8-substituted polychlorinated dibenzo-p-dioxins （PCDDs） and dibenzofurans （PCDFs）. Main parameters of GC and MS/MS were optimized to improve the conditions of separation and resolution of target compounds. In multiple reactions monitor （MRM） mode， for each target compound two pairs of precursor ions and product ions were selected for qualitative and quantitative analysis. The average relative response factors （RRF） were calculated during a five-point calibration （0.5－2000

g/L） for the 17 PCDD/F congeners. The relative standard deviations （RSD） of all congeners were below 11%. Low limits of detection from 0.05 to 0.34

g/L for PCDD/Fs were obtained. Certified reference materials， including one solution sample and four sediment samples， were applied to confirm the analytical method. Before instrumental analysis， the sediment samples were extracted by accelerated solvent extraction， and then purified by Power-PrepTM automatic cleanup system. The RSDs of PCDD/Fs quantitation in the solution sample was less than 4%. The determination results of solution and sediment samples were in good agreement with the certified values. Consequently， the GC/MS/MS method could be used as an alternative to the relatively high-cost HRMS method for monitoring PCDD/Fs.

Keywords Triple quadrupole mass spectrometry; Isotope dilution; Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans

（Received 20 December 2010; accepted 21 April 2011）