雜質延遲法去除液相系統中全氟辛酸的干擾

張秀藍+郭婧+李玲玲+董亮+史雙昕+張利飛

摘 要 建立了高效液相色譜 串聯質譜法（HPLC MS/MS）對水體中7種全氟烷基酸（C4～C10）和全氟辛烷磺酸的分析方法。水樣抽濾除去顆粒物雜質，加入回收率指示物，再使用WAX固相萃取柱富集和凈化，提取液濃縮后，使用HPLC/MS/MS分析檢測。儀器分析過程中，由于液相系統無法避免含氟材料的使用，引入了較高的全氟辛酸（PFOA）污染。本研究使用雜質延遲法實現了液相系統中PFOA和樣品中PFOA的分離。在系統干擾去除后，水體中PFOA的方法檢出限降低為0.8 ng/L（取樣量500 mL）， 最低定量濃度為3.2 ng/L；其它目標物的方法檢出限為0.2～1.2 ng/L， 最低定量濃度為0.8～4.8 ng/L。本方法具有良好的重現性，6次平行樣品測定中各檢出化合物的相對標準偏差（RSD）均小于16%， 6次基體加標實驗中各目標物的回收率為87%～129%， RSD<15%。雜質延遲法有效的去除了系統干擾，降低了方法檢出限，提高了方法精密度。

關鍵詞 水； 全氟辛酸； 全氟化合物； 雜質延遲法； 干擾去除

1 引 言

全氟化合物（PFCs）開始生產和使用于上世紀四、五十年代，由于其疏油、疏水的特性被廣泛應用于紡織、造紙、食品包裝、地毯、皮革、洗發香波和滅火泡沫等工業和民用行業[1～5]。由于C8的全氟辛基磺酸鹽（PFOS）及其鹽類和全氟辛酸（PFOA）的毒性， PFOS及其鹽和全氟辛基磺酰氟被正式列入持久性有機污染物名單附件B加以限制[3]。目前，PFOA和PFOS在水體、土壤、沉積物、生物體，甚至人體血液和母乳中均有不同程度的檢出[2～7]。2006年12月歐洲議會發布限制銷售和使用PFOS的法令[8]。美國明尼蘇達州規定了飲用水中PFOA和PFOS的最大允許濃度分別為0.4和0.2 μg/L[9]，新澤西州則將PFOA的非致癌限量定為0.04 μg/L[10]。作為斯德哥爾摩公約締約國，我國對PFOS和PFOA的關注也逐漸增加。

然而， 在水環境PFCs的監測中，空白控制一直是最棘手的問題之一。存在兩個原因： 樣品采集和前處理過程中引入的空白干擾，可通過更換器皿材質（聚丙烯）和使用前溶劑清洗（甲醇）等方式去除[11，12]；儀器分析過程中引入的干擾，液相（LC）系統流路中無法避免含氟聚合物的使用（如脫氣機等），這部分干擾無法直接去除。為保證測定結果的可靠性，國際標準化組織出臺的標準ISO 25101（2009）[11]和美國環保署出臺的EPA Method 573（2009）[12]均明確指出分析過程中引入的背景干擾不得高于測定值的1/10， 這就要求對儀器背景進行控制。為降低儀器分析帶來的背景干擾，得到準確的數據結果，本研究利用雜質延遲法去除了HPLC系統中PFOA的干擾，并建立了水中多種全氟化合物的分析方法。

2 實驗部分

2.1 儀器和與試劑

QQQ 6410高效液相色譜 串聯質譜儀（HPLC/MS/MS， 美國Agilent公司）。

標準品全氟丁酸PFBA（98%），全氟戊酸PFPA（97%）， 全氟己酸PFHxA（96%），全氟庚酸PFHpA（99%）， 全氟辛酸PFOA（96%）， 全氟壬酸PFNA（97%）， 全氟癸酸PFDA（98%），均購自美國Sigma Alorich公司； 全氟辛烷磺酸PFOS（99%，德國Dr. Ehrenstorfer GmbH公司；碳標記同位素： 進樣內標13C2 PFOA標準溶液（M2PFOA， 50 mg/L， 甲醇）， 回收率指示物13C8 PFOA標準溶液（M8PFOA， 50 mg/L，甲醇）和13C4 PFOS標準溶液（MPFOS， 50 mg/L，甲醇）均購自美國Wellington Laboratories公司。有機溶劑乙腈 （CH3CN）、甲醇（CH3OH）、乙酸（CH3COOH），均為HPLC級（美國J.T.Baker公司）；乙酸銨（CH3COONH4，HPLC級， 韓國DUKSAN公司）；氨水（50%， HPLC級， 美國Alfa Aesar公司）。

2.2 樣品前處理

量取水樣500 mL，經過0.7 μm石英纖維膜過濾，去除水中顆粒物。加入回收率指示物（M8PFOA， MPFOS，10.0 ng），老化30 min。然后將樣品以3～5 mL/min流速通過經過預處理后的WAX柱（WAX小柱的預處理： 依次用6 mL 0.5%氨水 甲醇、甲醇和高純水淋洗）。樣品完全通過WAX小柱后，使用6 mL pH=4.0 的醋酸銨（0.25 mmol/L）緩沖溶液淋洗小柱， 再加入高純水清洗小柱。干燥10 min后， 加入3 mL甲醇去除雜質， 使用8 mL 0.5% 氨水 甲醇淋洗得到目標物。氮吹濃縮淋洗液小于0.5 mL，加入內標指示物（10.0 ng）和500 μL高純水， 使用甲醇定容至1.0 mL， 4 ℃保存， 待測。

2.3 色譜條件

ZORBAX XDB C18分析柱（50 mm × 4.6 mm × 1.8 μm）；延遲柱：與分析柱相同， 串聯在阻尼器和進樣針之間； 分析柱溫度：30 ℃； 流動相流速： 0.30 mL/min； A相乙腈， B相10 mmol/L醋酸銨溶液。梯度洗脫： 0～5 min， 70% B； 5～8 min， 70%～25% B； 9～12 min， 0% B； 12～20 min， 70% B。進樣體積： 5.0 μL。

2.4 質譜條件

離子源：電噴霧離子源（ESI

；檢測方式：多級反應監測（MRM）；干燥氣流速：480 L/h；干燥氣溫度：350 ℃；毛細管電壓：4000 eV；定量離子對、碰撞氣能量和碰撞能見表1，標準溶液色譜圖見圖1。

3 結果與討論

3.1 延遲柱的選擇

由于LC系統中無法避免含氟聚合物的使用，可引入較高的PFOA假陽性污染。實驗表明，在LC系統更換了一臺新的脫氣機后，儀器測定發現甲醇中有較高的PFOA，約5 ng/mL（見圖2A）。為判斷干擾來源，分別將10 mL甲醇和乙腈濃縮，結果顯示污染不隨溶劑濃縮發生變化，推斷干擾來自于LC系統。流動相將LC系統中的PFOA溶出并帶到檢測器， 且系統背景對樣品分析有固定的干擾：在梯度洗脫過程中，當液相為初始狀態水相比例較大時，色譜柱對LC系統中的PFOA的吸附過程為主要過程； 隨著有機相增加，吸附過程減弱，解析過程不斷加強； 當有機相達到一定比例后，解析過程為主要過程，最終實現LC系統中的PFOA的被周期性檢出，造成假陽性干擾（圖2A和2B）。

在LC系統二元泵和進樣針之間串聯延遲柱就是利用了色譜柱對系統中干擾物能夠捕集并釋放的原理。該方法被應用于鄰苯二甲酸酯的分析過程[13]。本研究在LC系統二元泵和進樣針之間串聯了1支與分析柱相同的色譜柱作為延遲柱。樣品的分析過程為： 進樣前， LC系統進樣針之前被流動相溶出的PFOA在延遲柱頂端被吸附； 進樣后， 延遲柱首先捕集再釋放系統中的PFOA， 再進入分析柱，最后進入檢測器。與此同時， 樣品中PFOA直接通過分析柱進入檢測器。由于延遲柱與分析柱完全一致，在忽略LC系統的延遲體積的情況下，可以認為當雜質峰抵達分析柱時，樣品中的PFOA已進入檢測器。因此， 雜質的出峰時間將比樣品出峰時間長出分析柱的死時間（約為1.2 min， 詳見圖2D）。

在實際樣品分析的過程中， LC系統的延遲體積越大， 系統平衡需要的時間越長，即樣品分析的時間越長。因此， 在能夠達到目標物分離條件下，建議使用柱體積較小的延遲柱。若使用與分析柱相同規格、粒徑和徑寬的色譜柱可根據液相理論知識推算延遲柱的長度。對比圖1串聯延遲柱前后空白溶液和標準溶液中PFOA的變化可知， 若要實現目標物和背景干擾的分離， 需滿足公式（3）：

其中，N為柱效，t為目標物出峰時間，W為目標物峰寬， t1為目標物在分析柱的出峰時間， t2為串聯延遲柱后樣品中目標物的出峰時間， t0為延遲柱死時間， t雜為增加延遲柱后雜質峰出峰時間， W雜 為串聯雜質峰后雜質的半峰寬。根據公式（1）可知，當延遲柱的填料規格、粒徑和以及色譜柱直徑一致時，延遲柱和分析柱的長度比值為柱效比值， 同時也是某一目標物保留時間或峰寬比值的平方。設分析柱長為1，延遲柱長為X， 則公式（3）變形為：

實驗可測得t1， t0和W， 進而計算得到滿足公式（4）的最小X值。根據上述公式計算推斷， 在色譜柱填料規格、粒徑和徑寬相同的條件下， 延遲柱長度需大于分析柱的0.6，才能實現目標物與系統干擾分離。

3.2 全程序空白和方法檢出限

在串聯延遲柱后，樣品的全程序空白得到了較好的控制， 6次平行測定中PFOA的濃度均不高于0.2 ng/L， 但仍不可避免有微量的FPNA和PFDA的檢出， 濃度分別為0.22和0.16 ng/L。

根據全程序空白低濃度加標平行樣（6次平行）3倍標準偏差（s）計算方法的檢出限。實驗步驟如2.2節所述， 準確量取高純水500 mL， 加入標準物質各0/5 ng（即1/0 ng/L）和回收率指示物（MPFOS和M8PFOA），經WAX小柱富集凈化，淋洗液濃縮定容至1 mL，儀器分析前加入內標指示物。檢出限和最低定量濃度計算依據為： 檢出限=2.57s （n=6， a=0.05時， t=2.57）； 最低定量濃度=4s。 6次低濃度空白加標的回收率為74%～118%， 相對標準偏差（RSD）為3.7%～23%。根據6次低濃度空白加標的實驗結果計算得到方法檢出限為0.2～1.2 ng/L， 方法最低定量濃度為0.8～4.8 ng/L。在去除了儀器干擾后，各目標目的方法檢出限和最低定量濃度較EPA 537[12]均有不同程度降低。

3.3 實際樣品測定和方法精密度

采集了北京某公園景觀水，進行了6次平行樣和6次基體加標測定， 結果見表2。水樣中PFBA和PFPA濃度較高， 依次為4.2和2.4 ng/L， PFOA 1.2 ng/L， PFOS未檢出。平行樣測定有較好的重現性，各目標物濃度的RSD<20%。基體加標實驗中各目標物回收率為87%～129%， RSD<15%。說明本方法具有較好的重現性和準確性。

實驗表明，通過在液相系統阻尼器和進樣針之間串聯色譜柱為延遲柱，能夠實現對流路中PFOA的假陽性干擾實現去除。在安裝了延遲柱后，樣品目標物的保留時間略有延遲，分析的平衡時間也將延長，但方法全程序空白能夠較好的控制，從而降低方法檢出限和定量下限。

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