氣相色譜-負化學源質譜法對土壤中BDE-209含量的測定

趙亞嫻，魯炳聞，趙彥輝，黃林艷，楊 剛，劉海萍，房麗萍

(國家環境保護污染物計量和標準樣品研究重點實驗室 環境保護部標準樣品研究所，北京 100029)

0 引 言

十溴二苯醚（decabromodiphenyl ethers）作為添加型的溴代阻燃劑，因其熱穩定性好、阻燃效率高、價格便宜等優點被廣泛應用于電子電器、紡織、建材等產品中，但由于該類物質具有高親脂性、難降解性和生物累積性，2017年《斯德哥爾摩公約》將其增列入公約附件A受控名單[1]。BDE-209是商品十溴二苯醚中最主要的成份，在我國多種環境介質中廣泛分布[2-6]。土壤由于具有良好的吸附性能及存儲空間，成為蓄積BDE-209的主要場所之一[7]，土壤中BDE-209的污染越來越引起人們的關注。因此，有必要對土壤中BDE-209的分析方法開展研究。

由于BDE-209的分子質量大、沸點高，具有光解性和熱不穩定性，且在環境中多以痕量級濃度存在，給實際檢測工作帶來困難。目前，國內尚未頒布關于土壤中BDE-209測定的標準方法，國內外研究一般多采用高分辨氣相色譜-質譜法、氣相色譜-質譜法、液相色譜-質譜法、高效液相色譜法進行測定[2, 7-9]，其中應用較多的是采用氣相色譜-負化學源（negative chemical ionization，NCI）質譜法。該方法存在分析過程重復性差的特點，各種條件的不佳設置往往對結果準確度造成較大影響[10]。文獻報道，在全球范圍內20個實驗室參加的BDE-209分析比對試驗中，分析結果的偏差高達48%[11]。

本研究在相關文獻報道基礎上，根據本實驗室實際情況，采用加速溶劑萃取，多層復合硅膠柱凈化，應用同位素稀釋技術，建立了氣相色譜-負化學源質譜法分析土壤中BDE-209的檢測方法，并且參照JJF1059.1-2012《測量不確定度的評定與表示》[12]和CNAS-CL07《測量不確定度的要求》[13]，對該方法分析過程中各環節引入的不確定度分別進行評定，找到影響檢測結果準確度的主要因素，從而提高BDE-209測定的準確性和可靠性，為實驗室質量控制提供科學、準確的依據，有利于改進分析實驗室操作過程。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A/5975C 氣相色譜-質譜儀配電子化學源（CI源）（美國安捷倫公司）；ASE-200快速溶劑萃取儀（美國戴安公司）；Laborota 4000 efficient旋轉蒸發儀（德國Heidolph公司）；N-EVAP 111氮吹濃縮儀（美國 Organomation Associates. Inc.公司）。

BDE-209 標準溶液（50 μg/mL）（美國 Accustandard公司）；同位素內標溶液13C-labeled BDE-209（50 μg/mL）（美國 Cambridge Isotope Laboratories公司）。

實驗用正己烷、二氯己烷等試劑均為農殘級（美國J.T. Baker公司）；線狀銅（山西洽諾斯科技有限公司）；無水硫酸鈉，分析純（天津市津科精細化工研究所）。

1.2 儀器工作條件

Rtx-1614 色譜柱（15 m × 250 μm , 0.10 μm），進樣口溫度 270 ℃，傳輸線溫度300 ℃。NCI源，離子源150 ℃，四級桿溫度150 ℃；升溫程序：柱始溫100 ℃ 保持 1 min，以 15 ℃/min 升溫至 280 ℃ 保持 1 min，再以 25 ℃/min 升溫至 325 ℃ 保持 10 min。氦氣流量 1.0 mL/min，不分流進樣，進樣體積 1.0 μL。BDE-209選擇離子為m/z487，489；內標物13C12-BDE-209 的選擇離子為m/z495，497。

1.3 樣品前處理

準確稱取2.00 g土壤樣品，與2.00 g硅藻土混合，置于萃取池中，隨后加入質量濃度為5 000 ng/mL的13C12-BDE-209內標溶液 40 μL，平衡 30 min。萃取條件：用正己烷/二氯甲烷（V/V=1:1）混合溶液萃取，萃取池爐溫為150 ℃，壓力為1 500 psi(1 psi=6 894.76 Pa)，加熱 7 min，靜態平衡 8 min，循環3次。將活化好的線狀銅加入提取液中，旋轉1 min，放置15 min，觀察銅絲表面如果變黑，則再加入少量銅絲，再旋轉大約 1 min，放置 15 min，然后加入適量無水Na2SO4，振蕩后靜置15 min，將提取液轉移至另一干凈平底燒瓶或雞心瓶中，然后將提取液在旋轉蒸發儀上進行濃縮至2 mL。濃縮后經復合硅膠柱凈化分離，用100 mL正己烷洗脫，收集洗脫液濃縮至2 mL轉移至濃縮管中，經氮吹濃縮至0.1 mL，轉移至進樣瓶中，定容至1.0 mL，待質譜分析。在整個樣品前處理過程中，全程注意避光，用鋁箔包裹凈化柱及玻璃器皿。

1.4 數學模型

土壤中BDE-209含量的測定公式如下：

式中：C土壤——土壤中 BDE-209 的濃度；μg/kg；

C樣——上機樣品的濃度，μg/mL；

V——樣品定容體積，mL；

P——前處理回收率；

W——土壤樣品稱樣量，g。

2 結果與討論

2.1 前處理條件的優化

土壤中多溴二苯醚的凈化一般采用多層硅膠柱凈化方法，本研究參考美國EPA 1614方法直接確定采用非極性的正己烷作為淋洗液。按照流出曲線的制作方法[14]：多層復合硅膠柱填充完畢后，預先用70 mL正己烷進行淋洗，并棄去淋洗液。在柱頭上添加 100 μL 濃度為 5 000 ng/mL 的 BDE-209 標準溶液，隨后用100 mL正己烷進行洗脫，將每10 mL洗脫液單獨收集于刻度試管中，濃縮至1.0 mL，上機測定。根據1.2列出的色譜質譜條件，分別對10個流出曲線的樣品進行測定，得到BDE-209在多層復合硅膠柱上的流出曲線如圖1所示。

圖1 BDE-209在多層硅膠柱上的流出曲線圖

結果顯示，BDE-209主要在上樣后洗脫體積為30 mL時被淋洗出來，為了確保實驗過程的凈化、回收以及干擾物去除等效果，選擇洗脫體積為100 mL。

2.2 氣相色譜-質譜條件優化

由于BDE-209相對分子量大，溴原子取代數目多達10個，性質不穩定。為使其充分氣化并減少其在柱頭的降解，對進樣方式進行優化，結果顯示，采用不分流進樣，進樣溫度270 ℃可以達到滿意的效果。載氣流量的增加可以提高BDE-209的響應，但過高的柱流量會導致響應不穩定，綜合考慮方法的靈敏度和穩定性，最終選擇1 mL/min為分析時的柱流量。

BDE-209容易在色譜柱上熱降解，EPA1614方法建議采用15 m或者更短的色譜柱進行測定，本研究根據文獻報道選用了15 m的Rtx-1614色譜柱進行測定。為使BDE-209在較短時間內完全出峰且減少其在色譜柱內的降解，對升溫程序進行優化，采用初始溫度 100 ℃，保持 1 min，以 15 ℃/min升溫至 280 ℃，保持 1 min，再以 25 ℃/min 升溫至325 ℃ 保持 10 min 的升溫程序，BDE-209 在 17.5 min內完全出峰，且峰形尖銳，無降解，無拖尾的現象，可以滿足分析的需求。

NCI被稱為“軟電離源”，對含電負性基團的物質（如含有鹵素的物質）具有高靈敏度和選擇性。使用NCI源進行BDE-209測定時可大大降低檢出限，并且BDE-209相對分子量大，能夠與其他干擾物有效分離，可避免假陽性結果的出現。本研究選用NCI源對BDE-209進行測定。BDE-209和同位素內標13C12-BDE-209的提取離子質譜圖如圖2所示。

圖2 BDE-209和13C12-BDE-209提取離子（m/z: 487和495）質譜圖

2.3 標準曲線

利用已建立的GC-NCI-MS方法，將質量濃度為 10, 50, 100, 200, 500, 1 000 ng/mL 的 BDE-209 標準溶液（內標物13C12-BDE-209的濃度為200 ng/mL）經儀器測定2次。采用同位素內標法進行定量，得到相應的峰面積與內標峰面積的比值，用最小二乘法進行擬合，得到工作曲線為y= 2.021x+ 0.174 4，r2= 0.999 3，線性良好。

2.4 方法檢出限和定量限

在空白硅藻土中，加入接近檢出限濃度的BDE-209標準溶液，采用與樣品相同的前處理和儀器分析方法，得到空白加標液，重復進樣7次，以3倍標準偏差計算方法的檢出限LOD，結果為0.87 ng/g，以10倍標準偏差計算方法的定量限LOQ，結果為2.91 ng/g。與文獻相比，本研究結果低于采用EI源測定土壤中 BDE-209 的方法檢出限 LOD（3.25 ng/g）[10]，可以滿足環境中痕量BDE-209的檢測需求。

2.5 回收率和精密度

以空白土壤樣品為基質，分別添加相當于樣品中含10、100 ng/g濃度水平的BDE-209標準溶液，按照建立的分析方法平行測定6個樣品，計算出平均加標回收率及其RSD見表1。結果顯示，高、低濃度基質加標回收率范圍分別為91.6%～101%和92.8%～103%，均符合 US EPA1614規定的參考值（50%～200%）[15]，RSD 值均＜5%，說明本方法具有良好的精密度和準確度。

表1 BDE-209加標回收率及精密度（n=6）

2.6 方法不確定度評定

通過1.4所列公式（1）可以識別土壤中BDE-209測定的不確定度來源主要包括：土壤樣品稱樣量引入的不確定分量ur（m）、樣品定容引入的不確定度分量ur（V）、前處理過程引入的不確定分量ur（Rec）以及分析和數據處理引入的不確定度分量，其中分析和數據處理的不確定度分量主要源于標準溶液本身和稀釋過程ur（std）、曲線擬合過程ur（cur）以及儀器測量的重復性ur（Rep）。

根據JJF1059.1-2012《測量不確定度的評定與表示》[12]和CNAS-CL07《測量不確定度的要求》[13]，以及文獻[2]報道的方法，對方法中各環節引入的不確定度分量進行評定，結果見表2。對各不確定度分量的貢獻率進行分析，發現分析數據引入的不確定度分量和前處理過程引入的不確定分量貢獻較大，研究結果與文獻報道一致[2, 16-19]。其中，標準溶液本身和稀釋過程引入的不確定度分量貢獻率占總不確定度分量最高，為65.6%。

表2 各不確定度分量的相對標準不確定度

將表2所列各不確定度分量按照公式（2）進行計算，獲得合成相對標準不確定度為0.078。在沒有特殊要求情況下，置信水平為95%，擴展因子k=2，則相對擴展不確定度Ur（c）=ur（c）×k=0.16。

3 結束語

本研究采用加速溶劑萃取結合多層酸堿硅膠層析柱凈化，利用GC-NCI-MS測定土壤樣品中的BDE-209，具有良好的線性范圍及較低的檢出限，通過同位素標記化合物作為內標，提高了定量分析的準確度，能夠滿足我國土壤介質中痕量BDE-209的分析要求，具有很好的適用性。不確定度評定結果表明，標準溶液本身和稀釋過程引入的不確定度最大，其次為前處理過程引入的不確定度。在實際檢測過程中，通過使用不確定度量值較小的有證標準樣品、盡量減少標準曲線稀釋步驟等方法可有效降低標準系列溶液配制引入的不確定度分量；通過優化樣品前處理技術路線、提高分析者的操作技巧等方法可降低前處理操作引入的不確定度分量。本研究可用于指導氣相色譜-質譜法測定土壤中其他多溴二苯醚或類似環境污染物的檢測及不確定度評定。