氣相色譜-質譜法測定土壤中6種多溴聯苯醚及2種羥基代謝物

郇志博 王曉燕 呂岱竹

(1中國熱帶農業科學院分析測試中心海南海口571101;2海南省熱帶果蔬產品質量安全重點實驗室海南海口571101;3昌吉學院新疆昌吉831100)

多溴聯苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）是一種廣泛應用的溴系阻燃劑［1］。近年來的研究表明PBDEs在大氣、水、沉積物、污泥、土壤和生物體內被廣泛檢出［2］。PBDEs具有生殖毒性、免疫毒性、神經毒性和內分泌干擾作用，因而遭到世界各國的禁用［3］。另外有研究表明，PBDEs的代謝物，尤其是羥基化代謝物，毒性甚至比母體化合物更大［4］。土壤是儲存和匯聚PBDEs的主要場所，也是植物源農產品中PBDEs的主要來源之一［5］。因此，測定土壤中PBDEs及其代謝物的含量對保障農產品質量安全以及探究PBDEs的遷移代謝機制具有重要意義。

目前測定土壤中PBDEs的前處理方法主要有超聲法［6］、索氏提取法［7］、基質固相分散萃取法［8］和加速溶劑萃取法（ASE）［9-11］；儀器分析方法主要有氣相色譜法（GC）［6］、氣相色譜-質譜法（GCMS）［7-11］、超高壓液相色譜-串聯質譜法（UPLC-MS/MS）［12］。索氏提取法和基質固相分散萃取法前處理繁瑣耗時較長，加速溶劑萃取法需要快速溶劑萃取儀，超聲萃取相對簡單且容易普及。氣相色譜法只依靠保留時間定性，易產生假陽性［11］；液相色譜-串聯質譜法中的電噴霧源在分析低極性化合物時離子化效率較低，并不適用于PBDEs的分析［13］。氣相色譜-質譜法可同時分析PBDEs及羥基代謝物，通過硅烷化試劑作為衍生試劑可以提升儀器對羥基代謝物的靈敏度［14］。本研究將探索一種采用超聲萃取結合氣相色譜-質譜聯用儀測定提取 土 壤 中6種 主 要 的PBDEs（BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-153、BDE-183）以及2種羥基代謝物（6-OH-BDE-47和4′-OH-BDE-49）的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 土樣

土壤樣品：采集自海口（1#）、澄邁（2#）、文昌（3#）、五指山（4#）、昌江（5#）、樂東（6#）、瓊海（7#）、陵水（8#）、三亞（9#）等9市縣蔬菜種植基地的表層土壤（0～15 cm）。

1.1.2 儀器

安捷倫7890B-7000C型氣相色譜-質譜聯用儀，配7693自動進樣器（美國Agilent公司）；Milli-Q型超純水器（美國Millipore公司）。

1.1.3 試劑

BDE-209、BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-153、BDE-183、6-OH-BDE-47、4′-OH-BDE-49標準品（圖1）（＞99%，百靈威科技有限公司））；甲基叔丁基醚、二氯甲烷、丙酮、正己烷、（色譜純，美國Fisher公司）；無水乙醇、無水硫酸鈉、氫氧化鉀均為分析純；CNWBOND酸性硅膠/無水硫酸鈉固相萃取小柱（1 g/10mL，上海安譜公司）。

待測物的標準儲備溶液：將8種化合物的標準品用正己烷稀釋至10.00 mg/L，置于4°C冰箱保存，使用期限為6個月。

圖1 PBDEs及羥基代謝物的結構式

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

采集的土壤樣品需經人工去除石塊和植物根莖等雜物，室溫放置晾干，然后磨碎過60目篩，最終篩好的土壤樣品保存在棕色瓶中待用。

1.2.2 樣品的提取和凈化

首先稱取約5.0 g土壤樣品至50 mL離心管中，然后準確量取15 mL體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合液至離心管中，將樣品渦旋5 min，超聲提取20 min，然后以8 000 r/min的速度離心5 min，離心后將上層液體轉移到體積為100 mL的圓底燒瓶中，然后將殘渣再次加入15 mL的體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合液重復提取1次，將2次提取液合并后，使用旋轉蒸發儀將提取液蒸發近干，最后再次加入5 mL的正己烷重新溶解，待下一步凈化操作。

凈化過程使用酸性硅膠/無水硫酸鈉固相萃取小柱，首先使用5 mL的正己烷活化固相萃取小柱，然后將上一步待凈化液全部轉移到活化后的固相萃取小柱中，并使用10 mL體積比為1∶1的二氯甲烷與正己烷的混合液進行洗脫，收集洗脫液后，再次使用旋轉蒸發儀將洗脫液蒸發近干，然后再次加入5 mL的正己烷重新溶解，并且待下一步的上機分析。

測定OH-PBDEs時，提取液為體積比為4∶4∶2的正己烷、二氯甲烷與甲基叔丁基醚的混合液，凈化液旋蒸近干后，依次加入1 mL 0.5 moL/L的氫氧化鉀-乙醇溶液、1 mL 2 moL/L的鹽酸溶液和1 mL三甲基硅烷化重氮甲烷，置于60℃水浴鍋中衍生30 min，待冷卻后加入5.0 mL正己烷渦旋混勻，室溫靜置30 min，取上層正己烷相過0.22μm有機濾膜待GC-MS分析。

1.2.3 色譜、質譜測定

色譜方法：色譜柱為DB-5MS石英毛細管柱，載氣為高純氦氣，載氣流速為1.0 mL/min，采用不分流進樣，進樣體積為2.0μL；BDE-209、其他5種PBDEs和2種OH-PBDEs的進樣口溫度分別為280、270、270℃，溶劑延遲時間分別為5、8、8 min；BDE-209的柱升溫程序：初始溫度80℃保持1 min；以30℃/min速率升溫至280℃；再以15℃/min的速率升溫至300℃，保持8 min。其他5種PBDEs柱升溫程序：初始溫度60°C保持1 min；以20℃/min速率升溫至220℃；再以5℃/min的速率升溫至290℃，保持10 min。2種代謝物的柱升溫程序為起始溫度為60℃，該起始溫度保持1 min后以每分鐘20℃的速率升溫至220℃，再以每分鐘10°C的速率升溫到290℃，最終溫度保持1 min。

質譜方法：質譜采用電子轟擊離子源，電離電壓70 eV；離子源溫度230℃，傳輸線溫度280℃；采集方式為選擇離子監測（SIM）模式。其余質譜參數見表1。

表1 質譜參數

2.3 標準曲線和檢出限

2 結果與分析

2.1 GC-MS分離結果

分別將配制好的BDE-209單標溶液、其他5種PBDEs混合標準溶液和2種OH-PBDEs的混合標準溶液按照上面的GC-MS儀器條件上機，得到BDE-209、其他5種PBDEs和2種OH-PBDEs的總離子流色譜圖（圖2）。從圖2可以看到，BDE-209的保留時間約為13.0 min，BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE-153和BDE-183的保留時間約為14.3、17.2、20.5、24.5和27.9 min，兩種代謝物6-OH-BDE-47和4′-OH-BDE-49的保留時間分別為11.1和11.6 min，可以看到各個物質分離效果較好，色譜峰峰形較好，無拖尾和重疊。

2.2 基質效應

在進行質譜分析時，最常遇到的問題是基質對質譜信號的干擾，會造成檢測結果不準確。因此在建立質譜分析方法時，需要優先考察基質效應（Matrix Effect，ME），實際檢測過程中，通常需要使用空白基質的提取凈化液來配制基質標準，然后經上機分析繪制基質標準曲線，并且求得基質標準曲線的斜率（S基質），將該斜率與純溶劑配制的待測物質的標準曲線斜率（S溶劑）進行比較，具體的計算公式為ME＝（S基質/S溶劑-1）×100%計算［15］，如果ME＞0，表明該基質會造成基質增強效應，若ME＜0，表明該基質會造成抑制效應，并且當0≤|ME|≤20%時，說明該基質對待測物的信號干擾較低，可忽略不計；當20%＜|ME|＜50%時，表現為中等強度的基質干擾，而當|ME|≥50%，則為強基質干擾。本研究基質效應|ME|為2.2%～10.5%，說明該基質對待測物的信號干擾較低，可忽略不計。

本研究采用外標法分析土壤中待測物的含量，由于基質干擾效應較弱，因此使用溶劑配制的標準曲線來進行定量分析，配制溶劑標準系列濃度分別為0.001、0.005、0.010、0.020 mg/L，最終得到的待分析物質的標準曲線的線性回歸方程和相關系數見表2。由表2可知，在分析范圍內幾種待測物的線性關系良好，可用于下一步的定量分析。另外為考察儀器的靈敏度，使用3倍信噪比來計算方法的檢出限，計算得知8種物質的檢測限在1.046～2.830μg/kg。

圖2 八種物質的總離子流色譜圖

表2 六種PBDEs及2種OH-PBDEs的線性方程、相關系數、檢出限和基質效應

2.4 精密度和回收試驗

為了衡量該方法的準確性和精確性，設置了加標回收率試驗，通過在空白基質土壤中添加已知濃度的標準物質，并進行5次平行分析，計算回收率和相對標準偏差。本研究設置了3個添加水平，分別為0.001、0.010和0.020 mg/kg，最終的回收率和相對標準偏差（RSD）結果見表3。從結果可知，在添加的3個水平，計算得到的回收率為71.7%～109.7%，RSD為0.7%～16%，符合國家標準GB/T 32465—2015《化學分析方法驗證確認和內部質量控制要求》的要求。

表3 土壤樣品中8種化合物的添加回收率及精密度（n=5） 單位：%

2.5 實際樣品分析

采用上述建立的分析方法對海南省9個土壤樣品進行了檢測，結果顯示，該批土壤樣品中BDE-209、6-OH-BDE-47、4′-OH-BDE-49有檢出，檢出率分別為88.9%、11.1%和11.1%，濃度分別為ND～6.7μg/kg、ND～1.0μg/kg和ND～1.5μg/kg，其余5種PBDEs均未檢出，結果見表4。

表4 土壤樣品測定結果 單位：μg/kg

3 討論與結論

土壤是各類污染物的主要歸宿，柳笛等［16］測定了華北地區土壤中多溴聯苯醚的污染狀況，結果表明PBDEs的總濃度達到0.08～8 264.87 ng/g。婁素芳等［17］測定了廣東貴嶼地區土壤中多溴聯苯醚的污染狀況，結果表明PBDEs的總濃度達到76.5～13 354.0 ng/g。秦佩恒等［18］測定了深圳市表層土壤中多溴聯苯醚的污染狀況，結果表明PBDEs的總濃度達到1.1～85.8 ng/g。郝迪等［19］測定了貴嶼地區不同類型農業土壤中多溴聯苯醚的污染特征，結果表明貴嶼鎮及周邊農業土壤多溴聯苯醚總含量為30～9 400 ng/g。這些研究表明，我國各地土壤中存在不同水平的多溴聯苯醚污染，鑒于多溴聯苯醚的毒性問題和生物富集特征，開展土壤中尤其是耕地中多溴聯苯醚的含量監測，對保障我國人民的生命健康安全具有積極的意義。目前我國并未建立土壤中多溴聯苯醚的分析方法標準，建立一種通用且簡單有效的檢測標準對開展土壤中多溴聯苯醚的監測具有重要意義。本研究在前人研究基礎上，建立了利用超聲萃取結合氣相色譜-質譜測定土壤中常見6種多溴聯苯醚及2種代謝物的分析方法，與已建立的土壤中PBDEs分析方法相比，王丹丹等［6］建立的方法需要微波協同萃取裝置，傅海輝等［10］和付英明等［11］建立的方法需要快速溶劑萃取儀，都需要特殊的儀器設備輔助提取。金軍等［7］建立的方法采用索氏提取法，不僅需要耗費大量的有機溶劑不夠環保，而且耗時較長，不適合批量樣品檢測。魏孜等［8］建立的基質固相分散萃取方法需要將土壤樣品與硅膠分散劑混合研磨，然后再裝玻璃層析柱進行萃取，比較繁瑣復雜。本研究建立的方法簡單且不需要的特殊的儀器設備，方法的各類指標滿足國家標準要求，并且實際分析了海南省農業土壤樣品中多溴聯苯醚的含量，適合批量分析土壤中多溴聯苯醚的殘留，也為土壤中多溴聯苯醚分析方法標準的制定提供參考。