三重四級桿氣質聯用法測定水產品中12種碳九芳烴

鐘建永，張冰泉，謝亞興，林詩凱，劉少輝，戴明男，李志輝

(中紡檢測(福建)有限公司，福建 泉州，362000)

隨著石油工業的發展，人類活動造成的突發性石油泄露事故時常發生，如泉州市泉港區東港石化公司碼頭發生裂解碳九外泄事故[1]。一旦發生溢油事故，會造成生態環境如水體、土壤、大氣等的污染，污染物進入到生態循環中，對生物圈造成嚴重的破壞，同時人類食用被污染過的水產品等，會有中毒、致癌等風險[2-5]，因此對水體、水產品、土壤等進行檢測顯得尤為重要，如多環芳烴[6]、裂解碳九等的檢測可以有效預防和評估石油的污染。

裂解碳九是乙烯裝置的副產物，是由裂解石腦油經抽提分離出C5餾分、C6～C8餾分(經加氫生產BTX)后剩余的餾分[7]，約占乙烯總產量的10%～20%[8-9]。碳九芳烴是裂解碳九的重要組成部分，它是多組分的混合物[10]，其餾分組分復雜，組成多達數10種以上[11-14]，其中苯系物組成較多，主要成分有雙茂、茚、苯乙烯、二甲苯、甲苯、乙苯、萘、三甲苯、雙環戊二烯、異丙苯、正丙苯等[15-16]。為了更好地分辨碳九芳烴，需要選擇一種合適的檢測手段，這對于石油工業的發展具有重要意義。目前國內對碳九芳烴檢測的標準和相關研究非常少，而國外對碳九芳烴檢測的研究迄今未見報道， SH/T 1793—2015《工業用裂解碳九組成的測定 氣相色譜法》[17]對裂解碳九的組成分析做了規范，肖潔等[18]采用HS-GC/MS法對裂解碳九進行分析檢測；孫桂芳等[15]采用GC-MS與氣相色譜-傅立葉變換紅外光譜聯用技術法聯合測定C9烴餾分組成。本文通過三重四級桿氣質聯用法(GC-MS/MS)來測定水產品中碳九芳烴的含量，該法不僅具有操作簡便、有機物分離效果良好、靈敏度高、重現性和準確度較好、有機溶劑消耗少等優點，而且能夠分辨出氣相色譜法和氣相質譜法所不能分辨的同分異構體[19-22]，使更多種類的碳九芳烴的定性定量成為可能。該法的建立為地標乃至國標的實施提供了理論參考依據，填補了食品檢測、環境檢測、石油工業等行業中碳九芳烴檢測市場的空白。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GCMS-TQ8040 NX 三重四級桿氣質聯用儀，日本島津公司；GM200 型刀式研磨機，德國萊馳公司；HFJ-25 型勻漿機，天津市恒奧發展有限公司；RGL-200T 型高速冷凍離心機，上海盧湘儀離心機儀器有限公司；MTV-100 型渦旋混合器，東莞市譜標實驗器材科技有限公司；JJ224BF 型電子天平，常州市雙杰測試儀器廠；FYL-Y5-100L 型恒溫冰箱，思錦科技有限公司；PS-100A 型超聲清洗機，東莞市譜標實驗器材科技有限公司。

雙環戊二烯(97.9%)、α-甲基苯乙烯(99.0%)、苯乙烯(99.9%)、萘(99.8%)、茚(99.1%)、1,3,5-三甲苯(99.8%)、異丙苯(99.9%)、正丙苯(99.7%)、鄰二甲苯(99.4%)、間二甲苯(99.2%)、乙苯(99.5%)、對二甲苯(99.0%)，北京壇墨質檢科技有限公司；重蒸正己烷、重蒸丙酮、乙酸乙酯(均為色譜純)；乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine，PSA)(填料級)；中性氧化鋁、無水硫酸鎂(均為分析純)。

1.2 標準溶液的配制

用正己烷配制12種碳九芳烴的混合標準儲備液，質量濃度為100 μg/mL，并置于4 ℃冰箱避光保存。

用乙酸乙酯將碳九混合標準儲備液稀釋成質量濃度為10 μg/mL的標準中間溶液，置于4 ℃冰箱避光保存。

碳九標準工作溶液：吸取一定量的標準中間溶液，用乙酸乙酯稀釋成適當濃度的標準工作溶液(質量濃度為0.01～1.0 μg/mL)。

1.3 樣品前處理

將水產品(市場購置)可食部分用研磨機充分搗碎制成試樣，稱取5.0 g試樣(精確至 0.01 g)于50 mL具塞離心管中，加入10 mL乙酸乙酯，均質2 min，-20 ℃下冷凍6 h，于4 000 r/min冷凍離心5 min，取上清液移入50 mL具塞離心管中，加入0.1 g 乙二胺-N-丙基硅烷(primary secondary amine，PSA)、1 g中性氧化鋁、1 g無水硫酸鎂，渦旋3 min，于4 000 r/min離心5 min，取上清液過0.22 μm微孔濾膜，供GC-MS/MS測定。

1.4 三重四級桿氣質聯用儀條件

1.4.1 氣相色譜條件

色譜柱：SH-Rtx-Wax柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持3.5 min；然后以5 ℃/min的速率升溫至60 ℃，保持3 min；再以20 ℃/min的速率升溫至180 ℃，保持2.5 min；最后以20 ℃/min的速率升溫至250 ℃，保持1 min。進樣口溫度220 ℃，色譜柱溫度40 ℃，進樣量1.0 μL，進樣時間1.00 min，進樣方式：不分流進樣。

1.4.2 質譜條件

離子化方式：電子轟擊離子源(electron impact ion source，EI)；離子源溫度230 ℃；接口溫度220 ℃；檢測器電壓：相對于調諧電壓0.2 kV；掃描模式：質譜多反應監測(multiple reaction monitoring，MRM)；溶劑延遲時間3 min。12種碳九芳烴優化后的保留時間和MRM質譜參數見表1。

表1 12種碳九芳烴的保留時間和MRM質譜參數Table 1 Retention time and MRM mass parameters of 12 kinds of C9 aromatics

2 結果與討論

2.1 MRM方法的建立

首先確定氣相色譜和質譜的各個參數，然后創建Q3 SCAN全掃描方法，用Q3 SCAN全掃描方式測定12種碳九芳烴的混合標準溶液，得到其總離子流圖(total ion chromatography，TIC)。根據TIC，選擇m/z比和相對豐度較高的一級碎片為不同碳九芳烴的前體離子，并得到其保留時間。進一步根據已確定的前體離子，在3～45 V范圍內間隔5 V設定不同的碰撞電壓，進行產物離子掃描模式測定，通過MRM-Optimization-Tool表自動優化碰撞電壓和離子對，最后利用Smart Database數據庫建立12種碳九芳烴的MRM方法。12種碳九芳烴的TIC見圖1，其質譜參數見表1。

圖1 十二種碳九芳烴的總離子流圖Fig.1 TIC of 12 kinds of C9 aromatics

2.2 提取溶劑的選擇

對乙酸乙酯、正己烷、丙酮和正己烷∶丙酮(體積比7∶3)混合溶液共4種有機溶劑提取水產品中目標物的能力進行試驗，如圖2所示，在加標質量分數為0.2 mg/kg下，采用乙酸乙酯為提取溶劑的加標回收率在85%～110%，正己烷和正己烷∶丙酮(體積比7∶3)混合溶液回收率基本>120%，丙酮回收率基本<70%。這4種提取溶劑均能溶解碳九芳烴，但正己烷易揮發，使目標物的濃度增大，回收率變高，丙酮極性大，能更多地提取試樣中的蛋白質等雜質，而對碳九芳烴的溶解度較差，導致其提取效果不如乙酸乙酯和正己烷，回收率較低，正己烷∶丙酮(體積比7∶3)混合溶液中正己烷的影響占主導，其回收率偏高，而乙酸乙酯相對不易揮發，且提取雜質少，其回收率滿足碳九芳烴提取溶劑的要求。綜上分析，選用乙酸乙酯作為最終的提取溶劑。

a-基質：魷魚；b-基質：姑魚；c-基質：對蝦圖2 不同提取溶劑對12種碳九芳烴回收率的影響Fig.2 Effects of different extraction solvents on the recovery of 12 kinds of C9 aromatics

2.3 提取方式和提取時間的選擇

分別采用超聲和均質這2種提取方式，經過不同的提取時間，分析其對12種碳九芳烴回收率的影響，如圖3所示。在加標質量分數為0.2 mg/kg下，超聲5、15和30 min的回收率分別為68%～76%、73%～80%和81%～87%，均質2 min的回收率為82%～89%，回收率均較高，可見在一定范圍內，隨著超聲時間的增加，其回收率逐漸增加，均質2 min和超聲30 min的回收率基本相同，但所用時間明顯更少。均質提取可以將試樣充分打碎，起到降低試樣尺度和提高目標物分布均勻性的作用，從而將目標物從試樣中提取出來，該提取方法操作簡單，效率高，可以充分地提取目標物。因此，選擇均質提取作為本試驗的提取方式，提取時間為2 min。

圖3 不同提取方式和提取時間對12種碳九芳烴 回收率的影響Fig.3 Effects of different extraction methods and extraction time on the recovery of 12 kinds of C9 aromatics

2.4 凈化吸附劑用量的選擇

為了研究不同凈化吸附劑用量對碳九芳烴回收率的影響，設定加入0.1 g PSA、1 g無水硫酸鎂、1 g中性氧化鋁，在維持另外2種吸附劑用量不變的條件下，分別調整PSA、無水硫酸鎂和中性氧化鋁的用量，得各吸附劑用量與12種碳九芳烴回收率的關系柱狀圖，如圖4所示。在一定范圍內，12種碳九芳烴回收率與中性氧化鋁、無水硫酸鎂、PSA的用量分別呈負相關、正相關、正相關，但回收率均在85%～120%，且各回收率之間相差不大。綜合考慮目標物質的回收率、凈化效果和耗材成本，折中選擇加入的凈化吸附劑用量為：0.1 g PSA、1 g無水硫酸鎂、1 g中性氧化鋁。

a-中性氧化鋁；b-無水硫酸鎂；c-PSA圖4 不同凈化吸附劑用量對12種碳九芳烴回收率的影響Fig.4 Effects of different dosage of purification adsorbent on the recovery of 12 kinds of C9 aromatics

2.5 線性方程、檢出限和精密度

取大黃魚空白試樣5.0 g，配制成質量濃度分別為0.01、0.05、0.1、0.5和1 μg/mL的基質標準工作溶液，按照“1.3”和“1.4”所示方法進行測定，以質量濃度為橫坐標(x)、峰面積為縱坐標(y)繪制標準工作曲線。12種碳九芳烴在質量濃度為0.01～1.0 μg/mL均呈良好的線性關系，相關系數均>0.999，再以3倍和10倍信噪比(S/N)為基準分別得到儀器檢出限為0.124～2.502 μg/L、定量限為0.413～8.340 μg/L，再計算出方法檢出限為0.248～5.004 μg/kg，如表2所示。

為驗證該方法的精密度，選取3種空白水產品：大黃魚、對蝦、魷魚，分別加入相對于曲線最低濃度1、5、10和50倍濃度(即0.02，0.1，0.2和1 mg/kg)的4種質量分數的碳九芳烴混合標準溶液進行添加回收試驗，按照“1.3”和“1.4”進行測定，每一濃度水平測定6次(n=6)，計算得到這3種水產品中12種碳九芳烴的平均回收率和相對標準偏差(relative standard deviation，RSD)，如表3所示，平均回收率在75%～112%，RSD<6.7%。

表2 12種碳九芳烴的線性方程、相關系數(R2)、儀器檢出限、定量限和方法檢出限Table 2 Linear equations, correlation coefficients(R2), limits of instrument detection, limits of quantitation and limits of method detection of 12 kinds of C9 aromatics

表3 水產品中12種碳九芳烴的平均回收率和RSDTable 3 Average recoveries and RSD of 12 kinds of C9 aromatics in aquatic products

2.6 方法的應用

采用“1.3”和“1.4”的方法檢測了海鱸魚、白鯧魚、鮑魚、對蝦、羅非魚、龍舌魚、鰻魚等市場上常見的10種水產品試樣的碳九芳烴，結果顯示只有龍舌魚檢測出碳九芳烴，具體結果見表4，檢測數值為間二甲苯70.510 μg/kg、對二甲苯29.410 μg/kg、苯乙烯631.980 μg/kg、鄰二甲苯32.650 μg/kg和萘47.990 μg/kg，造成苯乙烯含量較高的原因可能是龍舌魚食用了含有較多苯乙烯污染物的食物，并不斷在生物體中累積。由此可見，市場上的大部分水產品未被碳九污染，但仍有一部分受到一定程度的污染，其污染源可能來自于煉油廠泄露和油輪漏油，說明保護環境依然任重道遠。

表4 龍舌魚中12種碳九芳烴的檢測結果Table 4 Detection results of 12 kinds of C9 aromatics in sole fish

3 結論

本文建立了水產品中12種碳九芳烴的三重四級桿氣質聯用(GC-MS/MS)分析測定方法，該方法的線性、檢出限、回收率、RSD等技術指標均滿足檢測方法的要求，能夠準確地對水產品中的碳九芳烴進行定性定量檢測，方法的建立為地標乃至國標的實施提供理論參考依據，填補了食品檢測、環境檢測、石油工業等行業中碳九芳烴檢測市場的空白。