基于GC-MS/MS技術測定茶葉中18種多氯聯(lián)苯*

蘇曉明

（福建省產(chǎn)品質量檢驗研究院，福建 福州 350002）

茶在我國源遠流長，被譽為世界三大重要加工飲品之一，深受國內(nèi)外消費群體的青睞。隨著茶產(chǎn)品的普及以及產(chǎn)量的日益增加，茶葉中的多氯聯(lián)苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）等持久性有機污染物已成為當下不可忽視且亟需解決的重要問題[1,2]。

多氯聯(lián)苯又稱氯化聯(lián)苯，在化學組成上聯(lián)苯分子上的氫原子被氯原子取代而形成的氯代芳烴類混合[2]。2001年瑞典斯德哥爾摩通過了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》，PCBs成為首批被列入該公約的受控物質之一[3]。PCBs難溶于水、易溶于有機溶劑，具有高毒性、積聚性、遷移性等特性，易在生物體內(nèi)富集而產(chǎn)生生物放大效應，進入人體后會影響人體的發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)具有嚴重的威脅[4]。目前，對于多氯聯(lián)苯的研究主要針對水體、工業(yè)產(chǎn)品、土壤、沉積物等，而茶葉中PCBs殘留量的分析卻鮮有報道，因此開發(fā)高效、快速、準確的檢測方法成為眾多學者關注的重點。

目前PCBs的檢測方法主要有氣相色譜-電子捕獲檢測器法（GC-ECD）和氣相色譜-質譜法（GCMS）[1,5]，前處理技術通常采用加速溶劑萃取、索氏提取等凈化方法，由于PCBs化合物種類繁多、部分樣品基質復雜，操作繁瑣，易造成多氯聯(lián)苯定性定量不準確。氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質譜法（gas chromatography-tandem mass spectrometry，GCMS/MS）[6]是近年來迅速發(fā)展的檢測技術，它采用定時SRM數(shù)據(jù)采集功能，能同時完成組分分離和結構分析，具有準確可靠、分離效率高、分析速度快且能縮短檢測周期、降低成本等優(yōu)點。本研究以鐵觀音茶葉樣品作為研究對象，首次將氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質譜技術應用于茶葉中18種PCBs的分析檢測，為茶葉中PCBs的定量分析和快速監(jiān)測、以及標準方法的制定提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

試驗所用主要儀器設備詳見表1。

表1 實驗儀器設備一覽表

實驗所用試劑與材料為：無水硫酸鎂（分析純，太倉滬試試劑有限公司）；正己烷（分析純，經(jīng)重蒸制得）；二氯甲烷（分析純，經(jīng)重蒸制得）；N-丙基乙二胺（PSA，粒度4μm，GL Sciences InC）；MIPs/SPE（CNWBOND ，1 g/10 mL，德國CNW公司）；多壁碳納米管（MWCNTS，粒度5 nm，Agela Technologies）。

實驗用水均為Milli-Q超純水器純化水。18種PCBs標準溶液質量濃度均為100μg/mL（購于美國Accustandard公司），基本信息詳見表2。

1.2 實驗條件

標準溶液及標準曲線配制：

標準中間液：取0.20 mL多氯聯(lián)苯標準品混合物于10 mL容量瓶中，用正己烷定容至10 mL，充分搖勻，配制成18種PCBs標準中間液，-20 ℃冰箱中保存。

標準工作液：取2.50 mL標準中間液于10 mL容量瓶中，用正己烷定容至10 mL，充分搖勻，配制成0.50μg/mL的PCBs標準工作液；使用逐級稀釋的方法，配制成濃度為0.001、0.002、0.01、0.05、0.5μg/mL的標準使用液，于4～8 ℃冰箱中保存待用。

1.3 樣品前處理

1.3.1 樣品提取

取2.00 g粉碎均勻的茶葉粉末，加入1.0 g無水Na2SO4，使用20 mL正己烷-丙酮（9:1，v/v）進行超聲提取20 min，渦旋混勻，而后離心5 min，轉速為10000 r/min，取上清液于試管中，氮吹濃縮近干，正己烷定容至1 mL，待凈化。

1.3.2 提取液凈化

提取液的凈化采用CNWBOND分子印跡柱，依次用5 mL的二氯甲烷和正己烷對柱子進行活化，而后將待凈化液轉移至活化后的分子印跡柱中，待液面降至柱床時，用6 mL正己烷淋洗柱子，流出液用氮吹濃縮至約2 mL后加入QuEchERS凈化包（0.15 g MWCNTS、0.15 g PSA、0.15 g無水硫酸鎂），攪拌均勻，而后離心5 min，轉速為10000 r/min。再用6 mL二氯甲烷洗脫上述分子印跡柱，收集洗脫液與QuEchERS凈化后溶液合并混勻，氮吹濃縮近干，最后用正己烷定容至2.0 mL，過0.22 μm濾膜上機測試。

1.4 氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質譜條件

1.4.1 色譜條件

色譜柱：DB-5ms（30 m×250 μm×0.25 μm）；進樣方式：不分流進樣；色譜柱流量：1.0 mL/min；壓力（恒壓）：8.0013 psi；進樣口溫度：250 ℃；載氣：氦氣（純度＞99.999%）；進樣量：1.0 μL。

1.4.2 質譜條件

離子源：電子轟擊離子源（EI）；碰撞氣：氮氣（純度＞99.999%）；離子源溫度：280 ℃；數(shù)據(jù)采集模式：MRM；傳輸線溫度：290 ℃；電離能量：70 eV ；溶劑延遲時間：4 min；18種PCBs的MS/MS分析參數(shù)見表3。

表3 18種PCBs的保留時間、離子對信息和碰撞電壓

2 結果與討論

2.1 前處理條件的優(yōu)化

2.1.1 提取溶劑

為確定最佳的提取溶劑，以鐵觀音茶葉為基質，在0.05 mg/kg的加標水平下系統(tǒng)考查正己烷、甲苯、二氯甲烷、正己烷-丙酮（9∶1，v/v）和正己烷-丙酮（1∶1，v/v）5種提取劑對18種PCBs目標物提取效果的影響。

實驗結果（表4）表明，對于單一提取劑，正己烷相對其他兩種提取劑具有更高的提取率；對于混合提取劑，正己烷-丙酮（9∶1，v/v）、正己烷-丙酮（1∶1，v/v）二者的平均回收率相差不大，但均優(yōu)于直接采用正己烷時的提取效果。由于正己烷-丙酮（1∶1，v/v）萃取液中含有大量色素類雜質，因此，選擇正己烷-丙酮（9∶1，v/v）混合液作為本試驗的提取劑。

表4 提取溶劑對18種PCBs 回收率的影響

2.1.2 提取方式

本實驗以鐵觀音樣品為基質，采用超聲提取法進行前處理，考察不同超聲提取時間（5、10、20、30 min）對目標回收率的差異。結果表明，超聲提取時間由5 min增加至10、20、30 min時，18種多氯聯(lián)苯的回收率逐漸增大。超聲時間為10 min時，18種PCBs的回收率介于56%～75%之間；超聲時間為20 min時增加至90%～103%，超聲時間為30 min時，回收率介于88%～106%之間，該回收率與超聲20 min所得結果并無較大差異，故20 min為最優(yōu)超聲提取時間。

此外，在上述實驗的基礎也比較了不同超聲溫度（60、70、80、90、100 ℃）下，鐵觀音樣品的加標回收率。結果如圖1所示，超聲溫度為70 ℃和80 ℃時，部分高沸點PCBs的回收率相對較；超聲溫度為100 ℃和90 ℃時，大部分多氯聯(lián)苯的回收率相對較高，因此本試驗最終選取100 ℃的超聲處理溫度。

圖1 超聲溫度對18種PCBs 回收率的影響

2.1.3 QuEchERs凈化條件

為保證儀器檢測結果的準確性，需使用凈化劑去除樣品中的色素、兒茶素、茶多酚等干擾雜質。常用的凈化劑有C18、PSA[7]、MWCNTS[8]、Florisil[9]等，其中C18能吸附非極性物質，去除少量色素、甾醇和脂肪等物質；PSA能去除樣品中的有機酸、茶多酚和兒茶素類物質；MWCNTS對色素的吸附效果最佳，而采用其他凈化填料凈化后，溶液均有一定顏色。因此本試驗選擇PSA、C18、MWCNTS為凈化劑，按照1.3節(jié)條件處理鐵觀音樣品，考察了0.20 mg/kg水平加標濃度下的凈化效果，實驗結果發(fā)現(xiàn)，單獨采用C18凈化劑時，PCB28、PCB52兩個化合物的吸附比較嚴重，不予采用。

為保證18種多氯聯(lián)苯的回收率以及凈化效果，對吸附劑的用量進行探究。在上述實驗的基礎上，實驗將PSA、MWCNTS混合使用，以加標水平為0.20 mg/kg的鐵觀音為基質，考察吸附劑用量（0.10 g PSA+0.10 g MWCNTS、0.10 g PSA+0.15 g MWCNTS、0.15 g PSA+0.10 g MWCNTS、0.15 g PSA+0.15 g MWCNTS）對18種PCBs回收率的影響。結果如圖2所示，當以0.15 g PSA+0.15 g MWCNTS為凈化劑時，18種多氯聯(lián)苯的回收率在85.4%～105.3%之間，凈化效果最佳。

圖2 不同的凈化劑用量對18種PCBs 回收率的影響

2.2 儀器測試參數(shù)

2.2.1 初始柱溫、升溫速率優(yōu)化的選擇

由于多氯聯(lián)苯分子中的氫原子被氯原子取代的方式及數(shù)目不同，理化性質尤其是沸點跨度大，色譜峰形和響應狀況差異明顯。過低的初始柱溫，將使低沸點組分出峰過遲，峰形拖尾，從而影響之后的組分出峰；程序升溫速度太慢，沸點高的組分出峰容易延遲，峰形擴展嚴重。

實驗采用DB-5ms色譜柱，通過下列兩組條件（均為程序升溫），考察升溫程序對樣品色譜分離的影響。條件A：初始溫度60 ℃，保持1 min，而后以40 ℃/min升溫至170 ℃，保持1 min；最后以10 ℃/min升溫到310 ℃，保持5 min。條件B：初始溫度為40 ℃，保持5 min，以40 ℃/min升溫至180 ℃，保持1 min；最后以15 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。條件A和條件B兩者均得到良好的分離度，但色譜峰的峰型、峰高響應值存在較明顯的差異，而條件A得到的色譜峰型、峰高響應明顯優(yōu)于條件B，因此本實驗采用條件A作為試驗的色譜條件。

2.2.2 氣相色譜質譜條件的優(yōu)化

為獲得質量數(shù)較大、豐度較高的特征離子來作為目標離子的母離子，需將目標化合物進行全掃描。MRM模式相比于SIM模式具有靈敏度高、專屬性好、抗干擾能力強等特點，是目前最靈敏的MS模式，尤其適用于持久性有機污染物的檢測，且MRM模式能夠有效提高多種多氯聯(lián)苯的分辨率，而SIM模式中存在相同的掃描離子，這對于多種持久性有機污染物的定性/定量檢測帶來困擾，因此本研究采用MRM采集模式。

在2.2.1優(yōu)化的色譜條件下，采用GC-MS/MS全掃描方式，對目標化合物進行分析，18種PCBs均得到了良好的分離，其總離子流色譜圖如圖3所示。

圖3 18種PCBs混合標準溶液的總離子流圖

2.2.3 基質效應

對于痕量檢測來說，基質效應是定量分析中必須考慮的問題。樣品溶液中其他組分改變了目標物的響應值，從而達到基質抑制或增強的效應稱為基質效應[2]。評定基質抑制或增強的主要因素為基質匹配標準曲線斜率和純?nèi)軇藴是€斜率的比值。當比值小于0.9時，為基質抑制效應；當比值介于0.9～1.1之間時，基質效應可以忽略；當比值大于1.1時，為基質增強效應[10]。以空白鐵觀音樣品來探究茶葉中PCBs的基質效應（見表5），其中化合物PCB-189表現(xiàn)出一定程度的基質增強效應，其余組分的斜率比在0.93～1.09之間，基質效應可忽略。因此試驗采用基質匹配標準曲線進行定量，可補償基質效應對試驗結果的影響。

2.3 方法評價

2.3.1 線性范圍、檢出限和定量限

選取已知空白鐵觀音樣品采用1.3節(jié)的方法進行處理，制得基質提取液后，用逐級稀釋的方法制備與1.2節(jié)濃度一致的基質標準系列溶液，分別測定。以每種PCBs的定量離子對的峰面積（y）為縱坐標，質量濃度（x，μg/L）為橫坐標繪制標準曲線，結果見表5。檢測結果顯示樣品中的PCBs在各自線性范圍內(nèi)均呈良好的線性關系，相關系數(shù)R2≥0.999，檢出限為0.1～0.7μg/kg，定量限為0.4～2.3μg/kg，滿足分析需求。

表5 18種多氯聯(lián)苯的線性關系、檢出限、定量限和基質效應

2.3.2 回收率及精密度

以鐵觀音茶葉為基質，在探索最佳的試驗條件下進行加標回收試驗，添加水平為低、中、高（10、100、500 mg/kg）3個水平濃度，每個水平重復測定6次（實驗結果見表6）。18種PCBs在3個不同加標水平下的回收率為83.9%～104.3%，相對標準偏差RSD為0.3%～4.1%，表明該方法滿足分析要求，適用于茶葉中18種PCBs的定量分析。

表6 鐵觀音在不同加標水平下18種PCBs的回收率和精密度

2.4 實際樣品檢測

本研究選取網(wǎng)售及市售的38個茶葉樣品，按照前述優(yōu)化后的方法對18種PCBs進行的測定，所有樣品均未檢出（低于檢測限），表明鐵觀音茶葉樣品中多氯聯(lián)殘留的風險相對較低。

3 結論

本研究通過優(yōu)化氣相色譜、質譜等測試參數(shù)建立一種茶葉中18種PCBs的GC-MS/MS法。與傳統(tǒng)的氣相色譜法、氣相色譜質譜法相比，該方法具有靈敏度高、定量準確、操作簡便、分析成本低等特點，能滿足檢驗部門對茶葉中18種PCBs殘留量的快速測定需求，對增強我省茶葉綜合競爭力以及方法標準創(chuàng)新工作具有十分重要的意義。