雜質(zhì)延遲法去除液相系統(tǒng)中全氟辛酸的干擾

張秀藍(lán)+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(lián)質(zhì)譜法（HPLC MS/MS）對(duì)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(zhì)，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(cè)。儀器分析過程中，由于液相系統(tǒng)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(zhì)延遲法實(shí)現(xiàn)了液相系統(tǒng)中PFOA和樣品中PFOA的分離。在系統(tǒng)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(biāo)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(xiàn)性，6次平行樣品測(cè)定中各檢出化合物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于16%， 6次基體加標(biāo)實(shí)驗(yàn)中各目標(biāo)物的回收率為87%～129%， RSD<15%。雜質(zhì)延遲法有效的去除了系統(tǒng)干擾，降低了方法檢出限，提高了方法精密度。

關(guān)鍵詞 水； 全氟辛酸； 全氟化合物； 雜質(zhì)延遲法； 干擾去除

1 引 言

全氟化合物（PFCs）開始生產(chǎn)和使用于上世紀(jì)四、五十年代，由于其疏油、疏水的特性被廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、食品包裝、地毯、皮革、洗發(fā)香波和滅火泡沫等工業(yè)和民用行業(yè)[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(jī)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(huì)發(fā)布限制銷售和使用PFOS的法令[8]。美國(guó)明尼蘇達(dá)州規(guī)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(guó)，我國(guó)對(duì)PFOS和PFOA的關(guān)注也逐漸增加。

然而， 在水環(huán)境PFCs的監(jiān)測(cè)中，空白控制一直是最棘手的問題之一。存在兩個(gè)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(zhì)（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(tǒng)流路中無法避免含氟聚合物的使用（如脫氣機(jī)等），這部分干擾無法直接去除。為保證測(cè)定結(jié)果的可靠性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)ISO 25101（2009）[11]和美國(guó)環(huán)保署出臺(tái)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(cè)定值的1/10， 這就要求對(duì)儀器背景進(jìn)行控制。為降低儀器分析帶來的背景干擾，得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果，本研究利用雜質(zhì)延遲法去除了HPLC系統(tǒng)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(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器和與試劑

QQQ 6410高效液相色譜 串聯(lián)質(zhì)譜儀（HPLC/MS/MS， 美國(guó)Agilent公司）。

標(biāo)準(zhǔn)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(guó)Sigma Alorich公司； 全氟辛烷磺酸PFOS（99%，德國(guó)Dr. Ehrenstorfer GmbH公司；碳標(biāo)記同位素： 進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)13C2 PFOA標(biāo)準(zhǔn)溶液（M2PFOA， 50 mg/L， 甲醇）， 回收率指示物13C8 PFOA標(biāo)準(zhǔn)溶液（M8PFOA， 50 mg/L，甲醇）和13C4 PFOS標(biāo)準(zhǔn)溶液（MPFOS， 50 mg/L，甲醇）均購自美國(guó)Wellington Laboratories公司。有機(jī)溶劑乙腈 （CH3CN）、甲醇（CH3OH）、乙酸（CH3COOH），均為HPLC級(jí)（美國(guó)J.T.Baker公司）；乙酸銨（CH3COONH4，HPLC級(jí)， 韓國(guó)DUKSAN公司）；氨水（50%， HPLC級(jí)， 美國(guó)Alfa Aesar公司）。

2.2 樣品前處理

量取水樣500 mL，經(jīng)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(jīng)過預(yù)處理后的WAX柱（WAX小柱的預(yù)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(zhì)， 使用8 mL 0.5% 氨水 甲醇淋洗得到目標(biāo)物。氮吹濃縮淋洗液小于0.5 mL，加入內(nèi)標(biāo)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(cè)。

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(lián)在阻尼器和進(jìn)樣針之間； 分析柱溫度：30 ℃； 流動(dòng)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(jìn)樣體積： 5.0 μL。

2.4 質(zhì)譜條件

離子源：電噴霧離子源（ESI

；檢測(cè)方式：多級(jí)反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）；干燥氣流速：480 L/h；干燥氣溫度：350 ℃；毛細(xì)管電壓：4000 eV；定量離子對(duì)、碰撞氣能量和碰撞能見表1，標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖見圖1。

3 結(jié)果與討論

3.1 延遲柱的選擇

由于LC系統(tǒng)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(shí)驗(yàn)表明，在LC系統(tǒng)更換了一臺(tái)新的脫氣機(jī)后，儀器測(cè)定發(fā)現(xiàn)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(jié)果顯示污染不隨溶劑濃縮發(fā)生變化，推斷干擾來自于LC系統(tǒng)。流動(dòng)相將LC系統(tǒng)中的PFOA溶出并帶到檢測(cè)器， 且系統(tǒng)背景對(duì)樣品分析有固定的干擾：在梯度洗脫過程中，當(dāng)液相為初始狀態(tài)水相比例較大時(shí)，色譜柱對(duì)LC系統(tǒng)中的PFOA的吸附過程為主要過程； 隨著有機(jī)相增加，吸附過程減弱，解析過程不斷加強(qiáng)； 當(dāng)有機(jī)相達(dá)到一定比例后，解析過程為主要過程，最終實(shí)現(xiàn)LC系統(tǒng)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(tǒng)二元泵和進(jìn)樣針之間串聯(lián)延遲柱就是利用了色譜柱對(duì)系統(tǒng)中干擾物能夠捕集并釋放的原理。該方法被應(yīng)用于鄰苯二甲酸酯的分析過程[13]。本研究在LC系統(tǒng)二元泵和進(jìn)樣針之間串聯(lián)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(jìn)樣前， LC系統(tǒng)進(jìn)樣針之前被流動(dòng)相溶出的PFOA在延遲柱頂端被吸附； 進(jìn)樣后， 延遲柱首先捕集再釋放系統(tǒng)中的PFOA， 再進(jìn)入分析柱，最后進(jìn)入檢測(cè)器。與此同時(shí)， 樣品中PFOA直接通過分析柱進(jìn)入檢測(cè)器。由于延遲柱與分析柱完全一致，在忽略LC系統(tǒng)的延遲體積的情況下，可以認(rèn)為當(dāng)雜質(zhì)峰抵達(dá)分析柱時(shí)，樣品中的PFOA已進(jìn)入檢測(cè)器。因此， 雜質(zhì)的出峰時(shí)間將比樣品出峰時(shí)間長(zhǎng)出分析柱的死時(shí)間（約為1.2 min， 詳見圖2D）。

在實(shí)際樣品分析的過程中， LC系統(tǒng)的延遲體積越大， 系統(tǒng)平衡需要的時(shí)間越長(zhǎng)，即樣品分析的時(shí)間越長(zhǎng)。因此， 在能夠達(dá)到目標(biāo)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(guī)格、粒徑和徑寬的色譜柱可根據(jù)液相理論知識(shí)推算延遲柱的長(zhǎng)度。對(duì)比圖1串聯(lián)延遲柱前后空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液中PFOA的變化可知， 若要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)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(biāo)物出峰時(shí)間，W為目標(biāo)物峰寬， t1為目標(biāo)物在分析柱的出峰時(shí)間， t2為串聯(lián)延遲柱后樣品中目標(biāo)物的出峰時(shí)間， t0為延遲柱死時(shí)間， t雜為增加延遲柱后雜質(zhì)峰出峰時(shí)間， W雜 為串聯(lián)雜質(zhì)峰后雜質(zhì)的半峰寬。根據(jù)公式（1）可知，當(dāng)延遲柱的填料規(guī)格、粒徑和以及色譜柱直徑一致時(shí)，延遲柱和分析柱的長(zhǎng)度比值為柱效比值， 同時(shí)也是某一目標(biāo)物保留時(shí)間或峰寬比值的平方。設(shè)分析柱長(zhǎng)為1，延遲柱長(zhǎng)為X， 則公式（3）變形為：

實(shí)驗(yàn)可測(cè)得t1， t0和W， 進(jìn)而計(jì)算得到滿足公式（4）的最小X值。根據(jù)上述公式計(jì)算推斷， 在色譜柱填料規(guī)格、粒徑和徑寬相同的條件下， 延遲柱長(zhǎng)度需大于分析柱的0.6，才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物與系統(tǒng)干擾分離。

3.2 全程序空白和方法檢出限

在串聯(lián)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(cè)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(jù)全程序空白低濃度加標(biāo)平行樣（6次平行）3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）計(jì)算方法的檢出限。實(shí)驗(yàn)步驟如2.2節(jié)所述， 準(zhǔn)確量取高純水500 mL， 加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各0/5 ng（即1/0 ng/L）和回收率指示物（MPFOS和M8PFOA），經(jīng)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(nèi)標(biāo)指示物。檢出限和最低定量濃度計(jì)算依據(jù)為： 檢出限=2.57s （n=6， a=0.05時(shí)， t=2.57）； 最低定量濃度=4s。 6次低濃度空白加標(biāo)的回收率為74%～118%， 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為3.7%～23%。根據(jù)6次低濃度空白加標(biāo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)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(biāo)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(shí)際樣品測(cè)定和方法精密度

采集了北京某公園景觀水，進(jìn)行了6次平行樣和6次基體加標(biāo)測(cè)定， 結(jié)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(cè)定有較好的重現(xiàn)性，各目標(biāo)物濃度的RSD<20%?；w加標(biāo)實(shí)驗(yàn)中各目標(biāo)物回收率為87%～129%， RSD<15%。說明本方法具有較好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)表明，通過在液相系統(tǒng)阻尼器和進(jìn)樣針之間串聯(lián)色譜柱為延遲柱，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流路中PFOA的假陽性干擾實(shí)現(xiàn)去除。在安裝了延遲柱后，樣品目標(biāo)物的保留時(shí)間略有延遲，分析的平衡時(shí)間也將延長(zhǎng)，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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