超高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀測(cè)定植物樣品中PFOS·PFOA

程 燕，湯 婕，何前鋒，李婷婷，馬揚(yáng)旸，鮑廣靈

(1.合肥市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽合肥 230031)

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超高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀測(cè)定植物樣品中PFOS·PFOA

程 燕1，湯 婕2*，何前鋒1，李婷婷2，馬揚(yáng)旸2，鮑廣靈2

(1.合肥市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽合肥 230031)

[目的]研究運(yùn)用超高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀測(cè)定植物樣品中全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的可行性。[方法]建立了一種SPE凈化，超高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀UPLC/MS/MS方法測(cè)定植物(綠蘿)根、莖和葉中PFOS和PFOA殘留量，并優(yōu)化了質(zhì)譜條件和前處理方式，保留時(shí)間分別為2.26和2.17 min。[結(jié)果]采用碳酸鈉(Na2CO3)、四丁基硫酸氫銨(TBAHS)、甲基叔丁基醚(MTBE)作為提取試劑，HLB小柱凈化后PFOS在綠蘿根、莖、葉中的加標(biāo)回收率為46.53%～77.35%，變異系數(shù)為5.63%～18.52%；PFOA在綠蘿根、莖、葉中的加標(biāo)回收率為59.01%～100.46%，變異系數(shù)為2.85%～30.06%，檢出限分別為26.90×10-4和3.09×10-4ng，相關(guān)系數(shù)均大于0.998。[結(jié)論]超高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀測(cè)定植物樣品中PFOS和PFOA滿足化合物殘留分析要求。

液質(zhì)聯(lián)用；全氟辛烷磺酸(PFOS)；全氟辛酸(PFOA)；殘留分析；綠蘿

全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是全氟化合物(PFASs)家族中的代表型化合物，具有高化學(xué)穩(wěn)定性、高表面活性和高熱穩(wěn)定性，疏水、疏油性能優(yōu)良，是一種具有環(huán)境持久性和生物蓄積性的有毒化合物[1]。研究表明，在水[2]、土壤[3]、大氣[4]等環(huán)境介質(zhì)中廣泛存在。2009 年，在日內(nèi)瓦召開(kāi)的第四次締約方大會(huì)上將其列入《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》[5]。作為新型持久性有機(jī)物污染物，建立其在植物體內(nèi)殘留分析方法尤為重要，而目前關(guān)于植物樣品中PFASs殘留分析方法研究較少[6]。常見(jiàn)PFOS和PFOA的殘留分析前處理包括液-液萃取(LLE)[7]、超聲萃取(USE)[8]、微波萃取(MAE)[9]、索式抽提(SE)[10]、固相萃取(SPE)[11]、固相微萃取(SPME)[12]、快速溶劑萃取(ASE)[13]、衍生化技術(shù)[14]等，分析儀器主要包括高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)[15-16]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC-MS/MS&LC-MS/MS)[17-18]、高效液相色譜(HPLC)[19]、氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-PCI-MS)[20-21]等。筆者綜合分析不同方法的優(yōu)點(diǎn)，比較不同提取溶劑的提取效果，建立了一套高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)植物樣品中PFOS和PFOA 殘留量的分析方法，旨在為擴(kuò)展PFOA 和PFOS 的分析、測(cè)定與監(jiān)督手段提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 超高效液相色譜串聯(lián)四級(jí)桿：AcquityTM UPLC/XevoTM(美國(guó)WATERS)；質(zhì)譜儀：TQMS型質(zhì)譜儀(美國(guó)WATERS)。PFOS(10 mg，98.0%，德國(guó)Dr)、PFOA(0.1 g，99.9%，F(xiàn)luka)、13C-PFOS(MPFOS 5×10-6g/mL德國(guó)Dr)、13C-PFOA(MPFOA 5×10-6g/mL德國(guó)Dr)均購(gòu)自Sigma-Aldrich公司；甲醇(色譜純美國(guó)TEDIA公司)，純水(M illi-Q 公司)，碳酸鈉(分析純、上海國(guó)藥集團(tuán))，乙酸銨(優(yōu)級(jí)純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)，PP濾膜(13 mm，0.22 μm)(上海安譜)，甲基叔丁基醚(MTBE)(色譜純，美國(guó)天地)，四丁基硫酸氫銨(TBAHS)(25 g，98%，上海阿拉丁)固相萃取柱：Oasis? HLB 6cc。

1.2 色譜質(zhì)譜條件

1.2.1 超高效液相色譜(UPLC)條件。色譜柱：Acquity UPLCTM BEH C18柱(50.0 mm×2.1 mm，1.7 m)；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣量：10 μL；流動(dòng)相A：5 mmol/L乙酸銨溶液；流動(dòng)相B：甲醇。梯度洗脫條件見(jiàn)表1。

1.2.2 串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)條件。離子化模式：ESI-；毛細(xì)管電壓：0.60 kV；源溫度：150 ℃；霧化氣溫度：500 ℃；霧化氣流速：1 000 L/h；錐孔氣流速：10 L/h；MS1低/高端分辨率：2.80/14.70；MS2低/高端分辨率：3.00/14.18；MS1/MS2離子能量：0.6/0.7；碰撞氣流速：0.15 mL/min；二級(jí)錐孔電壓：3.0 V；碰撞室進(jìn)/出口電壓：30.0/30.0；多反應(yīng)監(jiān)測(cè)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 綠蘿植物樣品液相梯度洗脫條件

Tab.1 Optimized stepwise gradient eluting conditions in HPLC/MS/MS inEpipremnumaureum

序號(hào)時(shí)間Timemin流速FlowratemL/min流動(dòng)相AMobilephaseA∥%流動(dòng)相BMobilephaseB∥%1—0.40090.010.020.200.40090.010.031.000.40020.080.043.000.4002.098.053.800.4002.098.064.000.40090.010.075.000.40090.010.0

1.3 試驗(yàn)方法 植物樣品添加回收試驗(yàn)中采用了2種提取方式進(jìn)行了對(duì)比，分別將綠蘿的根、莖、葉冷凍干燥24 h后，取樣研磨，分別添加PFOA和PFOS混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，使得添加濃度為0.05、0.10和0.50 mg/kg，用100 mL聚丙烯(PP)離心管稱取0.50 g樣品。提取方法1：加入2 mL 0.25 mol/L Na2CO3溶液，1 mL 0.50 mol/L TBAHS溶液和5 mL MTBE溶液，將離心管在40 ℃水浴中超聲20 min后，以4 000 r/min離心30 min。提取方法2：加入2 mL 飽和 NaCl溶液，5 mL甲醇溶液，將離心管在40 ℃水浴中超聲30 min后，以4 000 r/min離心20 min。

表2 多反應(yīng)監(jiān)測(cè)參數(shù)

將上述方法提取上清液移入另一離心管中，樣品分別再萃取2次，合并2次離心液(約14 mL)，提取液采用氮吹儀緩緩吹干，并用甲醇-水混合液(1∶1，V/V)定容至1 mL，加載到HLB柱上。HLB柱預(yù)先用1 mL甲醇、1 mL超純水順序進(jìn)行活化。通過(guò)真空裝置保持混合液過(guò)柱流速為2 滴/s。待混合液完全過(guò)柱后，繼續(xù)保持HLB柱在真空下干燥20 min，棄去過(guò)柱后混合液，用1 mL甲醇洗脫HLB柱，并用5 mL離心管收集甲醇洗脫液。將收集甲醇洗脫液的離心管在氮吹儀下緩緩吹干，并用甲醇-水混合液(1∶1，V/V)定容至1 mL，在渦旋混勻器上混勻后，過(guò)0.22 μm PP膜，移入2 mL液相自動(dòng)進(jìn)樣小瓶中，樣品瓶中添加0.040 mg/L內(nèi)標(biāo)MPFOS和 MPFOA混標(biāo)溶液50 μL，內(nèi)標(biāo)最終濃度為0.002 mg/L，待測(cè)。設(shè)置2個(gè)空白樣品(基質(zhì)空白和基質(zhì)添加空白)。

為避免高背景值引入和消除系統(tǒng)污染，樣品配制及處理所用器皿均為聚丙烯材料，禁止使用玻璃器皿，色譜系統(tǒng)采用全PEEK或不銹鋼材質(zhì)管路。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析 由于超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法受基質(zhì)效應(yīng)影響較大，故采用基質(zhì)匹配標(biāo)液進(jìn)行內(nèi)標(biāo)法定量。內(nèi)標(biāo)法(Internal Standard Method)是色譜分析中一種比較準(zhǔn)確的定量方法，因此采用內(nèi)標(biāo)法對(duì)PFOS和PFOA進(jìn)行定量。

(1)

式中，f為校正因子；As和Ai分別為內(nèi)標(biāo)物和待測(cè)化合物的峰面積和峰高；ms和mi分別為加入內(nèi)標(biāo)物和待測(cè)化合物的量。

(2)

式中，R為加標(biāo)回收率；Ci為加標(biāo)試樣測(cè)定值；C0為空白試樣測(cè)定；Si為加標(biāo)量。

(3)

該試驗(yàn)圖表繪制及數(shù)據(jù)分析采用OriginLab公司OriginPro8.5英文版、Excel2007及SPSS21.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1UHPLC-MS/MS質(zhì)譜條件參數(shù)優(yōu)化 根據(jù)PFOS、PFOA的結(jié)構(gòu)特征，選擇負(fù)離子模式。在前期研究[22]的基礎(chǔ)上，采用流動(dòng)注射的方式，以10μL/min速率將PFOS、PFOA1×10-7g/mL混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液注入離子源中，在多級(jí)反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式下對(duì)PFOS、PFOA分別進(jìn)行一級(jí)質(zhì)譜分析(Q1掃描)，選取相應(yīng)的母離子峰，在母離子全掃描時(shí)確定PFOS的母離子m/z為498.84，PFOA的母離子m/z為412.90。對(duì)其子離子進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜分析(Q2掃描)，并從中選取2個(gè)子離子組成離子對(duì)，接著以MRM模式進(jìn)行采集時(shí)間、錐孔電壓、碰撞能量等參數(shù)優(yōu)化，使離子對(duì)的豐度影響最大。

分別以甲醇和5mmol/L乙酸銨溶液的不同配比作為流動(dòng)相體系，對(duì)PFOS、PFOA分離的效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明：甲醇與乙酸銨溶液的梯度洗脫使得PFOS和PFOA的分離度、峰形較佳，100%甲醇作為洗脫液雜質(zhì)峰增加，峰型差，因此加入乙酸銨有利于改善峰型。該試驗(yàn)以甲醇-乙酸銨溶液為流動(dòng)相，并采用梯度洗脫方法，優(yōu)化了液相色譜條件，達(dá)到最佳的分辨率和最高的靈敏度。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限 準(zhǔn)確稱取(吸取)一定量的PFOA、PFOS標(biāo)準(zhǔn)品，甲醇-水混合液(1∶1，V/V)定容，分別配制0.5、5.0、20.0、50.0、100.0、200.0μg/LPFOA；20.0、50.0、100.0、250.0、400.0、500.0μg/LPFOS標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。進(jìn)樣前，樣品瓶中添加0.040mg/L內(nèi)標(biāo)MPFOS和MPFOA混標(biāo)溶液50μL，內(nèi)標(biāo)最終濃度為0.002mg/L，待測(cè)，每次測(cè)定樣品前均需重新做標(biāo)準(zhǔn)曲線。采用內(nèi)標(biāo)法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)系數(shù)等參數(shù)見(jiàn)表3。

2.3 精密度和準(zhǔn)確度 根據(jù)“1.3”完成綠蘿根、莖、葉中PFOS和PFOA的添加回收試驗(yàn)，加標(biāo)回收率及變異系數(shù)結(jié)果列于表4，PFOS和PFOA在基質(zhì)中空白樣品和添加樣品定量離子色譜見(jiàn)圖1。結(jié)果表明：PFOS和PFOA保留時(shí)間分別為2.26和2.17min。

表3 基質(zhì)中PFOS和PFOA標(biāo)準(zhǔn)曲線及相關(guān)參數(shù)

由表4可知，提取方法1滿足殘留分析要求，方法2不滿足，離子對(duì)試劑TBAHS在提取過(guò)程起到關(guān)鍵作用。

表4 PFOA和PFOS在綠蘿中添加回收試驗(yàn)結(jié)果(n = 3)

注：ND表示未檢測(cè)到。

Note:ND indicate not detected.

3 結(jié)論

該研究表明，綠蘿樣品中PFOS和PFOA保留時(shí)間分別為2.26和2.17 min。采用Na2CO3、TBAHS、MTBE作為提取劑，添加濃度為0.05、0.10、0.50 mg/kg，PFOS在綠蘿根中的加標(biāo)回收率為46.53%～74.77%，變異系數(shù)為11.92%～18.52%；在綠蘿莖中的加標(biāo)回收率為57.37%～74.32%，變異系數(shù)為7.29%～14.27%；在綠蘿葉中的加標(biāo)回收率為57.53%～77.35%，變異系數(shù)為5.63%～12.68%。PFOA在綠蘿根中的加標(biāo)回收率為59.01%～90.18%，變異系數(shù)為2.85%～26.59%；在綠蘿莖中的加標(biāo)回收率為63.74%～100.46%，變異系數(shù)為4.54%～30.06%；在綠蘿葉中的加標(biāo)回收率為69.51%～76.46%，變異系數(shù)為3.67%～16.85%?？梢?jiàn)，超高效液相色譜-三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜儀色譜峰峰型好、操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、準(zhǔn)確度高、精密度好，可滿足植物樣品中PFOS和PFOA的殘留分析和監(jiān)測(cè)的要求。

注：A.2×10-7 g/mL PFOS標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜；B.2×10-7 g/mL PFOA標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜；C.2×10-9 g/mL MPFOS標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜；D.2×10-9 g/mL MPFOA標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜；E，F(xiàn)，G.PFOS在綠蘿根莖葉中基質(zhì)空白色譜；H，I，J.PFOS在綠蘿根莖葉基質(zhì)中添加色譜；K，L，M.PFOA在綠蘿根莖葉中基質(zhì)空白色譜；N，O，P.PFOA在綠蘿根莖葉基質(zhì)中添加色譜。Note：A，B，C，D.PFOS，PFOA，MPFOS，MPFOA standard sample chromatograms respectively；E，F(xiàn)，G.root，stem，leaf of Epipremnum aureum.N,P,P.root，stem，leaf of Epipremnum aureum add chromatography respectively. matrix chromatograms respectively；H，I，J. root，stem，leaf of Epipremnum aureum PFOS fortified chromatograms respectively；K，L，M. root，stem，leaf of Epipremnum aureum PFOA fortified chromatograms respectively.圖1 PFOS、PFOA標(biāo)樣、綠蘿根莖葉空白及添加定量離子色譜Fig.1 Total ion current chromatography of PFOS PFOA standard and in Epipremnum aureum and in Epipremnum aureum

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Simultaneous Residue Analysis Method of PFOS and PFOA inEpipremnumaureumby SPE-Ultra Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry

CHENG Yan1,TANG Jie2*, HE Qian-feng1et al

(1.Hefei Municipal Environmental Monitoring Central Station,Hefei, Anhui 230036; 2.School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University,Hefei, Anhui 230031)

[Objective] The study aimed to researched the residue analysis method of PFOS and PFOA using HPLC- MS/MS in plant samples. [Method] PFOS and PFOA residue analysis method by SPE -ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC/MS/MS) of inEpipremnumaureumwas established. Analysis and determination conditions were optimized, the retention time of PFOS and PFOA is 2.26, 2.17 min.[Result] The experimental results showed that recoveries of PFOS and PFOA were in the range of 46.53%-77.35% and 59.01%-100.46% respectively. The coefficients of variation were 5.63%-18.52% and 2.85%-30.06% respectively. Minimum detectable mass fraction of PFOS and PFOA were 26.90×10-4ng and 3.09×10-4ng,correlation coefficient is greater than 0.998. [Conclusion] Results showed that the developed method can be applied to analyze PFOS and PFOA inEpipremnumaureum.

UPLC/MS/MS; PFOS; PFOA; Residue analysis;Epipremnumaureum

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)2016年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

程燕(1980- )，女，安徽桐城人，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。*通訊作者，講師，博士，從事環(huán)境工程教學(xué)工作。

2016-08-31

S 181；X 830.2

A

0517-6611(2016)32-0071-04