基于響應(yīng)面法的基質(zhì)固相分散萃取土壤中有機(jī)磷阻燃劑

王俊霞, 徐思婕, 孫悅瑩, 雷慧慧, 程媛媛, 王學(xué)東*, 張占恩

(1. 蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 蘇州 215009;2. 蘇州科技大學(xué)江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 蘇州 215009)

隨著溴化阻燃劑(BFRs)在全球范圍內(nèi)先后被管制與禁用,有機(jī)磷阻燃劑(organophosphorus flame retardants, OPFRs)作為主要的替代品之一,被廣泛添加到各種紡織品、家具以及電子產(chǎn)品中[1]。OPFRs具有環(huán)境持久性以及遠(yuǎn)距離運(yùn)輸潛力[2],導(dǎo)致其易于進(jìn)入各種環(huán)境介質(zhì)中,在水體[3]、大氣[4]、灰塵[5]、沉積物[6]和土壤[7]中均已發(fā)現(xiàn)OPFRs的存在,尤其已在多種廢物回收區(qū)[8]、電子廢物回收?qǐng)龅刂車耐寥篮突覊m[9]中檢測(cè)到高濃度OPFRs。大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和流行病學(xué)研究證明OPFRs對(duì)人類與動(dòng)物存在不利影響,一些OPFRs對(duì)生物體具有顯著的內(nèi)分泌干擾毒性和代謝毒性[10]。土壤是OPFRs的污染匯之一,準(zhǔn)確測(cè)定土壤中OPFRs的含量,將為其環(huán)境行為和生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)研究提供基礎(chǔ)。

對(duì)于復(fù)雜固體基質(zhì)樣品中OPFRs的前處理往往包括提取和凈化兩個(gè)步驟,一般用超聲輔助提取或加速溶劑萃取(ASE)[11]先進(jìn)行提取,后用復(fù)合硅膠柱或Florisil柱凈化[12],前處理時(shí)間約為2～5 h。為了實(shí)現(xiàn)土壤樣品中OPFRs污染物的準(zhǔn)確、可靠、快速定量,選擇合適的樣品前處理技術(shù)至關(guān)重要。基質(zhì)固相分散萃取(matrix solid-phase dispersion extraction, MSPD)是一種集提取、凈化于一體,高效且簡(jiǎn)單的提取方法[13],已被用作灰塵樣品中BFRs的提取和凈化[14],通常與液相色譜(LC)[15]和氣相色譜(GC)[16]聯(lián)合使用。MSPD的關(guān)鍵在于吸附劑,常見(jiàn)的吸附劑有鍵合硅膠C18[17]、極性吸附材料Florisil[18]、極性鍵合相N-丙基乙二胺(PSA)[19]、多壁碳納米管(MWCNT)[20]和石墨化炭黑(GCB)[21]等。對(duì)OPFRs選擇性越高的吸附劑,方法的靈敏度越高,因此需篩選出最優(yōu)吸附劑。吸附劑用量、洗脫溶劑及其體積影響MSPD萃取,因此需精心優(yōu)化MSPD萃取參數(shù),以期達(dá)到最佳的萃取效果。傳統(tǒng)單因素分析的步驟是改變一個(gè)變量,其他參數(shù)保持不變,但這種方法缺少變量之間相互作用的信息,多個(gè)變量需要試驗(yàn)批次較多,試劑耗量大[22,23],因此需尋找一種試驗(yàn)批次較少、能反映變量之間相互作用的分析方法。

響應(yīng)面法(response surface methodology, RSM)是一種基于多元非線性模型的統(tǒng)計(jì)技術(shù),它不僅顯示了每個(gè)因素(變量)對(duì)響應(yīng)的影響,還能確定這種影響如何隨著其他相關(guān)因素的變化而變化[24,25]。通過(guò)有限的試驗(yàn)次數(shù)在短時(shí)間內(nèi)找到最佳條件。在響應(yīng)面法中,中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)(central composite design, CCD)適用于多因素、多水平、存在連續(xù)變量的試驗(yàn)設(shè)計(jì),為待評(píng)估的響應(yīng)提供可靠的試驗(yàn),之后利用這些試驗(yàn)結(jié)果,建立與試驗(yàn)數(shù)據(jù)最擬合的數(shù)學(xué)模型,確定最佳實(shí)驗(yàn)條件。該文基于RSM優(yōu)化MSPD的關(guān)鍵影響因素,并結(jié)合氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(GC-MS/MS)對(duì)不同功能區(qū)土壤中10種OPFRs進(jìn)行檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

456GC-SCION TQ氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(德國(guó)Bruker公司); ASE-350快速溶劑萃取儀(美國(guó)Thermo Fisher公司); 12位固相萃取裝置(美國(guó)Supelco公司); FD-1A-50凍干機(jī)(北京博醫(yī)康); TTL-DCⅠ型氮吹儀(上海Anpel公司); IQ7000 Milli-Q超純水系統(tǒng)(德國(guó)Merck公司)。

C18、PSA、Florisil、GCB和MWCNT均購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich公司。乙腈、甲醇均為色譜純,中性氧化鋁和無(wú)水硫酸鈉為分析純,均購(gòu)自上海梯希愛(ài)(TCI)化成工業(yè)發(fā)展有限公司,無(wú)水硫酸鈉使用前,在馬弗爐中450 ℃烘8 h。正己烷(n-hexane)、二氯甲烷(DCM)、丙酮(AC)和乙酸乙酯均為分析純,均購(gòu)自上海Anpel公司;血清級(jí)聚丙烯柱管(6 mL)和篩板購(gòu)自深圳Biocomma生物科技公司;有機(jī)尼龍濾膜(0.22 μm)購(gòu)自天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

10種有機(jī)磷阻燃劑標(biāo)準(zhǔn)品(純度>98%)包括磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三異丁酯(TiBP)、磷酸三正丁酯(TBP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯異丙基)酯(TCIPP)、磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCPP)、磷酸三苯酯(TPHP)、2-乙基己基磷酸二苯酯(EHDPP)、三苯基氧化膦(TPPO)和磷酸三甲苯酯(TCP)均購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)為13C-2,2′,3,3′,4,5,5′,6,6′-九氯聯(lián)苯(13C-PCB208),替代物為氘代磷酸三丁酯(D27-TBP),均購(gòu)自英國(guó)劍橋同位素實(shí)驗(yàn)室。

準(zhǔn)確稱取10種OPFRs標(biāo)準(zhǔn)品,用乙腈配制成1 000 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,于-20 ℃冰箱冷藏保存。使用時(shí)用乙腈逐級(jí)稀釋至適當(dāng)濃度。

1.2 樣品前處理

將采集的土壤樣品剔除腐爛木屑、石塊等雜質(zhì),于-20 ℃冰箱中冷凍至少24 h,然后置于凍干機(jī)中冷凍干燥24 h,之后研磨,過(guò)100目不銹鋼篩。精確稱取0.20 g土壤樣品,加入0.30 g GCB,混合均勻,室溫下充分研磨5 min。將研磨后混合物裝填進(jìn)上下帶有篩板的6 cm血清級(jí)聚丙烯柱管,裝填勻?qū)?。利?0 mL乙酸乙酯緩慢洗脫,以負(fù)壓抽真空方式完全收集洗脫液,之后氮吹儀濃縮至盡干,用乙腈復(fù)溶至500.0 μL,之后用0.22 μm有機(jī)尼龍濾膜過(guò)濾,將其保存在2 mL棕色進(jìn)樣瓶中,待進(jìn)行GC-MS/MS分析。

1.3 色譜條件

色譜柱為BR-5MS毛細(xì)管色譜柱(15 m×0.25 mm×0.5 μm, Bruker,德國(guó)),高純度氦氣(純度99.999%)作為載氣,進(jìn)樣口溫度為270 ℃,不分流模式進(jìn)樣,進(jìn)樣體積為2.0 μL;柱流量恒定為1.2 mL/min;升溫程序:初始溫度90 ℃保持1 min,以25 ℃/min升溫至230 ℃,保持1 min,再以15 ℃/min升溫至250 ℃,保持2 min。

1.4 質(zhì)譜條件

離子源:電子轟擊(EI)電離源,離子源和傳輸線溫度分別為260 ℃和280 ℃,電子能量為-20 eV,碰撞壓力為0.266 Pa;選擇多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM),溶劑延遲時(shí)間為3 min。10種有機(jī)磷阻燃劑、內(nèi)標(biāo)和替代物的離子對(duì)和碰撞能量見(jiàn)表1。

表1 10種有機(jī)磷阻燃劑、內(nèi)標(biāo)和替代物的保留時(shí)間、離子對(duì)和碰撞能量

2 結(jié)果與討論

2.1 MSPD條件考察

利用單因素法,分別考察了吸附劑種類及其用量、洗脫液種類及其體積和研磨時(shí)間對(duì)土壤中OPFRs萃取效率的影響,確定主要的、變量連續(xù)的影響因素,作為后續(xù)響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)的變量。

2.1.1吸附劑

該文選擇的10種OPFRs的極性跨度極大,既有極性的TPrP,又有非極性的TCP和EHDPP,因此選擇了C18、PSA、Florisil、GCB和MWCNT 5種極性不同的吸附劑,其對(duì)土壤中OPFRs進(jìn)行基質(zhì)固相分散萃取的結(jié)果見(jiàn)圖1a。C18與PSA對(duì)10種OPFRs的萃取效率較低,可能由于C18主要吸附疏水性強(qiáng)的非極性化合物,而PSA主要吸附極性化合物。Florisil對(duì)TPrP、TiBP、TnBP和TDCPP的萃取效率較高,但對(duì)其他OPFRs的萃取效率較低。GCB帶有芳香性的正六元環(huán)結(jié)構(gòu),呈正電性,具備保留非極性化合物和極性化合物的雙重作用。GCB對(duì)TPrP、TCEP以及TCIPP的萃取效率高于MWCNT,對(duì)TiBP、TBP、EHDPP和TCP萃取效率也稍高于MWCNT,但對(duì)TDCPP稍低。當(dāng)GCB作為吸附劑時(shí),收集的洗脫溶液顏色較MWCNT更無(wú)色透明(見(jiàn)附圖1, https://www.chrom-China.com),對(duì)后續(xù)儀器分析的干擾更小。綜合考慮,選擇GCB作為MSPD的吸附劑。

2.1.2吸附劑用量

吸附劑用量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)物不能被完全吸附,用量過(guò)多導(dǎo)致吸附較多干擾物質(zhì),增加后續(xù)凈化步驟,因此需要對(duì)吸附劑用量(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g)進(jìn)行考察。從圖1b可以看出,隨著吸附劑用量的增加,各個(gè)OPFRs的萃取效率先逐漸增加,在用量達(dá)到0.3 g時(shí),TPrP、TiBP、TBP、TCEP、TCIPP和TPPO的萃取效率均達(dá)到最大,之后各個(gè)OPFRs的萃取效率急劇下降,可能過(guò)量的吸附劑從土壤基質(zhì)中吸附較多OPFRs的同時(shí)也吸附更多的干擾物質(zhì),導(dǎo)致洗脫困難,使得洗脫下來(lái)的目標(biāo)物數(shù)量較少。吸附劑用量為0.3 g時(shí),3種苯基OPFRs(TPHP、EHDPP和TCP)的萃取效率并不是最佳的,尤其是TPHP,其萃取效率在0.5 g時(shí)才達(dá)到最佳。在萃取效率較高的情況下,盡量選擇較少的吸附劑用量,以減少對(duì)環(huán)境的影響。因此綜合考慮,選擇吸附劑用量為0.3 g。

2.1.3洗脫溶劑及其體積

選擇洗脫溶劑的依據(jù)是“相似相溶”原理,常見(jiàn)的甲醇、丙酮、乙酸乙酯和二氯甲烷等有機(jī)溶劑的極性順序?yàn)榧状?丙酮>乙酸乙酯>二氯甲烷。它們對(duì)土壤中10種OPFRs的萃取效率見(jiàn)圖1c,洗脫溶劑為極性較強(qiáng)的甲醇和丙酮時(shí),幾乎所有OPFRs化合物的萃取效率均較低,洗脫溶劑為中等極性的二氯甲烷時(shí),強(qiáng)疏水性的TDCPP、TPHP和EHDPP的萃取效率達(dá)到最大,顯著高于其他洗脫溶劑。洗脫溶劑為弱極性的乙酸乙酯時(shí),親水性強(qiáng)的TPrP、TBP、TiBP、TCEP、TCIPP和TPPO的萃取效率達(dá)到最大。同時(shí)考察了乙酸乙酯與丙酮的混合溶液(1∶1, v/v),其對(duì)強(qiáng)親水性O(shè)PFRs的萃取效率并未顯著提高,因此選擇乙酸乙酯為洗脫溶劑。

洗脫溶劑體積分別為6、8、10、12和14 mL時(shí)OPFRs的萃取效率見(jiàn)圖1d。乙酸乙酯用量從6 mL增加到10 mL,各個(gè)OPFRs的萃取效率顯著增加,在10 mL時(shí)達(dá)到最佳,繼續(xù)增加洗脫體積至14 mL, OPFRs的萃取效率并未明顯提高,還出現(xiàn)略微下降,這說(shuō)明10 mL乙酸乙酯幾乎完全洗脫吸附在GCB上的OPFRs,因此最終選擇洗脫溶劑體積為10 mL。

2.1.4研磨時(shí)間

研磨能夠增加基質(zhì)與吸附劑的接觸面積,從而大大增加萃取效率,研磨時(shí)間分別為1、3、5、7和9 min時(shí)OPFRs的萃取效率見(jiàn)圖1e。研磨時(shí)間從1 min增加到5 min,所有OPFRs的萃取效率均明顯提高,且在5 min時(shí),各個(gè)OPFRs的萃取效率達(dá)到最大,進(jìn)一步增加研磨時(shí)間至9 min, OPFRs的萃取效率并未繼續(xù)提高反而有所下降,這可能是由于過(guò)度研磨,導(dǎo)致目標(biāo)物與吸附劑之間吸附親和力更強(qiáng),難以將吸附的全部目標(biāo)物洗脫出來(lái),這與已有研究[26]相似。因此最終選擇研磨時(shí)間為5 min。

2.2 中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

基于MSPD的單因子優(yōu)化結(jié)果,以O(shè)PFRs化合物的平均萃取效率為響應(yīng)值Y,以A(吸附劑用量)、B(洗脫劑體積)和C(研磨時(shí)間)為自變量,考察MSPD萃取條件。利用Design-Expert軟件構(gòu)建了OPFRs平均萃取效率與3種因素之間的模型。采用CCD進(jìn)行三因素五水平響應(yīng)面試驗(yàn),共20組。其中14組為分析因子,6組作為區(qū)域中心點(diǎn),以估計(jì)誤差,因素水平編碼見(jiàn)表2。每批次試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次,結(jié)果取平均值。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析結(jié)果見(jiàn)附表1。將附表1試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合,得到一個(gè)二項(xiàng)式回歸方程:

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)的因素和水平

Y=86.21-2.86A+4.54B+1.88C+1.39AB+

0.088AC+3.69BC-3.53A2-10.58B2-4.27C2

2.2.2RSM回歸模型可靠性分析

為評(píng)估響應(yīng)面預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,通過(guò)Design Expert軟件對(duì)OPFRs的萃取效率回歸模型進(jìn)行方差分析(ANOVA),結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,回歸模型F值為176.93,且p值小于10-4,說(shuō)明僅噪聲引起的“模型F值”出現(xiàn)的可能性為0.01%,表示該模型具有顯著性,同時(shí)預(yù)測(cè)模型與試驗(yàn)的擬合度用失擬項(xiàng)(lack of fit)來(lái)表示,失擬項(xiàng)p值為0.072 4,說(shuō)明模型的純誤差不顯著。模型擬合度(R2)為0.993 8,說(shuō)明模型回歸效果顯著。

表3 回歸模型方差分析

減少不顯著的模型項(xiàng)可以提高模型擬合度[27]。預(yù)測(cè)R2=0.975 8,與調(diào)整后的R2=0.988 1,兩者非常一致,R2越接近1,說(shuō)明回歸模型越能分析、預(yù)測(cè)MSPD對(duì)土壤中10種OPFRs的萃取條件。變異系數(shù)<10%,表明試驗(yàn)的可信度和精確度高。精密度(Adeq Precision)是有效信號(hào)與噪聲的比值(48.457),大于4視為合理。因此,該擬合模型適用于對(duì)OPFRs萃取效率的預(yù)測(cè)。

MSPD對(duì)土壤中OPFRs平均萃取效率的模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值的分布圖見(jiàn)附圖2。由附圖2a可知,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值均分散于y=x附近,無(wú)異常點(diǎn),表明該模型能夠用來(lái)分析和預(yù)測(cè)試驗(yàn)值。由附圖2b殘差與預(yù)測(cè)值的分布圖可以看出,試驗(yàn)殘差項(xiàng)與模型預(yù)測(cè)值分布無(wú)序,盡可能在一條直線上,表明該模型的可靠性好。

綜上分析可知,該模型能用于分析和預(yù)測(cè)基質(zhì)分散固相萃取土壤中10種OPFRs的平均萃取效率。

圖 2 吸附劑用量與洗脫劑體積對(duì)OPFRs平均萃取效率交互影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig. 2 Surface and contour plots of influence for adsorbent dosage and eluent volume on the mean extraction recoveries of OPFRs

當(dāng)P<0.05時(shí),表示該因素是顯著的模型項(xiàng);P>0.05時(shí),表示模型項(xiàng)不顯著。從表3可以看出,在這種情況下,一次項(xiàng)A、B、C均達(dá)到顯著水平(P<0.01),其中A、B對(duì)響應(yīng)值Y的影響較大;在二次項(xiàng)中,A2、B2、C2(P<0.000 1)為極顯著項(xiàng),三者系數(shù)均為負(fù)值,說(shuō)明方程存在極大值點(diǎn);在交互項(xiàng)中,AB、BC達(dá)到顯著水平(P<0.05),AC對(duì)響應(yīng)值的影響不顯著。綜合說(shuō)明各個(gè)因素對(duì)Y的影響并不是線性關(guān)系。

2.2.3單因素之間交互作用的分析

MSPD單一因素對(duì)OPFRs萃取效率的影響與單因素分析結(jié)果具有較好的一致性。各因素之間存在交互作用。其中吸附劑用量與洗脫劑體積(P<0.05)、洗脫劑體積與研磨時(shí)間(P<0.000 01)之間的交互作用更顯著。

圖2顯示了研磨時(shí)間處于中心點(diǎn)5 min時(shí),吸附劑用量和洗脫劑體積對(duì)OPFRs平均萃取回收率的交互影響。由3D響應(yīng)曲面圖和2D等高線響應(yīng)圖可以直觀地看出,在同一吸附劑用量下,OPFRs平均萃取回收率隨著洗脫劑體積的增加呈先上升后下降的趨勢(shì);在同一洗脫劑下,OPFRs平均萃取回收率隨著吸附劑用量的增加先增加后減少。

圖 3 吸附劑用量與研磨時(shí)間對(duì)OPFRs平均萃取效率交互影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig. 3 Surface and contour plots of influence for adsorbent dosage and grinding time on the mean extraction recoveries of OPFRs

圖 4 洗脫劑體積與研磨時(shí)間對(duì)OPFRs萃取效率交互影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig. 4 Surface and contour plots of influence for eluent volume and grinding time on the mean extraction recoveries of OPFRs

圖3顯示了當(dāng)洗脫劑體積處于中心點(diǎn)10 mL時(shí),吸附劑用量和研磨時(shí)間對(duì)OPFRs萃取效率的交互作用。由圖3可知,在同一吸附劑用量下,OPFRs平均萃取回收率隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后減少;在同一研磨時(shí)間下,OPFRs平均萃取回收率隨著吸附劑用量的增加先升高后下降。但二者交互作用相對(duì)較弱(P>0.05),這可能是因?yàn)榧词乖黾恿宋絼┑挠昧?仍需要一定的研磨時(shí)間使吸附劑與土壤中OPFRs充分接觸,以獲得良好的吸附效果,從而提高OPFRs萃取效率。吸附劑用量處于中心點(diǎn)0.3 mg時(shí),洗脫劑體積和研磨時(shí)間對(duì)響應(yīng)值Y的交互影響較為顯著。由圖4可知,當(dāng)洗脫體積一定時(shí),OPFRs平均萃取回收率隨著研磨時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì),研磨時(shí)間為5 min時(shí),OPFRs萃取回收率最大,當(dāng)研磨時(shí)間一定時(shí),OPFRs萃取回收率隨著洗脫劑體積增加呈先升高后下降的變化特征。

綜合分析發(fā)現(xiàn),不同MSPD萃取條件位于中心點(diǎn)時(shí),MSPD技術(shù)提取土壤中OPFRs效率最高。根據(jù)預(yù)測(cè)模型得到最優(yōu)結(jié)果:0.3 g吸附劑、10 mL洗脫劑和5 min研磨時(shí)間,此時(shí)模型預(yù)測(cè)MSPD對(duì)土壤中OPFRs的平均萃取回收率達(dá)到87.5%。

2.3 方法學(xué)考察

2.3.1線性關(guān)系、檢出限與定量限

利用10 mg/L的10種OPFRs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度分別為1.0、10.0、50.0、100.0、500.0、1 000.0 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以10 ng13C-PCB208為內(nèi)標(biāo)化合物,以標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中OPFRs的質(zhì)量濃度(x, μg/L)為橫坐標(biāo),OPFRs的峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積之比(y)為縱坐標(biāo),建立10種OPFRs的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。如表4所示,10種OPFRs在1.0～1 000.0 μg/L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)(r)≥0.998 2。土壤質(zhì)量固定為0.2 g,以適量低濃度OPFRs加標(biāo)土壤樣品進(jìn)行MSPD處理,分析OPFRs的峰面積響應(yīng)信號(hào),分別以3倍和10倍信噪比(S/N)確定方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。同時(shí)用空白程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)過(guò)程試劑、容器等是否污染。由于TBP、TiBP和TPrP常作為增塑劑,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的過(guò)濾膜、吸管等可能含有這些OPFRs,導(dǎo)致空白程序中有少量的TBP、TiBP和TPrP檢出,這3種化合物的檢出限以空白均值加3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)計(jì)算。結(jié)果見(jiàn)表4。10種OPFRs的LOD和LOQ分別為0.006～0.161 ng/g和0.020～0.531 ng/g。

表4 10種OPFRs的線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限

2.3.2回收率與精密度

以空白加標(biāo)、基質(zhì)加標(biāo)回收率試驗(yàn)來(lái)考察MSPD提取土壤中OPFRs方法的性能。具體以無(wú)水硫酸鈉替代土壤基質(zhì)作為空白樣品,向空白樣品和4種實(shí)際土壤中分別添加3個(gè)水平的OPFRs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,使土壤中OPFRs含量分別為10、20和100 ng/g,并混合均勻靜置7 d。同時(shí)MSPD過(guò)程開(kāi)始前,在空白樣品和實(shí)際土壤樣品中添加20 ng/g的替代物D27-TBP,以替代物回收率來(lái)驗(yàn)證MSPD方法對(duì)每個(gè)樣品的提取效率?？瞻住?shí)際土壤中10種OPFRs和替代物的加標(biāo)回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=3)見(jiàn)表5。10種OPFRs的平均回收率為70.4%～115.4%, RSD為0.7%～6.7%,實(shí)際土壤中替代物D27-TBP的平均回收率為88.2%～95.6%。方法滿足測(cè)試要求。

表5 10種OPFRs和替代物在3個(gè)水平下的加標(biāo)回收率及RSD(n=3)

表5 (續(xù))

2.3.3MSPD與ASE對(duì)比

為了驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性,與傳統(tǒng)的加速溶劑萃取法進(jìn)行比較。同樣準(zhǔn)確稱取0.2 g加標(biāo)農(nóng)田土壤樣品(OPFRs含量為100 ng/g),以乙酸乙酯為萃取劑,萃取溫度為110 ℃,壓力為104kPa,循環(huán)4次,每次5 min,萃取收集液氮吹至盡干,后續(xù)與MSPD步驟相同。結(jié)果見(jiàn)附表2,MSPD萃取土壤中10種OPFRs的效率與ASE方法的結(jié)果基本一致,但MSPD具有操作簡(jiǎn)單、前處理耗時(shí)短和有機(jī)溶劑用量少等優(yōu)點(diǎn)。

圖 5 空白和實(shí)際土壤樣品中10種OPFRs的色譜圖Fig. 5 Chromatograms of the 10 OPFRs in the blank and actual soil samples a. blank; b. electronics factory; c. auto-repair factory; d. paddy field; e. school field. Peak identifications: 1. TPrP; 2. TiBP; 3. TBP; 4. TCEP; 5. TCIPP; 6. TDCPP; 7. TPHP; 8. EHDPP; 9. TPPO; 10. TCP; 11. 13C-PCB208; 12. D27-TBP.

2.4 實(shí)際樣品檢測(cè)

利用該方法分析了蘇州市不同地區(qū)(某電子廠、某汽修廠、某稻田、某校園)土壤中10種OPFRs,含量范圍見(jiàn)表6。空白和各個(gè)實(shí)際土壤樣品中10種OPFRs的色譜圖見(jiàn)圖5。在4個(gè)實(shí)際土壤樣品中發(fā)現(xiàn)10種OPFRs的總含量范圍為6.49～26.00 ng/g。電子廠和汽修廠土壤中OPFRs含量顯著高于農(nóng)田和校園,說(shuō)明電子廠和汽修廠存在較高的OPFRs污染來(lái)源,工廠土壤中主要污染物為TCIPP、TPPO、TCEP和TDCPP,它們?cè)陔娮訌S土壤中含量分別為5.30、4.44、4.54、4.20 ng/g,在汽修廠土壤中含量分別2.70、3.93、7.60、5.04 ng/g。TPPO主要用于合成中間體、催化劑和萃取劑等,目前關(guān)于土壤中TPPO污染的報(bào)道較少,僅有遼河上游河岸帶土壤中發(fā)現(xiàn)TPPO為主要污染物的報(bào)道[28],而農(nóng)田土中主要污染物為TPrP、TDCIP和TiBP。這與已報(bào)道的北京地區(qū)農(nóng)田土以TCIPP((3.36±5.61) ng/g)為主的結(jié)論并不一致[29]。校園土中主要污染物以TCIPP和TPrP為主。蘇州地區(qū)土壤中OPFRs檢出含量遠(yuǎn)低于尼泊爾市(25～27 900 ng/g)[30]?？傮w上目前蘇州地區(qū)土壤中OPFRs污染水平較低。

表6 不同采樣點(diǎn)土壤中10種有機(jī)磷阻燃劑的含量

3 結(jié)論

本文建立了一種MSPD-GC-MS/MS檢測(cè)土壤中10種OPFRs的方法。單因素分析法結(jié)合RSM系統(tǒng)地分析了基質(zhì)固相分散萃取土壤中OPFRs回收率的關(guān)鍵影響因素以及因素之間的相互作用,建立了OPFRs萃取回收率為響應(yīng)值的回歸模型,模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值具有良好的擬合度,確定了最優(yōu)的萃取條件。該方法涉及實(shí)驗(yàn)少、有機(jī)溶劑用量少、操作步驟簡(jiǎn)單便捷,且具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。將該方法應(yīng)用于不同功能區(qū)土壤中OPFRs殘留量的監(jiān)測(cè)分析,發(fā)現(xiàn)了電子廠和汽修廠土壤中高水平TPPO污染,后續(xù)有必要開(kāi)展這類污染物的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。