色谱  2014, Vol. 32 Issue (1): 74-80   PDF (869KB)    
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王炳玲
张晓玲
张琦
陆晓梅
崔媛
张正东
超声辅助萃取气相色谱-三重四极杆质谱法测定室内灰尘中的39种多氯联苯
王炳玲3, 张晓玲1 , 张琦2, 陆晓梅1, 崔媛1, 张正东2    
1. 南京医科大学公共卫生学院卫生检验学系, 江苏 南京 211166;
2. 南京医科大学公共卫生学院职业医学与 环境卫生学系, 江苏 南京 211166;
3. 青岛市疾病预防控制中心, 山东 青岛 266033
收稿日期：2013-9-6
基金项目：国家自然科学基金面上项目(81072268)；江苏省自然科学基金面上项目(BK2010535)；江苏省博士后基金(1001017C)；江苏高校优势学科建设工程项目.
通讯作者：张晓玲,Tel:(025)86868402, E-mail: zhangxl3@aliyun.com
摘要：建立了测定室内灰尘样品中39种多氯联苯(PCBs)的分析方法。样品经吸尘器采集、正己烷-二氯甲烷(1：1，v/v)超声萃取、浓缩后，利用气相色谱-三重四极杆质谱法(GC-MS/MS)在选择反应监测(SRM)模式下测定。结果表明，39种PCBs在30 min内得到了很好的分离，在0.1~100 μg/L范围内线性关系良好，相关系数为0.9910~0.9999，方法的加标回收率为57.2%~120.3%，日内测定的相对标准偏差(RSD)为0.3%~24.7%，日间测定的RSD为0.6%~29.9%，检出限(信噪比为3)为0.0003~0.2080 ng/g。本方法灵敏度高、准确度和精密度好，简便快速，溶剂消耗量少，适用于灰尘中多种多氯联苯的同时测定。
关键词： 气相色谱-串联质谱     多氯联苯     室内灰尘    
Determination of 39 polychlorinated biphenyls in indoor dust using ultrasonic extraction and gas chromatography-tandem mass spectrometry
WANG Bingling3, ZHANG Xiaoling1 , ZHANG Qi2, LU Xiaomei1, CUI Yuan1, ZHANG Zhengdong2    
1. Department of Hygienic Analysis and Detection of School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China;
2. Department of Occupational Medicine and Environmental Health of School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China;
3. Qingdao Municipal Center for Disease Control and Prevention, Qingdao 266033, China
Received: 2013-9-6
Abstract: A method for the determination of 39 polychlorinated biphenyls (PCBs) in indoor dust was developed. A vacuum cleaner was used for gathering the house dust. N-Hexane-dichloromethane (1:1, v/v) was added and the extraction was performed in an ultrasonic bath. The supernatant was concentrated and then 0.1 mL n-hexane-dichloromethane (1:1, v/v) was added. Gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) in selected-reaction monitoring (SRM) mode has been investigated for the determination of the 39 PCBs congeners in indoor dust. The 39 PCBs had highly efficient separation within 30 min and showed good linearity in the range of 0.1-100 μg/L with the correlation coefficients of 0.9910-0.9999. The spiked recoveries were 57.2%-120.3%. The intra-day relative standard deviations (RSDs) were between 0.3% and 24.7%, while the inter-day RSDs were between 0.6% and 29.9%. This method has good linearity, high sensitivity, high accuracy and precision. Also, it is simple, rapid and low solvent consumption. The low chemical background interference allowed it to be used in more complex matrices.
Key words: gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS)     polychlorinated biphenyls (PCBs)     indoor dust    

多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)是联苯苯环上的若干氢原子被氯取代而形成的一类弱极性有机氯化物的总称,共有209种异构体[ 1 ]。因其良好的化学稳定性而长期被广泛应用于生产领域。但自20世纪60年代起,有大量的研究表明PCBs是典型的持久性有机污染物,对动物和人体具有明显的毒性效应,会导致婴幼儿生长发育迟缓,神经发育障碍,可引起免疫毒性、生殖毒性和癌症等[ 2 ]。2001年5月《斯德哥尔摩公约》将PCBs列入首批12种受控制污染物[ 3 ]。

室内环境中的PCBs主要来源于家用电器、电子产品及装修材料中的增塑剂、阻燃剂等[ 4 ]。其在室内降尘中的浓度相对恒定,易被吸附到颗粒物质上,导致生物及非生物降解和挥发过程减缓或消失,从而增加了PCBs在室内环境中的持久性。因此,室内降尘就成了PCBs的储存库[ 5 ],是人体暴露于PCBs的重要途径之一。

目前,空气、水、土壤、食品、沉积物等基质中PCBs的研究方法已较成熟[ 6, 7, 8, 9, 10, 11 ]。但对室内降尘中PCBs浓度的研究还很少,检测方法也不常见。有调查指出,上海市家庭室内空气中儿童和成人对PCBs的日均暴露量达 1980 pg/d和 4772 pg/d,能够引起人体生物毒性效应,其持续低剂量的暴露应引起重视[ 12, 13 ]。因PCBs在环境中的浓度较低,所以对其检测要求比较高。最常见的检测手段是气相色谱-电子俘获检测器(GC-ECD)和气相色谱-质谱(GC-MS),此外还有生物分析法、免疫分析法等[ 14, 15, 16, 17 ]。

本文中样品的前处理采用超声辅助萃取提取,优化了各种实验条件和仪器参数,建立了一种快速且溶剂用量少的灰尘中39种PCBs的GC-MS/MS测定方法,为进一步研究PCBs的暴露水平和环境行为奠定了基础。



1 实验部分
1.1 仪器与试剂

Trace GC-TSQ Quantum XLS气相色谱/串联质谱联用仪(美国Thermo公司); Centrivap低温离心浓缩仪(美国Labconco公司); XW-80A旋涡混合仪(上海沪西分析仪器厂); L500自动离心机(长沙湘仪离心机仪器有限公司); SX-4-10马弗炉(上海市实验仪器总厂)。二氯甲烷(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);正己烷(紫外-红外-高效液相色谱纯(UV-IR-HPLC),德国CNW公司)。

39种PCBs混合标准物质(美国AccuStandard公司): PCB1、2、3、4、9、6、8、19、18、16、25、28、22、52、44、71、67、74、66、56、99、87、110、82、147、146、153、179、138、187、174、177、173、180、198、203、195、194、206,质量浓度均为10 mg/L。

1.2 实验方法
1.2.1 样品的采集及前处理

用配有纸质吸尘袋的真空吸尘器采集室内灰尘,并转入预先清洗过的玻璃瓶中,用聚四氟乙烯胶带密封后,于-20 ℃冰箱中保存。实验室分析前,称取过100目筛后的样品50 mg,置于10 mL具塞试管中,加入二氯甲烷-正己烷(1 ∶ 1, v/v)1.5 mL,涡旋,超声萃取30 min,于 4000 r/min 下离心15 min,取上清液;重复萃取一次。用玻璃注射器移取上清液2 mL于试管中,低温下离心浓缩至近干,加入二氯甲烷-正己烷(1 ∶ 1, v/v)0.1 mL,待测。

1.2.2 GC-MS/MS条件

GC条件 进样口温度250 ℃; TG-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m),升温程序:初始柱温80 ℃,保持1 min,以30 ℃/min 升至130 ℃,再以5 ℃/min 升至250 ℃,最后以10 ℃/min 升至300 ℃,保持10 min;载气为氦气,柱流速1.2 mL/min;不分流进样,进样量1.0 μ L,传输线温度280 ℃。

MS/MS条件 电子轰击离子源(EI),离子源温度250 ℃,选择反应监测(SRM)模式,Q2碰撞气:高纯(纯度≥99.999% )氩气(碰撞池压力0.16 Pa(1.2 mTorr));选取两对离子用于定性,一对离子用于定量。39种化合物的保留时间及优化的GC-MS/MS参数如表1所示。

表 1 39种PCBs的保留时间、定性和定量离子、碰撞能量 Table 1 Retention times, quantitative and qualitativeions, collision energies of the 39 PCBs
2 结果与讨论
2.1 样品前处理的条件优化

室内灰尘的组分复杂,样品的预处理是非常重要的环节。文献中关于PCBs的提取方法主要有索氏提取法、超声波辅助萃取法、微波辅助萃取法、加速溶剂提取等[ 18, 19, 20 ]。其中经典的索氏提取法耗试剂、耗时间,不适合大样本量的前处理。在本实验中,考虑到每份样品过筛后质量较少,而今后要开展研究的样品份数较多,且灰尘中脂肪含量极少,因此选用超声萃取法。此方法提取效率较高,既可完全满足对室尘的提取要求,又可批量处理样品,能达到快速省时、节约溶剂的效果。此外,结合文献[ 21 ]报道,本实验选用二氯甲烷-正己烷(1 ∶ 1, v/v)作为萃取溶剂。

本实验的分析样品为室内灰尘,相较于血清、母乳、土壤、鱼、肉类等,室内灰尘中的脂肪、蛋白质等含量极低,且待测物PCBs与灰尘之间主要为吸附作用,经适宜的有机溶剂超声萃取两次后,完全可以将待测物有效地提取出来,且干扰物质较少。此外,经实验表明,采用2.4.2节所述方法制得的空白灰,其基质效应很低,对分析基本无干扰,因而样品未采取其他净化措施。如采用SPE等净化技术,对基质效应的影响会有一定程度的改善,但会以牺牲分析结果的重现性和回收率为代价。权衡之下,本文对样品提取液不再做进一步的净化。

因PCBs可作为增塑剂添加到塑料制品中,塑料制品中可能会含有PCBs,故实验过程中应尽量避免使用塑料制品。在方法学预试验中,使用聚丙烯材质内衬管,检测结果不理想,且发现内衬管出现软化现象。考虑到相对分子质量低的多氯化物可使聚丙烯软化和溶胀,因此,本实验中所用材料均改为玻璃材质。

2.2 色谱条件优化

结合PCBs本身的结构特点,本实验选用弱极性的TG-5MS毛细管柱,可实现同时对多种PCBs的快速分析。采用不分流进样模式,可得到较高的灵敏度,降低方法检出限。采用程序升温,以80 ℃的初温开始,升至300 ℃, 39种PCBs在8.0～30.0 min内出峰,得到了有效的分离。对保留时间(tR)相近而不能完全分离的某些PCBs,如PCB2和PCB3(tR分别为9.79 min和9.93 min)、PCB9和PCB6(tR分别为11.55 min和11.95 min)等,采用SRM技术可实现未完全分离的目标PCB的定性和定量分析。


2.3 质谱条件优化

本方法采用三重四极杆质谱检测,其条件的优化包括选择母离子、子离子以及碰撞能量等几个方面。在优化SRM参数时,先通过质谱全扫描方式确定每一组分的保留时间,再选取质荷比较大且相对丰度较高的特征碎片离子作为母离子。然后采用SRM模式,将每一种PCB的母离子进一步裂解,在碎片离子中选取两个离子作为子离子;对每一选定的子离子,在5、10、l5、20、25、30、35、40 eV能量下优化碰撞能量,以最佳的子离子响应值进行定性、定量。PCB4和PCB6的m/z 152/151离子对响应更高、受干扰程度更小,故将其选为PCB4和PCB6的定量离子对。39种PCBs标准品的定量离子对、定性离子对及最佳碰撞能量见表1。

2.4 方法学考察
2.4.1 线性关系和检出限

将39种PCBs混合标准溶液分别配制成质量浓度为0.1、1.0、5.0、50.0、100 μ g/L 的系列标准溶液,并分别进行测定,以每一种PCB的定量离子对的峰面积(y)对其质量浓度(x, μ g/L)绘制标准曲线,结果见表2。

表 2 39种PCBs混合标准溶液的工作曲线、相关系数和检出限 Table 2 Linear equations, correlation coefficients (r) and limits of detection (LODs) of the 39 PCBs

测定PCBs最低加标水平时的响应,以3倍信噪比(S/N=3)计算方法的检出限(LOD)，结果见表2。

从表2可以看出,各PCBs单体在0.1～100 μ g/L 范围内均呈现良好的线性关系(r≥0.9910)。

2.4.2 回收率和精密度

因室内降尘中多氯联苯成分及含量复杂,在做加标回收试验时,加标量难以确定。本试验采取将样品放入马弗炉中,于800 ℃焙烧1 h挥发掉原有有机物质的方法获得空白样品。

在空白灰中添加PCBs混合标准物质进行准确度和精密度试验。空白样品中加入PCBs标准品的SRM扫描总离子流图见图1。

图 1 空白样品加入PCBs标准品的SRM扫描总离子流图 Fig. 1 Total ion chromatogram of a blank sample spiked with the PCBs standards in SRM mode 1. PCB1; 2. PCB2; 3. PCB3; 4. PCB4; 5. PCB9; 6. PCB6; 7. PCB8; 8. PCB19; 9. PCB18; 10. PCB16; 11. PCB25; 12. PCB28; 13. PCB22; 14. PCB52; 15. PCB44; 16. PCB71; 17. PCB67; 18. PCB74; 19. PCB66; 20. PCB56; 21. PCB99; 22. PCB87; 23. PCB110; 24. PCB82; 25. PCB147; 26. PCB146; 27. PCB153; 28. PCB179; 29. PCB138; 30. PCB187; 31. PCB174; 32. PCB177; 33. PCB173; 34. PCB180; 35. PCB198; 36. PCB203; 37. PCB195; 38. PCB194; 39. PCB206.

各被测组分分别进行1.0、5.0、50.0 μ g/L 3个加标水平的回收试验。在日内精密度试验中,对各加标水平进行6次平行测定。在日间精密度试验中,于3 d内对各加标水平的样品每天进行6次平行测定,结果见表3。

表 3 空白室内灰尘中PCBs的加标回收率及相对标准偏差 Table 3 Recoveries of PCBs spiked in blank indoor dust and their inter-day and intra-dayrelative standard deviations(RSDs)

从表3可以看出,各PCBs单体平均加标回收率为57.2% ～120.7% ,日内RSD为0.3% ～24.7% ,日间RSD为0.6% ～29.9% ,表明该方法的回收率较高,精密度较好,稳定可靠。

2.4.3 样品含量的测定结果

采用本文所建立的方法测定了采自南京市的117份室内灰尘样品,其中7份样品的结果见表4。

表 4 7份室内灰尘样品中39种PCBs的含量 Table 4 Contents of the 39 PCBs in seven indoor dust samples
3 结论

本文建立了超声萃取结合GC-MS/MS同时测定室内灰尘中39种PCBs的分析方法。GC与MS/MS联用,相当于在GC-MS的基础上增加了子离子的光谱信息,增强了结构解析和定性能力,且二级质谱图比一级质谱图要简单得多,最大程度地排除了基体干扰,提高了选择性和灵敏度。该方法具有操作简单,溶剂用量少,定性、定量较准确的优点,经试验证明能满足较大批量室尘样品的测定要求。

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