Acquity Ultra Performance LC^TM超高效液相色谱仪-XEVO电喷雾串联四极杆质谱仪(美国Waters公司),TurboVap^ Ⅱ自动氮吹浓缩仪(美国Caliper公司),Milli-Q A10去离子水发生器(美国Millipore公司),Autotrace固相萃取仪(美国Dionex公司),WAX固相萃取小柱(6 mL,300 mg,美国Waters公司),GHP针式滤头(0.2 μ m,13 mm,美国Waters公司)。

甲醇(色谱纯,德国Merck公司),乙酸铵(色谱纯,美国Tedia公司),其他试剂均为分析纯。16种PFC混合标准溶液系列(美国Waters公司,500 mg/L,批号186004624),包含全氟丁酸(perfluorobutyric acid,PFBA)、全氟戊酸(perfluoropentanoic acid,PFPA)、全氟己酸(perfluorohexanoic acid,PFHxA)、全氟庚酸(perfluoroheptanoic acid,PFHpA)、全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)、全氟壬酸(perfluorononanoic acid,PFNA)、全氟癸酸(perfluorodecanoic acid,PFDA)、全氟十一烷酸(perfluoroundecanoic acid,PFUnDA)、全氟十二烷酸(perfluorododecanoic acid,PFDoDA)、全氟十三烷酸(perfluorotridecanoic acid,PFTrDA)、全氟十四烷酸(perfluorotetradecanoic acid,PFTeDA)、全氟丁基磺酸(perfluorobutanesulphonic acid,PFBS)、全氟己基磺酸(perfluorohexanesulfonic acid,PFHxS)、全氟庚基磺酸(perfluoroheptanesulfonic acid,PFHpS)、全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulfonic acid,PFOS)和全氟癸烷磺酸(perfluorodecanesulfonic acid,PFDS)。

所有水样经0.45 μ m玻璃纤维滤膜去除颗粒物质。然后取500 mL样品过Waters WAX固相萃取柱(柱子分别用5 mL甲醇、5 mL 1%氨水甲醇溶液、5 mL去离子水预处理),然后用5 mL 20%(v/v)甲醇淋洗,最后依次用4 mL甲醇、4 mL 1%氨水甲醇溶液洗脱。洗脱液氮吹浓缩至干,残留物用1 mL 50%甲醇水溶液溶解后,过0.2 μ m GHP微孔滤膜,待UPLC-ESI-MS/MS分析。若水样不能即时处理,则经0.45 μ m玻璃纤维滤膜过滤后冷冻保存,检测前解冻放至室温再经SPE处理。

Waters Acquity UPLC^TM BEH C₁₈色谱柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μ m);流动相A为2 mmol/L 乙酸铵水溶液,流动相B为含2 mmol/L 乙酸铵的甲醇。梯度洗脱:0～0.5 min,25%B; 0.5～4.5 min,25%B～55%B; 4.5～5.0 min,55%B～95%B; 5.0～6.0 min,95%B; 6.0～6.5 min,95%B～25%B。流速:0.4 mL/min;柱温:40 ℃;样品室温度:10 ℃;进样体积:5.0 μ L。电喷雾电离源(ESI);负离子扫描;多反应监测(MRM)模式;毛细管电压:3.0 kV;离子源温度:150 ℃;脱溶剂温度:500 ℃;脱溶剂气(氮气)流量: 800 L/h;锥孔气(氮气)流量: 30 L/h;碰撞气(氩气)流量: 0.15 mL/min。为避免引入高背景值,实验全过程应该避免使用聚四氟乙烯材质的色谱管路和器皿,本研究采用的色谱管路为全peek塑料管路。

根据PFCs的结构特征,选择负离子模式。采用流动注射泵进样,分别对16种浓度均为100 μ g/L 的PFCs标准溶液进行一级质谱扫描,确定各种PFCs的准分子离子峰,并分别优化其锥孔电压。根据一级质谱显示的分子离子峰的丰度分别对毛细管电压、离子源温度、脱溶剂温度等质谱参数进行优化。然后分别以其准分子离子为母离子,通过氩气碰撞产生碎片离子进行二级质谱扫描,同时优化碰撞能量,选择丰度较高的2种碎片离子作为定性与定量特征离子。通过试验优化,16种PFCs的定性与定量特征离子及优化的质谱参数见表1。

选用通用性强的BEH C₁₈色谱柱,以甲醇和水为流动相。乙酸铵的离子抑制效应较弱,是较为理想的缓冲液,加入乙酸铵优化流动相,使分离度增加,同时乙酸铵的存在可增强PFCs离子化程度,提高检测的灵敏度。实验中发现在水和甲醇中分别添加乙酸铵浓度为2 mmol/L 时可得到最大信噪比和最佳峰形,因此确定2 mmol/L 乙酸铵缓冲液为最佳流动相。将16种PFCs混合标准溶液进样分析,甲醇起始浓度为25% ,最终浓度为95% ,运行7.0 min,梯度洗脱,通过调节在不同分析时间内流动相的配比,16种目标化合物分离良好,混合标准溶液(5.0 μ g/L)的提取离子色谱图如图1所示。

由于PFCs在环境中浓度极低,无法实现直接测定,因此需要经过浓缩处理。实验比较了不同浓缩柱如HLB柱、WAX柱、C₁₈柱、活性炭柱和石墨化炭黑柱的浓缩效果。选用不含16种待测组分的地表水,添加10 μ g/L 的混合标准溶液,对比了各种固相萃取小柱的富集、净化效果。结果显示,C₁₈柱对部分PFC富集效果比较差;活性炭和石墨化炭黑填料小柱虽然可以完全吸附全氟化合物,但却难以洗脱,常见的甲醇、乙腈等有机溶剂均无法实现将目标物质从固相萃取小柱上洗脱下来;HLB与WAX柱是比较合适的小柱,而WAX柱对目标化合物具有更高的穿透体积,萃取效果更佳。因此,本实验选用WAX柱作为前处理浓缩柱。

为了取得最佳实验结果,考察了洗脱液对目标化合物的洗脱效果。在实验中发现100%甲醇对PFCs的洗脱不充分,洗脱液中添加氨水能够有效改善其洗脱效果。其原因可能在于碱性环境促进了PFCs分子的羧基去质子化,减少PFCs与硅胶表面硅醇基之间的作用,使其更容易被洗脱下来。实际测定中选择1%氨水甲醇溶液作为洗脱液。

配制PFCs质量浓度为0.5、1.0、5.0、10、50和100 μ g/L 的混合标准溶液,以目标组分的响应值(峰面积)Y对相应的质量浓度X绘制标准曲线。各种PFCs的线性范围、线性方程和相关系数如表2所示。PFCs的提取离子色谱图(见图1)基线平整且响应值较低,说明提取精确质量数的色谱图噪声几乎可以忽略。在确定方法检出限时采用了美国环保署(EPA)推荐的方法^{[ 23 ]}:选用不含被测组分的地表水,按照估计方法检出限的1～5倍浓度添加各种PFC标准样品,制备7份(各500 mL)同样的低浓度加标样品,然后按照整个分析程序对样品进行分析,计算方法标准偏差(SD),方法检出限为3.143×SD。16种PFCs的方法检出限(LOD)见表2。结果表明,16种PFCs的检出限为0.06～0.46 ng/L,且方法对短链PFCs的灵敏度相对更高。我国目前尚无水体中PFCs的限值标准,美国EPA推荐水中PFOA和PFOS的限值标准^{[ 24 ]}分别为400 ng/L 和200 ng/L,参照该标准限值,本方法完全能够满足实际检测的需要。

选用不含16种待测组分的地表水样品,分别添加3个浓度水平(1.0、10和100 μ g/L)的混合标准溶液,按照上述方法进行前处理,每个水平平行测定6次,测定回收率和精密度,结果见表3。高、中、低3个添加水平的回收率在67.6% ～103%之间,相对标准偏差在2.94% ～12.0%之间,说明该方法有较好的回收率且具有较高的精密度,适合实际样品的检测分析。

2013年7月,分别采集杭州地区部分河流、水库等地表水水样,按照上述方法对水中PFCs的含量进行检测,结果见表4。4份地表水样品中共检出5种PFCs,其中检出频次较高的是PFHxA和PFOA,在4份水样中均有检出。受PFCs污染最严重的是河流1,PFOA检出浓度达到58.7 ng/L,虽然尚未超过EPA推荐的标准限值400 ng/L,但仍需引起重视,并加强污染状况和污染来源调查,以便采取必要的污染防治措施以确保水环境质量安全。