色谱  2014, Vol. 32 Issue (9): 967-970   PDF (796 KB)    
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杜兵
刘爱民
黄业茹
同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法测定土壤样品中二恶英类化合物的等价毒性当量不确定度的评定
杜兵 , 刘爱民, 黄业茹    
国家环境分析测试中心, 国家环境保护二恶英污染控制重点实验室, 北京 100029
收稿日期：2014-5-22
基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项（2011YQ060084）；环保公益性重大项目（201309001）.
通讯作者：杜兵,Tel(010)84665750,E-mail:thudubing@hotmail.com.
摘要：采用同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法（isotope dilution high resolution gas chromatography and high resolution mass spectrometry，ID-HRGC-HRMS）测定土壤样品中二恶英类化合物（polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans，PCDD/Fs）的等价毒性当量（toxic equivalent quantity，TEQ）。讨论并确定了测定土壤样品中二恶英类化合物2，3，7，8位异构体不确定度的来源并合成了各异构体的相对标准不确定度；在此基础上，计算了3种等价毒性当量因子（toxic equivalent factor，TEF）框架下土壤样品中PCDD/Fs的TEQ浓度及其合成不确定度和扩展不确定度。
关键词： 同位素稀释法     高分辨气相色谱     高分辨质谱     二恶英类化合物     等价毒性当量     不确定度     土壤    
Uncertainty evaluation of the determination of toxic equivalent quantity of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans in soil by isotope dilution high resolution gas chromatography and high resolution mass spectrometry
DU Bing , LIU Aimin, HUANG Yeru    
Key Laboratory of Dioxins Pollution Control for State Environmental Protection, National Research Center for Environmental Analysis and Measurements, Beijing 100029, China
Received: 2014-5-22
Abstract: Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) in soil samples were analyzed by isotope dilution method with high resolution gas chromatography and high resolution mass spectrometry (ID-HRGC/HRMS), and the toxic equivalent quantity (TEQ) were calculated. The impacts of major source of measurement uncertainty are discussed, and the combined relative standard uncertainties were calculated for each 2,3,7,8 substituted congener. Furthermore, the concentration, combined uncertainty and expanded uncertainty for TEQ of PCDD/Fs in a soil sample in I-TEF, WHO-1998-TEF and WHO-2005-TEF schemes are provided as an example. I-TEF, WHO-1998-TEF and WHO-2005-TEF are the evaluation schemes of toxic equivalent factor (TEF), and are all currently used to describe 2,3,7,8 substituted relative potencies.
Key words: isotope dilution method     high resolution gas chromatography (HRGC)     high resolution mass spectrometry (HRMS)     polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs)     toxic equivalent quantity (TEQ)     uncertainty     soil    

二恶英类化合物是多氯代二苯并二恶英类/多氯代呋喃类化合物的总称(polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans,PCDD/Fs),具有持久性、高蓄积性及高毒性,共有210种同分异构体[1, 2]。通常认为17种2,3,7,8位取代的异构体具有毒性。为评价其对健康影响的潜在效应,以毒性最强的2,3,7,8-四氯代二苯并-对-二恶英(TCDD)的等价毒性当量因子(toxic equivalent factor,TEF)为1,将其他2,3,7,8位取代二恶英异构体浓度折算为相当于2,3,7,8-TCDD毒性的等价毒性当量浓度(toxic equivalent quantity,TEQ),计算方法为各异构体实测浓度与其TEF乘积的加和。由于科学研究的局限性,TEF每隔一段时间(一般以5年为周期)应根据当前进展进行重新评估。目前在国家标准和科学研究中使用较为广泛的TEF体系有I-TEF、WHO-1998-TEF和WHO-2005-TEF[1]。同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法(isotope dilution high resolution gas chromatography and high resolution mass spectrometry,ID-HRGC/HRMS)具有高灵敏度、高分辨率、宽测定范围以及使用同位素内标稀释法能够最大程度地对前处理过程中引入的分析误差进行校正等优点,被广泛应用于二恶英类等污染物的测定[2]。测定不确定度是与测定结果关联的一个参数,用于表征合理赋予被测定值的分散性,应用于实验室质量控制和结果符合性评价[3, 4]。但目前关于同位素稀释法测定二恶英类化合物TEQ不确定度评定的报道尚不多见。本文以《CNAS-GL06化学领域不确定度指南》为参考[3],使用ID-HRGC/HRMS对土壤样品中二恶英类化合物TEQ的测定结果进行了评定,并给出了扩展不确定度计算的实例。

1 实验部分
1.1 仪器、试剂与材料

Agilent 6890N/AutoSpec Ultima NT高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪(Waters公司)。标准物质EPA-1613系列(Wellington公司)。色谱纯正己烷、甲苯、二氯甲烷、壬烷(J. T. Baker公司)。二恶英分析用无水硫酸钠、硅胶、2%氢氧化钾硅胶、44%及22%硫酸硅胶、10%硝酸银硅胶、活性炭埋藏硅胶(和光制药)。

1.2 分析方法

参照HJ 77.4-2008《土壤和沉积物中二恶英类化合物的测定:同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》。具体方法如下:土壤风干后以甲苯索氏提取,加入13C标记的同位素内标后溶剂置换为正己烷,浓缩后经多层硅胶柱及活性炭埋藏硅胶柱净化，用甲苯洗脱。洗脱液经KD浓缩器浓缩后以壬烷定容,加入内标后上机分析。

同位素稀释法使用相对响应因子法定量。选择6组已知不同浓度的标准溶液,每组平行测定5次,计算相对响应因子(RRFes): RRFes=,其中A、Aes分别为待测异构体和对应同位素内标的峰面积,Q、Qes分别为待测异构体和对应同位素内标的质量(pg)。同时计算其平均值和标准方差。

1.3 实验条件

气相色谱条件:色谱柱为DB-5MS (60 m×0.25 mm×0.25 μ m,安捷伦公司);柱温升温程序：初始温度140 ℃,保持1 min；以20 ℃/min 升温至200 ℃,保持1 min；以5 ℃/min 升温至220 ℃,保持16 min；以5 ℃/min 升温至225 ℃；以5 ℃/min 升温至310 ℃,保持10 min。进样口温度:270 ℃;载气流量:1.5 mL/min;进样方式：不分流进样;进样量:1 μ L。

质谱条件:接口温度270 ℃,离子源温度250 ℃,离子化电流600 μ A,离子加速电压8 kV,质量校准物质:全氟煤油(PFK),质谱分辨率＞10000。使用选择离子监测(SIM)模式选择待测化合物的两个监测离子进行监测。

2 不确定度的评定
2.1 数学模型

土壤中二恶英类化合物的TEQ浓度以下式计算:ρ i),其中 ρ 为土壤中二恶英类异构体的含量(mg/kg),A、Aes分别为待测异构体和对应同位素内标的峰面积,RRFes为该异构体的相对响应因子,Qes为添加的同位素内标总量(ng),m为称量的样品量(g),w为样品含水率。

2.2 各2,3,7,8位异构体测定中引入的相对标准不确定度及合成
2.2.1 样品测定中不确定度的来源及确定

(1)样品称量引入的相对不确定度urel(m)

样品称量用电子天平的误差为0.1 mg,按均匀分布k= 3 ,其标准不确定度为u(m)=0.0001/ 3 =0.0000577 g,称量样品 10.0000 g时,urel(m)=u(m)/m= 0.00000577。

(2)样品前处理引入的相对不确定度urel(Qes)

同位素稀释法是现有技术条件下能够对前处理过程中引入的偏差进行校正的最好方法。其不确定度主要来源于添加内标浓度和添加体积的不确定度。所添加的同位素内标为供应商直接提供。校正证书的容许偏差为5% ,按均匀分布计,相对标准不确定度为2.89% ;添加内标使用100 μ L进样针,说明书给出容许标称偏差为0.07% ,按均匀分布计,相对不确定度为0.04% ;合成不确定度urel(Qes)= =2.89% 。

(3)相对峰面积测定中引入的相对不确定度urel(A/Aes)

对各异构体6种不同浓度序列的A/Aes进行测定,每序列5组,归一化后计算其标准方差作为相对峰面积测定中引入的相对不确定度urel(A/Aes),具体数值见表1。

表 1 二恶英类2,3,7,8取代异构体相对标准不确定度、合成相对标准不确定度以及扩展不确定度 Table 1 Relative uncertainty of measurement,combined relative standard uncertainty and expanded relative uncertainty for 2,3,7,8-PCDD/PCDF congeners

(4)RRF计算引入的相对不确定度urel(RRFes)

对各异构体6种不同浓度序列的RRFes进行测定,每序列5组,计算其均值和标准方差,获得其相对不确定度urel(RRFes),具体数值见表1。

(5)含水率校正引入的相对不确定度urel(1-w)

含水率校正引入的相对不确定度与含水率具体数值相关,ma与mb分别为烘干前后的样品称重。即u(1-w)=,urel(1-w)= ,称量用电子天平误差为0.1 mg,按均匀分布k= 3 ,其标准不确定度为u(m)=0.0001/ 3 =0.0000577 g,则urel(1-w)=0.0000816。

2.2.2 土壤样品测定中异构体浓度相对不确定度的合成

土壤样品测定中异构体浓度合成相对标准不确定度为u( ρ )=[urel(m)2+urel(Qes)2+urel(A/Aes)2+urel(RRF)2+urel(1-w)2]1/2,置信概率为95%时,取包含因子K=2,则扩展不确定度为U ρ =2u( ρ ),各异构体相对不确定度见表1。

2.3 土壤样品中TEQ测定的不确定度

TEQ是17种2,3,7,8位取代二恶英类化合物的测定值与对应TEF乘积的加和,因此 u(TEQ) =

置信概率为95%时,取包含因子K=2,则扩展不确定度为UTEQ=2u(TEQ),所以TEQ的不确定度和选用的TEF体系、各异构体浓度及其相对标准不确定度相关。表2给出了不同TEF体系下一个土壤样品的计算实例。I-TEF体系下该土壤样品的TEQ含量为(4.64±0.13) ng/kg,WHO-1998-TEF体系下TEQ含量为(5.36±0.16) ng/kg,WHO-2005-TEF体系下TEQ含量为(4.72±0.14) ng/kg。

表 2 不同TEF框架体系下土壤样品中二恶英类化合物的TEQ浓度、合成相对标准不确定度和扩展不确定度 Table 2 Concentrations,combined standard uncertainties and expanded uncertainties for TEQ of PCDD/Fs in a soil sample in different TEF schemes
3 结论

对于土壤样品中二恶英类化合物的测定而言,在给定的实验室标准操作流程下,可给出单次测定下异构体浓度对应的相对标准不确定度,而其标准不确定度则和异构体浓度与对应的相对标准不确定度相关。对于TEQ标准不确定度而言,由于选择的TEF体系不同和样品异构体浓度的不同,其计算的TEQ标准不确定度不同。因此在二恶英类化合物测定的TEQ标准不确定度计算中,应声明使用的TEF体系,并对每个样品都应分别计算其TEQ不确定度,以避免引起混淆。

参考文献
[1]Van den Berg M, Birnbaum L S, Denison M, et al. Toxicol Sci, 2006, 93(2): 223  
[2]Gao D, Liu J S, Zhu G H, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry (高丹, 刘劲松, 朱国华, 等. 分析化学), 2013, 41(12): 1862
[3]China National Accreditation Service for Conformity Assessment, CNAS. GL06 Guidance on Evaluating the Uncertainty in Chemical Analysis. [2014-05-16]. http://www.cnas.org.cn/extra/col23/1153814705.pdf
[4]Liu H Y, Zhou Y, Wang T F, et al. Spectroscopy and Spectral Analysis (刘红艳, 周燕, 王铁夫, 等. 光谱学与光谱分析), 2011, 31(4): 1115