色谱  2015, Vol. 33 Issue (8): 878-884   PDF (1940KB)    
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王丽
李书书
张展
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气相色谱-负化学电离源质谱法测定鱼油中16种多氯联苯
王丽1, 李书书2, 张展1, 王守林2, 李磊1     
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卫生与环境卫生学系, 江苏 南京 211166
收稿日期：2015-04-07
基金项目：江苏省高校优势学科建设工程项目(PAPD2010).
通讯作者：E-mail:drleili@hotmail.com(李磊)
摘要：建立了气相色谱-负化学电离源质谱(GC-NCI-MS)同时测定鱼油中16种多氯联苯(PCBs)的方法。鱼油样品经正己烷提取和浓硫酸净化,在选择离子监测模式下进行GC-NCI-MS检测。所检测的PCBs在0.01~10 μg/L范围内呈现良好的线性关系(r>0.99),定量限(S/N=10)在3~67 pg/g之间。基质加标回收率为62.3%~121.8%,相对标准偏差(n=3)≤12%。相比传统的多种填料固相萃取前处理法,本方法样品处理简单快速,有机溶剂使用量少,具有较好的抗基质干扰能力和较高的灵敏度,适用于鱼油中痕量共平面多氯联苯及常见指示性多氯联苯等的同时检测。
关键词： 气相色谱-负化学电离源质谱     共平面多氯联苯     指示性多氯联苯     鱼油    
Determination of 16 polychlorinated biphenyls in fish oil by gas chromatography-negative ion chemical ionization-mass spectrometry
WANG Li1, LI Shushu2, ZHANG Zhan1, WANG Shoulin2, LI Lei1     
1. Department of Hygienic Analysis and Detection, School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China;
2. Department of Occupational Health and Environmental Health, School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China
Received: 2015-04-07
Abstract: An analytical method for the simultaneous determination of 16 polychlorinated biphenyls (PCBs) in fish oil was developed. PCBs were extracted from fish oil with n-hexane, purified by sulfuric acid and determined by using gas chromatography-negative ion chemical ionization-mass spectrometry (GC-NCI-MS) in selected ion-monitoring (SIM) mode. A good linear relationship (r>0.99) was observed with the PCBs concentrations from 0.01 μg/L to 10 μg/L, and the limits of quantification (LOQ, S/N=10) were between 3 pg/g and 67 pg/g for different kinds of PCBs. The average recoveries ranged from 62.3% to 121.8% with the relative standard deviations (RSDs, n=3) smaller than 12%. Compared with the traditional pre-treatment of multiple material solid phase extraction, this new method is simple, rapid and less organic solvent usage. Meanwhile the method has good selectivity and sensitivity, and it is suitable for the determination of multiple trace PCBs in fish oil.
Key words: gas chromatography-negative ion mode of chemical ionization-mass spectrometry (GC-NCI-MS)     coplanar polychlorinated biphenyls (co-PCBs)     indicator polychlorinated biphenyls     fish oil    

鱼油含有丰富的二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA),具有抗炎和抗氧化特性,可以预防和治疗动脉粥样硬化、降低癌症发病率等。近些年的研究还显示,DHA和EPA在婴儿生长发育等方面也有重要作用[1, 2]。但两者在人体内均不能被合成,只能通过食物摄取,因此补充鱼油在预防疾病等方面具有一定作用。

但是在持久性环境污染物(POPs)全球迁移及生物富集的情况下,鱼油的品质也受到影响[3, 4]。多氯联苯(PCBs)是斯德哥尔摩公约中优先控制的12类持久性有机污染物之一,生物体摄食后在体内蓄积,不易降解[5, 6, 7, 8]。PCBs理论上有209种同系物异构体,其中共平面多氯联苯(co-PCBs)/二恶英类多氯联苯有12种,其在结构上具有共平面特性,包括4个非邻位取代PCBs (non-ortho PCBs,PCB77、PCB81、PCB126和PCB169)和8个单邻位取代PCBs (mono-ortho PCBs,PCB105、PCB114、PCB118、PCB123、PCB156、PCB157、PCB167和PCB189)。其毒理机制与二恶英类似,有较强的致癌和内分泌干扰作用,人体长期低剂量接触会导致癌症、雌性化、胎儿畸形等疾病[9, 10],国际癌症研究机构将其归为2A类致癌物(致癌可能性较大)。另外,全球环境监测系统/食品规划部分(GEMS/FOOD)[11]中规定,以PCB28、PCB52、PCB101、PCB118、PCB138、PCB153和PCB180作为多氯联苯污染状况的指示性多氯联苯(indicator PCBs)来替代所有多氯联苯同系物异构体进行监测。

鱼油中存在多种PCBs残留[12],研究同时测定鱼油中多种PCBs(尤其是毒性较大、含量极低的co-PCBs,以及常见的、含量相对较高的indicator PCBs)的方法对保障人类健康具有重要的意义。本文重点检测了鱼油中12种co-PCBs、部分indicator PCBs(PCB118、PCB153、PCB180)和PCB170。

目前,PCBs的检测方法主要有气相色谱-电子捕获检测器法(GC-ECD)[13, 14, 15]、气相色谱-电子轰击源质谱法(GC-EI-MS)[16]、气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)[17]以及气相色谱-高分辨质谱法(GC-HRMS)[18, 19]。GC-ECD对样品前处理的要求较高,且只能依靠保留时间定性;GC-EI-MS虽然可通过选择特定离子筛除部分干扰,但EI对共流出物具有普遍响应,特异性较差;GC-MS/MS、GC-HRMS具有较好的定性和抗干扰能力、检出限低,但其仪器购买费用和维护费用昂贵,较难在实际应用中推广。化学电离源(CI源)作为GC-MS的另一种电离源,其负离子模式(NCI)对含有强电负性元素的化合物具有更高的选择性和灵敏度,并且对样品基质中所含的脂肪、色素等杂质也大多没有响应,兼具了质谱特定离子选择的特性,适用于含电负性元素化合物的测定。目前,GC-NCI-MS方法多应用在多溴联苯醚(PBDEs)的检测中[20],对PCBs的检测应用尚不多见。

鱼油中PCBs的前处理方法主要为凝胶渗透色谱法(GPC),但难于一次性去除所有的油脂,需再使用不同填料填充的固相萃取小柱进一步除去剩余的油脂和杂质[21, 22, 23],操作耗时长,溶剂使用量大,成本高。GB 5009.19-2014[11]中规定的食品中indicator PCBs含量测定的第二法为GC-ECD,其前处理采用浓硫酸净化,再结合碱性氧化铝小柱净化。本研究前处理与其不同之处在于:GB 5009.190-2014中使用浓硫酸净化时,只要求上层液体无色即可,其进一步的净化可通过后续的固相萃取方法;而本文通过少量、多次加入浓硫酸来净化鱼油样品,直至上、下层溶液均接近无色。整个过程有机溶剂使用量少、操作简单、成本低。尽管前处理没有进一步使用固相萃取小柱净化,但结合GC-NCI-MS的检测特点,获得了较好的抗基质干扰能力以及较高的灵敏度,适用于鱼油样品中多种痕量PCBs的同时快速检测。

1 实验部分
1.1 仪器与试剂

气相色谱-质谱仪(DSQ)配AS3000自动进样器、TR-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m)(美国Thermo公司)。

正己烷(色谱纯,德国CNW公司);浓硫酸(分析纯,南京化学试剂有限公司); 16种多氯联苯(PCBs)标准溶液(质量浓度为2 mg/L,纯度≥99.99% ,百灵威公司)分别为:PCB77、PCB81、PCB123、PCB118、PCB114、PCB153、PCB105、PCB138、PCB126、PCB167、PCB156、PCB157、PCB180、PCB169、PCB170和PCB189。

1.2 标准溶液配制

将多氯联苯标准溶液用正己烷稀释成1 μ g/L和20 μ g/L的储备液。再用正己烷将1 μ g/L的储备液稀释成0.01、0.025、0.05、0.1 μ g/L的标准溶液;将20 μ g/L的储备液稀释成0.25、0.5、1、2.5、5、10 μ g/L的标准溶液。

1.3 样品前处理

称取0.3 g鱼油样品于玻璃离心管(1号管)中,加入5 mL正己烷,涡旋混匀。边轻轻摇晃离心管边加入1 mL浓硫酸,以 3000 r/min 的速度离心8 min,吸取上清液至2号管。在2号管中加入1 mL浓硫酸,以 3000 r/min 的速度离心8 min,吸取上清液至3号管。在3号管中加入1 mL浓硫酸,以 3000 r/min 的速度离心8 min,取上清液,经氮吹仪吹干,用100 μ L正己烷复溶待测。

1.4 仪器条件

色谱条件:初始温度为70 ℃,保持1 min;以20 ℃/min 的速率升温至150 ℃,保持2 min;以20 ℃/min 的速率升温至300 ℃,保持5 min;溶剂延迟时间为6.00 min;载气(氦气)流速为1 mL/min;辅助气流速(甲烷)为1.2 mL/min;进样口温度为270 ℃;不分流进样,不分流时间为1 min,进样量为1 μ L。

质谱条件:传输线温度为280 ℃;离子源为CI,负离子模式,温度为200 ℃;电子轰击能量为70 eV;发射电流为100 μ A;预四极杆电压为-7.8 V;选择离子监测模式。采用外标法定量。

图 1 浓硫酸处理鱼油样品的净化效果 Fig.1 Clean-up effect of the fish oil with the treatment of sulfuric acid a. the first addition of 1 mL H2SO4; b. supernatant from Fig. 1a with the treatment of 1 mL H2SO4; c. supernatant from Fig. 1b with the treatment of 1 mL H2SO4; d. supernatant from Fig. 1c with the treatment of 1 mL H2SO4.

2 结果与讨论
2.1 样品前处理

鱼油中大部分为脂肪,而多氯联苯易蓄积在脂肪中,如何有效地从脂肪中提取多氯联苯是试验的关键。传统的方法在采用凝胶渗透色谱净化后,还需进一步利用弗罗里硅土小柱[15]或者碱性氧化铝小柱[11]去除残余的脂肪等杂质,但处理过程耗时长、溶剂使用量大,且一些实验室使用的自动凝胶净化系统价格也较贵。因多氯联苯化学性质稳定,本实验采用分量、多次加入浓硫酸来净化鱼油样品,发现其对脂肪等杂质的去除效果明显,不影响待测组分的检测。结果表明,在0.3 g鱼油中加入5 mL正己烷混匀后,边轻轻摇晃试管边缓缓加入1 mL浓硫酸,离心后吸取上清液,再将上清液重复上述净化过程2～3次即可得到上层以及下层均较干净的澄清液体(见图1)。上层提取液经氮气吹干后,立即加入100 μ L正己烷复溶,即可上机测定。整个过程操作简单,无需复杂的固相萃取步骤,且成本低廉、有机溶剂使用量少,适用于批量样品的快速处理。

为比较浓硫酸净化与其他方法在基质干扰上的差别,样品分别经浓硫酸净化、浓硫酸-弗罗里硅土净化和浓硫酸-碱性氧化铝净化后,均用GC-ECD、GC-NCI-MS和GC-EI-MS 3种方法测定。

图2 添加标准化合物(终质量浓度5 μ g/L)的鱼油样品经不同方法前处理后的GC-ECD谱图 Fig.2 Clean-up effects for the fish oil (spiked with the standards,final concentration of 5 μg/L) with different pre-treatments followed by GC-ECD a. standard solution of PCBs; b. the treatment of sulfuric acid; c. the treatments of sulfuric acid and florisil silica; d. the treatments of sulfuric acid and alkaline alumina.
Peaks: 1. PCB77; 2. PCB81; 3/4. PCB123/118; 5. PCB114; 6. PCB153; 7. PCB105; 8. PCB138; 9. PCB126; 10. PCB167; 11. PCB156; 12. PCB157; 13. PCB180; 14. PCB169; 15. PCB170; 16. PCB189.

添加标准化合物(终质量浓度为5 μ g/L)的鱼油样品经过不同的前处理净化后在GC-ECD上的检测效果如图2所示,单独浓硫酸净化的鱼油样品谱图基线较高,目标化合物出峰前有较多杂峰,而经过弗罗里硅土或碱性氧化铝进一步净化后的谱图基线降低明显,杂峰也较少。因此在采用GC-ECD检测时,浓硫酸处理后的鱼油样品需要进一步的净化。此法即为GB 5009.190-2014中的第二种方法。

图3 添加标准化合物(终质量浓度5 μg/L)的鱼油样品经不同方法前处理后的GC-NCI-MS谱图 Fig.3 Clean-up effects for the fish oil (spiked with the standards, final concentration of 5 μg/L) with different pre-treatments followed by GC-NCI-MS
a-d are the same as in Fig.2.

GC-NCI-MS的检测效果如图3所示,单独使用浓硫酸净化样品的谱图与其他两种净化方法的效果一致,基线水平低且平稳,杂峰比其他两种少。王建华等[24]利用浓硫酸净化、GC-NCI-MS测定动物源性食品中的多氯联苯时也获得了同样的效果。

此外,还比较了只经浓硫酸处理的样品在GC-MS两种不同离子源(EI和NCI)上的检测效果。如图4所示,经GC-EI-MS检测的谱图中基线约在目标化合物开始出峰时逐渐提高,且大部分检测到的PCBs灵敏度明显低于GC-NCI-MS检测结果,可见NCI源比EI源优势明显。

2.2 质谱条件优化

GC-ECD对电负性物质有选择性响应,具有一定的抗干扰能力,但在检测时仅依靠保留时间进行定性检测;GC-EI-MS虽然可以通过选择离子及保留时间定性,但EI响应的选择性较差。GC-NCI-MS兼具了两者的优点,不仅对电负性物质的响应高,对大多数脂肪、色素等杂质不响应,而且可以通过特征离子、保留时间定性。本文通过优化GC-NCI-MS中的辅助气流量和离子源温度,使检测条件达到最佳,通过不同浓度水平基质重复加标试验验证方法的可靠性及稳定性。

图4 添加标准化合物(终质量浓度5 μg/L)的鱼油样品经硫酸净化后在不同离子源的GC-MS检测效果 Fig.4 Chromatograms of clean-up effects for fish oil (spiked with the standards,final concentration of 5 μg/L) with sulfuric acid pre-treatment followed by GC-MS with different ion sources
a. GC-EI-MS; b. GC-NCI-MS.
2.2.1 辅助气流速选择

鱼油中PCBs的残留含量大多在ppt～ppb级,对仪器的检测灵敏度要求较高。本文比较了不同辅助气(甲烷)流速对PCBs响应的影响。如图5所示,

图5 不同辅助气(甲烷)流量对PCBs响应影响 Fig.5 Detection effect of the flow of methane (CH4) on the response of PCBs
PCB77、PCB81、PCB123/118、PCB114、PCB153、PCB105和PCB138(对应图2中1～8号色谱峰)在1.2 mL/min 流速时响应最高,而图5中的PCB126、PCB167、PCB156、PCB157、PCB180、PCB169、PCB170和PCB189(对应图2中9～16号色谱峰)在1.5 mL/min 流速时响应最高,1.2 ml/min 时的响应次之。综合考虑同浓度条件下低
氯代、相对分子质量相对较小的PCB77～PCB138(峰号1～8)检测灵敏度明显低于高氯代、相对分子质量相对较大的PCB126～PCB189(峰号9～16),最后确定甲烷流速为1.2 mL/min。

2.2.2 离子源温度选择

考察了在200、210、220、230、240和250 ℃不同离子源温度下多氯联苯的响应,试验结果表明：大部分多氯联苯在200 ℃时响应最高;PCB180和PCB170在210 ℃时响应最高,PCB169和PCB189在250 ℃时响应最高。考虑到仪器离子源温度依靠加热板控温,提高离子源温度会缩短加热板的使用寿命,并且16种PCBs中检测灵敏度相对较低的低氯代多氯联苯均在200 ℃时响应最高,所以将离子源温度设为200 ℃。

在优化后的条件下,16种PCBs中除PCB123与PCB118未得到很好的分离外,其余均分离良好(见图6)。表1中列出了16种多氯联苯的特征离子及保留时间。

图6 多氯联苯(PCBs)混合标准溶液的GC-NCI-MS SIM谱图 Fig.6 GC-NCI-MS chromatogram of PCBs standard solution in SIM mode
Peak Nos. are the same as in Fig.2
2.3 线性关系、回收率、精密度和定量限

对PCBs标准化合物进行全扫描,可确定每种待测物质的3个特征离子(见表1)及相对丰度比。样品测定时,检出物质的保留时间应与标准化合物一致,并且出现的特征离子相对丰度比偏差应在规定的范围内。试验中选择的特征离子相对强度均大于50% ,相对偏差在20%以内。

样品中不同PCBs残留水平差异较大,外标法定量时采用分段标准曲线计算样品中的PCBs残留量。16种PCBs的线性范围为0.01～10 μ g/L。各化合物分段标准曲线的相关系数均大于0.99,线性关系良好。本次所检测的样品中PCBs的浓度基本被包含在上述浓度范围内,具体的分段标准曲线见表2。

表 1 16种PCBs的保留时间、定性离子和定量离子 Table 1 Retention times,qualitative ions and quantitative ions of the 16 PCBs

表 2 16种PCBs的线性范围、线性回归方程、相关系数、检出限和定量限 Table 2 Linear ranges,linear equations,correlation coefficients (r),LODs and LOQs of the 16 PCBs

在鱼油中添加PCBs混合标准溶液,使其终质量浓度分别为0.5 μ g/L和5 μ g/L,按建立的方法进行检测。如表3所示,16种PCBs的基质加标平均回收率在62.3% ～121.8%之间,平行样(n=3)之间的相对标准偏差(RSD)在1.0% ～11.8%之间,稳定性较好。

以S/N=10时各化合物的浓度作为该PCB的定量限。16种PCBs的定量限在3～67 pg/g之间。以S/N=3时各化合物的浓度为检出限,16种PCBs的检出限在1.3～20 pg/g之间,与马召辉等[25]的研究一致。与GC-ECD和GC-EI-MS测定结果相比,除PCB71、PCB81的检出限相当外,其余PCBs的检出限均明显低于其他两种方法。

2.4 实际样品测定

按本方法对鱼油样品中的PCBs进行检测。除检出指示性多氯联苯PCB123/118、PCB153、PCB138和PCB180外,还检出了共平面多氯联苯PCB105,含量在0.3～4 μ g/kg 之间。

表3 16种PCBs基质加标回收率及精密度(n=3) Table 3 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of the 16 PCBs (n=3)
3 结论

建立了鱼油中16种PCBs的GC-NCI-MS测定方法。该方法前处理简单、快速、灵敏度高、稳定性好,对仪器设备要求不高,易于实际应用推广适用于鱼油样品中PCBs残留的日常测定。

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