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摘 要： 建立固相萃取-超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法同時測定地下水中26種全氟/多氟烷基化合物。地下水樣品通過WAX固相萃取小柱富集濃縮，采用ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱（100 mm×2.1 mm，1.8 μm）分離，以乙腈和5 mmol/L乙酸銨溶液為流動相，梯度淋洗，電噴霧負離子模式下，多反應監(jiān)測進行定性和定量分析，內(nèi)標法定量。26種全氟/多氟烷基化合物質(zhì)量濃度在0.1～100 μg/L內(nèi)與對應色譜峰面積線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均不小于0.995，方法檢出限為0.1～0.5 ng/L，加標回收率為70.0%～118.0%，測定結(jié)果相對標準偏差為2.9%～14.7%（n=5）。該方法靈敏度高、重現(xiàn)性好，適用于地下水中痕量全氟/多氟化合物的快速檢測。

 

關(guān)鍵詞： 固相萃取； 超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法； 全氟/多氟烷基化合物

 

全氟/多氟烷基化合物(PFASs)是一類新型持久性有機污染物，該類化合物由于碳氟鍵的高鍵能以及極性基團的多樣化，具備優(yōu)異的理化穩(wěn)定性和疏水疏油特性。自20世紀40年代以來，這類化合物在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了大規(guī)模應用，并通過產(chǎn)品制造、消費使用和廢棄處理等環(huán)節(jié)持續(xù)釋放到環(huán)境系統(tǒng)中。多項研究表明，PFASs在人體和其他生物體內(nèi)具有極強的蓄積能力，其帶來的生態(tài)環(huán)境問題和人體健康風險，引發(fā)了廣泛關(guān)注[1]。

 

地下水是一種重要的淡水資源，廣泛應用于日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。受污染的地表水、空氣和土壤中的PFASs可以通過多種途徑進入地下水環(huán)境，如降水、徑流、滲透和地表水補給，威脅地下水質(zhì)量和安全。地下水中的PFASs可能通過地下水使用重新進入地表環(huán)境，如用于飲用、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖，最終導致PFASs通過飲食或皮膚接觸暴露給人類。總體而言，地下水中的PFASs可能對人類構(gòu)成不可忽視的健康風險[2?3]。

 

固相萃取-超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法是檢測地下水PFASs的最主要的方法。美國環(huán)境保護局頒布的Method 537.1和Method 8327兩項標準主要用于飲用水及地表水中的PFASs檢測，采用固相萃取-高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法檢測，外標法定量[4?5]。然而，面對基質(zhì)較復雜的地下水樣品，外標法難以規(guī)避進樣體積偏差、儀器響應波動等因素引發(fā)的系統(tǒng)誤差，致使這兩項標準在地下水檢測中存在局限性。國內(nèi)關(guān)于水中PFASs的檢測主要使用側(cè)重于少數(shù)已知的PFASs，如HJ 1333—2013《水質(zhì)　全氟辛基磺酸和全氟辛酸及其鹽類的測定　同位素稀釋/液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法》只檢測全氟辛酸和全氟辛磺酸。隨著全球范圍內(nèi)傳統(tǒng)PFASs的逐步淘汰，替代品正被廣泛使用，并在地下水中被確定為新型的PFASs[6]，因此，開發(fā)地下水中新型的PFASs檢測方法非常重要。結(jié)合國內(nèi)外PFASs分析監(jiān)測方法[7?11]，筆者采用內(nèi)標法定量，建立基于固相萃取-超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(LC-MS/MS)法同時測定地下水中26種PFASs的檢測方法。

 

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

超高效液相色譜儀：LC-40AD型，日本島津公司。三重四極桿質(zhì)譜儀：API 6500+型，美國AB Sciex公司。全自動固相萃取儀：E9000型，廣州盛康儀器公司。全自動氮吹儀：TurboVap型，瑞典Biotage公司。超純水機：Milli-QR型，美國密理博公司。26種PFASs混合標準溶液：包括全氟十八酸(PFODA)、全氟十六酸(PFHxDA)、全氟十四酸(PFTeDA)、全氟十三酸(PFTrDA)、全氟十二酸(PFDoDA)、全氟十一酸(PFUnDA)、全氟癸酸(PFDA)、全氟壬酸(PFNA)、全氟辛酸(PFOA)、全氟庚酸(PFHpA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟戊酸酸(PFPeA)、全氟丁酸(PFBA)、全氟癸烷磺酸(PFDS)、全氟壬烷磺酸(PFNS)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟庚烷磺酸(PFHpS)、全氟己烷磺酸(PFHxS)、全氟戊烷磺酸(PFPeS)、全氟丁烷磺酸(PFBS)、全氟辛基磺酰胺(PFOSA)、1,1,2,2-全氟癸烷磺酸(8∶2FTS)、1,1,2,2-全氟辛烷磺酸(6∶2FTS)、1,1,2,2-全氟己烷磺酸(4∶2FTS)、N-乙基全氟辛烷磺酰氨基乙酸(N-EtFOSAA)、N-甲基全氟辛烷磺酰氨基乙酸(N-MeFOSAA)，質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，編號為BePure-31451XM，曼哈格(上海)生物科技有限公司。9種同位素內(nèi)標混合溶液：包括13C4全氟正丁酸(MPFBA)、13C2全氟正己酸(MPFHxA)、13C4全氟正辛酸(MPFOA)、13C5全氟正壬酸(MPFNA)、13C2全氟正癸酸(MPFDA)、13C2全氟正十一酸(MPFUndA)、13C2全氟正十二酸(MPFDoA)、全氟-1-[18O2]己烷磺酸鈉(MPFHxS)、全氟-1-[13C4]辛烷磺酸鈉(MPFOS),質(zhì)量濃度均為5 μg/mL，編號為BePure-31377 A2M，曼哈格(上海)生物科技有限公司。甲醇、乙腈：均為色譜純，德國默克公司。乙酸銨：優(yōu)級純，永華化學股份有限公司。氨水：優(yōu)級純，無錫市晶科化工有限公司。乙酸：色譜純，中國醫(yī)藥集團有限公司。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜儀色譜柱：ACQUITY UPLC BEH C18柱(100 mm×2.1 mm，1.8 μm，美國沃特世科技有限公司)；流動相：A相為5 mmol/L的乙酸銨溶液，B相為乙腈；流量：0.3 mL/min；洗脫方式：梯度洗脫，洗脫程序見表1；柱溫：40 ℃；進樣體積：2 μL。

表1   梯度洗脫程序

Tab. 1   Gradient elution program

 

1.2.2 質(zhì)譜儀離子源：電噴霧離子源(ESI)；掃描方式：負離子掃描；檢測方式：多反應監(jiān)測(MRM)模式；噴霧電壓：4 500 V；離子源溫度：600 ℃；霧化氣壓力：414 kPa；輔助氣壓力：414 kPa；氣簾氣壓力：214 kPa。目標物質(zhì)譜參數(shù)見表2。

表2   26種目標物的質(zhì)譜參數(shù)

Tab. 2   Mass spectrum parameters of the 26 kinds of targets

 

1.3 溶液配制

PFASs混合標準使用液：吸取50 μL 26種PFASs混合標準溶液，用甲醇定容至10.0 mL，配制成各組分質(zhì)量濃度均為500 μg/L的PFASs混合標準使用液。混合內(nèi)標使用液：吸取1.0 mL 9種同位素內(nèi)標混合溶液，用甲醇定容至10.0 mL，配制成各組分質(zhì)量濃度均為500 μg/L混合內(nèi)標使用液。系列混合標準工作溶液：移取適量PFASs混合標準使用液，加入50 μL混合內(nèi)標使用液，用甲醇稀釋，配制成各組分質(zhì)量濃度均分別為0.1、1、10、20、50、100 μg/L的系列混合標準工作溶液。

1.4 實驗步驟

1.4.1 樣品處理方法若測量水樣的pH值大于9.00，可添加乙酸降低pH值，調(diào)節(jié)水樣pH值為6～9。量取200 mL水樣，加入50 μL混合內(nèi)標使用液，混合均勻后進行固相萃取。依次用6 mL 0.1%(體積分數(shù)，下同)氨水-甲醇溶液、6 mL甲醇和6 mL超純水活化WAX固相萃取小柱 (6 mL，150 mg)。將水樣以4 mL/min的流量通過固相萃取小柱，依次用6 mL水、8 mL乙酸銨溶液沖洗固相萃取柱。待固相萃取柱干燥后，依次用4 mL甲醇和4 mL 0.1%氨水-甲醇溶液淋洗，聚丙烯離心管收集淋洗液。將收集到的淋洗液在氮氣儀上濃縮至近干，用甲醇定容至1.0 mL，混勻后轉(zhuǎn)移至聚丙烯自動進樣瓶中，作為樣品溶液。1.4.2 樣品測定將配制好的系列混合標準工作溶液和處理好的樣品溶液裝入2.0 mL的聚丙烯樣品瓶中，按照儀器參考條件，上機分析，以內(nèi)標法定量。

 

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件優(yōu)化

2.1.1 色譜條件優(yōu)化由于PFASs普遍具有弱酸性，流動相pH值對其保留特性及分離選擇性具有顯著調(diào)節(jié)作用，大多數(shù)研究[12?13]通過在流動相中加入乙酸鹽緩沖溶液來改善色譜峰形，且可提高靈敏度。結(jié)合靈敏度和峰形參數(shù)的綜合分析，最終確定5 mmol/L乙酸銨溶液為最優(yōu)選擇。使用LC-MS/MS分析時，有機相多使用色譜純甲醇或色譜純乙腈，通過進樣比較，乙腈作為有機相時，色譜峰形較好。采用流動相梯度洗脫方式，可以快速分離26種目標化合物。圖1為26種全氟化合物及內(nèi)標總離子流色譜圖。

圖1   26種全氟化合物及內(nèi)標總離子流色譜圖

Fig. 1   26 kind of total ion current chromatogram of peculiar smell and internal standard

1—PFBA； 2—PFPeA； 3—PFBS； 4—PFHxA； 5—4：2FTS； 6—PFPeS； 7—PFHpA； 8—PFHxS； 9—PFOA； 10—6：2FTS； 11—PFHpS； 12—PFNA； 13—PFOSA； 14—PFOS； 15—PFDA； 16—8：2FTS； 17—PFNS； 18—PFUnDA； 19—N-MeFOSAA； 20—N-EtFOSAA； 21—PFDS； 22—PFDoDA； 23—PFTrDA； 24—PFTeDA； 25—PFHxDA； 26—PFODA

2.1.2 質(zhì)譜條件優(yōu)化注射器吸取26種PFASs標準使用液，以20 L/min的速率流動注射進樣，掃描模式選擇QI全掃描，得到26種PFASs的母離子，對每個母離子進行產(chǎn)物離子掃描，確定兩個信號強度最高的特征碎片離子作為子離子，進一步優(yōu)化子離子碰撞能量、去簇電壓和裂解電壓，最終得到了最佳的質(zhì)譜參數(shù)，見表2。

2.2 樣品處理條件優(yōu)化

2.2.1 水樣pH值的選擇

已有研究表明，pH值可影響對PFASs的測定[14]。考察了不同pH值對PFASs測定結(jié)果的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，pH值在6～9內(nèi)，目標PFASs均有較好的回收率，但pH值等于10時，PFASs的回收率明顯下降，因此測定前應測定水樣pH值，pH值較高時，可采用乙酸降低pH值至6～9。

圖2   不同pH值水樣加標回收率

Fig. 2   Recovery rates of spiked water samples at different pH values

2.2.2 固相萃取

小柱優(yōu)化HLB和WAX固相萃取小柱常用于PFASs提取和凈化。分別用HLB (6 mL，150 mg)和WAX (6 mL，150 mg)固相萃取柱對PFASs質(zhì)量濃度均為10 ng/L的空白加標樣品進行5次回收率測試對比試驗，結(jié)果如圖3所示。WAX固相萃取小柱結(jié)合疏水相互作用和弱陰離子交換雙重機制，特別適合帶有負電荷的強酸性PFASs的保留與分離，而HLB屬于親水親脂平衡型吸附劑，對強酸性物質(zhì)的特異性吸附能力較弱。由圖3可知，使用HLB固相萃取柱時短鏈PFASs回收率較低，使用WAX固相萃取小柱時，PFASs的回收率為75.3%～111%，明顯優(yōu)于HLB固相萃取小柱(55.0%～106%)，因此選用WAX固相萃取小柱。

圖3   不同萃取小柱時的PFASs回收率

Fig. 3   PFASs recovery rate of different extraction columns

2.2.3 洗脫溶劑的選擇

由于氨水-甲醇溶液可以減少PFASs在容器壁表面非特異性吸附，確保樣品中的PFASs能夠盡可能地被洗脫和分析，利用甲醇與不同體積分數(shù)(0.1%、0.5%、1%)的氨水-甲醇溶液組合，對固相萃取柱內(nèi)的目標物進行洗脫，以探究氨水-甲醇濃度對PFASs提取回收率的作用，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，相較于另外兩種洗脫液，0.1%氨水-甲醇溶液對各類PFASs展現(xiàn)出更高的洗脫效率。由于高濃度的氨水-甲醇溶液會帶入更多水分，進而增大洗脫溶劑的極性，導致洗脫能力降低[15]，基于此，確定甲醇與0.1%氨水-甲醇溶液為最佳洗脫液組合。

圖4   不同洗脫液濃度時的PFASs回收率

Fig. 4   PFASs recovery at different eluent concentrations

2.3 線性方程與檢出限

取PFASs的系列混合標準工作溶液依次上機測定，采用內(nèi)標法對分析結(jié)果進行線性回歸，以PFASs的質(zhì)量濃度為橫坐標，以對應色譜峰面積為縱坐標，繪制校準曲線。26種PFASs質(zhì)量濃度均在0.1～100 μg/L內(nèi)與對應色譜峰面積線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.995～0.999 9。依據(jù)HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術(shù)導則》的規(guī)定，需對7份低水平加標樣品進行平行測定，計算出標準偏差，檢出限為3.14倍標準偏差，定量限為4倍檢出限。線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限結(jié)果見表3。

表3   26種目標物的校準曲線及檢出限、定量限

Tab. 3   Correlation curve, detection limit and quantitative limit of calibration of 26 kinds of objects

 

2.4 樣品加標回收試驗

對實際地下水樣品進行加標回收試驗，用甲醇稀釋適量PFASs混合標準溶液至質(zhì)量濃度分別為0.5、5.0、20.0 ng/L，作為低中高3個加標水平，按照1.3方法進行樣品處理，每組加標回收樣品都進行5次平行試驗，計算回收率和測定結(jié)果的相對標準偏差(RSD)，結(jié)果見表4。由表4可知，實際樣品加標回收率為70.0%～118.0%，RSD為2.9%～14.7%。

表4   加標回收與精密度試驗結(jié)果

Tab. 4   Results of spiked recoveries and precision test

注：ND為未檢出。

 

3 結(jié)論

建立固相萃取-超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法同時測定地下水中26種PFASs，實現(xiàn)了地下水中26種傳統(tǒng)及新興PFASs (包括短鏈、長鏈及替代型化合物)的同時檢測，彌補了現(xiàn)有標準方法僅針對少數(shù)PFASs的不足。通過引入同位素內(nèi)標，有效校正了基質(zhì)效應及儀器響應波動，提高了定量準確性，克服了外標法在地下水復雜基質(zhì)中的局限性。采用WAX固相萃取小柱，結(jié)合疏水相互作用與弱陰離子交換雙重機制，顯著提升了短鏈PFASs的回收率。通過精確調(diào)控水樣pH值(6～9)并系統(tǒng)優(yōu)化洗脫溶劑配比(0.1%氨水-甲醇體系)，顯著提升了PFASs的萃取效率。該方法靈敏度高，檢出限可以達到ng/L級別，線性范圍寬，精密度和準確度好，可有效監(jiān)測地下水受PFASs 污染的情況，為保障地下水質(zhì)量和安全提供技術(shù)支持。

 

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