4高效液相色谱 串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化合物 精.docx

1、4高效液相色谱 串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化合物 精高效液相色谱2串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化合物张萍史亚利蔡亚岐3牟世芬（中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室 ，北京 100085摘 要 采用HP LC 2ESI 2MS/MS联用技术,以C 18反相柱为分析柱,以甲醇、醋酸铵为淋洗液，10m in即可分离全氟庚酸（PFHeA、全氟辛酸（PF OA、全氟辛烷磺酸（PF OS、全氟壬酸（PF NA和全氟癸酸（PF De A 5种全氟化合物。样品溶液500mL经RP柱离线浓缩、2mL甲醇洗脱、水定容至5mL后,50卩 L进样分析。以 363/319、41

2、2.9/368.9 498.9/80、462.9/419和 512.8/469离子 对分别对 PFHe A,PF OA,PF OS,PF NA 和 PF De A进行监控和定量检测。线性范围在 0.520 ng/L之间（r 0.9944种物质的检出限依次为0.10、0.15、0.11、0.11和0.18ng/L。该方法已成功运用于4种环境水样的测定，4ng/L的加 标回收结果在52.6%11715%之间。关键词全氟表面活性剂，高效液相色谱2串联质谱2006209229收稿;2007202201 接受本文系国家重点基础研究计划（973项目（No .2003CB415001和中国科学院重要方向性项

3、目（No .KZCX22Y W 2420213E 2mail:caiyaqircees .ac .cn全氟化合物（PFCs尤其是全氟辛烷磺酸（PF OS和全氟辛酸（PF OA是一类普遍 存在于环境中的污染物质。它们被广泛应用于纺织、造纸、包装、农药、地毯、皮革、装璜、 聚合物添加剂、表面活性剂及灭火泡沫等各个领域1,2。由于F元素具有很强的电子诱导效应，致使形成的CF共价键强度极高。因 此,PFCs都具有非常稳定的化学性质，难以被新陈代谢、水解、光解、生物降解，从 而导致PFCs在环境中持久存在并能被生物富集1。一些动物实验表明,PF OS和PF OA能够扰乱脂肪酸的新陈代谢，影响生殖系统，并

4、对肝脏造成伤害3。对于PFCs的毒性效应包括死亡率、致癌性、对生长过程及甲状腺功能的不利影响等已有众多研究4。PFCs已在全球各个地区众多环境样品中被检测出来，例如水体、鱼类、鸟类及哺乳动物等。目前，全氟表面活性剂的研究在国际上已然成为环境科学和毒理学研究的热 点。然而，国内研究还尚属起步阶段。因此，环境水源中的PFCs研究具有重要意 义。目前还缺乏高效、快速和实用的分析方法。PFCs在环境中含量很低，因此需要建立一种高灵敏度的分析方法。本实验采用HP LC 2ESI 2MS/MS联用技术，并以500mL浓缩富集 撚后以C 18柱分离，以串联质谱检测。本方法具有快速，准确，灵敏的特点，运用该方

5、法测定环境水样中的PFCs取 得了较为满意的结果。2实验部分2.1仪器与试剂P680二元梯度泵、AS50自动进样器和Chr omeleon 6.70色谱工作站（美国D i onex ;Acclai m 120C 18型分析柱（4.6mm t50mm （美国 D i onex ;AP I 3200 三重四 极杆串联质谱系统（MS/MS （美国AB I ,配有电喷雾离子化源（ESI和Analyst 1.4.1工 作软件。全氟丁酸、全氟辛酸、全氟壬酸、全氟癸酸、醋酸铵 （A lfa Aesar公司;全氟辛烷磺酸（Sig ma 2A ldrich公司；甲醇、乙腈，色谱纯（德国Merck公司;二氯甲烷,

6、分析纯（北京北化精细化学 品有限公司;P柱（1.0CC和RP柱（1.0CC固相萃取前处理柱（美国D i onex公司;C 18固 相萃取小柱（天津市富集科技有限公司；石墨化碳黑固相萃取小柱（美国Supelco公 司。实验试剂均用E ASY P URE LF型超纯水系统2007年7月第35卷分析化学（FE NX I HUAXUE 研究报告 Chinese Journal of Analytical Che m istry969-972（美国,Bamstead提供的电阻率为18.3M Q c m超纯水配制。2.2色谱与质谱条件以合适比例的100%甲醇（Ea 和 100mmol/L NHAc(E b

7、构成色谱流动相，1mL/m in流速梯度淋洗,淋洗程序如表1所示，进样体积50 L表1淋洗液梯度条件Tablel Gradie nt con diti on of elue nt时间Ti m e(m inE b的百分比P erce ntage of E b(%时间Ti m e(m inEb的百分比P erce ntage of E b(%时间Ti m e(m inE b的百分比P erce ntage of E b(%0.0280.128 4.057.057.12810.028质谱条件为：电喷雾离子化源（ESI,负离子模式，气帘气0.14MPa,碰撞气0.028MPa离子喷雾电压-4500V;

8、温度 600E ;离子源 Gas1:0.38MPa;Gas2:0.35MPa其它参数见表2。表2质谱检测条件Table2 Experi m en tai con diti ons of electr os p ray tande m mass s p ectr ometry母离子 precurs or i onQ1子离子Daughter i onQ3时间Ti m e(m s解簇电压Declusteri ngpoten tial入口电压Entrancepoten tial(V碰撞入口电压Collisi on cellEn t. poten tial(V碰撞能量Collisi on en ergy

9、(V碰撞出口电压Collisi on cellexit poten tial(VPF HeA36331950-30-2.8-11-13-4.5 PF OA412.9368.950-30-3-14-15-10 PFOS498.98050-75-5-24-86-2 PF NA462.9419100-27-3-14.5-14-6.5 PF DeA512.8469100- 31-3-19-16-14PFHe A:p erfluor ohe p tanic acid ;PF OA:p erfluor oocta nic acid ;PF OS:p erfluoroocta nic sulf onic a

10、cid ;PF NA:p erfluor ononan acid ;Pf De A: p erfluor odeca nic acid.2.3样品前处理所有水样经0.22 un尼龙滤膜去除颗粒物质。然后取 500mL样品离线浓缩于RP前处理小柱，浓缩完毕用2mL甲醇洗脱，洗脱液加水定容至5mL,50卩!直接进样分 析。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。3结果与讨论3.1实验条件的选择Acclai m120C18型分析柱对所研究的全氟化合物可以取得对称、高而且窄的 色谱峰型，具有满意的分辨率和灵敏度，故选用该柱作

11、为分析柱。由于所测 PFCs都是羧酸或者磺酸盐，淋洗液的pH值对于其分离分析有着较大影响。在淋洗液中添加NHAc可以调节pH值,从而实现良好的分离效果。本研究以甲醇和NHAc的混合溶液为流动相梯度淋洗，实现了待测5种物质的快速和理想分离。分离结束后，采用串联质谱检测,选取363/319、412.9/368.9 498.9/80、462.9/419和 512.8/469离子对分别对 PFHeA、PF OA、PF OS PF NA和PF De A进行监控和定量检测。MR M定量方法采用注射泵进样ESI源手动优化。注射泵连续直接进样,Q1全扫描确定母离子，碎片离子扫描确定子离子，从而选定离子对，进而

12、优化Gas1、离子 喷雾电压I S、气帘气Curtain Gas解簇电压DP等参数。由于有些参数相互关联,需多次扫描确定最佳值，最后使灵敏度最高，信号稳定。经过条件优化，最终选定的质 谱检测条件见表2。3.2浓缩效率由于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RP柱、P柱、C18小柱和石墨化碳黑柱的浓缩效果。结果显示,P柱对于低碳链的PFHe A和PFOA的富集效果比较差；石墨化碳黑虽然可以完全吸附全氟化合物，但却难以洗脱，常见的甲醇、乙腈和二氯甲烷等有机溶剂，均无法实现将目标物质从石墨化碳黑上洗脱下来;C18与RP柱是比较合适的浓缩柱,079

13、 分析化学第35卷但RP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RP 柱作为前处理浓缩柱。为了取得最佳实验结果，考察了不同浓缩体积的浓缩效率。分别配制 0.25L、0.5L、1.0L、1.5L及2.0L浓度为20ng/L的标准 溶液，浓缩富集于RP柱,并同时测定其对应的直接进样浓度，比较两者，所得浓缩效率如表3所 示。5种物质的浓缩效率随浓缩体积的变化没有太大的变化，总体上随浓缩体积增大 呈轻微下降趋势，伴有一些波动,但是在所考察的体积范围内，均可达到较高的萃取效果。综合时间和效率因素，本实验选择0.5L作为浓缩体积。表3 不同体积的浓缩效率（Table 3 Conce

14、ntrati on efficie ncy of differe nt volu me (%体积Volume (LPFHe A PF OA PF OS PF NA PF DeA 0.2591.393.586.785.587.60.584.190.464.189.584.60.7579.294.183.185.778.91.067.482.364.968.4Il111 丄 tiJ J 匚r 列M 11 4ii I nc ! iifni； V 1 w I 帀i 1 IL fIl 心 be nri Pl III ki 11 11 ii I、PFOA1.572.094.782.887.675.62.0

15、63.378.767.469.859.33.3方法精密度与准确度在选定的最佳实验条件和浓缩体积下，考察了该方法的精密度和准确度。以4ng/L标准溶液平行五次浓缩，富集，洗脱,50卩进样分析，得到PFHe A、PF OA、PFOS、PF NA和PF De A的色谱峰面积，它们的五次色谱峰面积的RS D分别为11%、3%、6%、5%和13%。5种物质的校正曲线，检出限等参数见表4。10ng/L标准溶液500mL浓缩后进样，其色谱图如图1 所示，从图中可以看到,PF OS具有两个峰，这是由于PF OS标准中含有直链和支链同分异构体所致，文献中也指出了该现象的发生，本文对 图1 10ng/L标准溶液色

16、谱图Fig .1 Chr omat ogra m of 10ng/L sta ndard s oluti onPF OS的定量采取两个峰面积之和。表4线性回归方程及相关系数Table 4 Regressi on equati ons and correlati on coefficient化合物An alyte线性范围L in ear range(n g/L回归曲线Regressi on Equati on 3相关系数Correcti oncoefficie nt 检出限LOD (n g/L PFHe A 0.520y =2690x +29000.99780.10PF OA 0.520y =3

17、420x +6640.99850.15PF OS 0.520y =2760x +1120.99440.11 PF NA 0.520y =2020x +6500.99690.11 PF De A0.520y =1510x +7500.99670.183x (卩 g/L ;峰面积(peak area。3.4样品分析本实验测定了 4种水样，分别是实验室自来水、北京高碑店污水处理厂出口水、北京小清河河水、北京京密运河水。样品经过滤、富集、洗脱、定容后 ，以50卩L直接进样分析，所得结果如表5所示。PFHe A、表5 实际样品测定及加标回收结果 Table 5 Results of PFCs in wa

18、ter sa mp les水样品W atersamp le化合物Compounds样品含量Fou nd (ng/L 加标量Added (n g/L 测定量Fou nd (n g/L 回收率Recovery (%水样品W atersamp le化合物Compounds样品含量Fou nd (ng/L 加标量Added (n g/L 测定量Fou nd (n g/L 回收率Recovery (%1PFHeA ND 4.0 4.70117.5PF OA 0.68 4.0 4.71100.8PF OS 1.09 4.03.5260.7PF NA 0.64 4.0 4.0886.1 PF DeA 0.7

19、7 4.0 4.0281.42PFHe A 0.69 4.0 4.4594.6PF OA 14.9 4.018.896.7PF OS 4.94 4.07.4061.5PF NA0.78 4.0 3.7073.1 PF De A 0.834.0 2.9352.63PF HeA 1.52 4.0 6.11114.8PF OA 6.59 4.010.289.5PF OS 2.32 4.05.1370.3PF NA 0.64 4.0 3.4369.9PF DeA0.604.03.78.PFHe A 0.62 4.0 5.24115.4PF OA 0.90 4.0 4.90100.0PF OS ND 4

20、.0 3.3282.9PF NAND 4.0 3.4486.1 PF De AND4.03.6490.3ND:未检出（not detectedo79第6期张萍等：高效液相色谱2串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化合物279 分析化学第35卷PF OA、PF OS PF NA、PF De A在4水样中的回收率分别为 94.6%117.5% 89.5%100.8%、60.7% 82.9%、69.9%86.1%和 52.6%90.9%o部分回收率结果较低，但对于浓度低至ng/L的复杂环境样品的测定，该结果是可以接 受的。清洁水样的回收率明显好于污浊水样。在文献 1,7,8 中也出现了个别表面活性剂

21、回收率差的问题，文献1中PF De A的回收率有的甚至低至42%o应用本方法测定了采集自北京市的几种环境水样，实验结果显示，各种水样中均 存在以PF OA和PF OS为主的痕量PFCs化合物。Refere nces1Tse ng C L,L iu L L,Che n C M,D ing W H.J.Chro m atogr.A,2006,1105:1191262So M K,Ya mashita N,Ta niyasu S,J iang Q T,Giesy J P ,Che n K,Lam P KS.E nviro n.S ci.Tech nol.,2006,40: 2924-29293Kar

22、r man A,M ueller J F,Bavel B V,Harde n F,T om s L M L,L in dstr omG.E nviro n.Sci.Tech nol.,2006,40: 3742-37484So M K,Ta niyasu S,Ya mashita,Giesy J P,Zhe ng J,Fa ng Z,l m S H,Lam P KS.E nviro n. Sci.Tech nol.,2004, 38(15:4056-40635Jesus O V,L in T,Boris J R,Jorge G F,Rosa B A,l O H,Kuru nthachala m

23、K.E nviro nm en tal P ollutio n,2006,142: 367-3726Kukle nyik Z,Reich J A,Tully J S,Needha m L L,Calafat AM.E nviro n.Sci.Tech nol.,2004,38:3698-37047Yeu ng L W Y,So M K,J iang G B,Ta niyasu S,Ya mashita N,So ngM Y,W u YN,L i J G,Giesy J P,Guruge K S,La m P K S.E nviro n.Sci.Tech nol.,2006,40:715-720

24、8Si nclair E,Ka nnan K.E nviro n.Sci.Tech nol.,2006,40:1408-1414D eterm i n a ti on of P erfluor i n a ted Com pounds i n W a ter Sam p les byH i gh P erforma nee L i qu i d Chro ma togra phy2Electros prayTande m M a ss Sp ectro m etryZha ng Pin g,Shi Ya2L i,Cai Ya2Q i3,Mou Shi2Fen(S tate Key L abor

25、atory of En vir onm en tai Che m istry and Ecotoxicology ofResearch Cen ter for Eco2E nviro nm en tal Scie nces.Chin ese A cade m y of Scien ces,B eiji ng100085Abstract A rap id and si m p le method was p r oposed f or separati on and deter m in ati on of five p erfluori nated compounds erfluor ohe

26、p tanic acid( PFHe A,p erfluor oocta nic acid( PF OA, perfluor oocta nic sucf on ic acid (PF OS, perfluor ononanic acid( PFNAa nd p erfluor odeca noic acid( PF De Aby using high perf or mance liquid chr omat ogra phy/electr os p ray tande m mass s p ectr ometry(LC/ESI2MS/MSwith aC18reversed2 phase c

27、olu mn and CH3OH/NH4Ac elue nt in 10m in .500mL sa mp le liquor卩 L injecti on.Tranwas concen trated by off2li ne RP car2 tridge,the n washed with2mL metha no I.The extracta nt s oluti on was fin ally added with water t o5mL bef ore 50 ons of363/319,412.9/368.9,498.9/80,462.9/419a nd512.8/469were sel

28、ected t o qualificati on and qua ntificati on of PFHe A,PF OA,PF OS,PF NA and PF De A.L in ear calibrati ons were acquired in the range of0.5-2 0ng/L with correlati on coefficie nts more tha n0.9944.The detecti on li m its (S/N=3f or these five PFCs were0.10,0.15,0.11,0.11a nd0.18 ng/L res pectively.This method was app lied t o detectPFCs in en vir on men tal water sa mp les.The recoveries were in the range of52.6%- 11715%. Keywords Perfluorinated compounds,high perf or mance liquid chr omat ogra phy tande m mass s p ectr ometry (HP LC2MS(Received29Sep tember2006;acce p ted1February2007