2. 深圳市疾病预防控制中心理化检测所;
3. 华南师范大学化学与环境学院
有机磷酸酯阻燃剂(OPFRs)具有优良的阻燃性能, 其理化性质由于取代基的不同而具有显著差异, 在家具、纺织品、电子产品、交通运输和其它加工化学品中应用广泛。但是以物理方式添加到材料中的OPFRs容易释放到周围环境[1], 已发现多种OPFRs具有显著的毒理效应, 如TPHP可能具有神经毒性[2], TCEP、TDCPP和TCPP具有潜在的致癌性[3]。目前, OPFRs已广泛分布于土壤、沉积物、水等环境介质中, 因此OPFRs的人体暴露引起了广泛关注。有研究表明, 室内灰尘中的OPFRs的含量普遍高于室外灰尘, 能够通过呼吸、进食、皮肤接触等进入人体[4], 影响人体健康, 甚至影响人体内荷尔蒙水平和男性精液质量等。城市室内环境OPFRs的暴露影响更加突出, 评估其暴露风险具有重要意义。因此, 建立室内灰尘中OPFRs的分析方法对于监测和评估人体外暴露OPFRs水平十分必要。
目前国内外尚无OPFRs的标准检测方法, 灰尘中OPFRs的测定多采用气相色谱-质谱联用法, 样品前处理多采用液液萃取、索氏提取, 耗时较长且溶剂使用量大[5-7]。本文在已有研究的基础上进一步优化[8-13], 采用超声辅助提取-固相萃取净化富集, 有效缩短了样品处理时间, 简化了操作步骤, 减少了溶剂使用量, 建立了高效液相色谱-串联质谱测定室内灰尘中5种OPFRs的分析方法。
1 材料与方法 1.1 仪器与试剂LC-20ADXR高效液相色谱(日本Shimadzu公司), TRIPLE QUADTM 6500+三重四极杆质谱仪(美国SCIEX公司), Milli-Q IQ 7000超纯水机(美国Millipore公司), XS205 Dualrange电子天平(瑞士Mettler Toledo公司), Elma E300H超声仪(德国Elma公司), EYELA CM-1000高速振荡机(东京理化器械株式会社), N-EVAPTM112氮吹仪(美国Organomation公司), 固相萃取装置(美国Supelco公司), CNWBOND NH2固相萃取柱(上海安谱公司), ACQUITY UPLC®BEH C18(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm), ACQUITY UPLC®HSS T3色谱柱(150 mm×2.1 mm, 1.8 μm)
磷酸三(1, 3-二氯异丙基)酯(纯度为96%)、磷酸三(2-氯丙基)酯(纯度为95%)、磷酸三苯酯(纯度为98%)、磷酸三甲苯酯(纯度为98%)、磷酸三(2-氯乙基)酯(纯度为95%)和磷酸三(1, 3-二氯异丙基)酯-d15(纯度为98.4%)、磷酸三(2-氯丙基)酯-d18(纯度为99.2%)、磷酸三苯酯-d15(纯度为96.1%)、磷酸三(2-氯乙基)酯-d12(纯度为99.2%)均购自加拿大Toronto Research Chemicals公司, 乙腈(HPLC级, 美国Thermo Fisher Scientific公司), 甲酸(纯度为98%~100%, 德国EMD Millipore公司), 乙酸乙酯(HPLC级, 美国Honeywell公司), 丙酮(HPLC级, 美国Thermo Fisher Scientific公司), 正己烷(HPLC级, 上海安谱公司)。实验用水均为超纯水。
1.2 仪器条件 1.2.1 色谱条件以ACQUITY UPLC®BEH C18(100 mm × 2.1 mm, 1.7 μm)为预柱, 将流动相和仪器管路中的目标物与待测液中目标物分开, 去除仪器本底干扰。ACQUITY UPLC®HSS T3色谱柱(150 mm × 2.1 mm, 1.8 μm); 进样量:10 μL; 柱温:45℃; 流速:0.2 mL/min; 流动相A:0.1%甲酸溶液, B:0.1%甲酸乙腈溶液, 梯度洗脱程序见表 1。
1.2.2 质谱条件
电喷雾离子源正离子模式, 多反应监测模式(MRM), 气帘气(CUR):310.5 kPa, 碰撞气(CAD):69 kPa, 离子化电压:5 500 V, 温度(TEM):600℃, 喷雾气(GS1):379.5 kPa, 辅助加热气(GS2):379.5 kPa, 其余质谱条件见表 2。
化合物 | 母离子 /(m/z) |
子离子 /(m/z) |
去簇电压 /V |
碰撞能量 /eV |
TCEP | 285.2 | 63.0b | 29 | 42 |
285.2 | 99.0 | 38 | 33 | |
TCEP-d12 | 297.2 | 67.1b | 40 | 43 |
297.2 | 232.2 | 40 | 20 | |
TCPa | 369.3 | 166.0b | 60 | 39 |
369.3 | 91.0 | 60 | 59 | |
TPHP | 327.3 | 152.0b | 100 | 48 |
327.3 | 77.0b | 130 | 47 | |
TPHP-d15 | 342.1 | 81.8 | 160 | 52 |
342.1 | 159.3b | 160 | 61 | |
TCPP | 329.2 | 99.0b | 18 | 33 |
329.2 | 175 | 18 | 16 | |
TCPP-d18 | 347.3 | 102.0b | 35 | 30 |
345.3 | 102.0 | 35 | 30 | |
TDCPP | 431.1 | 99.0b | 30 | 31 |
431.1 | 209.0 | 20 | 22 | |
TDCPP-d15 | 446.1 | 102.1b | 73 | 37 |
注:"a"以TPHP-d15为内标, "b"定量离子 |
1.3 标准曲线
采用同位素内标法进行定量分析, 以补偿可能的基质效应和前处理损失。以初始流动相配制浓度均为100 mg/L的5种有机磷酸酯阻燃剂混合标准储备液和混合内标储备液。分别于10 mL容量瓶中加入0.1 mL标准储备液混匀定容, 配制成浓度均为1 000 μg/L的混合标准使用液和混合内标使用液, 再以初始流动相稀释配制浓度分别为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、50.0、100.0、200.0和500.0 μg/L(内标浓度均为50 μg/L, 由于没有TCP的同位素内标, 采用TPHP-d15为内标)的标准系列溶液。以目标化合物组分峰面积与对应内标物峰面积之比为纵坐标, 以目标物与对应内标的质量浓度之比为横坐标进行线性回归, 绘制标准曲线。
1.4 样品前处理取室内灰尘样品50 mg, 置于12 mL玻璃离心管中。加入3 mL乙酸乙酯丙酮溶液(3+2, V+V), 加入混合内标50 ng, 涡旋1 min, 超声5 min, 3 500 r/min离心5 min(离心半径10 cm), 取上层清液, 循环3次。将合并上清液氮吹至近干, 3 mL正己烷复溶。过6 mL乙酸乙酯, 6 mL正己烷活化后的NH2固相萃取柱, 3 mL正己烷淋洗并抽干, 3 mL乙酸乙酯洗脱2次, 洗脱液微弱氮气下吹干, 1 mL乙腈水溶液(1+1, V+V)定容, 0.22 μm尼龙滤膜过滤后转移至1.5 mL进样瓶中待测。本实验所用玻璃器具均经450℃灼烧4 h以去除本底。
1.5 质量控制按样品总量的10%设置平行样、基质空白样品、加标回收样品, 仪器分析过程中按照溶剂空白、基质空白样品、样品和加标回收样品的顺序进样, 各目标物的回收率需满足80%~120%。
2 结果与讨论 2.1 色谱条件优化 2.1.1 色谱柱的选择分别考察了DIKMA HPLC Spursil C18(150 mm × 2.1 mm, 3 μm)、ACQUITY UPLC BEH Amide(150 mm × 2.1 mm, 1.7 μm)和Atlantis T3(150 mm × 2.1 mm, 3 μm)三种色谱柱, 结果显示, 使用Amide色谱柱时, 目标物都在1 min之前出峰且目标物均不能分离; C18和T3色谱柱均可以很好地分离各目标化合物。相同条件下T3色谱柱时各目标物出峰时间较C18色谱柱时延后, 且低浓度时T3色谱柱峰形对称性更好。因流动相中含有目标物, 以ACQUITY UPLC®BEH C18(100 mm× 2.1 mm, 1.7 μm)色谱柱为预柱去除本底, ACQUITY UPLC®HSS T3色谱柱(150 mm×2.1 mm, 1.8 μm)梯度洗脱分离。
2.1.2 流动相的优化对比甲醇-水和乙腈-水(均添加0.1%甲酸)作为流动相的效果, 结果显示, 甲醇-水流动相在低浓度时TDCPP峰宽变大, 对称性变差, 而乙腈-水在整个浓度范围内稳定性较好且同等浓度时乙腈-水较甲醇-水的响应值高, 因此选用0.1%甲酸溶液和0.1%甲酸乙腈溶液为流动相, 5种有机磷阻燃剂的色谱图见图 1。
2.2 样品前处理优化 2.2.1 提取溶剂选择
分别以丙酮(At)、乙酸乙酯(EtAc)、二氯甲烷(DCM)、甲醇(MEOH)、正己烷-二氯甲烷(Hx-DCM)和乙酸乙酯-丙酮(EtAc-At)为超声提取溶剂进行基质加标回收实验(图 2)。由于有机磷酸酯阻燃理化性质差异较大, 同等条件下所选提取溶剂的内标回收率差异明显, 单一溶剂中乙酸乙酯效果较好, 但是亲水性的TCEP内标回收率均低于25%, 因此继续考察混合溶剂Hx-DCM和EtAc-At, 结果显示EtAC-At(3+2, V+V)条件下各目标物内标回收率尤其是TCEP内标回收率明显提高, 因此选择EtAC-At(3+2, V+V)为提取溶剂。
2.2.2 萃取柱选择
选取ProElut Florisil柱、Oasis HLB柱、Superclean ENVI-Carb/NH2柱和CNWBOND NH2柱四种固相萃取柱进行比较(图 3)。对于Oasis HLB柱, 化合物内标平均回收率均低于70%, 其中TCEP的内标回收率仅为46.7%。对于Carb/NH2柱, 各目标物内标回收差异较大, TCP和TPHP的内标平均回收率可以达到73.7%和77.9%, 但TCEP、TCPP的内标平均回收率仅分别为15.9%和27.7%;对于Florisil柱和NH2柱, 除了TCEP内标回收率低于50%, 其余各目标物内标平均回收率均高于68.0%, 综合考虑, 本实验选择CNWBOND NH2固相萃取柱进行净化富集。
2.3 线性范围、检出限和定量限
在(0.5~500)μg/L的线性范围内, 各目标化合物的回归方程均呈良好的线性关系, r>0.999。以3倍信噪比计算, TCEP、TCPP、TPHP、TDCPP和TCP的检出限分别为9.0、1.8、36.0、9.6和13.0 ng/g; 以10倍信噪比计算, TCEP、TCPP、TPHP、TDCPP和TCP的定量限分别为28.0、5.9、120.0、32.0和42.0 ng/g(表 3)。
化合物 | 线性范围/(μg/L) | 回归方程 | 相关系数 | 检出限/(ng/g) | 定量限/(ng/g) |
TCEP | 1.5~500 | y=0.017 8 x-0.021 2 | 0.999 2 | 9.0 | 28.0 |
TCP | 0.3~500 | y=0.052 3 x+0.353 1 | 0.999 1 | 1.8 | 5.9 |
TPHP | 6.0~500 | y=0.165 9 x+0.569 1 | 0.999 4 | 36.0 | 120.0 |
TCPP | 1.5~500 | y=0.001 2 x-0.001 8 | 0.999 7 | 9.6 | 32.0 |
TDCPP | 2.0~500 | y=0.123 8 x+0.592 9 | 0.999 2 | 13.0 | 42.0 |
2.4 回收率和精密度
室内灰尘经丙酮和乙酸乙酯分别超声提取30 min后自然晾干作为空白基质, 经测定后目标物水平低于检出限, 取样后分别加入混合标准溶液, 配制成低、中、高3个浓度水平(0.15、4.0和8.0 μg/g)的样品, 按照优化后的预处理方法提取和净化, 每个加标水平平行测定6次。5种OPFRs在低、中、高3个浓度水平均有着较好的准确度与精密度, 平均加标回收率为75.0%~116.7%, 相对标准偏差(RSDs)为2.3%~9.7%(表 4)。
化合物 | 低浓度(0.15 μg/g) | 中浓度(4 μg/g) | 高浓度(8 μg/g) | |||||
平均 回收率 |
RSD | 平均 回收率 |
RSD | 平均 回收率 |
RSD | |||
TCEP | 100.2 | 5.4 | 103.9 | 8.2 | 116.7 | 4.5 | ||
TCP | 75.1 | 9.7 | 99.6 | 7.9 | 98.2 | 4.2 | ||
TPHP | 86.8 | 6.3 | 109.8 | 3.1 | 109.6 | 8.8 | ||
TCPP | 109.2 | 8.8 | 113.5 | 2.3 | 102.9 | 3.1 | ||
TDCPP | 95.6 | 4.6 | 109.3 | 7.0 | 109.6 | 8.3 |
2.5 实际样品检测
应用本方法检测100份室内灰尘样本中5种有机磷阻燃剂。结果显示, 5种有机磷阻燃剂均有检出, 其中TCEP、TCPP检出率为100%, TCP、TPHP的检出率为99%, TDCPP的检出率为82%(表 5)。
化合物 名称 |
样品 总量/份 |
检出样品 量/份 |
检出率 /% |
检出范围/ (ng/g) |
TCP | 100 | 99 | 99 | 10.1~8 822.7 |
TDCPP | 100 | 82 | 82 | 65.5~2 422.1 |
TPHP | 100 | 99 | 99 | 148.6~4 686.9 |
TCEP | 100 | 100 | 100 | 33.3~3 361.8 |
TCPP | 100 | 100 | 100 | 38.3~3 835.6 |
3 结论
本研究建立了室内灰尘5种有机磷酸酯阻燃剂的超声辅助SPE-HPLC-MS-MS快速检测方法, 以乙酸乙酯-丙酮(3+2, V+V)为超声提取溶剂, 乙酸乙酯为洗脱溶剂, 经氨基键和固相萃取柱富集净化, 高效液相色谱-串联质谱法检测。该方法操作简单, 灵敏可靠, 适用于室内灰尘中5种有机磷酸酯阻燃剂的同时测定。
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