引用本文
秦威振, 毛丽莎, 陈裕华, 刘桂华, 罗贤如, 姜杰, 管玉峰. 超声辅助提取—固相萃取—同位素稀释高效液相色谱串联质谱测定室内灰尘中5种有机磷酸酯阻燃剂[J]. 环境卫生学杂志, 2020, 10(1): 76-80.
QIN Weizhen, MAO Lisha, CHEN Yuhua, LIU Guihua, LUO Xianru, JIANG Jie, GUAN Yufeng. Determination of Five Organophosphate Flame Retardants in Indoor Dust using Ultrasound Assisted Extraction-Solid Phase Extraction-Isotopic Dilution High Performance Liquid Chromatography-tandem Mass Spectrometry[J]. Journal of Environmental Hygiene, 2020, 10(1): 76-80.
超声辅助提取—固相萃取—同位素稀释高效液相色谱串联质谱测定室内灰尘中5种有机磷酸酯阻燃剂
秦威振1, 毛丽莎2, 陈裕华2, 刘桂华2, 罗贤如2, 姜杰2, 管玉峰3     
1. 深圳市龙华区疾病预防控制中心;
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
基金项目: 深圳市科技创新委员会知识创新计划基础研究项目（JCYJ20170306160527011，JCYJ20170306160932340）；深圳市卫生计生系统科研项目（201602003）；深圳市三名工程项目（SZSM201811070）
作者简介: 秦威振, 硕士, 主要从事环境化学污染物与人体健康研究
通信作者: 姜杰, 主任技师, 主要从事化学污染物与人体健康研究; Email:1071455735@qq.com
管玉峰, 副教授, 主要从事环境化学污染物研究; Email:yfguan2009@126.com
联系方式: 广东省深圳市龙华区龙观东路96号；邮编：518000；Email:909302689@qq.com

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

摘要: 目的 建立灰尘中磷酸三苯酯（TPHP）、磷酸三甲苯酯（TCP）、磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（2-氯丙基）酯（TCPP）和磷酸三（1，3-二氯异丙基）酯（TDCPP）5种有机磷酸酯阻燃剂的超声辅助提取-固相萃取（UAE-SPE）-同位素稀释高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS-MS）检测方法。方法 取室内灰尘50 mg，加入3 mL乙酸乙酯丙酮溶液（3+2，V+V），涡旋1 min，超声5 min，3 500 r/min离心5 min，取上层清液，循环3次，合并上清液，将合并上清液氮吹至近干，3 mL正己烷复溶，CNWBOND NH2固相萃取柱（6 mL乙酸乙酯，6 mL正己烷活化）富集净化，3 mL乙酸乙酯洗脱2次，氮气吹干，1 mL乙腈水溶液（1+1，V+V）定容，过0.22 μm尼龙滤膜，以0.1%甲酸溶液和0.1%甲酸乙腈溶液为流动相，ACQUITY UPLC4®HSS T3色谱柱（150 mm×2.1 mm，1.8 μm）梯度洗脱分离，电喷雾离子源正离子模式（ESI+），多反应监测（MRM）模式检测。结果 5种有机磷阻燃剂在（6.0~500）μg/L范围内线性关系良好，其相关系数均>0.999，检出限范围（1.8~36.0）ng/g，定量限范围（5.9~120.0）ng/g，回收率范围75.0%~116.7%，精密度（RSD）范围2.3%~9.7%。结论 该方法操作快速可靠，适用于室内灰尘中5种有机磷酸酯阻燃剂的同时测定。
关键词: 有机磷酸酯阻燃剂    室内灰尘    超声辅助提取    固相萃取    高效液相色谱-串联质谱    
Determination of Five Organophosphate Flame Retardants in Indoor Dust using Ultrasound Assisted Extraction-Solid Phase Extraction-Isotopic Dilution High Performance Liquid Chromatography-tandem Mass Spectrometry
QIN Weizhen1, MAO Lisha2, CHEN Yuhua2, LIU Guihua2, LUO Xianru2, JIANG Jie2, GUAN Yufeng3
Abstract: Objectives To develop a method for the determination of five organophosphate flame retardants, triphenyl phosphate (TPHP), tritotyl phosphate (TCP), tris-(2-chloroethyl) phosphate (TCEP), tris-(2-chloropropyl) phosphate(TCPP) and tris-(1, 3-dichloropropyl) phosphate (TDCPP), in indoor dust using Ultrasound Assisted Extraction-Solid Phase Extraction (UAE-SPE)-High Performance Liquid Chromatography-tandem Mass Spectrometry (HPLC-MS-MS). Methods Add 3 mL ethyl acetate-acetone (3+2, V+V) into the dust sample (50 mg). After 1 min vortex, 5 min ultrasound, and 5 min centrifugation at 3 500 r/min, and the operation was repeated three times. The supernatant of each time was combined and concentrated to near dryness using nitrogen, reconstituted to 3 mL using n-hexane, enriched and purified through CNWBOND NH2 solid phase extraction column (conditioned with 6 mL ethyl acetate, 6 mL n-hexane), eluted using 3 mL ethyl acetate twice, dried using nitrogen, adjusted to a constant volume using 1 mL acetonitrile-water (1+1, V+V) and filtered with 0.22 μm nylon filter. The five organophosphate flame retardants were eluted and separated in gradient using ACQUITY UPLC®HSS T3 column (150 mm×2.1 mm, 1.8 μm) with 0.1% formic acid solution and acetonitrile solution of 0.1% formic acid as mobile phase, then determined under positive ion mode of Electrospray Ionization (ESI+) and Multiple Reaction Monitoring (MRM) mode. Results The five organophosphate flame retardants showed a good linearity in the range of (0.5-500) μg/L, and the correlation coefficients were more than 0.999. The limit of detection was in the range of (1.8-36.0) ng/g, and the limit of quantification was in the range of (5.9-120.0) ng/g. The recovery was in the range of 75.0%-116.7% with the relative standard deviations (RSD) of 2.3%-9.7%. Conclusions The method is fast and reliable, which is suitable for simultaneous determination of five organophosphate flame retardants in indoor dust.
Key words: organophosphate flame retardants    indoor dust    ultrasound assisted extraction    solid phase extraction    high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry    

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。

表 1 梯度洗脱条件 %
时间/min 0.1%甲酸乙腈溶液 0.1%甲酸溶液
0 50 50
1 50 50
6 100 0
14 100 0
15 50 50
16 50 50
表选项

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。

表 2 目标化合物的质谱参数
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
表选项

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。

注:1:TCEP; 2:TCPP; 3:TDCPP; 4:TPHP; 5-TCP 图 1 5种有机磷阻燃剂的色谱图
图选项

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。

图 2 不同提取溶剂下目标化合物的内标回收率
图选项

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。

图 3 不同萃取柱下目标化合物的内标回收率
图选项

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)。

表 3 目标化合物的线性范围、回归方程、检出限和定量限
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
表选项

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)。

表 4 目标化合物的回收率和相对标准偏差(n=6) %
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
表选项

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)。

表 5 实际样品检测结果
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
表选项

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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DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2020.01.013
中国疾病预防控制中心主办。
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秦威振, 毛丽莎, 陈裕华, 刘桂华, 罗贤如, 姜杰, 管玉峰
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超声辅助提取—固相萃取—同位素稀释高效液相色谱串联质谱测定室内灰尘中5种有机磷酸酯阻燃剂
Determination of Five Organophosphate Flame Retardants in Indoor Dust using Ultrasound Assisted Extraction-Solid Phase Extraction-Isotopic Dilution High Performance Liquid Chromatography-tandem Mass Spectrometry
环境卫生学杂志, 2020, 10(1): 76-80
Journal of Environmental Hygiene, 2020, 10(1): 76-80
DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2020.01.013

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