基于气相色谱-同位素稀释电感耦合等离子体质谱测定多溴二苯醚的新方法研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jscumt
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多溴二苯醚(PBDEs)是一类常用的溴化阻燃剂,从70年代后期开始替代毒性更强的多氯联苯(PCBs)与多溴联苯(PBB)等阻燃剂而被推广使用。目前,该类化合物已成为全球环境中无处不在的持久性有机污染物(POPs)。已有研究表明,PBDEs具有干扰甲状腺素、影响生物体内分泌、造成神经行为缺陷等潜在毒性。另外,由于PBDEs具有亲脂性,因此极易通过食物链富集在高脂质含量的食品中,而被人类通过饮食途径摄入。因此,食品中PBDEs的分析技术引起广泛关注。由于食品基质种类多、成分复杂,PBDEs在食品中的浓度水平范围超过9个数量级。另外,PBDEs化合物的同类物有209种之多,因此,食品中PBDEs的分析需要高选择性分离与高灵敏度检测技术的结合。目前,PBDEs的分析技术以气相色谱质谱联用(GC-MS)与液相色谱质谱联用(HPLC-MS)为主,因为GC-MS方法分离效率高、PBDEs具有合适的蒸汽压与极性范围等原因,因此更为常用。尽管国内外针对GC-MS检测PBDEs的方法进行了大量研究,但分析食品中PBDEs仍然存在明显挑战:传统的电碰撞(EI)电离质谱或电子捕获检测器灵敏度不足,无法满足食品中超痕量PBDEs检测需求;有机质谱需要针对每种分析物在离子源中的碎裂情况进行优化,对于PBDEs(理论上209种)需要花费大量时间对每种同类物进行碎片离子优化;由于PBDEs种类极多,不同化合物在常规质谱中的响应差异明显,需要各自对应的特异性标准物质进行定量,导致分析成本过高或者不可能。在此背景下,气相色谱电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用技术受到关注。虽然ICP-MS通常用于无机物分析,但由于其对溴元素有着很好的灵敏度与选择性,因此通过与GC联用,可以用于含溴有机物如PBDEs的检测,已有研究表明,ICP电离源对PBDEs的灵敏度要高于电轰击源与化学电离源。同时,在检测不同类型的PBDEs时无需对离子碎片进行额外优化,极大提升了分析效率。此外,这项技术通过与特异性同位素稀释法结合进行分析物定量,可以有效消除基质效应对定量结果的影响。最后,由于ICP-MS检测时,分析物的响应仅仅与溴元素的数量有关,而与化合物结构无关,因此可以使用较少类型的标准物质,定量多种含溴化合物,这对于分析异构体种类众多、单独的标准物质难以获取的PBDEs分析而言意义重大。尽管国际上针对GC-ICP-MS分析PBDEs进行了许多研究,但仍存在如下问题与空白:1)尽管ICP-MS的响应具有与化合物结构无关的特性,但与气相色谱联用后,色谱条件的差异、基质残留成分等可能会影响其响应规律,导致化合物的响应与结构相关,需要对化合物独立校准技术进行定量评价,而气相色谱条件对分析物响应的影响机理尚未被研究。2)十溴二苯醚是环境中总体浓度最高的PBDEs类化合物,但由于其高温易分解的特性,现有的气质联用分析方法测定十溴二苯醚的响应往往偏低。传统的EI或CI源质谱检测器由于响应与化合物结构相关,难以针对十溴二苯醚的分解产物进行分解率的定量研究。因此现有研究对十溴二苯醚在气相色谱中的分解规律存在空白。3)GC-同位素稀释-ICP-MS方法是一种可以有效克服基质效应对分析结果的定量方法,但ICP-MS固有的质谱干扰可能会导致溴离子与多原子离子发生质谱重叠,造成测定的同位素比值产生偏差,进而影响同位素稀释测定结果的准确性,然而,GC-ICP-MS中的质谱干扰的来源以及可能对同位素比值测定的影响却缺少系统深入的研究。本文针对以上问题展开研究,建立了一种快速高效处理鱼肉样品的QuEChERS前处理方法,使用GC-同位素稀释-ICP-MS技术对样品中的PBDEs进行了检测。对方法的分析性能进行了评估,并使用标准参考物质进行了验证;研究了各种条件下,系列PBDEs化合物在GC-ICP-MS上的响应规律,确认了测量PBDEs化合物时化合物独立校准(CIC)方法的可行性,对于提升检测效率、降低检测成本具有很好的作用;提出了一种创新的分析方法,采用气相色谱电感耦合等离子体三重四级杆质谱(GC-ICP-MS/MS)以质量转移模式通过测定BrO+消除质谱干扰对PBDEs测定的影响。论文的研究内容可以分为以下几个方面:1、针对现有前处理方法处理高脂质含量样品的方法过于复杂、净化效果不理想、通量低等问题,建立了一种基于QuEChERs(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)方法快速提取鱼肉样品中PBDEs的高效前处理方法,结合改进的二次分散固相微萃取技术净化方法,可以去除大部分复杂样品中的大分子共洗脱干扰物。结果表明,7种分析物的基质效应显著下降,其范围在-29.4-0.8%范围间,小于文献值范围(-62%-52%)。建立了GC-同位素稀释-ICP-MS方法,测定了NIST鱼肉基体标准物质(SRM 1947)中6种优先级PBDEs,回收率范围85.9%-118.0%,方法的检出限与定量限范围分别为0.03-0.56 ng g-1与0.10-1.86 ng g-1。证明了方法可靠性。2、系统探讨了色谱条件对GC-ICP-MS测定PBDEs化合物的相对响应的影响,建立的基于GC-同位素稀释-ICP-MS测定PBDEs的化合物独立校准(CIC)方法。研究了样品引入条件、载气流速、不分流延迟时间和样品基质等条件对11种PBDEs化合物响应的影响机理。结果表明,使用脉冲不分流进样时,随着进样温度和脉冲压力的增加,分析物的传输效率提升,分析物的溴元素响应更加接近。在优化色谱条件下,以BDE 28作为标准,三至七溴化合物的斜率范围为0.968-1.001(R2>0.998)响应与结构无关,适合CIC方法分析,采用该CIC方法首次测量GC-ICP-MS分析BDE 209时的分解率为18.7%。在对鱼组织样品中上述化合物测定时,发现元素响应比(BDE 28作为参考)范围为0.678至0.976,差异较大。但是,比较发现异构体之间元素响应范围为0.990至1.056,以BDE 47作为BDE 49和BDE 66的校准物,回收率分别为105.7%和88.1%,以BDE 154作为BDE 155的校准物,回收率为108.8%,说明复杂基体测量时可以采用异构体相互校准。3、基于气相色谱电感耦合等离子体三重四级杆质谱(GC-ICP-MS/MS),建立了通过测定BrO+消除质谱干扰的质量转移模式,测定了鱼组织样品中的PBDEs。比较了O2、H2、N2O三种反应气时产物离子的信号强度,发现使用N2O作为反应气与Br离子反应后的产物离子具有最佳灵敏度。通过测定79Br与81Br同位素比值评估质谱干扰的影响,结果表明,在鱼肉样品中基质成分对Br同位素比值的影响较小,1H40Ar40Ar+81Br+的质谱干扰是造成鱼肉样品中Br同位素比值测定偏差的主要因素。比较碰撞模式与反应模式下6种优先级PBDEs中Br同位素的比值,发现使用常规He碰撞模式下同位素比值测定结果偏低,无法完全消除该干扰。而在N2O反应下,通过质量转移模式检测产物离子BrO+,可消除质谱干扰。方法检出限范围在0.03-0.09 ng g-1,相对标准偏差小于3%。分析方法被成功用于山东青岛海鱼样品中的多溴二苯醚含量的测定。
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