CN104237436A

CN104237436A - 一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法

Info

Publication number: CN104237436A
Application number: CN201410446784.0A
Authority: CN
Inventors: 张东平; 季雯; 鹿建霞; 陈征; 任国发
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明属于环境监测方法领域，具体涉及到一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物的定性筛查。通过复合硅胶柱净化，全二维气相色谱联飞行时间质谱仪检测的方法实现样品中半挥发性卤代有机污染物定性筛查的目的。该方法包括以下几个步骤：1）沉积物样品经索氏抽提和复合硅胶柱净化制成样品；2）优化全二维气相色谱联飞行时间质谱仪参数，建立不同卤代化合物的色谱图谱库；3）沉积物抽提样品浓缩后进行全二维气相色谱联飞行时间质谱检测；4）将获取的实验数据进行深度分析，定向和非定向筛查沉积物中主要卤代有机污染物类型。本发明样品前处理简单，一次进样可以实现目标化合物与非目标化合物的联合分析，为调查和追溯污染源提供依据。

Description

一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，特别是一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查的方法。

背景技术

卤代有机污染物是指分子中含有F、Cl、Br、I官能团的一类有机化合物，包括脂肪族卤代化合物和芳香族卤化物，广泛用于化工原料、中间体、阻燃剂、有机溶剂、食品添加剂、农药及药品等。这类化合物具有突出的“三致”毒性、环境持久性、生物蓄积性，对人类健康危害极大，一直是世界各国重点控制的污染物。随着人们对卤代有机污染物的环境持久性、生物蓄积性及其对人类健康和自然环境潜在危害认识的不断加深，越来越多的卤代有机污染物被增列入国际关于持久性有机污染物的《斯德哥尔摩公约》即POPs公约。截至2013年5月，已经被国际公约组织正式列入POPs公约名单的污染物有22种，全部属于卤代有机污染物。此外，许多卤代有机污染物也不断被增列到POPs公约候选名单。卤代有机污染物由于具有含量低、难降解、易生物富集等特点，一直是环境科学关注的主要问题。

由于卤代有机污染物种类众多，目前的分析方法一般只针对已知的一种或者几种污染物进行检测。然而由于各地的产业不同，排放到环境中的污染物可能有很大的差异，为调查某地环境中的主要污染物，只能首先对当地的相关产业进行了解，初步预测可能的主要污染物，然后再对所有疑似污染物逐一排查。这种方法不但费时费力，而且可能漏查某些污染严重的化合。另一方面，由于涉及到行业信息保密，人们也很难获取一些新型卤代有机化合物的使用信息，致使一些卤代有机物在大规模使用几十年后才引起人们的关注，这类化合物包括德克隆，十溴二苯乙烷等。此外，卤代有机污染物在经历了一定的环境过程会形成降解或代谢产物，这些产物往往具有比原型化合物更强的生态毒性，目前国内外对这些环境转化产物的检测研究更是少之又少。

环境介质中卤代有机污染物含量低，大多属微量痕量污染物，加之样品基质复杂，需要一套完整的筛查、识别和标准品确认等程序才能够对其进行识别和鉴定。传统的一维气相色谱质谱(GCMS)在全扫描模式下很难将这些微量痕量污染物从复杂的样品基质中分离出来，难以实现定性识别和定量分析。全二维气相色谱(GC×GC)是将分离机理不同且相互独立的两根色谱柱以串联方式连接在一起的二维色谱系统。两根色谱柱之间装有调制器，样品经调制器捕集聚焦后再进入第二根色谱柱进行分离，大大提高了峰容量，为复杂环境样品基质中微量痕量有机污染物的分离提供了可能。飞行时间质谱(TOFMS)的自动识别功能可以自动将目标化合物从样品基质分离和识别出来，为定性识别这些有机污染物的结构信息提供了可能。近年来全二维气相色谱联飞行时间质谱仪已被应用到诸如石油样品、卷烟烟气、植物挥发油的成分分析领域，采用该仪器对环境样品中微量痕量有机污染物的识别和定性研究也得到了迅速发展。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查的方法。采用全二维气相色谱联飞行时间质谱仪对沉积物样品中可能含有的卤代有机污染物进行定向和非定向筛查，建立沉积物中主要污染物的特征指纹图谱，筛选出主要的污染物，为污染源调查提供必要的支撑。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法，具有以下步骤和过程：

1）沉积物样品采集后，于-20摄氏度保存；分析前对沉积物样品进行冷冻干燥，室温下解冻，充分研磨均匀，过80目筛后贮存在棕色磨口瓶中，避光保存；

2）取干燥沉积物5g，置于500毫升的抽提装置中，于60摄氏度下连续索氏抽提72小时，萃取溶剂为400 毫升体积比为1:1的正己烷和丙酮的混合溶液，将萃取液旋蒸浓缩至1毫升，采用层析柱净化；

3）采用70 毫升体积比为1:1的正己烷和二氯甲烷的混合溶剂淋洗层析柱，控制流速在2-4毫升/分钟，收集淋洗液于鸡心瓶中，旋转蒸发浓缩至1毫升，氮吹浓缩后，采用正己烷定容，定容体积为100微升，待进样分析；

4）将已知卤代有机污染物标准品进样分析，优化调节仪器参数；

5）将步骤3）得到的沉积物抽提样品进全二维气相色谱联飞行时间质谱仪检测；

6）定性识别沉积物中的主要卤代有机污染物：对采集的数据进行处理，识别信噪比大于30的谱峰，并将采集的谱峰与国际标准谱图库以及自建谱图库进行比对，定性识别出沉积物中主要卤代有机污染物类别。

所述层析柱的填料从下至上依次为：6厘米中性氧化铝、2厘米中性硅胶、5厘米碱性硅胶、2厘米中性硅胶、6厘米酸性硅胶、2厘米无水硫酸钠。

所述步骤4）中的已知卤代有机污染物标准品为：14 种多溴联苯醚（PBDEs）混合标样采用美国环保署EPA-1614 BDE-COC(美国Accustandard公司)；41 种多氯联苯（PCBs）混合标样采用加拿大魁北克环境署C-QME-01(加拿大Techlab公司)；20种有机氯农药（OCPs）混合标样采用美国环保署EPA-8081 M-8081-MC(美国Accustandard公司)。

所述步骤5）中的全二维气相色谱的参数为：一维色谱柱采用DB-5MS毛细管色谱柱，30米×0.25 毫米×0.25 毫米；载气为氦气，采用恒流模式，柱流量为l.0 毫升/分钟，无分流进样，进样量为1微升；进样口温度280 摄氏度；柱始温110 摄氏度，保持1 分钟，以8 摄氏度/分钟升至180 摄氏度，保持1 分钟，接着以2 摄氏度/分钟升至240 摄氏度，保持5 分钟；再以2 摄氏度/分钟升至280 摄氏度，保持5 分钟；再以20 摄氏度/分钟升至300 摄氏度，保持5 分钟；二维色谱柱采用HT-8高温毛细管柱，1.2 米×0.10毫米×0.10毫米，选择比一维色谱柱高20 摄氏度的温高同步升温；调制器选择比一维色谱柱温高30 摄氏度的温高同步升温，调制周期为4秒钟，冷热调制时间分别为0.8 秒和1.2秒；飞行时间质谱仪的参数为：离子源为电子激发电离源，离子源电离电压70电子伏特；离子源温度230摄氏度；界面温度300摄氏度；采用全扫描监测，扫描速率为100 谱/秒；扫描范围为质荷比100到800的质量碎片。

所述步骤6）中的数据处理为：人工核查检索结果分三步进行：(1)去除明显柱流失峰；(2)筛选含卤有机化合物；(3)对相似度大于850 的化合物判定为正检出，而对于相似度较小的化合物，手动调取该化合物的全扫描质谱信息后进行深度分析；深度分析有3 个判断依据：峰纯度高、分子离子或主碎片峰同位素比例分布符合含氯或含溴化合物的碎裂方式、主碎片峰有明显脱氯或脱溴质量碎片。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明可以快速有效的鉴定出不同地点沉积物中蓄积的主要卤代有机污染物，可为卤代有机污染物的污染物调查及环境行为研究提供支持。相比常规的环境监测方法，该方法样品处理简单，一次进样可以实现目标化合物与非目标化合物的联合分析。

附图说明

图1为本发明中41种多氯联苯标样的二维平面谱图。

图2为本发明中14种多修联苯醚标样的二维平面谱图。

图3为本发明中20种有机氯农药标样的二维平面谱图。

图4为本发明中沉积物抽提样品的平面谱图。

图5为本发明中定性筛查出的主要污染物五氯茴香硫醚的立体色谱谱图（左）及质谱谱图（右）。

图6为本发明中定性筛查出的主要污染物八氯苯乙烯的立体色谱谱图（左）及质谱谱图（右）。

图7 GCxGC-TOFMS鉴定出的主要卤代化合物。

图8 16种未被准确识别的卤代化合物。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的说明。

实施例1：辽河沉积物中半挥发性卤代有机污染物的定性筛查

本实施案例中，测定方法的步骤和过程如下：

1、样品制备

取干燥沉积物5克，置于500毫升的提取装置中，于60摄氏度下连续索氏抽提72小时，萃取溶剂为400 毫升体积比为1:1的正己烷和丙酮的混合溶液，旋蒸浓缩至1毫升。采用建立的层析柱净化。采用70 毫升体积比为1:1的正己烷和二氯甲烷的混合溶液淋洗层析柱，控制流速在2-4毫升/分钟，收集洗脱液于鸡心瓶中并浓缩至约1毫升，进一步氮吹浓缩。

2、全二维气相色谱联飞行时间质谱检测

上述样品氮吹浓缩后，采用正己烷定容，定容体积为100微升，采用全二维气相色谱联飞行时间质谱仪进行检测，色谱-质谱条件如下：一维色谱柱采用DB-5MS毛细管色谱柱，30米×0.25毫米×0.25毫米；载气为氦气，采用恒流模式，柱流量为l.0 毫升/分钟，无分流进样，进样量为1微升；进样口温度280 摄氏度；柱始温110 摄氏度，保持1 分钟，以8 摄氏度/分钟升至180 摄氏度，保持1 分钟，接着以2 摄氏度/分钟升至240 摄氏度，保持5 分钟；再以2 摄氏度/分钟升至280 摄氏度，保持5 分钟；再以20 摄氏度/分钟升至300 摄氏度，保持5 分钟；二维色谱柱采用HT-8高温毛细管柱，1.2米×0.10毫米×0.10 毫米，选择比一维色谱柱高20 摄氏度的温高同步升温；调制器选择比一维色谱柱高30 摄氏度的温高同步升温，调制周期为4 秒钟，冷热调制时间分别为0.8 秒和1.2 秒。

飞行时间质谱仪的参数为：离子源为电子激发电离源，离子源电离电压70电子伏特；离子源温度230摄氏度；界面温度300摄氏度；采用全扫描监测，扫描速率为100 谱/秒；扫描范围为质荷比100到800的质量碎片。

3、数据处理及分析

采用仪器公司自带的软件对采集的数据进行自动处理，自动识别信噪比大于30 的峰，并将采集的谱峰与国际标准谱图库以及自建谱库进行比对，定性识别出沉积物中主要卤代有机污染物类别。人工核查检索结果分三步进行：(1)去除明显柱流失峰；(2)筛选含卤有机化合物；(3)对相似度大于850 的化合物判定为正检出，而对于相似度较小的化合物，手动调取该化合物的全扫描质谱信息后进行深度分析。深度分析有3 个判断依据：峰纯度高、分子离子或主碎片峰同位素比例分布符合含氯或含溴化合物的碎裂方式、主碎片峰有明显脱氯或脱溴质量碎片。经三步筛查，共鉴定出含氯或溴化合物71 种，包括33 种多氯联苯，9 种有机氯农药，4 种多溴联苯醚，3 种滴滴涕农药代谢产物，2 种氯代茴香醚，2 种氯苯乙烯，1 种氯代茴香硫醚及1 种甲基三氯生。上述多氯联苯、多溴联苯醚以及有机氯农药均可被自动识别，与标准谱库中对应化合物的相似度超过800，与自建谱库中相应化合物的相似度超过850。其它9种定性识别出的卤代半挥发性有机污染物与标准谱库中对应化合物的相似度也超过800，详见图7。图5、图6分别给出了定性识别出的五氯茴香硫醚和八氯乙烯的选择离子色谱图及质谱图。另外有16种化合物从质谱信息上看明显含氯或含溴，但是因为缺少必要的谱库信息不能准确识别，结果列于图8。

仪器方法的优化：由于样品基质复杂，目标化合物含量低等特点，采用一维气相色谱进行色谱分离时，目标化合往往被大量样品基质掩盖，不能实现定性识别。经初步分析，相比目标化合物，样品基质中的干扰物一般极性较小。为了实现样品基质与目标化合物的有效分离，本方法通过改变二维色谱柱极性以及更改调制周期等手段对仪器的测试参数进行优化，目的是使目标化合物平铺于整个二维平面，而大部分的样品基质位于平面下方的。经反复摸索，最终确立了技术路线2）的仪器参数作为本方法的色谱质谱条件。采用技术路线2）中的分离条件对浓度为1微克/克的41种多氯联苯、14种多溴联苯醚以及20种有机氯农药标准品进行分离，其色谱分离谱图分别见图1、2、3。由图1-3可见，在优化的技术条件下，大部分目标化合物之间分离效果良好，且能够很好的平铺在整个二维平面上，为实现样品基质与目标化合物的分离提供了基础。采用本技术路线对实际沉积物样品分离的二维平面谱图见图4。如图4所示，虽然大部分样品基质的谱峰都能聚集在二维平面左半部和底部，但样品基质实在复杂,一次分离可以得到成千上万个峰。在如此复杂的基质干扰下,要想实现对某一类污染物的定性识别依然具有很大的难度。

数据处理方法的优化：采用仪器公司自带的软件对采集的数据进行自动处理，自动识别信噪比大于30 的峰，并将采集的谱峰与国际标准谱图库以及自建谱库进行比对，定性识别出沉积物中主要卤代有机污染物类别。人工核查检索结果分三步进行：(1)去除明显柱流失峰；(2)筛选含卤有机化合物；(3)对化合物相似度大于850 的化合物判定为正检出，而对于相似度较小的化合物，手动调取该化合物的全扫描质谱信息后进行深度分析。深度分析有3个判断依据：峰纯度高、分子离子或主碎片峰同位素比例分布符合含氯或含溴化合物的碎裂方式、主碎片峰有明显脱氯或脱溴质量碎片。经上述三步筛查，在所选择的辽河沉积物样品中共鉴定出含氯或溴化合物71 种，包括33 种多氯联苯，9 种有机氯农药，4 种多溴联苯醚，3 种滴滴涕农药代谢产物，2 种氯代茴香醚，2 种氯苯乙烯，1 种氯代茴香硫醚及1 种甲基三氯生。

Claims

1.一种沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法，其特征在于，具有以下步骤和过程：

2）取干燥沉积物5克，置于500毫升的抽提装置中，于60摄氏度下连续索氏抽提72小时，萃取溶剂为400 毫升体积比为1:1的正己烷和丙酮的混合溶液，将萃取液旋蒸浓缩至约1毫升，采用层析柱净化；

3）采用70 毫升体积比为1:1的正己烷和二氯甲烷的混合溶剂淋洗层析柱,控制流速在2-4毫升/分钟，收集淋洗液于鸡心瓶中，旋转蒸发浓缩至约1毫升，氮吹浓缩后，采用正己烷定容，定容体积为100微升，待进样分析；

2.根据权利要求1所述的沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法，其特征在于，所述层析柱的填料从下至上依次为：6厘米中性氧化铝、2厘米中性硅胶、5厘米碱性硅胶、2厘米中性硅胶、6厘米酸性硅胶、2厘米无水硫酸钠。

3.根据权利要求1所述的沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法，其特征在于，所述步骤4）中的已知卤代有机污染物标准品为：14种多溴联苯醚混合标样采用美国环保署EPA-1614BDE-COC；41种多氯联苯混合标样采用加拿大魁北克环境署C-QME-01；20种有机氯农药混合标样采用美国环保署EPA-8081M-8081-MC。

4.根据权利要求1所述的沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法，其特征在于，所述步骤5）中的全二维气相色谱的参数为：一维色谱柱采用DB-5MS毛细管色谱柱，30米×0.25 毫米×0.25毫米；载气为氦气，采用恒流模式，柱流量为l.0毫升/分钟，无分流进样，进样量为1微升；进样口温度280摄氏度；柱始温110摄氏度，保持1分钟，以8摄氏度/分钟升至180摄氏度，保持1分钟，接着以2摄氏度/分钟升至240摄氏度，保持5分钟；再以2摄氏度/分钟升至280摄氏度，保持5分钟；再以20摄氏度/分钟升至300摄氏度，保持5分钟；二维色谱柱采用HT-8高温毛细管柱，1.2米×0.10毫米×0.10毫米，选择比一维色谱柱高20摄氏度的温高同步升温；调制器选择比一维色谱柱高30摄氏度的温高同步升温，调制周期为4秒钟，冷热调制时间分别为0.8秒和1.2秒；飞行时间质谱仪的参数为：离子源为电子激发电离源，离子源电离电压70电子伏特；离子源温度230摄氏度；界面温度300摄氏度；采用全扫描监测，扫描速率为100 谱/秒；扫描范围为质荷比100到800的质量碎片。

5.根据权利要求1所述的沉积物中半挥发性卤代有机污染物定性筛查方法，其特征在于，所述步骤6）中的数据处理为：人工核查检索结果分三步进行：(1)去除明显柱流失峰；(2)筛选含卤有机化合物；(3)对相似度大于850 的化合物判定为正检出，而对于相似度较小的化合物，手动调取该化合物的全扫描质谱信息后进行深度分析；深度分析有3 个判断依据：峰纯度高、分子离子或主碎片峰同位素比例分布符合含氯或含溴化合物的碎裂方式、主碎片峰有明显脱氯或脱溴质量碎片。