CN109115902A

CN109115902A - 一种谷物中有机磷阻燃剂的检测方法

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Publication number: CN109115902A
Application number: CN201810812350.6A
Authority: CN
Inventors: 王俊霞; 顾海东; 张占恩; 闫广礼; 张磊; 杨光冠; 高仕谦; 刘婷婷; 倪敏; 韩艳娜; 马飞; 马一飞; 刘珊珊; 刘缘; 廖方新; 李涵颖; 杨静文; 邹旭晴; 王婷; 刘凡
Original assignee: Suzhou University of Science and Technology
Current assignee: Suzhou University of Science and Technology
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: CN109115902B

Abstract

本发明涉及一种谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，采用快速溶剂萃取法将待测样品中的目标物萃取出来；采用固相萃取法进行净化富集，然后采用第一洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液为洗脱液1，再采用第二洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液为洗脱液2，其中，所述的第一洗脱剂的极性小于所述的第二洗脱剂的极性；采用气相色谱‑串联质谱仪进行分析测定。本发明目标物回收率高，相对标准偏差小，能够满足痕量分析的要求，具有操作简便、耗时短、可批次处理，溶剂耗量少，能同时快速进行定性、定量，具有较高的精密度和准确度，能获得较好的回收率，满足检出限要求，为人体饮食暴露和食品安全质量监控提供可靠、快速的检测技术。

Description

一种谷物中有机磷阻燃剂的检测方法

技术领域

本发明属于环境分析化学领域，具体涉及一种谷物中有机磷阻燃剂的检测方法。

背景技术

有机磷阻燃剂(organophosphate flame retardants,OPFRs)因具有高效阻燃和增塑的优点，被大量生产和使用，成为了目前中国市场上第二大类阻燃剂。由于OPFRs以非化学键合方式添加到产品中，OPFRs在生产和使用过程中易于释放到环境。近年来，世界各国或地区环境基质中OPFRs污染状况研究较多，尤其是土壤、水体、室内外灰尘或颗粒物等方面均不同程度地受到OPFRs污染。OPFRs具有高亲脂、疏水性，能随食物链生物放大，谷物能从OPFRs污染环境中吸收、富集于植物体中。且OPFRs有潜在毒性，对谷物质量安全急需调查研究。建立快速高效的谷物中OPFRs检测方法是必要前提条件。OPFRs根据侧链基团不同分成两组，一组为氯代OPFRs，如磷酸三(2-氯)乙酯(TCEP)、磷酸三(2一氯)丙酯TCPP)和磷酸三(1,3-二氯)丙酯(TDCPP)；另一组为非氯代OPFRs，其侧链基团为烷烃或芳烃，如磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三异丁酯(TiBP)、磷酸三丁氧基乙酯(TBEP)、磷酸三苯酯(TPhP)和磷酸三辛酯(TEHP)，这些化合物的水溶性、挥发性等差异较大。因此急需建立适合宽极性范围多种OPFRs的检测方法。

对于复杂基质样品中OPFRs前处理分为两步，一是提取完全，二是分离净化。目前常见的提取方法有索氏提取(SE)、微波萃取(MAE)、超声萃取(UE)和快速溶剂萃取(ASE)等。ASE在高温高压下进行，使得基质与提取液接触充分，减少分析时间和有机溶剂用量，获得较高回收率；净化技术常用的有固相萃取(SPE)、凝胶渗透色谱(GPC)和固相微萃取(SPME)等方法，固相萃取因能批量操作，节省分析时间等优点是最常用的净化方法。

OPFRs的检测主要有气相色谱(GC)、气相色谱质谱(GC-MS)和液相色谱质谱(LC-MS)和气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)等，GC-MS/MS的MRM模式通过母子离子对m/z进行定量定性，可消除基质干扰，具有更高选择性和灵敏度、较好的稳定性。

已建立的OPFRs检测方法主要针对水体、沉积物、土壤和空气等环境基质。近年来，消费品中OPFRs检测方法也有相关报道。但目前尚未报道谷物中OPFRs测定方法。一般谷物中生物大分子物质含量较高，对基线干扰较大，需要净化处理后才能进样，传统的净化技术多利用浓硫酸破坏性除杂，但OPFRs不耐酸碱，因此建立快速有效的提取和净化技术是检测方法成功的关键，同时GC-MS/MS更增加了方法的灵敏度和选择性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够方便、快速、准确、高效地同时检测谷物中多种OPFRs残留的方法。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，包括如下步骤：

(1)采用快速溶剂萃取法将待测样品中的目标物萃取出来；

(2)采用固相萃取法进行净化富集，然后采用第一洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液为洗脱液1，再采用第二洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液为洗脱液2，其中，所述的第一洗脱剂的极性小于所述的第二洗脱剂的极性；

(3)采用气相色谱-串联质谱仪进行分析测定。

优选地，所述的检测方法还包括在所述的步骤(1)之前的如下步骤：将所述的谷物经冷却干燥、脱壳后，粉碎成粉末，过筛得到待测样品。

进一步优选地，将所述的谷物用纯水洗净、晾干后，放入冻干机中冷冻干燥，然后用碾米机脱壳，再用粉碎机磨碎成粉末后，进行过筛。

优选地，将所述的待测样品和吸附剂混合后进行步骤(1)的处理。

进一步优选地，所述的吸附剂为硅藻土、中性硅胶或弗罗里硅土(即是硅酸镁颗粒)。吸附剂能够吸附生物样品中的脂肪和少量色素。

优选地，步骤(1)中的萃取剂为体积比为0.8～1.2的正己烷和丙酮的混合溶剂。

优选地，步骤(1)中，所述的快速溶剂萃取法的萃取条件为：萃取剂的添加体积为萃取池体积的60～80％，静态萃取时间为4～8秒，压力为1400～1600psi，温度为90～120℃，萃取时间为8～12分钟，氮气吹扫时间为60～120秒，循环2～4次。

进一步优选地，所述的快速溶剂萃取法的萃取温度90～110℃，更优选为100℃。

优选地，步骤(1)中萃取得到的萃取液经浓缩后进行步骤(2)的处理。

进一步优选地，采用旋转蒸发仪或氮气吹扫对所述的萃取液进行浓缩。

OPFRs的logK_ow范围较宽，TPrP、TiBP、TBP、TCEP、TCPP、TDCPP、TBEP、TPhP和TEHP的logK_ow分别为1.87、3.6、4.0、1.44、2.59、3.65、3.75、4.59和9.49。因而，本发明先采用极性较小的第一洗脱剂洗脱logK_ow大于5.0的中等或弱极性化合物，再用极性较大的第二洗脱剂洗脱logK_ow小于5.0的极性化合物。

优选地，步骤(2)中，所述的第一洗脱剂为体积比为1:0.4～2.5的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂。

进一步优选地，步骤(2)中，所述的第一洗脱剂为体积比为1:2～2.5的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂。

优选地，步骤(2)中，所述的第二洗脱剂为甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、体积比为0.8～1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂中的一种或多种。

优选地，所述的第一洗脱剂的用量为每克所述的待测样品中加入5～20毫升；所述的第二洗脱剂的用量为每克所述的待测样品中加入8～32毫升。

优选地，步骤(2)中，收集所述的洗脱液2的具体方法为：步骤(2)中，收集所述的洗脱液2的具体方法为：依次用二氯甲烷、体积比为0.8～1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂、乙酸乙酯进行所述的洗脱并收集洗脱液。

进一步优选地，所述的二氯甲烷、所述的体积比为0.8～1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂、所述的乙酸乙酯的用量体积比为0.2～0.4:0.2～0.4:1。

优选地，所述的固相萃取法采用Florisil柱，流速保持5mL·min^-1，所述的Florisil柱先依次用甲醇、乙酸乙酯、体积比为0.8～1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂、正己烷进行活化，再用正己烷淋洗，然后采用所述的第一洗脱剂进行洗脱。

优选地，步骤(2)中，所述的洗脱液1和所述的洗脱液2分别干燥后，用正己烷复溶并混合，加入内标物¹³C-PCB141后进行所述的步骤(3)的处理。

优选地，步骤(3)采用气相色谱三重四级杆质谱联用仪进行检测。

优选地，步骤(3)中，气相色谱条件为：载气为氦气，柱流量1mL·min^-1，不分流，进样量1μL，进样口温度250℃，升温程序：初始温度80℃，保持1min，以18～22℃·min^-1升至200℃，以3～7℃·min^-1升至215℃，以28～32℃·min^-1升至260℃，以1～5℃·min^-1升至270℃，保持3min。

优选地，质谱条件为：70eV EI源，选择多重反应监测模式，离子源和传输线温度分别为250℃和280℃；碰撞气为氩气，溶剂延迟4min，碰撞压力2.0mTorr。

优选地，基质加标样品的制备方法为：将所述的待测样品用体积比为0.8～1.2的正己烷和丙酮的混合溶剂进行淋洗直至无目标物检出，得到空白基质，然后向所述的空白基质中加入内标物13C-PCB141，平衡过夜，得到所述的基质加标样品。

本发明中涉及的有机磷阻燃剂为磷酸三(2-氯)乙酯(TCEP)、磷酸三(2一氯)丙酯TCPP)、磷酸三(1,3-二氯)丙酯(TDCPP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三异丁酯(TiBP)、磷酸三丁氧基乙酯(TBEP)、磷酸三苯酯(TPhP)和磷酸三辛酯(TEHP)中的一种或多种。

由于在食品中OPFRs的残留量是痕量水平(仅有几个pg/g)，另外由于OPFRs广泛使用，如塑料制品不同程度地含有该类物质，必须采取污染控制措施有效降低实验室背景污染。其操作如下：

(1)实验过程避免使用塑料材料。

(2)实验过程所用玻璃器皿均用丙酮、二氯甲烷进程淋洗、180℃烘干5h后使用。

(3)Florisil柱利用极性较强的溶剂除去目标化合物的干扰成分。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明分两步回收洗脱液1和洗脱液2，使得目标物回收率高，相对标准偏差小，能够满足痕量分析的要求。

另外，本发明采用ASE提取技术，在高温高压环境下，使萃取剂与颗粒物充分接触，能有效提取出目标物，比传统索氏提取节省了时间和有机溶剂用量，ASE-SPE联合技术可实现批量操作，节省了实验人员的工作强度，达到较好的回收率，而GC-MS/MS的运用也显著提高了方法的选择性和灵敏度。应用到谷物残留检测中，具有操作简便、耗时短、可批次处理，溶剂耗量少，能同时快速进行定性、定量，具有较高的精密度和准确度，能获得较好的回收率，满足检出限要求，为人体饮食暴露和食品安全质量监控提供可靠、快速的检测技术。

说明书附图

图1为谷物中多种OPFRs的分析过程图。

具体实施方式

下面采用具体实施方式对本发明的技术方案进一步详细说明。

实施例1：

对苏州市稻米中多种有机磷阻燃剂的快速检测方法，包括如下步骤：

[S001]成熟的谷穗用不锈钢刀或剪刀剪下，用箔纸包裹后，置于放有冰块的保温箱中运回实验室。稻谷用纯水洗净，晾干后，放入冷冻机进行冷冻干燥，然后用碾米机脱壳，将去壳后的糙米研磨成均匀粉末，过筛得到试样(即待测样品)，用锡箔纸包裹备用。

[S002]准确称取1.0g试样，加入5.0g硅藻土，与试样混合均匀后装入34ml不锈钢萃取池中，加盖，装入快速溶剂萃取仪上。

[S003]在试样和硅藻土的混合样中加入正己烷-丙酮(1:1，v/v)混合液作为萃取剂，设置ASE的静态萃取时间6s，萃取温度为100℃，压力为1500psi，萃取时间10min，萃取剂体积为80％池体积，氮气吹扫时间60s，静态循环3次；收集萃取液。

[S004]将收集的萃取液转移至离心管中，于35℃±2℃条件下，氮吹至约1mL。

[S005]依次用5ml甲醇、5ml乙酸乙酯、5ml二氯甲烷和正己烷(1:1,v/v)的混合溶剂、5ml正己烷以5ml/min的流速活化Florisil柱，提取液(约1ml)以5ml/min的流速上样，用3ml正己烷以5ml/min的流速淋洗弃去，先用10ml二氯甲烷：正己烷(3:7,v/v)的混合溶剂以5ml/min的流速洗脱收集弱极性化合物，即为洗脱液1，再依次用3ml二氯甲烷、3ml二氯甲烷和正己烷(1:1,v/v)的混合溶剂和10ml乙酸乙酯以5ml/min的流速洗脱收集极性化合物，即为洗脱液2，用氮吹仪分别将洗脱液1和洗脱液2氮吹至干，用正己烷复溶并混合，过0.22μm的滤膜后，用0.2ml正己烷定容，加入50ng内标物¹³C-PCB141，待上机分析。

[S006]采用GC-MS/MS测定，柱流量1.0mL·min^-1，不分流，进样量1.0μL，进样口温度250℃。升温程序：初始温度80℃(保持1min)，以20℃·min^-1升至200℃，以5℃·min^-1升至215℃，以30℃·min^-1升至260℃，以3℃·min^-1升至270℃(保持3min)。离子源温度250℃，传输线温度280℃；电离方式：EI源(70eV)，离子扫描方式为多重反应监测模式(MRM)，碰撞气为高纯氩气，溶剂延迟4min，碰撞压力2.0mTorr。

实施例2：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S003]中，设置ASE加速溶剂萃取仪的萃取温度为90℃。

实施例3：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S003]中，设置ASE加速溶剂萃取仪的萃取温度为110℃。

实施例4：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S002]中，准确称取0.5g试样。

实施例5：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S002]中，准确称取2.0g试样。

实施例6：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S005]中，采用10ml二氯甲烷：正己烷(5:5,v/v)的混合溶剂洗脱并收集洗脱液1。

实施例7：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S005]中，采用10ml二氯甲烷：正己烷(7:3,v/v)的混合溶剂洗脱并收集洗脱液1。

实施例8：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S005]中，依次用3ml二氯甲烷、3ml二氯甲烷和正己烷(1:1,v/v)的混合溶剂和10ml甲醇洗脱并收集洗脱液2。

实施例9：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S005]中，依次用3ml二氯甲烷、3ml二氯甲烷和正己烷(1:1,v/v)的混合溶剂和10ml二氯甲烷洗脱并收集洗脱液2。

实施例10：

基本与实施例1相同，不同之处在于：[S005]中，依次用3ml二氯甲烷、3ml二氯甲烷和正己烷(1:1,v/v)的混合溶剂和10ml二氯甲烷和正己烷(3:7,v/v)的混合溶剂洗脱并收集洗脱液2。

上述实施例1～10的检测结果统计如下表1。

表1

由于谷物中目标物的含量为痕量，因此，回收率满足40％～140％即可，因此，本发明的检测方法符合检测要求。另外，从表1可见，实施例1的检测方法最优。

实施例11：加标回收实验

[S002]准确称取1.0～2.0g试样，加入5.0g硅藻土，添加5～100ng低溴代BDEs混标(除TBEP)和50～1000ng TBEP，以及50ng替代物TBP-D27平衡3h；然后装入34ml不锈钢萃取池中，加盖，装入快速溶剂萃取仪上。

[S003]在试样和硅藻土的混合样中加入正己烷-丙酮(1:1，v/v)混合液作为萃取剂，设置ASE的静态萃取时间6s，萃取温度为100℃，压力为1500psi，萃取时间10min，萃取剂体积为80％池体积，氮气吹扫时间120s，静态循环3次；收集萃取液。

[S004]将收集的萃取液转移至250ml圆底烧瓶中，用旋转蒸发仪浓缩至约1mL。

[S006]GC-MS/MS检测条件：

色谱条件:BR-5MS(30m×0.25mm×0.50μm)毛细管柱；载气为高纯氦气，恒流模式，柱流量1.0mL·min^-1，不分流，进样量1.0μL，进样口温度250℃。升温程序：初始温度80℃(保持1min)，以20℃·min^-1升至200℃，以5℃·min^-1升至215℃，以30℃·min^-1升至260℃，以3℃·min^-1升至270℃(保持3min)。

质谱条件:离子源温度250℃，传输线温度280℃；电离方式：EI源(70eV)，离子扫描方式为多重反应监测模式(MRM)，碰撞气为高纯氩气，溶剂延迟4min，碰撞压力2.0mTorr。

9种OPFRs、内标六氯联苯¹³C-PCB141和替代物氘代-磷酸三丁酯(TBP-D27)定性离子或定量离子对以及碰撞能量见表2。

表2

实验结果：质量控制和质量保证(QC/QA)

1、标准曲线

采用内标法定量，9种OPFRs(除了TBEP)标准工作曲线浓度为0.001～0.500mg/L和内标物¹³C-PCB141为0.100mg/L的混合标准工作溶液，TBEP标准工作曲线浓度为0.010～5.000mg/L和内标物¹³C-PCB141为0.100mg/L的混合标准工作溶液。在上述色谱条件下分析。目标物与已定浓度的内标物的质量浓度比为横坐标，对应定量离子峰面积比值为纵坐标，进行线性回归分析。结果表明，所有目标物在线性范围内具有良好的线性关系，相关系数(r)不低于0.99。

2、回收率、检出限和精密度

选用我国南方居民摄入量较高的稻米为空白基质，利用丙酮-正己烷混合液洗涤三次，直至目标物未检出或残留量均小于LOD，每克样品添加50ng的目标物和替代物，避光平衡3天，做基质加标回收实验。每个样品平行测定3次，目标物的平均回收率为70.8％～89.0％，平行样中，目标物的相对标准偏差(RSD)为1.2％～5.8％(表3)。替代物的回收率为83.0％±8.2％。方法空白(不加任何样品)中有少量目标物检出，但其含量均低于样品数据的3％，样品数据均已扣除空白，但未经回收率校正。以1.0g稻米样品为主，定容到500μL计，目标物方法检出限为0.073～1.846ng·g^-1。说明实验操作较准确，重现性好，方法可靠。

表3

化合物	回收率1/％	回收率2/％	回收率3/％	均值/％	RSD	检出限LODs/ng·g<sup>-1</sup>
							TPrP	69.2	72.3	71.0	70.8	3.1	0.090
TiBP	77.9	82.2	77.7	79.3	3.8	0.073
							TBP	77.6	79.3	77.5	78.1	1.6	0.333
TCEP	89.0	89.2	88.8	89.0	1.2	1.846
							TCPP	84.8	88.5	85.5	86.2	3.0	0.706
TDCPP	86.7	82.4	86.8	85.3	3.6	0.598
							TBEP	73.6	79.9	72.0	75.2	5.8	0.583
TPhP	83.2	84.7	83.9	83.9	1.2	0.403
							TEHP	81.0	80.6	80.4	80.7	2.1	0.707
TBP-D27	84.2	90.5	74.3	83.0	8.2	0.405

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）采用快速溶剂萃取法将待测样品中的目标物萃取出来；

（2）采用固相萃取法进行净化富集，然后采用第一洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液为洗脱液1，再采用第二洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液为洗脱液2，其中，所述的第一洗脱剂的极性小于所述的第二洗脱剂的极性；

（3）采用气相色谱-串联质谱仪进行分析测定。

2.根据权利要求1所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：所述的检测方法还包括在所述的步骤（1）之前的如下步骤：将所述的谷物经冷却干燥、脱壳后，粉碎成粉末，过筛得到待测样品，然后将所述的待测样品和吸附剂混合后进行步骤（1）的处理。

3. 根据权利要求1所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的快速溶剂萃取法的萃取条件为：萃取剂的添加体积为萃取池体积的60~80%，静态萃取时间为4~8秒，压力为1400~1600 psi，温度为90~120℃，萃取时间为8~12分钟，氮气吹扫时间为60~120秒，循环2~4次。

4.根据权利要求1所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的第一洗脱剂为体积比为1:0.4~2.5的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂；所述的第二洗脱剂为甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、体积比为0.8~1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1或4所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：所述的第一洗脱剂的用量为每克所述的待测样品中加入5~20毫升；所述的第二洗脱剂的用量为每克所述的待测样品中加入8~32毫升。

6.根据权利要求1或4所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：步骤（2）中，收集所述的洗脱液2的具体方法为：依次用二氯甲烷、体积比为0.8~1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂、乙酸乙酯进行所述的洗脱并收集洗脱液。

7.根据权利要求6所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：所述的二氯甲烷、所述的体积比为0.8~1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂、所述的乙酸乙酯的用量体积比为0.2~0.4:0.2~0.4:1。

8. 根据权利要求1所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的固相萃取法采用Florisil柱，流速保持5 mL•min^-1，所述的Florisil柱先依次用甲醇、乙酸乙酯、体积比为0.8~1.2的二氯甲烷和正己烷的混合溶剂、正己烷进行活化，再用正己烷淋洗，然后采用所述的第一洗脱剂进行洗脱。

9.根据权利要求1所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的洗脱液1和所述的洗脱液2分别干燥后，用正己烷复溶并混合，加入内标物¹³C-PCB141后进行所述的步骤（3）的处理。

10. 根据权利要求1所述的谷物中有机磷阻燃剂的检测方法，其特征在于：步骤（3）中，气相色谱条件为：载气为氦气，柱流量 1 mL•min^-1，不分流，进样量 1 μL，进样口温度 250℃，升温程序：初始温度 80 ℃，保持 1 min，以 18~22 ℃•min^-1升至 200 ℃，以3~7℃•min^-1升至215 ℃，以28~32 ℃•min^-1升至260 ℃，以1~5 ℃•min^-1升至270 ℃，保持 3 min；质谱条件为：70 eV EI 源，选择多重反应监测模式，离子源和传输线温度分别为250℃和280℃；碰撞气为氩气，溶剂延迟4min，碰撞压力2.0 mTorr。