一种高通量低溶剂快速同时测定室内积尘中18种多环芳烃和15种邻苯二甲酸酯的方法与流程

1.本发明涉及多环芳烃和邻苯二甲酸酯的检测与分析技术领域，尤其涉及一种高通量低溶剂快速同时测定室内积尘中18种多环芳烃和15种邻苯二甲酸酯的方法。


背景技术：

2.多环芳烃(plycyclic armatic hydrcarbns，pahs)是指含两个或两个以上苯环的一大类芳烃物质，具有致癌性、致突变性、遗传毒性等，对人体呼吸系统、循环系统、神经系统等造成损害。邻苯二甲酸酯(phthalate，paes)是邻苯二甲酸形成的酯的统称，它包含一大类物质。一般常用于塑料增塑剂，被广泛应用于玩具、食品包装、医用材料、建筑材料和个人护理品中等。这类物质属于一种环境激素，进入生物体后严重威胁人类健康。
3.人一生有60～80％的时间在各种室内环境中度过，室内环境污染对人体健康的影响不容忽视，多环芳烃(pahs)和邻苯二甲酸酯(paes)是室内重要的半挥发性有机物，前者主要来源于室内烹饪，烟草烟雾和室外空气中机动车尾气和燃煤，后者作为增塑剂主要来源于室内的各种消费类产品，如个人护理品，食品包装，儿童玩具，建筑材料等。这两类化合物数量多，毒性大，沸点高，多数以颗粒物态存在，容易与空气中的飘尘聚集形成大的颗粒物，以降尘形式沉积在居室角落几年甚至更长时间。因此室内灰尘既是这两类污染物重要的分布介质，也是人体暴露重要的环境介质，积尘中多环芳烃和邻苯二甲酸酯的浓度作为室内人体暴露的长期指示物，可以更好地反应室内环境长期的浓度水平和人体暴露情况。
4.目前国内现有研究同时对多环芳烃和邻苯二甲酸类进行检测的多集中在大豆提取物
1.、化妆品
2.、水处理工艺过程
3.、海水
4.等，还未见对积尘中两类物质同时测定的报道，一方面，相比早期大量与多环芳烃相关的研究，作为新兴污染物的邻苯二甲酸酯，是近些年才引起人们的关注，其检测方法也是逐步趋于成熟，另一方面，与大气、土壤和水这三大介质相比，室内积尘受关注的时间较晚，尚没有人将室内积尘中的多环芳烃和邻苯二甲酸酯联合考虑。
5.目前，积尘中这两类物质的前处理方法主要有索氏提取法、超声萃取、加速溶剂萃取，检测方法主要由高效液相色谱法和气相色谱—质谱联用法。因这两种物质极性不同，前处理也会复杂，应用萃取溶剂也不同。测定的时候，相应参数设置影响检测灵敏度，测定不同的物质，其参数设置也都会有不同。因此在同时检测这两种物质的现有技术文献中，溶剂选择和配比、测定参数的设定都是本领域的技术难点。
6.索氏提取法是经典的液固萃取法，该法适用范围广，萃取完全，但萃取冗长一般需要十几个小时，耗费溶剂体积多达几十毫升，不利于环保且效率较低，不适合批量处理。加速溶剂萃取法是近年新兴的前处理方法，该法萃取效率高，但仪器设备昂贵，操作繁琐，不利于大范围推广。超声法因其设备简单，可操作性强，应用较为广泛，但现有研究多将萃取液再过硅胶柱净化后再经氮吹或者旋转蒸发仪浓缩，又增加了操作步骤。且现有研究中，所需积尘量均较大(1～5g)，部分家庭中难以收集足够样品量，无法开展检测。
7.现有技术中，中国发明专利申请cn103389348 a公开了植物提取物中多环芳烃和邻苯二甲酸酯的检测方法，包括以下步骤：(1)对植物提取物进行前处理；(2)采用气相色谱
‑
串联质谱法检测植物提取物中的多环芳烃和邻苯二甲酸酯。该发明技术方案样品前处理提取液使用正己烷、环己烷或者正己烷
‑
丙酮复合中的一种，但在其结果中，环己烷或者正己烷
‑
丙酮复合提取前处理后的样品回收率大部分低于60％或50％，且其样品取样量最低为1g。
8.现有技术中，廖翀
5.等建立了土壤中多环芳烃和邻苯二甲酸酯类化合物的同时测定，但其采用的是微波萃取
‑
无水硫酸钠除水
‑
氮吹浓缩
‑
spe净化
‑
氮吹浓缩的前处理方法，操作过程较为复杂，一方面使用微波加热萃取，容易造成低沸点组分的损失，另一方面，期间需要进行了两次氮吹浓缩，增加了前处理的时间成本，氮吹步骤过多，也会造成部分组分的损失。检测设备使用三重四级杆串联质谱，灵敏度由于单级四级杆，但成本较高。该报道中样品量为15g，对积尘样本较难采集。


技术实现要素：

9.为克服现有技术所存在的上述不足之处，本发明建立一种简便、快速、准确的测定方法，只需要少量样本，经过简单操作，采用价格较低单极质谱，即气相色谱
‑
质谱法就可同时测定积尘中的18种多环芳烃和15种邻苯二甲酸酯，且检测效果较好。
10.本发明采用液液萃取法直接提取室内积尘中的18种多环芳烃和15种邻苯二甲酸酯，提取液直接进入气相色谱
‑
质谱分析，内标法定量，采用选择离子扫描模式采集数据以提高选择性和灵敏度。
11.本发明为准确开展室内环境中的常见持久性有机物的污染水平调查和长期的人体暴露评估提供了有效的技术手段。
12.一种高通量低溶剂快速同时测定室内积尘中18种多环芳烃和15种邻苯二甲酸酯的方法，其特征在于其包括以下步骤：
13.1.采集室内积尘样品
14.选择积尘较多的场所用干净的毛刷轻轻将灰尘聚拢，小心去除毛发、棉絮、石渣、纸片等杂物，将积尘颗粒扫入配备的锡箔袋中密封保存。
15.2.对积尘样品进行前处理
16.将积尘混匀，过80目不锈钢筛网，称取0.1g样品，精确至0.0001g。加入3ml含有两类内标物的正己烷
‑
丙酮复合溶剂，涡旋1min后置于超声波中冰浴超声60min，立即在离心机上以4500rpm下离心5min，分离出上清液，再加入3ml溶剂，重复上述操作，将上清液合并后混匀待用。
17.3.检测仪器、材料和试剂的准备
18.检测仪器和材料包括：气相色谱/质谱联用仪；色谱柱；超声波清洗器；低速离心机
19.试剂包括：18种多环芳烃混标及其5种氘代内标物混标、15种邻苯二甲酸酯混标及其6种氘代内标物混标，溶剂均为气相色谱适用；色谱纯正己烷、丙酮。
20.4.采用的仪器条件
21.色谱条件：载气为氦气1.0ml/min；恒流不分流进样口，无填充玻璃棉衬管；进样体积1.0μl；进样口温度200℃；柱箱程序升温：初始温度80℃，保持2min，20℃/min升到160℃，
保持1min，10℃/min升到320℃，保持10min。
22.质谱条件：接口温度300℃；ei离子源温度240℃；四级杆温度180℃；离子化电压：70ev；溶剂延迟4min；采集模式sim；根据相应化合物设置多环芳烃及邻苯二甲酸酯的保留时间和定量离子。
23.5.进行实验条件的优化
24.萃取溶剂的选择：多环芳烃属于弱极性物质，邻苯二甲酸酯属于中等极性物质，为了兼顾两种化合物的萃取效率，将非极性溶剂正己烷和极性溶剂丙酮按体积比3:1进行混合，配制成复合溶剂用于样品萃取。
25.萃取次数的选择：对同一样品连续萃取2次。
26.6.确定进样口条件
27.多环芳烃和邻苯二甲酸酯多为高沸点化合物，实验中发现，在进样口衬管中加入玻璃棉会导致高沸点化合物气化效率降低，色谱峰形变差(图1)，为提高检测灵敏度，本发明采用不添加玻璃棉的衬管，不分流进样，以获得最低的检出限。
28.7.确定使用的内标
29.实验选择了目标物的氘代物作为内标物内标物，并根据出峰时间进行分组，每组分析物对应一个内标物。
30.8.样品检测及浓度计算
31.步骤2获得的待测上清液，经由步骤3、4、5、6和7，上机检测，分两次采集数据，分别测定萃取液中多环芳烃和邻苯二甲酸酯的浓度，再根据积尘重量，换算成单位质量积尘中的含量。
32.9.样品采集和处理过程要小心避免使用塑料制品或者容器，以消除对邻苯二甲酸酯的干扰。
33.所述步骤4，根据相应化合物设置多环芳烃及邻苯二甲酸酯的保留时间和定量离子，具体的保留时间和定量离子为以下两个表格所示。表1和表2。
34.表1 18种pahs保留时间和定量离子
35.[0036][0037]
表2 15种邻苯二甲酸酯保留时间和定量离子
[0038][0039]
所述步骤5，还包括以下内容：
[0040]
以多环芳烃为例，对同一样品，连续萃取3次，每次加溶剂3ml，测定每次萃取液中多环芳烃的含量，并与第一次萃取中浓度进行对比，得到第二次和第三次的萃取效率，结果如表3所示。第二次萃取液中还含有相当高浓度的多环芳烃，说明一次萃取不够完全，但第三次萃取液中分析物的浓度明显下降，几乎均小于第一次萃取液浓度的3％，说明没有必要进行第三次萃取，故本发明采取两次等量萃取的方式。
[0041]
表3第二次(2to1)和第三次(3to1)相对于第一次的萃取效率(％)
[0042][0043]
相比现有技术，本发明专利的优势为：
[0044]
1、一次前处理可同时测定积尘或飘尘等类似环境中两大类共计30多种普遍存在的有机污染物，充分提高了样本的可利用度，节约了分析成本，扩大了分析范围。
[0045]
2、分析所需样品量少，仅需要100mg即可进行分析，降低了样品采集难度，可适用
于大多数室内环境。
[0046]
3、超声提取的方式可允许进行大批量的样本同时处理，提高了分析通量和分析效率。
[0047]
4、分两次进行液液萃取，提取效率高于1次性萃取。
[0048]
5、萃取液直接测定，无需浓缩，最大化保护样本免于损失，并极大提高分析效率。
[0049]
6、使用正己烷和丙酮的体系，可同时高效的提取弱极性和中性两类物质，获得了较高提取效率。
[0050]
7、单级质谱测定极大地降低了操作的成本，有利于专利的推广使用。
[0051]
8、进样口无玻璃棉的不分流设置可以保证高沸点组分的完全气化，确保色谱峰形尖锐对称。
[0052]
9、内标法可消除仪器信号波动和进样造成的误差，保证了结果的稳定性和高度一致性。
[0053]
10、选择离子扫描方式采集数据有效地提高了检测的灵敏度，降低了方法的检出限。
[0054]
本发明专利创新点在于：根据多环芳烃和邻苯二甲酸酯的化学性质和在不同溶剂中的溶解性，首创选择非极性的正己烷和中等极性的丙酮按体积比3:1组成的复合溶剂体系很好地兼容了极性不同的多环芳烃和邻苯二甲酸酯，将回收率提高到70％以上；本发明专利创新点还在于，有些地区尤其城市家庭中室内积尘较难获取，样品取样量难以达到1g，发明人首创将空气积尘样本量降低为0.1g，极大地提高了方法的普适性和可行性。
[0055]
本发明专利创新点还在于：通过优化色谱条件，实现组分间最大化谱图分离，并通过质谱的选择离子模式，采集每个组分特定的特征离子，既避免了相互间干扰，又提高了分析灵敏度。最后使用内标物克服了质谱多次进样间的信号差异，确保了结果的稳定性和准确性。三者协同，实现了使用少量溶剂对小剂量样品的准确测定。
附图说明
[0056]
图1、进样口衬管含玻璃棉和不含玻璃棉对比；
[0057]
图2、多环芳烃总离子流图；
[0058]
图3、邻苯二甲酸酯总离子流图。
具体实施方式
[0059]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0060]
实施例1：
[0061]
一、仪器试剂说明和实验条件
[0062]
1.仪器、试剂和材料
[0063]
6890
‑
5973n气相色谱/质谱联用仪(美国agilent公司)；色谱柱：固定相为5％苯基甲基聚硅氧烷色谱柱(美国agilent公司)；edaa
‑
2700t型超声波清洗器(昆山市超声仪器有
限公司)；by
‑
400c型低速离心机(北京白洋医疗器械有限公司)；18种多环芳烃混标及其5种氘代内标物混标(美国o2si公司)、15种邻苯二甲酸酯混标及其6种氘代内标物混标(美国o2si公司)，溶剂均为气相色谱适用；色谱纯正己烷、丙酮(德国merck公司)。
[0064]
2.仪器条件
[0065]
2.1色谱条件
[0066]
色谱柱为hp
‑
5ms(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)；载气为氦气1.0ml/min；
[0067]
恒流不分流进样口，无填充玻璃棉衬管；进样体积1.0μl；进样口温度200℃；柱箱程序升温：初始温度80℃，保持2min，20℃/min升到160℃，保持1min，10℃/min升到320℃，保持10min。
[0068]
2.2质谱条件
[0069]
接口温度300℃；ei离子源温度240℃；四级杆温度180℃；离子化电压：70ev；溶剂延迟4.min；采集模式sim；18种多环芳烃及15种邻苯二甲酸酯的保留时间和定量离子分别见表1和表2
[0070]
表1 18种pahs保留时间和定量离子
[0071][0072][0073]
表2 15种邻苯二甲酸酯保留时间和定量离子
[0074][0075]
3实验条件
[0076]
3.1萃取溶剂的选择
[0077]
多环芳烃属于弱极性物质，邻苯二甲酸酯属于中等极性物质，为了兼顾两种化合物的萃取效率，研究将非极性溶剂正己烷和极性溶剂丙酮按体积比3:1进行混合，配制成中等极性的复合溶剂，用于样品萃取。
[0078]
3.2萃取次数的选择
[0079]
以多环芳烃为例，对同一样品，连续萃取3次，每次加溶剂3ml，测定每次萃取液中多环芳烃的含量，并与第一次萃取中浓度进行对比，得到第二次和第三次的萃取效率，结果如表3所示：
[0080]
表3第二次(2to1)和第三次(3to1)相对于第一次的萃取效率(％)
[0081][0082]
由结果可见，第二次萃取液中还含有相当高浓度的多环芳烃，说明一次萃取不够完全，但第三次萃取液中分析物的浓度明显下降，几乎均小于第一次萃取液浓度的3％，说明没有必要进行第三次萃取，故本发明采取两次等量萃取的方式。
[0083]
3.2进样口条件
[0084]
多环芳烃和邻苯二甲酸酯多为高沸点化合物，实验中发现，在进样口衬管中加入玻璃棉会导致高沸点化合物气化效率降低，色谱峰形变差(图1)，为提高检测灵敏度，本发明采用不添加玻璃棉的衬管，不分流进样，以获得最低的检出限。
[0085]
3.3质谱条件选择
[0086]
为提高灵敏度和选择性，实验将质谱参数设为选择离子扫描收集数据，并根据多环芳烃及邻苯二甲酸酯及各自内标物的标准谱图，分别选择丰度最高的的离子作为定量离
子(表1和表2)，并选择了2
‑
3个具有高识别度的离子作为辅助定性离子。
[0087]
3.4内标的选择
[0088]
为消除进样时的仪器信号波动和进样误差，实验选择了目标物的氘代物作为内标物内标物，并根据出峰时间进行分组，每组分析物对应一个内标物，以分析物和内标物的定量离子丰度比值为纵坐标进行校准曲线绘制和样品测定。图2和图3分别为18种多环芳烃和15种邻苯二甲酸酯的总离子流图。
[0089]
二、操作步骤
[0090]
1.制备标准溶液和绘制标准曲线
[0091]
因为样品中多环芳烃和邻苯二甲酸酯的浓度相差悬殊，所以分别按表4和表5配制不同浓度级别的标准系列：
[0092]
表4多环芳烃标准系列制备(溶液总体积为1.0ml)
[0093][0094]
表5邻苯二甲酸酯标准系列制备(溶液总体积为1.0ml)
[0095][0096]
取校准系列各浓度1μl进色谱，根据上述仪器条件和离子碎片参数采集数据，每个浓度平行进样6次，以组分浓度为横坐标，组分定量离子与对应的内标定量离子比值的均值为纵坐标，绘制标准曲线，计算回归方程。
[0097]
2样品采集和前处理
[0098]
选择积尘较多的场所用干净的毛刷轻轻将灰尘聚拢，小心去除毛发、棉絮、石渣、纸片等杂物，将积尘颗粒扫入配备的锡箔袋中密封保存。将积尘混匀，过80目不锈钢筛网，称取0.1g样品，精确至0.0001g。加入3ml含有两类内标物的正己烷
‑
丙酮复合溶剂，涡旋
1min后置于超声波中冰浴超声60min，立即在离心机上以4500rpm下离心5min，分离出上清液，再加入3ml溶剂，重复上述操作，将上清液合并后混匀，分两次采集数据，分别测定萃取液中多环芳烃和邻苯二甲酸酯的浓度，再根据积尘重量，换算成单位质量积尘中的含量。
[0099]
样品采集和处理过程要小心避免使用塑料制品或者容器，以消除对邻苯二甲酸酯的干扰。
[0100]
三、本发明专利的方法学特性
[0101]
1.线性范围和检出限(以多环芳烃为例)
[0102]
连续测定10次以上接近空白溶液，计算响应值的平均值和标准差，以3倍标准差所对应的浓度为分析物的检出限。以10倍标准差所对应的浓度为分析物的定量限，定量限至曲线上限之间的浓度范围作为测定范围，得到各分析物的检出限和定量限如表6所示：
[0103]
表6方法的检出限(lod)和定量限(loq)
[0104][0105][0106]
2.方法精密度和准确度
[0107]
向质控尘样中加入校准系列中低、中、高三个浓度的校准溶液，分别测定每个分析物的精密度和准确度，每个浓度点测定6次，计算相对标准偏差(rsd％)和加标回收率均值，目标物的精密度和准确度范围见表7。
[0108]
表7方法的精密度和准确度范围(n＝6)
[0109][0110]
实施例2：
[0111]
发明人进一步降低样本量至0.05g，结果表明邻苯二甲酸酯的检出率不受影响，但多环芳烃的检出率降低，尤其在多环芳烃污染较轻的地区，多数组分无法检出，为了提高检出率，只能对提取液进行浓缩，但该操作不仅增加了前处理步骤，还增加了组分损失的风险，故研究最后确定0.1g为可接受的最小样本量；增大样本量会显著提高分析的灵敏度，但
也增加了提取液的使用体积，为确保提取效率需要使用几倍量的有机溶剂进行萃取，既造成了浪费又不利于遵循环境友好原则，且样本采集也存在一定的困难，所以研究最后确定样本量为0.1g，且需要对总体样本进行充分筛滤混匀，以确保样本的代表性。
[0112]
本发明专利除用于测定室内积尘中的多环芳烃和邻苯二甲酸酯外，还可用于测定道路扬尘、大气飘尘中多环芳烃和邻苯二甲酸酯类化合物，并可用为此类介质中其他半挥发有机物的测定提供参考。
[0113]
参考文献
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70.
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