4高效液相色谱 串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化合物 精

高效液相色谱2串联质谱联用技术测定
环境水样中的全氟化合物
张萍史亚利蔡亚岐3
牟世芬
（中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室，北京100085
摘要采用HP LC 2ESI 2MS/MS联用技术,以C 18反相柱为分析柱,以甲
醇、醋酸铵为淋洗液，10m in即可分离全氟庚酸（PFHeA、全氟辛酸（PF OA、全氟
辛烷磺酸（PF OS、全氟壬酸（PF NA和全氟癸酸（PF De A 5种全氟化合物。

样品溶
液500mL经RP柱离线浓缩、2mL甲醇洗脱、水定容至5mL后,50
卩L进样分析。

以363/319、412.9/368.9 498.9/80、462.9/419和512.8/469离子对分别对PFHe A,PF OA,PF OS,PF NA 和PF De A
进行监控和定量检测。

线性范围在0.5~20 ng/L之间（r > 0.9944种物质的检出
限依次为0.10、0.15、
0.11、0.11和0.18ng/L。

该方法已成功运用于4种环境水样的测定，4ng/L的加标回收结果在52.6%~11715%之间。

关键词全氟表面活性剂，高效液相色谱2串联质谱
2006209229收稿;2007202201 接受
本文系国家重点基础研究计划（973项目（No .2003CB415001和中国科学院重要
方向性项目（No .KZCX22Y W 2420213E 2mail:caiyaqi@rcees .ac .cn
全氟化合物（PFCs尤其是全氟辛烷磺酸（PF OS和全氟辛酸（PF OA是一类普遍存在于环境中的
污染物质。

它们被广泛应用于纺织、造纸、包装、农药、地毯、皮革、装璜、聚合物添加剂、表面活性剂及灭
火泡沫等各个领域[1,2]。

由于F元素具有很强的电子诱导效应，致使形成的CF共价键强度极高。

因此,PFCs 都具有非常稳定的化学性质，难以被新陈代谢、水解、光解、生物降解，从而导致PFCs 在环境
中持久存在并能被生物富集[1]。

一些动物实验表明,PF OS和PF OA能够扰乱脂肪酸的新陈代谢，影响
生殖系统，并对肝脏造成伤害[3]。

对于PFCs的毒性效应包括死亡率、致癌性、对生长过程及甲状腺功
能的不利影响等已有众多研究[4]。

PFCs已在全球各个地区众多环境样品中被检测出来，例如水体、鱼
类、鸟类及哺乳动物等⑸。

目前，全氟表面活性剂的研究在国际上已然成为环境科学和毒理学研究的热点。

然而，国内研究还尚属起步阶段。

因此，环境水源中的PFCs研究具有重要意义。

目前还缺乏高效、快速和实用的分析方法。

PFCs在环境中含量很低，因此需要建立一种高灵敏度的分析方法。

本实验采用
HP LC 2ESI 2MS/MS联用技术，并以500mL浓缩富集撚后以C 18柱分离，以串联质
谱检测。

本方法具有快速，准确，灵敏的特点，运用该方法测定环境水样中的PFCs取得了较为满意的结果。

2实验部分
2.1仪器与试剂
P680二元梯度泵、AS50自动进样器和Chr omeleon 6.70色谱工作站（美国D i onex ;Acclai m 120C 18型分析柱（4.6mm >t50mm （美国 D i onex ;AP I 3200 三重四极杆串联质谱系统（MS/MS （美国AB I ,配有电喷雾离子化源（ESI和Analyst 1.4.1工作软件。

全氟丁酸、全氟辛酸、全氟壬酸、全氟癸酸、醋酸铵（A lfa Aesar公司;全氟辛
烷磺酸（Sig ma 2A ldrich
公司；甲醇、乙腈，色谱纯（德国Merck公司;二氯甲烷,分析纯（北京北化精细化学品有限公司;P柱（1.0CC和RP柱（1.0CC固相萃取前处理柱（美国D i onex公司;C 18固相萃取小柱（天津市富集科技有限公司；石墨化碳黑固相萃取小柱（美国Supelco公司。

实验试剂均用E ASY P URE LF型超纯水系统
第35卷
分析化学（FE NX I HUAXUE 研究报2007年7月
告Chinese Journal of Analytical Che m istry
969-972
（美国,Bamstead提供的电阻率为18.3M Q c m超纯水配制。

2.2色谱与质谱条件
以合适比例的100%甲醇（E
a 和100mmol/L NH
Ac(E b构成色谱流动相，1mL/m in流速梯度淋洗,淋洗程序如表1所示，进样体积50 ^L 表1淋洗液梯度条件
Tablel Gradie nt con diti on of elue nt
时间
Ti m e(m in
E b的百分比
P erce ntage of E b(%
时间
Ti m e(m in
Eb的百分比
P erce ntage of E b(%
时间
Ti m e(m in
E b的百分比
P erce ntage of E b(%
0.0280.128 4.05
7.057.12810.028
质谱条件为：电喷雾离子化源（ESI,负离子模式，气帘气0.14MPa,碰撞气0.028MPa离子喷雾电压-4500V;温度600E ;离子源Gas1:0.38MPa;Gas2:0.35MPa其
它参数见表2。

表2质谱检测条件
Table2 Experi m en tai con diti ons of electr os p ray tande m mass s p ectr ometry
母离子precurs or i on
Q1
子离子
Daughter i on
Q3
时间
Ti m e
(m s
解簇电压
Declusteri ng
poten tial
(V
入口电压(V
Entrance
poten tial
(V
碰撞入口电压
Collisi on cell
En t. poten tial
(V
碰撞能量
Collisi on en ergy
(V
碰撞出口电压
Collisi on cell
exit poten tial
(V
PF HeA36331950-30-2.8-11-13-4.5 PF OA412.9368.950-30-3-14-15-10 PF
OS498.98050-75-5-24-86-2 PF NA462.9419100-27-3-14.5-14-6.5 PF DeA512.8469100- 31-3-19-16-14 PFHe A:p erfluor ohe p tanic acid ;PF OA:p erfluor oocta nic acid ;PF OS:p erfluor oocta nic sulf onic acid ;PF NA:p erfluor ononan acid ;Pf De A: p erfluor odeca nic acid.
2.3样品前处理
所有水样经0.22 un尼龙滤膜去除颗粒物质。

然后取500mL样品离线浓缩于
RP前处理小柱，浓缩完毕用2mL甲醇洗脱，洗脱液加水定容至5mL,50卩!直接进样分析。

为避免引入高背景值，实验全过程应该避免使用聚四氟乙烯材质的色谱管路和器皿,本研究采用的色谱管路为全peek塑料管路。

3结果与讨论
3.1实验条件的选择
Acclai m120C18型分析柱对所研究的全氟化合物可以取得对称、高而且窄的色谱峰型，具有满意的分辨率和灵敏度，故选用该柱作为分析柱。

由于所测PFCs都
是羧酸或者磺酸盐，淋洗液的pH值对于其分离分析有着较大影响。

在淋洗液中添加
NH
Ac可以调节pH值,从而实现良好的分离效果。

本研
究以甲醇和NH
Ac的混合溶液为流动相梯度淋洗，实现了待测5种物质的快速和理想分离。

分
离结束后，采用串联质谱检测,选取363/319、412.9/368.9 498.9/80、462.9/419和512.8/469离子对分别对PFHeA、PF OA、PF OS PF NA和PF De A进行监控和定
量检测。

MR M定量方法采用注射泵进样ESI源手动优化。

注射泵连续直接进样,Q1全
扫描确定母离子，碎片离子扫描确定子离子，从而选定离子对，进而优化Gas1、离子喷雾电压I S、气帘气Curtain Gas解簇电压DP等参数。

由于有些参数相互关联,
需多次扫描确定最佳值，最后使灵敏度最高，信号稳定。

经过条件优化，最终选定的质
谱检测条件见表2。

3.2浓缩效率
由于PFCs在环境中浓度极低，无法实现直接测定。

因此，需要经过浓缩处理。

实验比较了不同浓
缩柱如RP柱、P柱、C
18
小柱和石墨化碳黑柱的浓缩效果。

结果显示,P柱对于低碳链的PFHe A和PF
OA的富集效果比较差；石墨化碳黑虽然可以完全吸附全氟化合物，但却难以洗脱，常
见的甲醇、乙腈和二氯
甲烷等有机溶剂，均无法实现将目标物质从石墨化碳黑上洗脱下来;C
18与RP柱是比较合适的浓缩柱,
079 分析化学第35卷
但RP柱对目标化合物具有更高的穿透体积，萃取效果更佳，因此，本实验选用RP 柱作为前处理浓缩柱。

为了取得最佳实验结果，考察了不同浓缩体积的
浓缩效率。

分别配制0.25L、0.5L、1.0L、1.5L及2.0L浓度为20ng/L的标准溶液，浓缩富集于
RP柱,并同时测定其对应的直接进样浓度，比较两者，所得浓缩效率如表3所示。

5种物质的浓缩效率随浓缩体积的变化没有太大的变化，总体上随浓缩体积增大呈轻微下降趋势，伴有一些波
动,但是在所考察的体积范围内，均可达到较高的
萃取效果。

综合时间和效率因素，本实验选择0.5
L作为浓缩体积。

表3 不同体积的浓缩效率（％Table 3 Concentrati on efficie ncy of differe nt volu me (%
体积
Volume (L
PFHe A PF OA PF OS PF NA PF DeA
0.2591.393.586.785.587.60.584.190.464.189.584.60.7579.294.183.185.778.91.0
67.4
82.3
64.9
68.4
68.
Il
「111 丄tiJ J 匚—]r 列M 11 4ii I nc [<
! iifni；' 'V ' • 1 w I 帀i" 1 IL f
I'l 心be [nri Pl' III ki 11 11 ii I、
PFOA
1.57
2.094.782.887.675.62.06
3.378.767.469.859.3
3.3方法精密度与准确度
在选定的最佳实验条件和浓缩体积下，考察了该方法的精密度和准确度。

以4ng/L标准溶液平行五次浓缩，富集，洗脱,50卩进样分析，得到PFHe A、PF OA、PF OS、PF NA和PF De A的色谱峰面积，它们
的五次色谱峰面积的RS D分别为11%、3%、6%、5%和13%。

5种物质的校
正曲线，检出限等参数见表4。

10ng/L标准溶液500mL浓缩后进样，其色谱图如图1 所示，从图中可以看到,PF OS具有两个峰，这是由于PF OS标准中含有直链和支链同
分异构体所致，文献⑹中也指出了该现象的发生，本文对图1 10ng/L标准溶液色谱图
Fig .1 Chr omat ogra m of 10ng/L sta ndard s oluti on
PF OS的定量采取两个峰面积之和。

表4线性回归方程及相关系数
Table 4 Regressi on equati ons and correlati on coefficient
化合物
An alyte线性范围
L in ear range
(n g/L回归曲线
Regressi on Equati on 3
相关系数Correcti on
coefficie nt 检出限
LOD (n g/L PFHe A 0.5~20y =2690x +29000.99780.10PF OA 0.5~20y =3420x +6640.99850.15PF OS 0.5~20y =2760x +1120.99440.11 PF NA 0.5~20y =2020x +6500.99690.11 PF De A
0.5~20
y =1510x +750
0.9967
0.18
3x (卩g/L ;峰面积(peak area。

3.4样品分析
本实验测定了4种水样，分别是实验室自来水、北京高碑店污水处理厂出口
水、北京小清河河水、北
京京密运河水。

样品经过滤、富集、洗脱、定容后，以50卩L直接进样分析，所得结果如表5所示。

PFHe A、
表5 实际样品测定及加标回收结果Table 5 Results of PFCs in water sa mp les
水样品
W ater
samp le
化合物
Compounds
样品含量
Fou nd (ng/L 加标量
Added (n g/L 测定量
Fou nd (n g/L 回收率
Recovery (%水样品
W ater
samp le
化合物
Compounds
样品含量
Fou nd (ng/L 加标量
Added (n g/L 测定量
Fou nd (n g/L 回收率
Recovery (%1PFHeA ND 4.0 4.70117.5PF OA 0.68 4.0 4.71100.8PF OS 1.09 4.0 3.5260.7PF NA 0.64 4.0 4.0886.1 PF DeA 0.77 4.0 4.0281.42
PFHe A 0.69 4.0 4.4594.6PF OA 14.9 4.018.896.7PF OS 4.94 4.07.4061.5PF NA 0.78 4.0 3.7073.1 PF De A 0.
83
4.0 2.9352.63PF HeA 1.52 4.0 6.11114.8PF OA 6.59 4.010.289.5PF OS 2.32 4.0
5.1370.3PF NA 0.64 4.0 3.4369.9PF DeA
0.60
4.0
3.
72
78.
PFHe A 0.62 4.0 5.24115.4PF OA 0.90 4.0 4.90100.0PF OS ND 4.0 3.3282.9PF NA
ND 4.0 3.4486.1 PF De A
ND
4.0
3.64
90.
3ND:未检出（not detectedo
79第6期张萍等：高效液相色谱2串联质谱联用技术测定环境水样中的全氟化
合物
279 分析化学第35卷
PF OA、PF OS PF NA、PF De A在4水样中的回收率分别为94.6%~117.5% 89.5%~100.8%、60.7%~ 82.9%、69.9%~86.1%和52.6%~90.9%o
部分回收率结果较低，但对于浓度低至ng/L的复杂环境样品的测定，该结果是可以接受的。

清洁水样的回收率明显好于污浊水样。

在文献［1,7,8 ］中也出现了个别表面活
性剂回收率差的问题，文献［1］中PF De A的回收率有的甚至低至42%o
应用本方法测定了采集自北京市的几种环境水样，实验结果显示，各种水样中均存在以PF OA和PF OS为主的痕量PFCs化合物。

Refere nces
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D eterm i n a ti on of P erfluor i n a ted Com pounds i n W a ter Sam p les by
H i gh P erforma nee L i qu i d Chro ma togra phy2Electros pray Tande m M a ss Sp ectro m etry
Zha ng Pin g,Shi Ya2L i,Cai Ya2Q i3,Mou Shi2Fen
(S tate Key L aboratory of En vir onm en tai Che m istry and Ecotoxicology of
Research Cen ter for Eco2E nviro nm en tal Scie nces.
Chin ese A cade m y of Scien ces,B eiji ng100085
Abstract A rap id and si m p le method was p r oposed f or separati on and deter m in ati on of five p
erfluori nated compounds® erfluor ohe p tanic acid( PFHe A,p erfluor oo cta nic acid( PF OA, perfluor oocta
nic sucf on ic acid (PF OS, perfluor ononanic acid( PF
NAa nd p erfluor odeca noic acid( PF De Aby using high perf or mance liquid chr omat ogra phy/electr os p ray
tande m mass s p ectr ometry(LC/ESI2MS/MSwith a
C18reversed2 phase colu mn and CH3OH/NH4Ac elue nt in 10m in .500mL sa mp le liquor
was concen trated by off2li ne RP car2 tridge,the n washed with2mL metha no I.The extracta nt s oluti on was
fin ally added with water t o5mL bef ore 50 ons of363/319,412.9/368.9,498.9/80,462.9/419a nd512.8/469were
卩L injecti on.Tran selected t o qualificati on and qua ntificati on of PFHe A,PF OA,PF OS,PF NA and PF De A.L in ear
calibrati ons were acquired in the range of0.5-2 0ng/L with correlati on coefficie nts more tha
n0.9944.The detecti on li m its (S/N=3f or these five PFCs were0.10,0.15,0.11,0.11a nd0.18 ng/L res
pectively.This method was app lied t o detect
PFCs in en vir on men tal water sa mp les.The recoveries were in the range of52.6%- 11715%. Keywords
Perfluorinated compounds,high perf or mance liquid chr omat ogra phy tande m mass s p ectr ometry (HP LC2MS (Received29Sep tember2006;acce p ted1February2007。