二恶英和多氯联苯超痕量测定前处理技术的进展(精)

二恶英和多氯联苯超痕量测定前处理技术的进展
吴永宁
中国疾病预防控制中心营养与食品安全所
在过去的几年中，食品和动物组织中二恶英和多氯联苯测定技术已经出现了令人振奋进展，为了适应执法和大规模研究需要，替代的提取技术（如ASE, MASE, SFE）和自动的液相色谱净化技术已经进入我们的研究领域。

本文重点对于这些前处理仪器设备的应用进行简单概述。

关键词：二恶英多氯联苯分析前处理设备
1. 前言
近些年来，大量经过验证的提取、净化和仪器分析流程已经出版，使得其具有毒理学意义的同系物异构体得以准确和精确测定。

由于毒性当量概念的引入，使人们主要集中于2,3,7,8-取代的PCDD/Fs和共平面PCBs。

目前，国际上食品中PCDD/Fs和PCBs测定标准化方法已经基本定型，包括采用采用活性炭对于提取物中共平面和非共平面同系物异构体进行分离，结合高分辨质谱进行测定。

常规的分离和测定技术组合通常是十分有效的，但也十分繁杂和耗时。

因此，样品前处理技术的自动化和分析程序引起人们极大兴趣。

本文重点对其作简单介绍。

2. 样品提取
样品提取的目的是去除大量的样品介质，将含有要分析的化学物质转移到合适的溶剂中。

食品提取技术是假定PCDD/Fs和PCBs这类亲脂性有机化合物主要出现在食品介质的脂肪部分。

因此，样品提取方法也就是样品介质中脂质分离的一般方法。

通常，所需要的样品量与取决于需要的灵敏度和样品介质中的脂肪含量。

为了获得可靠测定，通常至少需要提取几克脂肪。

混合膳食样品可以采用丙酮-己烷混合物或己烷为溶剂的索氏提取。

单个食品的提取取决于样品类型。

黄油、油脂一般认为是均匀的，可以用正己烷或石油醚直接溶解，而不需要再提索氏提取。

牛奶可以采用冷冻干燥或无水硫酸钠化学干燥，索氏提取；也可以加草酸钠和乙醇或甲醇混合物，随之用丙酮-己烷或乙醚-石油醚进行多次液-液提取。

蔬菜通常含水量高，可以用更极性的溶剂（如丙酮）混合，加二氯甲烷或己烷（高糖介质特别适合）振摇，或用索氏提取。

有大量脂肪的情况下可以采用皂化（乙醇和KOH）技术，然而有可能使某些高氯取代产物损失，甚至脱氯产生低氯取代产物。

几种替代提取技术已经在本领域得到应用。

尽管索氏提取在底泥、土壤和飞灰等固体介质中被广泛应用，但其需要使用大量甲苯或苯，十分耗时。

超声提取作为飞灰样品的前处理十分常用，Huckins及其同事在索氏提取时采用半渗透膜从食品脂质介质中分离组分。

在提取过程中，PCBs、PAHs和PCDD/Fs 等组分可以通过聚乙烯袋的半渗透膜，而脂质介质留在袋中。

这可以
使原来需要用甲苯操作10-20小时的提取时间缩短到几个小时，而所有要分析的组分回收率达到定量的足够要求。

对于经典的索氏提取的替代，加速溶剂萃取（accelerated solvent extraction, ASE）在升高压力（1500-2000psi）和温度（50-200℃）的情况下采用常规液体溶剂可以快速提取固体样品，较常规技术所用溶剂少得多。

固体样品（如土壤5-10g）被放在充满提取溶剂的提取池加热。

样品被提取5-10分钟，扩展溶剂排空到收集瓶中。

整个程序在10-20分钟完成，仅用15-20ml溶剂。

微波炉在无机领域的应用多年前就变成常规方法。

微波协助提取(microwave- assisted extractions, MASE) 在有机分析中的应用是最近才介绍的技术。

与ASE相似，MASE与传统的液-液萃取和索氏提取相比较，所用溶剂和时间大为减少。

在发展这些方法时，应该选择合适的提取溶剂。

例如，在采用正己烷时由于其介电常数（dielectric constant）相对较低不能直接利用微波能进行加热，就需要加微波传导剂。

然而，在采用介电常数较高的溶剂（如乙酸乙酯）时就没有必要采用微波传导剂。

Hummer 等采用1200W的可编程微波炉以8 ml 乙酸乙酯/环己烷（1:1, v/v）提取1.5 g seal blubber。

以1000W 30秒微波提取5分钟冷却到室温为一个周期，在完成7个提取周期后，用凝胶渗透色谱（GPC）和失活硅胶净化。

GC/ECD 分析表明PCBs和p,p-DDE 回收率超过95%。

超临界流体萃取(supercritical fluid extraction, SFE)是相对而言另外一种新技术。

二氧化碳(CO2 ) 由于合适的临界温度(31℃) and 压力(73 atm)是十分常用的提取溶剂。

在1990s，SFE仪器可以使用，使得更大的样品量和更广的适用范围变成现实。

假如SFE 条件优化合适，可以将SFE捕获的浓缩洗脱物直接注入GC/MS仪器而可能不需要进一步净化。

已经出版的应用方法包括人体组织、鱼油和混合膳食样品中PCDD/Fs、PCBs和有机氯农药(DDE和氯丹)的测定。

在进行SFE之前，1-3g样品与无水硫酸钠或硅胶/硝酸银混合。

然后，将这些混合物放入7 ml 容量的萃取室填充碱性氧化铝作为脂肪保留剂。

在SFE过程中，要分析的物质捕集于Forisil或活性碳(PX21-ODS)上。

在0.5-2小时的萃取后，含有要分析组分用几ml己烷（Forisil ）或己烷-二氯甲烷和二甲苯（活性碳）从捕集阱中洗脱。

3. 净化
为了排除大量的共提取物、将有机氯残留物按组分类、将最终提取物浓缩到合适的溶剂体积，能够进行超痕量水平的检测，通常需要采用另外的步骤。

对于净化步骤的特定组合顺序的选择取决于所用的分析系统。

样品提取、净化和GC方法一起构成了相互匹配的分析组合，这决定了方法的特异性和选择性。

对于PCBs, 采用Florisil、硅胶、氧化铝等液-固色谱和凝胶渗透色谱(GPC)和化学方法是最常用的方法。

对于PCDD/Fs的测定，PCBs 和有机氯农药(OCPs)分析所发展的所有净化方法被组合起来建立了一个建立的程序，而结合活性碳步骤可以分离含有PCDD/Fs的特异性组分。

最近，共平面PCBs（非邻位或单邻位取代）的同系物异构体通常也也同样采用活性碳进行组分分离。

活性碳色谱对于共平面的芳香分子（如PCDD/Fs）的选择性组分分离基础是由Smith 及其同事奠定的基础。

在碳上明显保留的化合物包括某些共平面的多环芳香化合物，如PCDD/Fs、非邻位取代PCBs、PCNs、PCDPEs和xanthenes。

高保留特性是芳香体系的共平面性，这被电负性取代（氯、溴、硝基）所增加。

含PCDD/Fs组分可以用甲苯等有机溶剂从碳柱上反洗回收。

用细碳粉作为填充材料的主要缺陷是反压过高。

因此，细碳粉可以分散在粉碎的聚脲烷或玻璃纤维上，通过一系列的硅酸盐（硅胶、硅酸钾）净化。

以这种方式，有颜色的酸性脂质，羟化PCBs和羟化联苯醚保留在硅酸盐上，碳柱可以再用。

原来的方法是用来测定环境样品中的PCDD/Fs，现在通过修改已经用于动物和人体组织的分析。

在大多数方法中，碳柱与另外的布置结合以增加选择性，如酸性或碱性氧化铝柱色谱，或GPC。

几种活性碳对于非邻位取代PCBs 分离的效率已经由Kannan进行充分研究。

他们比较了6个供应商的不同品牌，活性碳不能非邻位取代PCBs与主要的邻位取代PCBs完全分离，以微量水平存在。

.采用多维GC，可以观察到PCB 110 可以和PCB 77共色谱，PCBs 129和178 可以与PCB 126共色谱，这在采用单柱(SE-54) GC测定时可能使结果偏高。

这显然需要额外的分离手段以预防系统误差的存在。

采用氧化铝、Forisil、硅胶和活性碳等经典吸附色方法一般是十分费时的，将这些色谱技术进行自动化相对比较困难。

液体柱色谱和固相萃取技术更加适合发展自动化方法。

因此，在这一领域的发展就引人注意。

用SPE柱取代常规玻璃色谱柱达到色谱系统的模型化已经成功。

聚丙乙烯管，填充100-1000 mg 吸附剂(离子交换、硅胶、氧化铝、键合硅胶)已有商品。

牛奶中PCBs和有机氯农药的提取、精华可以使用硅胶或C18键合硅胶进行SPE 完成。

采用SPE的另外好处是可以利用修改LC自动进样装置进行自动化操作。

利用硅胶和Forisil 自动SPE方法测定土壤、草料和血浆中PCBs与dioxins 的各种已经由Pettit提出。

在1980s末期，由Smith提出基于活性碳的自动化系统(液体管理系统，FMS)已经成为商品。

采用这一体系，人血浆（50-100ml）或脂肪组织(1-5g)净化时间从至少1周减少到4小时。

几种修改方法和系统的升级现在已经用于各种样品的常规测定。

液相色谱净化：采用LC柱对于母乳中有机氯农药和PCBs测定前的样品前处理已经程序化，这可以每天处理20个样品。

碳基材料对于PCBs 和PCDD/Fs的净化相当有潜力。

多孔石墨碳柱（porous graphitic carbon, PGC）是比活性碳更新的材料，其优势为由于PGC活性部位特性的一致性进行单一洗脱可以获得比较尖的峰。

缺点是需要反洗柱子回收PCDD/Fs，使得峰较宽（200ml 己烷或更少的甲苯），对于共提取物的前处理能力低，容易引起柱过载。

Creaser和Al-Haddad
使用Shandon Hypercarb 柱（7 m, 50x4.7 mm I.D.）用己烷作为流动相分离有机氯农药、低氯取代PCBs、非邻位取代PCBs、PCDD/Fs。

采用乙腈-水(80:20 )可以达到改善分离的目的。

而PYR 的选择性介于PGC和硅胶柱之间，其特点是高效、拖尾少，无不可逆吸附和批间重复性好。

已
经用于生物材料中单邻位取代和共平面PCBs。

下面以FMS系统为例以EPA1613和EPA1668为标准的自动化方法的开发：
1Eljarrat E et al. Evaluation of an automated clean-up system for the isotope-dilution high-resolution mass spectrometric analysis of PCB, PCDD, and PCDF in food. Fresenius J Anal Chem (2001) 371 :983–988
2Pirard C et al. An improved clean-up strategy for simultaneous analysis of polychlorinated dibenzo- p-dioxins (PCDD), polychlorinated dibenzofurans (PCDF), and polychlorinated biphenyls (PCB) in fatty food samples. Anal Bioanal Chem (2002)
372 :373–381。