大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定方法与流程

本发明属于环境监测
技术领域：
，尤其涉及大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定方法。
背景技术：
：全氟化合物(perfluoroalkylsubstances，pfass)是一类人工合成的化工表面活性剂，以全氟烷基羧酸(pfcas)和全氟烷基磺酸(pfsas)为主要代表，主要应用于化工领域及半导体制造领域。由于在环境中大量存在且具有持久性和生物累积性，pfass在很多国家已经被明确限制生产和使用。pfass的主要生产方式包括电化学氟化法(electrochemicalfluorination，ecf)和调聚合成法(telomerization)。调聚合成法主要得到单一的直链化合物，但在生产过程中会产生碳链长度不同的同系物副产品；而电化学氟化法在生产过程中会产生直链和支链的异构体(通常70％-80％直链和20％-30％支链异构体)，以及不同链长的同系物。目前，国际上调聚合成法正逐渐替代电化学氟化法，但受规模和技术的限制，部分亚洲和欧洲国家仍然采用电化学氟化法生产全氟化合物。在我国一些经济发达的沿海区域及老工业区，氟化学品目前仍然在大规模生产。此外，生产工艺和生产条件的差异也会造成各异构体组成的不同。因此，研究环境介质中pfass同分异构体的组成，不仅可以揭示各异构体在环境行为和生物行为上的差异，也可以作为推测区域环境中pfass生产来源的依据。环境中pfass的来源有工厂的直接排放，涉pfass类物质使用过程中的排放和pfass前提物质等。环境领域pfass的分析检测多集中水质、土壤等领域。随着近年来我国北方地区持续发生大规模的灰霾天气，且现在对灰霾的监测多为大气颗粒物pm2.5质量浓度、颗粒物粒径分布、气态污染物组分等。对大气颗粒物中有毒有害物质多集中在多环芳烃、邻苯二甲酸酯及重金属含量等方面，而对灰霾天气大气颗粒物中全氟化合物的报道却很少。有研究表明，大气中pfass污染随大气环流已经遍布全球，包括城市，农村，甚至偏远地区。由于现有检测分析方法的限制，目前有关大气颗粒物中pfass污染的报告几乎全部为pfoa、pfos等常见直链物质的，很少对其中的同分异构体加以区分和研究。cn105784881a公开了一种测定土壤和/或植物中全氟化合物同分异构体的方法，采用离子对萃取法对土壤和/或植物样品进行提取，再经浓缩和净化，用超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪检测。上述方法可实现对土壤和/或植物中全氟化合物同分异构体的测定，但该方法提取过程比较复杂且耗时较长：首先要将土壤或植物样品采用离子对萃取法振荡提取三次，每次6-12h，然后合并三次提取的上清液，先后依次采用氮吹、过滤、固相萃取、洗脱、再次氮吹的方法进行浓缩和净化，不适用与大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定。样品此外，该方法需要45分钟梯度洗脱才可完成所有同分异构体的检测，检测时间较长，不适用于大量样品的批量测定。因此，研究pfass同分异构体的分析方法并以此对大气颗粒物中的同分异构体进行检测，对于全面认识大气颗粒物中pfass的来源、环境行为和生物行为具有重要意义，有利于大气环境污染的及时监测。技术实现要素：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定方法，通过超声提取和纯化，实现了对大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的充分提取和测定，通过zorbaxeclipseplusc18色谱柱、ascentisexpressf5pfpguard色谱柱和zorbaxeclipseplusc18色谱柱的联合使用，可以更有效并且快速的分离各同分异构体，并优选出适合的流动相进行梯度洗脱，在实现全氟化合物同分异构体的分离和测定的同时，大大缩短了洗脱时间，提高了检测效率，具有测定结果准确、重复性好、高灵敏度、高回收率、低检出限和抗基质干扰能力强等优点。本发明的目的将通过下面的详细描述来进一步说明。本发明提供大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定方法，包括如下步骤：1)样品的提取：对大气颗粒物采样滤膜进行超声提取，收集得到提取液；2)样品的纯化：对步骤1)得到的提取液进行净化、浓缩和再净化，得到样品检测液；3)样品的测定：将步骤2)的样品检测液用超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪检测，采用内标法定量计算，得出全氟化合物同分异构体的含量；所述全氟化合物同分异构体包括n-pfos、1m-pfos、3+4+5m-pfos、iso-pfos、m2-pfos、n-pfhxs和br-pfhxs；所述超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪检测的检测条件包括：色谱柱包括：zorbaxeclipseplusc18色谱柱、ascentisexpressf5pfpguard色谱柱、zorbaxeclipseplusc18色谱柱；流动相包括：作为a组分的20mm甲酸铵水溶液、作为b组分的甲醇；采用梯度洗脱；电离方式：esi﹣；数据采集模式：多反应监测模式(mrm)。其中，所述全氟化合物同分异构体为本领域常规的含义，在本发明中更优选为全氟辛烷磺酸(pfos)和全氟己烷磺酸(pfhxs)的直链、支链同分异构体。更具体地，pfos同分异构体包括n-pfos、1m-pfos、3+4+5m-pfos、iso-pfos和m2-pfos，pfhxs同分异构体包括n-pfhxs和br-pfhxs，共7种化合物。本发明以保留时间和监测离子对全氟化合物同分异构体进行定性检测，以目标化合物峰面积与内标物峰面积之比进行定量检测。优选地，所述梯度洗脱的程序包括：时间(min)a组分(％)b组分(％)055453406015376315.559518.5595195545235545流速0.3ml/min，上述百分含量为体积百分含量。通过使用20mm甲酸铵水溶液(ph5.5～6.8)作为流动相的a组分并使用甲醇作为b组分，按上述程序进行梯度洗脱，分离效果良好，且洗脱时间大大减少，提高了检测效率。优选地，20mm甲酸铵水溶液的ph为5.8～6.2。优选地，所述超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪检测的检测条件还包括：柱温：30℃；进样量：5μl；毛细管电压：3.5kv；离子源温度：350℃。优选地，所述zorbaxeclipseplusc18色谱柱的填料粒径为1.8μm、规格为50×2.1mm；所述ascentisexpressf5pfpguard色谱柱的填料粒径为2.7μm、规格为30×2.1mm；所述zorbaxeclipseplusc18色谱柱的填料粒径为5μm、规格为50×4.6mm。优选地，所述超声提取的条件包括：超声功率600～800w、超声频率40～50khz、温度38～42℃、超声次数2～4次、每次超声时间为0.5～2h；超声提取所使用的试剂为甲醇。优选地，所述净化包括如下步骤：过0.22μm滤膜过滤净化。更具体地为milliporeexpress(pes)滤膜，可除去经超声震荡后部分破碎溶解的滤膜残渣及其他粒径大于0.22μm的杂质。优选地，所述浓缩包括如下步骤：滤膜过滤净化后的提取液经旋转蒸发法和氮吹法相结合浓缩，旋转蒸发法的旋蒸速度为100rpm、蒸发温度为40℃，氮吹法的水浴温度为40℃。优选地，所述再净化包括如下步骤：浓缩后的提取液先后加入甲醇和甲酸铵，涡旋震荡至复溶状态后，加入石墨化无孔碳envi-carb并涡旋震荡至混匀状态，再4500rpm离心10min，吸取上清液。石墨化无孔碳可快速并有效地吸附样品提取液中具有干扰性的杂质，同时可保障待分析物的高回收率。此外，本发明还提供大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定方法在环境监测中的应用。与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果包括：(1)本发明采用超声提取法对大气颗粒物采样滤膜样品进行提取，使用滤膜过滤和石墨化无孔碳吸附作用等进行净化和再净化，对pfos和pfhxs同分异构体的回收率较高，可用于大气颗粒物采样滤膜中pfos和pfhxs同分异构体的同时定量检测。(2)与以往文献报道中常规使用的高效液相色谱串联质谱仪(hplc-ms/ms)测定全氟化合物同分异构体的方法相比，本发明同时使用zorbaxeclipseplusc18色谱柱、ascentisexpressf5pfpguard色谱柱和zorbaxeclipseplusc18色谱柱，可以更有效并且快速的分离各同分异构体，通过对uplc-ms/ms的色谱条件和质谱条件进行优化，大大缩短了洗脱时间，提高了检测效率，实现了在更短的时间内、准确检测各同分异构体，此外，本发明提供的方法还适用于多种全氟化合物及其前提物质和替代品的同时分离和检测。(3)本发明提供的测定方法具有测定结果准确、重复性好、高灵敏度、高回收率、低检出限和抗基质干扰能力强等优点。附图说明图1-1和图1-2分别为pfos和pfhxs同分异构体的结构示意图。图2-1和图2-2分别为pfos和pfhxs同分异构体的mrm色谱图；其中n-pfos、1m-pfos、3+4+5m-pfos、iso-pfos和m2-pfos的含量分别为3.94，0.06，0.43，0.5，0.035ng/ml；n-pfhxs和br-pfhxs含量分别为4.05，0.945ng/ml。图3为实施例中测定大气颗粒物采样滤膜中目标化合物的加标回收率结果图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。一、试剂和材料1)甲醇(hplc，honeywell，美国)；2)甲酸铵(>99％，milwaukee，美国)；3)pfos同分异构体：1m-pfos,3m-pfos,4m-pfos,5m-pfos,iso-pfos,4,4m2-pfos,4,5m2-pfos,3,5m2-pfos和5,5m2-pfos的标准溶液(wellingtonlaboratories，加拿大)。其中3m-pfos,4m-pfos和5m-pfos统称为3+4+5m-pfos,4m2-pfos,4,5m2-pfos,3,5m2-pfos和5,5m2-pfos统称为m2-pfos。4)直链和支链pfhxs混合溶液：brpfhxsk(wellingtonlaboratories，加拿大)，含有81.1％n-pfhxs、8.9％iso-pfhxs、2.9％1m-pfhxs、1.4％2m-pfhxs、5.0％3m-pfhxs、0.2％tb-pfhxs和0.5％其他同分异构体。其中，除n-pfhxs外的物质统称为br-pfhxs。5)内标物：m8pfos(13c8-pfos)(wellingtonlaboratories，加拿大)和m3pfhxs(1,2,3-13c3-pfhxs)(wellingtonlaboratories，加拿大)。6)pfos和pfhxs同分异构体的混合标准溶液：用以上标准品配制的n-pfos，1m-pfos，3+4+5m-pfos，iso-pfos，m2-pfos含量分别为1576，24，172，200，14ng·ml-1；n-pfhxs含量为1620ng·ml-1，br-pfhxs含量为378ng·ml-1的甲醇溶液。7)石墨化无孔碳(envi-carb)。二、主要仪器和设备1)超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪(watersacquityuplc/xevotqms)；2)分析天平：精度为0.1mg；3)超声波清洗器；4)震荡器；5)离心机；6)旋转蒸发仪；7)氮吹仪。实施例一大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定大气颗粒物采样滤膜中全氟化合物同分异构体的测定方法包括如下步骤：1)样品的提取：将大气采样滤膜干燥恒重后用洁净的剪刀剪碎成1*1cm大小，向其中加入甲醇15ml，并加入适量内标物m8pfos和m3pfhxs，涡旋震荡5min后转至水平震荡15min，然后超声提取1h；超声条件为：超声功率700w、超声频率45khz；温度控制40℃；超声提取后转移上清液至洁净离心管中，再加入15ml甲醇重复上述震荡及超声提取步骤三次，合并上清液，收集得到提取液。2)样品的净化、浓缩和再净化：将步骤1)所得的提取液过0.22μmmilliporeexpress(pes)滤膜过滤器，收集过滤后的提取液于洁净的鸡心瓶中，并使用旋转蒸发法将提取液浓缩至1ml；旋转蒸发法的使用条件为：旋蒸速度：100rpm；蒸发温度：40℃。再将旋转蒸发浓缩后的提取液转移至离心管，并用甲醇清洗鸡心瓶三次，连同清洗液一同转移至上述离心管中，用温和的氮气吹至近干状态。再向离心管中加入70ul甲醇和30ul甲酸铵，涡旋震荡至全部复溶状态，然后加入15mgenvi-carb，并涡旋震荡至混匀状态，在4℃条件下4500rpm离心10min后，吸取上清液，得到样品检测液。3)样品的测定：将步骤2)所得的样品检测液用超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪检测，以保留时间和监测离子对定性，目标化合物峰面积与内标物峰面积之比进行定量用标准曲线法计算含量。以下为uplc-ms/ms测定过程的液相色谱/质谱条件、线性及线性范围、检出限及定量下限。①优选的色谱条件色谱柱：zorbaxeclipseplusc18色谱柱(1.8μm,50×2.1mm)、ascentisexpressf5pfpguard色谱柱(2.7μm,30×2.1mm)和zorbaxeclipseplusc18色谱柱(5μm,50×4.6mm)；流动相：作为a组分的20mm甲酸铵-水，以及作为b组分的甲醇；梯度洗脱程序见表1：表1梯度洗脱条件时间(min)流速(ml/min)a(％)b(％)00.3554530.34060150.3376315.50.359518.50.3595190.35545230.35545a(％)和b(％)分别为a、b两组分的体积百分含量。柱温：30℃；进样量：5μl；②优选的质谱条件：电离方式：esi﹣；毛细管电压：3.5kv；离子源温度：350℃；数据采集模式：多反应监测模式(mrm)。本发明所述的pfos和pfhxs同分异构体的结构分别如图1-1、图1-2所示，mrm色谱图分别如图2-1、图2-2所示。pfos和pfhxs同分异构体的色谱保留时间见表2，同分异构体及内标物的质谱相关参数见表3。其中，pfos和pfhxs标准溶液，用作校正样品预处理过程中的损失；m8pfos和m3pfhxs内标，用作校正进样体积和仪器响应误差。表2pfos和pfhxs同分异构体的色谱保留时间表3pfos、pfhxs及内标物的质谱相关参数③线性及线性范围在选定的最佳色谱和质谱条件下，对一系列质量浓度的混合标准溶液(内标m8pfos和m3pfhxs质量浓度均为1000ng·ml-1)5μl进样，以所测目标化合物的浓度为横坐标(x)，以测得目标化合物的峰面积和内标物的峰面积之比为纵坐标(y)，其中，内标物m8pfos对应pfos各同分异构体，内标物m3pfhxs对应pfhxs各同分异构体，建立标准曲线，并进行线性分析。结果显示，7种目标化合物在线性范围内呈良好的线性相关关系，线性方程、线性相关系数和线性范围如表4所示。表4标准曲线与线性范围④检出限、定量下限的确定逐级稀释并检测pfos和pfhxs同分异构体混合标准溶液，以所测目标物峰信噪比为3∶1时目标化合物的浓度确定为仪器对该化合物的检出限(lod)，以所测目标物峰信噪比为10∶1时目标物的浓度确定为仪器对该化合物的定量下限(loq)，结果见表5。表5pfos和pfhxs同分异构体的检出限及定量下限化合物lod(ng·ml-1)loq(ng·ml-1)n-pfos0.0016350.005450lm-pfos0.0002670.0008903+4+5m-pfos0.0013210.004402iso-pfos0.0010150.003382m2-pfos0.0007850.002617n-pfhxs0.0011150.003717br-pfhxs0.0011150.003717实施例二大气采样滤膜样品中pfos和pfhxs同分异构体的加标回收率测试空白大气采样滤膜(石英滤膜)经过马弗炉450℃焙烧6h，冷却至室温后，于干燥器内干燥至恒重备用。大气采样滤膜(石英滤膜)样品采自中山大学公共卫生学院楼楼顶。取三张空白滤膜，每张分别剪成面积相同的四份，各取两份再剪碎成1*1cm大小。用洁净的镊子将六份分别代表这三张空白滤膜的滤膜碎片夹入六个聚丙烯离心管中，并向其中分别加入甲醇15ml。大气采样滤膜样品经过干燥恒重后，取三张样品用洁净的剪刀先将每张滤膜剪成面积相同的四份，各取一份再剪碎成1*1cm大小。用洁净的镊子将三份分别代表这三张大气采样滤膜样品的滤膜碎片分别夹入三个聚丙烯离心管中，并向其中分别加入甲醇15ml。向每份空白滤膜和样品滤膜中分别加入0.5ng内标物m8pfos和m3pfhxs。从每张空白滤膜组中选取一组，共三组标记为r(回收率)组，其余三组标记为k(空白)组。向三个r组再分别加入10μlpfos和pfhxs同分异构体的混合标准溶液。将上述样品组(s组)、k组和r组，均涡旋震荡5min后转至水平震荡15min，然后超声提取1h。超声条件为：超声功率700w、超声频率45khz、温度控制40℃。超声提取后转移上清液至洁净离心管中，再加入15ml甲醇重复上述震荡及超声提取步骤三次，合并上清液，收集得到提取液。将所得的提取液过0.22μmmilliporeexpress(pes)滤膜过滤器，收集过滤后的提取液于洁净的鸡心瓶中，并使用旋转蒸发法将提取液浓缩至1ml。旋转蒸发法的使用条件为：旋蒸速度：100rpm；蒸发温度：40℃。再将旋转蒸发浓缩后的提取液转移至离心管，并用甲醇清洗鸡心瓶三次，连同清洗液一同转移至上述离心管中，用温和的氮气吹至近干状态。再向离心管中加入70ul甲醇和30ul甲酸铵，涡旋震荡至全部复溶状态，然后加入15mgenvi-carb，并涡旋震荡至混匀状态，在4℃条件下4500rpm离心10min后，吸取上清液，得到样品检测液。本次实验加标量为：n-pfos，0.394ng；1m-pfos，0.006ng；3+4+5m-pfos，0.043ng；iso-pfos，0.05ng；m2-pfos，0.0035ng；n-pfhxs，0.405ng；br-pfhxs，0.0945ng。空白滤膜中检测到极低浓度的目标化合物，样品和回收率计算中扣除空白本底值。图3为大气采样滤膜中目标化合物的加标回收率。结果表明大气采样滤膜中目标化合物的回收率为93.19％～114.60％，相对标准偏差在合理范围内，极低的空白本底值，较低的标准偏差和较高的回收率说明本方法准确可靠。表6大气采样滤膜中全氟化合物同分异构体的含量(pg/m3)以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12