郑赛,杨蕴嘉,张昕,牛宇敏,王彬,邵兵.超高效液相色谱-四级杆串联质谱法检测饮用水中双酚A和双酚F及其氯化消毒副产物[J].中国食品卫生杂志,2017,29(2):155-159.DOi:10.13590/j.cjfh.2017.02.008
超高效液相色谱-四级杆串联质谱法检测饮用水中双酚A和双酚F及其氯化消毒副产物
（1. 首都医科大学公共卫生学院，北京100069； 2.北京市疾病预防控制中心 食物中毒诊断溯源技术北京市重点实验室，北京100013）
作者简介： 郑赛女硕士生研究方向为食品安全监测E-mail：zhengsaihxioaen@163.com
通信作者： 邵兵男研究员研究方向为化学污染监测E-mail：shaobingch@sina.com
收稿日期： 2017-03-01
基金项目： 首都卫生发展科研专项项目（2014-1-3011）；北京市优秀人才培养资助（2015000021469G185）
摘要:目的 建立饮用水中双酚A（BPA）、双酚F（BPF）及其9种氯化消毒副产物的超高效液相色谱-四级杆串联质谱（UPLC-MS/MS）检测方法。方法500 ml饮用水样品经PLEXA固相萃取柱富集净化后，通过BEH C18色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）分离，以乙腈-水作为流动相梯度洗脱，采用四极杆串联质谱仪电喷雾负离子模式进行检测，外标法定量。结果11种目标物质在给定的浓度范围内具有良好的线性关系（r2＞0.99），方法定量限（LOQ）为0.01～4.00 ng/L，加标回收率为78.8%～99.6%，相对标准偏差（RSD）均小于12.2%。利用该方法分析40份实际饮用水样品，BPA、BPF和四氯双酚A（4Cl-BPA）3种目标物质在样品中的检出率分别为45.0%（18/40）、40.0%（16/40）和32.5%（13/40），检出浓度分别为0.60～9.40、＜LOQ～106.20和＜LOQ～0.02 ng/L。结论本方法具有良好的灵敏度、回收率和重复性，适合饮用水样品中BPA、BPF及其氯化消毒副产物的测定。
关键词:
饮用水； 双酚A； 双酚F； 超高效液相色谱-四级杆串联质谱； 氯化物； 食品安全
文章编号：1004-8456(2017)02-0155-05 中图分类号： R155 文献标识码：A
Simultaneous determination of bisphenol A, bisphenol F and their chlorinated byproducts
in drinking water by ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry
in drinking water by ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry
（1.School of Public Health，Capital Medical University，Beijing 100069，China； 2.Beijing Key Laboratory of Diagnostic and Traceability Technologies for Food Poisoning，Beijing Center for Disease Prevention and Control，Beijing 100013，China）
2017-03-01
Abstract: Objective A analytical method was developed to determine bisphenol A（BPA）, bisphenol F（BPF）and their chlorinated products in drinking water using ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry（UPLC-MS/MS）.MethodsWater samples were concentrated and purified with PLEXA solid-phase extraction catridges. The target analytes were separated on a BEH C18 column（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）with gradient elution using acetonitrile and water, and identified under negative electrospray ionization. The matrix-matched standard calibration curves were used for the quantitative analysis. ResultsGood linearities were achieved for all analytes with correlation coefficient (r2) above 0.99. The quantitation limits of the method (LOQ) were in the ranges of 0.01-4.00 ng/L. The recoveries of the target analytes ranged from 78.8%-99.6%, with relative standard deviations (RSD) less than 12.2%. Forty drinking water samples were analyzed by the developed method, and the detection rate of BPA, BPF and 4Cl-BPA were 45.0%（18/40）,40.0%（16/40）and 32.5%（13/40）, the concentrations were 0.60-9.40 ng/L, ＜LOQ-106.20 ng/L and
Key words:
Key words:Drinking water； bisphenol A； bisphenol F； ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry； chloride; food safety
消毒是城市给水处理工艺的最后环节，对保障居民生活用水的安全具有十分重要的作用。氯消毒因其高效、安全和经济等特点成为国内最常使用的自来水消毒工艺。但是，该工艺中的游离氯在杀灭病原微生物的同时，也会与水体中的环境污染物反应生成氯化消毒副产物［8-11］。研究［9,11］证实，BPA和BPF在氯消毒过程中均会生成多种氯化产物，由于化学结构的改变，氯化消毒副产物的毒性甚至可能高于母体。毒理学试验［9］表明BPA氯化反应液的雌激素受体结合效应是底物对照物的24倍；三氯双酚F（3Cl-BPF）和四氯双酚F（4Cl-BPF）的过氧化物酶体增殖物激活受体γ效应分别比BPF增强了（3.6±1.0）和（6.9±0.4）倍［11］。鉴于BPA、BPF氯化消毒副产物的潜在毒性，有必要对其氯化消毒副产物在自然水中的存在状况进行监测，以对其健康风险进行评价。
目前，北京市自来水中已经检出BPA的氯化消毒副产物［12］，但由于分析方法的限制，针对饮用水中BPF氯化消毒副产物存在水平的研究鲜有开展。本试验采用固相萃取技术结合超高效液相色谱-四级杆串联质谱（UPLC-MS/MS），实现饮用水中BPA、BPF、5种BPA氯化消毒副产物［一氯双酚A（1Cl-BPA）、3,3-二氯双酚A（3,3-2Cl-BPA）、3,5-二氯双酚A（3,5-2Cl-BPA）、三氯双酚A（3Cl-BPA）、四氯双酚A（4Cl-BPA）］和4种BPF氯化消毒副产物［一氯双酚F（1Cl-BPF）、二氯双酚F（2Cl-BPF）、3Cl-BPF、4Cl-BPF］共11种目标物质的同时测定，为考察饮用水中BPA、BPF及其氯化消毒副产物的污染状况及迁移转化规律提供更有效的分析手段。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1样品来源
饮用水样品于2017年2月采集自北京市密云区，均为居民住宅小区自来水管网末梢水（采用氯消毒处理工艺）。
1.1.2主要仪器与试剂
超高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪、Oasis HLB固相萃取柱（200 mg/6 ml）、ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）、ACQUITY UPLC BEH Shield RP18色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）、ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）均购自美国Waters，PLEXA固相萃取柱（200 mg/6 ml，美国Agilent）；ENVI-Carb固相萃取柱（200 mg/6 ml，美国Supelco）。甲醇、乙腈和水为LC-MS级；丙酮和二氯甲烷为HPLC级；BPA（CAS：80-05-7，纯度＞98.5%）、BPF（CAS：620-92-8，纯度＞99%）、BPA-d4（CAS：347841-41-2，纯度＞98%）标准品均购自日本Tokyo Chemical Industry；1Cl-BPA（CAS：74192-35-1，纯度＞98%）、3,3-2Cl-BPA（CAS：79-98-1，纯度＞98%）、3,5-2Cl-BPA（CAS：14151-65-6，纯度＞98%）、3Cl-BPA（CAS：40346-55-2，纯度＞98%）、4Cl-BPA（CAS：79-95-8，98.5%）标准品均购自加拿大Toronto Research Chemicals；1Cl-BPF、2Cl-BPF、3Cl-BPF、4Cl-BPF的标准品均参照本课题组之前建立的方法［11］，由半制备液相分离制备。
1.2方法
饮用水样品用棕色具塞磨口玻璃瓶收集储存，采集后立即加入50 mg/L亚硫酸钠抑制残余氯，4 ℃保存至实验室后进行处理分析。试验中使用未检出目标物的饮用水样品作为空白饮用水（扣除过程空白后各目标物浓度低于检出限）进行方法学考察。
1.2.1样品前处理
取PLEXA固相萃取柱，用18 ml甲醇和6 ml水依次活化。活化完毕后，将500 ml水样以10 ml/min的流速过柱，随后用6 ml水和6 ml 50%甲醇水溶液依次淋洗，将萃取柱置于负压下充分干燥，再用6 ml甲醇洗脱。收集洗脱液，在微弱的氮气流下吹干，用20%甲醇水溶液定容至1 ml，供UPLC-MS/MS测定。
1.2.2仪器条件
色谱条件：BEH C18柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）；柱温40 ℃；进样体积10 μl；流动相A为乙腈，B为水；流速0.45 ml/min；梯度洗脱条件：0.0～5.0 min，15%～85%A；5.0～5.1 min，85%～100%A；5.1～6.0 min，100%A；6.0～6.1 min，100%～15%A；6.1～8.0 min，15%A。质谱条件：电喷雾负离子源（ESI-），毛细管电压2 kV，锥孔电压30 V，离子源温度150 ℃，脱溶剂温度350 ℃，脱溶剂气流速950 L/h，碰撞气流速0.12 ml/min，多反应监测模式（MRM）下采集数据，具体参数见表1。
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表1目标化合物保留时间与质谱参数 Table 1Retention time and MS/MS parameters for the target compounds |
2结果与分析
2.1UPLC-MS/MS条件优化
本研究分别考察了反相色谱常用的两种流动相体系甲醇-水和乙腈-水对目标物色谱行为及离子 化程度的影响。结果表明，当采用乙腈-水为流动相 时，所有目标化合物均具有更高的灵敏度（信噪比约为甲醇-水体系的1.5～3.8倍）。向乙腈-水流动相中添加5 mmol/L乙酸铵，可有效增加各目标物质的基线分离度，但灵敏度却降低约5倍。由于采用MRM模式采集质谱数据，各目标物定量和定性离子对之间均没有相互干扰，最终选取乙腈-水作为分析流动相以保证分析方法的灵敏度。同时，本研究还比较了BEH C18、HSS T3和BEH Shield RP18三种色谱柱对目标物峰形的影响。结果表明，使用HSS T3和BEH Shield RP18色谱柱时，4种BPF氯化消毒副产物的峰形较差，而使用BEH C18色谱柱时，4种BPF氯化消毒副产物的峰形与响应值均明显优于其他两种色谱柱，见图1。因此，本研究选择BEH C18柱对目标物进行分离。
2.2固相萃取柱选择
本研究考察了三种固相萃取柱对目标物的保留能力与基质净化效果的影响。在500 ml空白饮用水样品中加入100 μl 11种目标物质的混合标准溶液（100 μg/L)，振荡混匀，配制成加标浓度为20 ng/L的加标样品；分别用18 ml甲醇和6 ml水依次活化三种固相萃取柱，将500 ml加标样品以10 ml/min的流速过柱，随后用6 ml 50%甲醇水溶液淋洗；分别用6 ml甲醇洗脱HLB和PLEXA柱，6 ml含0.1%甲酸的二氯甲烷-丙酮-甲醇（2∶4∶4，V/V）溶液洗脱GCB柱。收集洗脱液，在氮气下吹干后用20%甲醇水溶液定容至1 ml。三种固相萃取柱对目标物质都有较好的保留能力，加标回收率均在75.0%以上。但不同固相萃取柱对样品的净化效果差异较大，其中GCB柱的净化能力较差，各目标物的基质抑制率在46.5%～98.0%之间。这是因为GCB柱具有离子交换和反注：a为BEH C18柱；b为HSS T3柱；c为Shield RP18柱。
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图1三种色谱柱条件下目标化合物的色谱图 Figure 1Chromatograms of the target compounds by different chromatographic columns |
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表2三种固相萃取柱对目标物质回收率及基质效应结果（%） Table 2Recoveries and matrix effect using three different solid phase extraction columns |
2.3质量控制
试验中发现方法的过程空白样品可检出低浓度BPA，这可能是由于试验用品中BPA的广泛存而 导致的污染。为了将过程污染降到最低以保证测定数据的准确性，试验中采取了一系列的质控措施，包括使用质谱级的有机溶剂和水作为流动相、玻璃器皿使用前均在400 ℃下烘烤4 h以上、固相萃取柱在上样前用18 ml甲醇淋洗活化，最终将过程空白样品中BPA的含量控制在仪器定量限（0.3 μg/L）以内。在实际样品检测时，每10份样品设定1个过程空白和溶剂空白，分析时扣除过程空白浓度而得到样品的实际检出浓度。
2.4方法的线性范围、检出限和定量限
采用未检出目标化合物的饮用水样品配制不同浓度的基质匹配标准溶液，对本试验的方法学参数进行考察。以目标物质的峰面积（y）对相应的质量浓度（x，μg/L）绘制基质匹配标准曲线。以信噪比（S/N≥3）确定方法检出限（LOD）；以信噪比（S/N≥10）确定方法定量限（LOQ）。11种目标物质的线性范围见表3，在给定的浓度范围内有良好的线性关系，相关系数（r2）均大于0.99。考虑到方法空白中存在痕量的BPA本底值（约0.3 μg/L），用BPA的同位素内标代替BPA考察其灵敏度。
2.5方法的回收率与精密度
本研究对三个浓度水平的加标饮用水样品进行分析，考察方法在实际样品分析中的可靠性与稳定性。结果如表4所示，三个加标水平的实际饮用水样品中，各目标物质的回收率为78.8%～99.6%，RSD在0.5%～12.2%之间，该方法具有良好的稳定性与重现性，可用于实际饮用水分析。
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表3方法的线性范围、检出限与定量限 Table 3Linearity, limits of detection and limits of quantification of the method |
2.6实际饮用水样品分析
采用本试验所建立方法对北京市密云区的饮用水样品进行分析。结果表明，40份样品中有18份样品检出BPA，检出率为45.0%，浓度范围为0.60～9.40 ng/L；有13份样品中检出4Cl-BPA，检出率为32.5%，浓度范围为＜LOQ～0.02 ng/L，两种化合物的检出浓度均明显低于FAN等［12］在2013年报道的我国饮用水中BPA（4.7～512 ng/L）和4Cl-BPA（0.2～26.7 ng/L）的浓度水平。该结果提示，自我国限制使用BPA后，该物质在环境水体中的污染水平可能呈现降低的趋势。此外，共有16份样品检测出BPF，检出率为40.0%，浓度范围为＜LOQ～106.20 ng/L。BPF的检出浓度高于BPA，提示该化合物作为BPA的替代产品被广泛使用并对环境产生一定的污染。实际样品中未检出BPF氯化消毒副产物，这可能与水中的BPF氯化消毒副产物容易与游离氯发生亲电取代反应生成氯化多聚体有关［11］。
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表4不同浓度加标饮用水样品回收率和RSD（n=6） Table 4Recoveries and relative standard deviations of the target compounds |
3小结
利用固相萃取柱富集净化，结合超高效液相色谱-四级杆串联质谱技术，建立了饮用水中BPA、BPF及其氯化消毒副产物的快速、高灵敏度定量分析方法。该方法具有较高的重现性和精密度，各项指标均可满足饮用水中目标化合物痕量分析的要求，为进一步监测饮用水中BPA、BPF及其氯化消毒副产物的污染水平提供了技术支持。
参考文献
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