六溴环十二烷(HBCD)是一种添加型溴系阻燃剂，因为在高温和紫外线照射条件下具有较好的稳定性，此外，HBCD对添加的材料本身物理性能影响较小，因此成为建筑保温材料聚苯乙烯(PS)塑料中的常见阻燃剂[1]。毒理学研究表明，HBCD具有肝脏毒性，能够导致肝脏体积和质量增加[2]。HBCD具有内分泌毒性，通过竞争性抑制甲状腺受体的功能，引起甲状腺激素的紊乱[3]；HBCD还具有生殖毒性，能够影响雌性的睾酮水平[4]。因此，HBCD被认为是对人体健康具有潜在危害的物质。虽然日用消费品中很少使用HBCD作为阻燃剂，但是应用于其他领域的HBCD却可以进入大气、水体、土壤等环境介质中，通过呼吸、饮用水及食物链的传递进入人体[5-6]。因此，2013年5月，《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》将HBCD列入其附录中，并对HBCD的生产和使用进行限制[7]。2018年，我国将HBCD列入《优先控制化学品名录(第一批)》中，因此HBCD的生产和使用都会受到严格的风险管控。欧盟的REACH指令也将HBCD列入禁用物质，并且规定现有成品中HBCD的含量不得高于0.1%[8]。HBCD分子式为C12H18Br16，拥有多个对映异构体和非对映异构体，但是应用于建筑保温材料PS中的HBCD主要是1, 5, 9-环十二碳三烯异构体溴化生成的3种对应异构体。本实验针对商品化常见的α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD三种同分异构体进行研究，通过对实验条件的探索、萃取条件的优化，建立了高效液相色谱-串联质谱对于建筑用发泡PS塑料中HBCD的测定方法。1实验部分1.1主要原料甲苯、甲醇、乙腈，HPLC级，德国默克公司；正己烷、二氯甲烷，HPLC级，费希尔控制设备中国有限公司；α-HBCD单标50 μg/mL、β-HBCD单标50 μg/mL、γ-HBCD单标50 μg/mL，加拿大威灵顿公司。1.2仪器与设备旋转蒸发仪，RE-501，瑞德仪器有限公司；氮吹仪，DCY12G，林拓环保科技有限公司；超声波振荡器，KH7200DE，昆山禾创超声仪器有限公司；高效液相色谱-三重四级杆串联质谱仪，AutoSpec，赛默飞科技有限公司；C18反相色谱柱，Eclipse Plus，美国安捷伦公司。1.3实验方法1.3.1标准溶液及配置α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD标准储备液，各取20 μL，用乙腈定容后配置成质量浓度1 μg/mL的混合标准溶液，密封于-4℃下避光保存。1.3.2样品前处理将发泡PS塑料裁剪为小于5 mm的小块，称取1.0 g样品，置于可密封的螺口瓶中，加入20 mL甲苯溶液，在50 ℃下，超声萃取20 min。离心分离，取上清液10 mL，旋转蒸发至近干，用乙腈定容至5 mL，待高效液相色谱-串联质谱仪测定。1.3.3仪器工作条件（1）色谱条件。分离用色谱柱为C18反相色谱柱(2.1 mm×100 mm×1.8 μm)，柱温40 ℃，流速0.3 mL/min，进样量10 μL。表1为流动相梯度洗脱程序。流动相初始三种溶剂体积比V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)=25∶50∶25；甲醇比例保持不变，乙腈比例增加，水占比减少，5 min时，三种溶剂体积比V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)=25∶60∶15；甲醇和水的比例均减少，乙腈占比增加，至9.5 min时，流动相为纯乙腈溶液；乙腈占比开始减少，甲醇和水的占比逐步增加，三种溶液占比恢复至初始值，保持不变至检测结束。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.T001表1流动相梯度洗脱程序Tab.1Gradient elution procedure of mobile phase时间/minV（甲醇）/%V（乙腈）/%V（水）/%02550255.02560159.50100012.025502518.0255025（2）质谱条件。当温度较高时，HBCD三个同分异构体间容易发生转换，因此质谱选用低温离子源ESI；毛细管温度220 ℃，热喷雾温度350 ℃；采样锥电压设定15 V，电喷雾电压设定3 000 V；鞘气压力为193 kPa，辅助气体压力为34 kPa。检测模式为选择离子模式(SIM)，选择离子为640.6 m/Z。2结果与讨论2.1色谱条件的优化α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD三者为同分异构体，结构相似，因此极性也相近，正辛醇-水的分配系数分别为4.35、4.71、4.15[9-10]。同一极性的流动相难以将三者分离，因此流动相的选择不能为单一的溶液，需要两种或者三种溶液组成的复合流动相，进行梯度洗脱。选择甲醇-水、乙腈-水、甲醇-乙腈-水三种流动相体系，考察HBCD三种同分异构体的色谱行为。图1为不同流动相体系的HBCD三种同分异构体色谱图。从图1a可以看出，三者色谱峰均出现明显的拖尾现象，不利于目标物的定量。从图1b可以看出，α-HBCD和β-HBCD的分离度不是很好，在定量过程容易出现较大误差。从图1c可以看出，三种同分异构体色谱峰均有很好的分离度，而且三者峰形对称性较好，无明显拖尾。最终选择甲醇-乙腈-水体系为流动相。图1不同流动相体系的HBCD三种同分异构体色谱图Fig.1Chromatograms of HBCD three isomers in different mobile phase systems10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F1a1（a）甲醇-水流动相10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F1a2（b）乙腈-水流动相10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F1a3（c）甲醇-乙腈-水流动相2.2萃取条件的优化2.2.1萃取方式及萃取溶剂的选择萃取溶剂是样品中HBCD萃取效率影响较大的因素，因此选择甲苯、二氯甲烷、正己烷和甲醇4种有机溶剂为萃取剂，同时采用超声萃取和索氏萃取进行样品的前处理，计算得到的回收率，图2为回收率结果。从图2可以看出，采用甲苯溶液作为萃取剂时，超声振荡萃取和索氏萃取的回收率非常接近，且回收率最高；采用二氯甲烷为萃取溶剂时，索氏萃取对β-HBCD、γ-HBCD的萃取效率要略高于超声振荡萃取；采用正己烷为萃取溶剂时，索氏萃取对β-HBCD的萃取效率要略高于超声振荡萃取，对于α-HBCD和γ-HBCD，两种萃取方式的萃取效率差别不大；采用甲醇为萃取溶剂时，两种萃取方式的萃取效率也无明显差别。因此，萃取溶液的选择对于萃取效率的影响要大于萃取方式，四种萃取溶剂萃取效率的高低顺序为：甲苯＞二氯甲烷＞甲醇＞正己烷。因为萃取溶剂为甲苯时，索氏萃取和超声振荡萃取两种方式的萃取效率接近，因此最终选择用时更少、操作更为简便的超声振荡萃取。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F002图2不同溶剂在两种萃取方式下的萃取效率Fig.2Extraction efficiency of different solvents in two extraction methods2.2.2萃取温度的优化温度的增加会使溶剂的扩散性能更好，因此，考察35、40、45、50、55 ℃超声振荡萃取条件下，温度对萃取效果的影响，图3为测试结果。从图3可以看出，随着超声振荡温度的升高，α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD的萃取回收率随之增加，当温度达到50~55 ℃时，萃取效率无明显变化，即在50 ℃时超声振荡效率为最大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F003图3回收率随萃取温度的变化Fig.3The change of recovery with extraction time2.2.3萃取时间的优化选择甲苯为萃取溶剂，接着考察超声萃取的时间，以保证在较短的时间内获得最大的萃取效率。选择萃取时间5、10、15、20、25、30 min共6个萃取时间，检测目标物的回收率，图4为测试结果。从图4可以看出，萃取时间从5 min增至20 min，α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD三者的回收率均呈现明显的上升趋势，20~30 min时，三者回收率增加不明显，因此，选择超声萃取的时间为20 min。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F004图4回收率随萃取时间的变化Fig.4The change of recovery with extraction time2.3标准曲线与检出限将混合标准储备液逐级稀释成质量浓度为0.5、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 mg/L的系列标准溶液，进行测定。图5为标准曲线。其中，α-HBCD的线性回归方程为y=1 734x+1 642，相关系数为0.996 8；β-HBCD的线性回归方程为y=1 028.7x+2 203，相关系数为0.996 3；γ-HBCD的线性回归方程为y=1 215x+840，相关系数为0.998 7。从图5可以看出，HBCD三种同分异构体在10~50 mg/L质量浓度范围内有良好的线性相关性。根据平行空白加标实验的3倍信噪比(S/N，n=6)得到α-HBCD的检出限为0.24 mg/L，β-HBCD的检出限为0.58 mg/L，γ-HBCD的检出限为0.30 mg/L。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F005图5α-HBCD、β-HBCD、γ-HBCD的标准曲线Fig.5Standard curves of α-HBCD、β-HBCD and γ-HBCD2.4方法回收率和精密度考察高、中、低3种浓度下，样品的加标回收率。称取空白样品，加入相应的混合标准溶液，同一加标浓度制备6份平行样品。经过分析检测，得到3种浓度的平均回收率，并计算对应的相对标准偏差(RSD)，表2为方法回收率和精密度测试结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.T002表2方法回收率及精密度Tab.2The recovery and precision样品加标浓度/（mg·kg-1）α-HBCDβ-HBCDγ-HBCD回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%598.45.0101.75.598.16.120103.44.098.74.299.03.8100102.84.199.54.199.23.6从表2可以看出，高、中、低3种浓度下均有较好的加标回收率，均大于98.0%，小于104%；中、高浓度下精密度要略优于低浓度，RSD均小于4.5%，但低浓度下的RSD≤6.1%，已满足检测的需求。2.5实际样品测定从建材市场购置5种不同品牌的发泡PS材料，进行实际样品的测试。每种样品均平行测试3次，测试结果取其平均值，同时还需进行样品加标实验，以监控样品基质对检测结果的干扰。5个样品中，仅有一个检出了γ-HBCD，表3为该样品的平行样检测值、精密度及加标回收率结果，图6为SIM色谱图。从表3可以看出，样品三个平行样检测得到的平均值为8.50 mg/kg，计算得到的RSD为4.2%，样品加标回收率α-HBCD为99.7%，β-HBCD为98.6%，γ-HBCD为100.8%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.T003表3阳性样品的检测结果Tab.3Test results of positive samples样品检测值/（mg·kg-1）平均值/（mg·kg-1）RSD/%加标回收率/%α-HBCD———99.7β-HBCD———98.6γ-HBCD8.45、8.51、8.538.504.2100.810.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.021.F006图6样品的SIM色谱图Fig.6SIM chromatogram of sample3结论本实验选择应用HBCD较多的建筑保温材料PS为研究对象，通过仪器方法参数的优化，对样品萃取溶剂、萃取方式及萃取时间的选择，最终建立对PS中三种HBCD同分异构体的高效液相色谱-串联质谱的检测方法。其中，α-HBCD的检出限为0.24 mg/L，β-HBCD的检出限为0.58 mg/L，γ-HBCD的检出限为0.30 mg/L。回收率均大于98%，精密度RSD≤6.1%。从市场购买的5种样品中检出了1个含有γ-HBCD的样品，实际样品测定过程中平行样及平行加标回收实验的指控手段，进一步验证了方法的准确可靠，可以用于日常监管。