通过自动在线固相萃取与液相色谱-高分辨率质谱联用的方法测定海洋沉积物中的短链氯化石蜡

《Analytica Chimica Acta》：Determination of short-chain chlorinated paraffins in marine sediment by automated online solid phase extraction coupled to liquid chromatography-high-resolution mass spectrometry

　　

作者：费尧璐（Feiyao Lu）、范丹（Dan Fu）、何秀萍（Xiuping He）、张旭婷（Xueting Zhang）、张浩顺（Haoshun Zhang）、韩同竹（Tongzhu Han）、陈俊辉（Junhui Chen）

中国自然资源部第一海洋研究所青岛分析技术发展与海洋生态环境保护重点实验室，青岛 266061

摘要

背景

短链氯化石蜡（SCCPs）是一种新兴的持久性有机污染物，会在海洋沉积物中积累，对底栖生物构成威胁。现有的分析流程需要对未经处理的原始沉积物提取物进行繁琐的纯化步骤以去除基质干扰，而柱色谱法仍然耗时且劳动强度大。本研究开发了一种自动化在线固相萃取（SPE）-液相色谱-高分辨率质谱（LC-HRMS）方法，用于直接测定原始沉积物提取物中的SCCPs，无需额外纯化。

结果

经过萃取和浓缩后，原始沉积物提取物在乙腈中重新配制，并通过在线SPE-LC-HRMS进行分析，无需额外纯化。该方法获得了令人满意的回收率（71.9%–87.4%）、灵敏度（LOD=20 pg的∑SCCPs）和重复性（RSD < 15.0%），同时浓度线性（R² > 0.990）和氯含量线性（R² > 0.940）也表现良好。这种方法大大简化了样品预处理过程，同时获得了与离线SPE纯化相当的结果。在中国北部一个典型的海水养殖湾的表层沉积物中广泛检测到了SCCPs。

意义

该方法无需额外纯化即可直接测定原始沉积物提取物中的SCCPs，消除了耗时的柱色谱步骤，大幅缩短了样品准备时间。所提出的方法为海洋沉积物中SCCPs的常规测定提供了有用的工具，并促进了海洋沉积环境中的SCCPs监测和风险管理。

引言

氯化石蜡（CPs）是直链烷烃的氯化衍生物^[1]，广泛用于金属加工润滑剂、皮革增稠剂、塑料添加剂和阻燃剂[2], [3]。根据碳链长度，CPs被分类为短链氯化石蜡（SCCPs，C_10–13）、中链氯化石蜡（MCCPs，C_14–17）和长链氯化石蜡（LCCPs，C_18–30）^[4]。其中，SCCPs具有最高的毒性[5], [6], [7], [8]，并具有长距离传输[9], [10], [11], [12]和生物累积特性[13], [14], [15], [16]。2017年，SCCPs被列入《斯德哥尔摩公约》附件A^[17]。它们在生产和使用过程中可能释放到环境中，进入空气[18], [19], [20]、土壤[21], [22], [23]、生物体[24], [25], [26]、食物[27], [28], [29]、纺织品^[30]及其他介质中，从而对人类健康构成严重威胁。作为陆源SCCPs在环境中的最终汇^[31]，海洋沉积物中的污染水平反映了全球SCCPs的污染状况。在中国辽东湾^{[32]、东海海岸[31]、珠江口[33]、苏格兰克莱德湾[34]以及西太平洋马里亚纳海沟[35]的沉积物中都检测到了SCCPs。此外，不同海洋区域的SCCPs浓度差异巨大，可达四个数量级。近岸底栖环境是许多渔业物种的栖息地，沉积物中的SCCPs容易被双壳类等底栖生物[36]生物累积，随后进入食物链。因此，对海洋沉积物中的SCCPs进行常规监测对于了解近岸海水养殖区的污染状况至关重要。为实现这一目标，需要一种简便的分析方法来高效测定海洋沉积物中的SCCPs，为监测和评估沿海底栖环境中的SCCPs提供技术支持。}

迄今为止，在复杂的环境样品中高效分离和准确定量SCCP单体化合物仍然具有挑战性[37], [38]。这一难点源于碳链长度的变化、氯替代的数量和位置、两种稳定氯同位素的存在以及低氯化MCCPs的干扰。高分辨率质谱（HRMS）结合气相色谱[39], [40], [41]或液相色谱（LC）[42], [43]越来越多地被用来分离同氯化合物。在这些方法中，LC-HRMS已成为最可靠的SCCP分析技术之一。LC-HRMS已成功应用于鸡肉肝脏、人体肝脏^[44]和人体血清^[45]中的SCCP测定。然而，常用的样品预处理流程需要对原始沉积物提取物进行纯化，因为其中含有共萃取的硫、脂肪、色素和其他基质成分[33], [46], [47]。柱色谱法常用于此目的，可以去除大部分基质干扰^[48]，但市面上用于SCCP纯化的商用柱子仍然稀缺。这些柱子通常需要手动填充，随后还需要清洗、干燥和激活不同的吸附剂，这使得整个过程繁琐、耗时且劳动强度大。更重要的是，手动填充的柱子缺乏重复性和稳定性，需要操作者具备丰富的经验，限制了其在常规实验室分析中的应用。因此，迫切需要开发简单高效的SCCP提取和纯化方法。

与传统的柱色谱和离线固相萃取（SPE）相比，在线SPE是一种自动化清洗技术。含有SCCPs和共萃取基质成分的原始提取物可以直接注入，纯化步骤由LC系统自动完成。在线SPE具有较高的自动化程度、低的溶剂消耗量、高的分析效率和良好的重复性^[49]。它已成功应用于废水^[50]、葡萄酒^[51]、树叶^[52]等基质中的有机污染物分析，证明了其在复杂样品中有效的干扰去除能力。然而，目前尚无研究系统评估在线SPE对沉积物提取物中SCCPs的基质去除效率。本研究开发了一种基于在线SPE-LC-HRMS的方法，用于测定海洋沉积物中的SCCPs。在线SPE在直接注入原始沉积物提取物后实现了自动去除基质干扰，无需额外纯化。该方法进一步应用于中国山东半岛附近的一个代表性近岸海水养殖湾——海州湾的表层沉积物分析。

章节片段

化学品和材料

LC-MS级别的乙腈、甲醇和氯化铵由中国上海Macklin Biochemical Technology Co.有限公司提供。高性能液相色谱（HPLC）级别的正己烷由中国青岛Xilong Science Co.有限公司购买。LC-MS级别的二氯甲烷来自西班牙巴塞罗那的Scharlau公司。不同氯含量（51.5%、55.5%和63.0%）的SCCP标准品溶解在环己烷中，浓度为100 μg/mL，购自德国奥格斯堡的Dr. Ehrenstorfer公司。

LC-HRMS条件优化

以往的研究使用了不同的LC柱子，包括C₁₈ [53], [54], [55]、PFP^[56]、CN、C_{30、Hypercarb和phenyl-hexyl，用于SCCP的分离。其中，CN柱子为不同碳链长度和氯化水平的SCCP同系物提供了最宽的相对保留时间范围，并且峰宽相对较窄^{[57][42]。因此，选择了CN柱作为}}

结论

成功开发了一种基于在线SPE与LC-HRMS结合的方法，用于测定海洋沉积物中的SCCPs。原始沉积物提取物可以直接注入，通过在线SPE自动进行纯化，有效去除HRMS分析过程中的基质干扰。该方法大大简化了样品制备过程，并为海洋沉积物中SCPPs的常规监测提供了可靠的技术支持。此外，在中国北部一个典型海域的表层沉积物中也检测到了SCPPs

作者贡献声明

张浩顺（Haoshun Zhang）：指导、研究。何秀萍（Xiuping He）：验证、指导、资金获取。张旭婷（Xueting Zhang）：可视化、验证、研究。韩同竹（Tongzhu Han）：可视化、项目管理。陈俊辉（Junhui Chen）：写作-审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。费尧璐（Feiyao Lu）：写作-初稿、方法论、正式分析、数据管理。范丹（Dan Fu）：指导、资源提供。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了数字深海典型栖息地计划（SD0425008）和中国国家公共研究院的基础科学基金（2023Q08）的资助。LC-Q-TOF/MS分析在FIO-海洋分析与测试中心进行。