《Analytica Chimica Acta》：Multiresidue microextraction–GC-MS/MS for emerging tire rubber contaminants in urban waters
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安德烈斯·杜克-维拉韦德（Andres Duque-Villaverde）|蒂埃里·达格纳克（Thierry Dagnac）|玛丽亚·洛姆帕特（Maria Llompart）西班牙圣地亚哥-德孔波斯特拉大学（Universidad de Santiago de Compostel
安德烈斯·杜克-维拉韦德（Andres Duque-Villaverde）|蒂埃里·达格纳克（Thierry Dagnac）|玛丽亚·洛姆帕特（Maria Llompart）
西班牙圣地亚哥-德孔波斯特拉大学（Universidad de Santiago de Compostela）分析化学、营养与食品科学系，CRETUS，邮编E-15782，圣地亚哥-德孔波斯特拉
摘要
轮胎橡胶中含有许多化学物质，这些物质可以通过轮胎磨损颗粒或橡胶碎屑表面的渗滤液进入水生生态系统。其中，抗臭氧剂N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-p-苯二胺（6PPD）及其转化产物6PPD-醌因其对水生生物的毒性而特别值得关注。PPD家族中的其他相关化合物还包括DPPD和IPPD。此外，硫化剂和交联剂（如苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、N-环己基苯并噻唑-2-磺酰胺（CBS）和六甲氧基甲基蜜胺（HMMM），以及烷基有机磷酸酯和烷基二甲基胺也具有很高的研究价值。
本研究旨在开发一种分析方法，用于检测和定量城市水体中的11种新兴轮胎橡胶污染物。该方法基于固相微萃取（SPME）技术，并结合气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）进行分析。通过多因素实验设计优化了SPME参数，以高效提取所有目标化合物。该方法在线性、精度和准确性方面均通过了验证，平均回收率为84–105%。在所有分析的城市水样中均检测到了6PPD和6PPDQ。
据我们所知，这是首次将GC–MS/MS技术应用于这些化合物的分析，同时也是首次提出使用SPME技术来提取和检测这些化合物。此外，这也是首次在来自回收轮胎橡胶表面的实际水样中研究这些物质作为潜在污染源的情况。由于该方法的简便性，包括抗臭氧剂、硫化剂和交联剂在内的多种残留物检测技术可以轻松应用于任何常规实验室。
引言
在轮胎制造过程中，会向橡胶中添加多种化学物质。这些化合物可通过轮胎与路面摩擦产生的磨损颗粒直接进入水生生态系统[1] [2]。此外，它们还可能通过回收轮胎碎屑（RTCR）中的渗滤液进入环境，而RTCR是从废旧轮胎（ELTs）回收得到的[3] [4] [5]。多项研究表明，这种颗粒物质中含有重金属、类金属、增塑剂、多环芳烃（PAHs）、抗臭氧剂以及硫化剂和交联剂等[6] [7] [8] [9] [10] [11]。RTCR是环境中人为添加的微塑料的主要来源[12]。2023年，欧盟委员会宣布禁止在人造草坪中使用橡胶碎屑，同时设定了8年的过渡期，以确保更多现有合成运动场地能够自然报废[13]。
最近的研究发现，6PPD-醌（2-((4-甲基戊-2-基)氨基)-5-(苯氨基)环己-2,5-二烯-1,4-二酮，6PPDQ）是6PPD的降解产物，属于N,N’-取代-p-苯二胺（PPDs）抗臭氧剂和抗氧化剂家族的主要成分。即使在低浓度下（LC50值为95 ng L-1），该物质也会导致科霍鲑鱼等水生生物死亡[14] [15] [16]。这两种物质已被列入欧盟第五批监测名单，表明应在可能存在它们的区域（如高速公路附近或交通繁忙地区）对其进行监测[17]。此外，6PPD还被列入REACH法规的限制清单，作为未来可能受到限制的化合物之一[18]。在美国，加利福尼亚州有毒物质控制部门建议将PPD衍生物列入候选化学品名单，以评估其对环境和人类健康的影响[19] [20]。同时，美国环保署（EPA）也指出需要开发针对6PPD和6PPDQ的监测方法[21]。
其他值得关注的轮胎添加剂还包括其他类型的化合物，如交联剂六甲氧基甲基蜜胺（HMMM）、硫化剂N-环己基苯并噻唑-2-磺酰胺（CBS）、2-巯基苯并噻唑（MBTZ）和苯并噻唑（BTZ）[11] [22] [23] [24] [25]，以及具有阻燃作用的弹性体增塑剂三(2-乙基己基)磷酸酯（TEHP）[26]。此外，烷基二甲基胺DMTDA（N,N-二甲基十四胺）和DMDA（N,N-二甲基十二胺）等物质也被列为需要进一步研究的橡胶颗粒成分[27]。
现有文献中，上述大多数化合物通常采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和高分辨率质谱（LC-HRSM）进行分析，而较少使用气相色谱（GC）[2] [22] [23] [24] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37]。在样品制备方面，固相萃取（SPE）是最常用的技术[23] [24] [28] [29] [30] [33] [34] [35] [36] [37]，尽管也有使用液-液萃取[32]和直接注入（无需处理）[2] [22] [38]的方法。2024年，鉴于6PPDQ对环境的影响以及对其监测的必要性，美国环保署提出了一种专门用于检测水体和雨水样本中6PPDQ的分析方法（草案）[39]。该方法包括先用SPE提取250毫升水样，然后用乙腈洗脱（最终体积10毫升），再通过LC-MS/MS进行分析。然而，这种方法的实际应用范围有限，因为通常需要同时分析其他相关化合物，尤其是同一家族的化合物。此外，所需的样品量以及SPE萃取卡盒和有机溶剂的消耗并不符合绿色分析化学的原则。
本研究的目的是开发一种多残留物分析方法，用于检测和定量水样中的11种轮胎橡胶污染物，包括6PPD、6PPDQ、BTZ、CBS、DMDA、DMTDA、DPPD、HMMM、IPPD、MBTZ和TEHP。该方法基于固相微萃取（SPME）技术，并结合气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）进行分析。SPME萃取步骤通过多因素实验设计进行了优化。
据我们所知，这是首次将GC–MS/MS技术应用于上述大多数化合物的分析，包括PPD家族成员；同时也是首次提出使用SPME技术来提取和检测这些化合物。这种无溶剂萃取方法具有高富集效果，且所需样品量少，便于样品采集和处理，符合绿色分析化学的原则。此外，这也是首次在来自橡胶表面的实际水样中研究这些物质作为潜在污染源的情况。
章节摘录
化学物质、试剂和材料
所研究的化合物名称、CAS编号、纯度、保留时间和质谱/质谱（MS/MS）跃迁信息见表1。苯并噻唑（BTZ）和2-巯基苯并噻唑（MBTZ）购自Sigma-Aldrich Chemie公司。N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-p-苯二胺（6PPD）、4-异丙基胺二苯胺（IPPD）、N-环己基苯并噻唑-2-磺酰胺（CBS）、六甲氧基甲基蜜胺（HMMM）、N,N-二甲基十二胺（DMDA）和N,N-二甲基十四胺（DMTDA）由TCI Europe N.V.公司提供。
GC-MS/MS分析
在MS/MS分析中，使用TSQ8000 GC-MS/MS软件中的自动选择反应监测（AutoSRM）工具优化了跃迁参数。每种化合物的乙酸乙酯溶液被注入以获得两个或三个离子丰度最高的跃迁峰，其中最强的峰用于定量分析，其余峰用于鉴定和确认。色谱条件经过优化以达到最佳分离效果
结论
本研究开发了一种基于固相微萃取（SPME）结合气相色谱-串联质谱（GC–MS/MS）的分析方法，用于检测水样中的11种轮胎橡胶相关化合物，包括抗臭氧剂6PPD及其转化产物6PPD-醌、其他PPD抗臭氧剂（如DPPD和IPPD）、交联剂和硫化剂（如HMMM、CBS、BTZ和MBTZ），以及烷基有机磷酸酯TEHP等
CRediT作者贡献声明
玛丽亚·洛姆帕特（Maria Llompart）：负责撰写、审稿与编辑、项目监督、资源协调、资金获取及概念构思。蒂埃里·达格纳克（Thierry Dagnac）：负责撰写、审稿与编辑、资金获取。安德烈斯·杜克-维拉韦德（Andres Duque-Villaverde）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法验证、实验设计及数据分析
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
本研究得到了西班牙科学、创新与大学部（Ministry of Science, Innovation and Universities）项目PID2022-140148OB-I00、加利西亚自治区政府（Xunta de Galicia）项目ED431B 2023/04和IN607B 2022/15的支持。此外，该研究还得到了欧洲化学学会（European Chemical Society）分析化学分会（Division of Analytical Chemistry）的支持，以及可持续样品制备国家网络（National Network for Sustainable Sample Preparation，RED2022-134079-T，隶属于科学、创新与
