一种用于分析海洋沉积物中遗留和新兴有机污染物的多残留分析方法:方法开发、验证与应用

《Journal of Chromatography A》:A Multiresidue Analytical Procedure for Legacy and Emerging Organic Contaminants in Marine Sediments: Method Development, Validation, and Application

【字体: 时间:2026年02月07日 来源:Journal of Chromatography A 4

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  本研究开发并验证了一种适用于海洋沉积物的多残留分析方法,同时检测传统持久性有机污染物(如PCBs、OCPs、PBDEs)和新兴污染物(如邻苯二甲酸酯PAEs、磷酸酯阻燃剂OPEs)。方法采用微波萃取结合硫清洁处理和硅胶固相萃取分馏,通过GC-MS/MS实现93种目标物的分析,回收率62-120%(RSD<25%),并成功应用于实验室和现场样本检测。

作者:Imma Tolosa、David Huertas、Brigid Carr、Philippe Bersuder
国际原子能机构(IAEA)海洋环境实验室,核科学与应用部,摩纳哥公国摩纳哥98000

摘要

本研究开发并验证了一种用于沉积物样本的多残留分析方法,该方法同时针对《联合国斯德哥尔摩公约》中规定的持久性有机污染物(POPs)和海洋生态系统关注的新出现污染物。研究重点在于新兴的塑料添加剂和阻燃剂,如邻苯二甲酸酯(PAEs)和有机磷酸酯(OPEs),关于这些物质在海洋环境中的全球分布和归趋的数据非常有限。
该方法涵盖了6种标记多氯联苯(PCBs)、20种有机氯农药(OCPs)、14种多溴二苯醚(PBDEs)、17种替代卤化阻燃剂(aHFRs)、19种PAEs和17种OPEs。优化的方法包括使用正己烷和二氯甲烷混合物进行微波萃取,用铜进行硫元素去除处理,并通过硅胶固相萃取(SPE)将持久性有机污染物和替代卤化阻燃剂与PAEs和OPEs分离。采用气相色谱-三重四极杆质谱联用技术(GC-MS/MS)对两个分离后的组分中的目标分析物进行检测。方法验证包括在添加了目标物质的沉积物中的回收率、重现性、重复性以及空白样品的优化。对于大多数分析物,其在沉积物中的回收率在20-30 ng/g?1范围内,相对标准偏差(RSD)小于25%。PAEs和OPEs的检测限受背景污染影响,范围为0.03 ng/g至12 ng/g。
该验证方法应用于国际原子能机构提供的海洋沉积物样本,提供了这些化合物在海洋环境中存在的初步数据。将PAEs和OPEs的分析整合到现有的持久性有机污染物分析方法中,是一种经济有效的方式,有助于扩大对新兴有机污染物的数据覆盖范围。

引言

持久性有机污染物,包括臭名昭著的多氯联苯(PCBs)、有机氯农药(OCPs)和多溴二苯醚(PBDEs),由于其持久性和对人类健康的不良影响,仍然是主要关注的对象。随着这些化合物现在受到《联合国斯德哥尔摩公约》关于持久性有机污染物(POPs)的监管[1],新的令人担忧的化学物质,包括替代卤化阻燃剂(aHFRs)、有机磷酸酯阻燃剂(OPEs)和邻苯二甲酸酯(PAEs),在海洋环境中广泛存在,需要进一步研究。这些新兴污染物(CECs)被广泛用作塑料添加剂,并存在于各种工业和消费品中,包括电子产品、建筑材料、纺织品、家具、灭火泡沫和个人护理产品[[2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。卤化OPEs(Cl-OPEs)和aHFRs主要用于提高阻燃性能,而PAEs和非卤化OPEs(芳基和烷基基)则作为增塑剂和润滑剂使用[2,7,9]。过去二十年里,由于2009年《斯德哥尔摩公约》将PBDEs列为持久性有机污染物并实施了全球范围内的严格禁令,替代阻燃剂(如Cl-OPEs和aHFRs)的采用显著增加[[10], [11], [12]]。
OPEs也被归类为对健康和环境有害的物质[6]。关于PAEs,美国环境保护署(USEPA)在2012年将八种邻苯二甲酸酯化合物列为优先污染物,包括邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DiBP)、邻苯二甲酸苄基丁酯(BBP)、邻苯二甲酸二正戊酯(DnPP)、邻苯二甲酸二(2-乙基己酯)(DEHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DiNP)和邻苯二甲酸二十二酯(DiDP)[13]。在欧盟,DiBP、DBP、BBP、DEHP、DnOP和DiDP也被列入优先污染物名单。此外,大多数消费品中限制使用DEHP、DBP和BBP。在中国,DMP、DBP和DnOP被中国国家环境监测中心列为重点监测污染物[[13], [14]]。
随着需要监测环境中越来越多的新兴有机污染物,分析方法也在不断发展,以便使用相同的样品制备程序同时测定多类污染物[[15], [16], [17], [18]]。将现有的持久性有机污染物分析方法(如PCBs、OCPs、PBDEs)进行调整,是一种经济有效的方式,可以实现对这些新兴污染物的分析。
本研究的目的是开发并验证一种用于沉积物样本的多残留分析方法,该方法结合了《联合国斯德哥尔摩公约》规定的持久性有机污染物(POPs)和新出现的对海洋生态系统健康构成威胁的污染物的检测。特别关注了新兴的塑料添加剂和阻燃剂,例如邻苯二甲酸酯(PAEs)和有机磷酸酯(OPEs),关于这些物质在海洋环境中的全球分布和归趋的数据非常有限[[19], [20]]。目标分析物列表较为全面,共包括93种分析物,其中14种PBDEs、6种标记多氯联苯(PCBs)、20种有机氯农药(OCPs)、17种替代卤化阻燃剂(aHFRs)、19种PAEs和17种OPEs。在常规分析中,覆盖50-80种化合物的广谱方法通常会导致分析物之间的共洗脱[[15], [16], [17], [18]]。相比之下,本研究的方法旨在通过特定的化合物类别和优化的仪器条件,从少量样品中分析大量分析物。首先进行一次通用的样品制备步骤,然后将93种分析物分离成两个组分,每个污染物家族使用专用的GC-MS方法和优化的色谱柱进行分析。这种策略提高了每个污染物家族的分析特异性,提高了准确性,实现了来源分配和空间分布分析,并能够处理需要特殊色谱柱的化合物。该方法之前已应用于古巴Cienfuegos湾的沉积物岩芯[21]。在本研究中,我们提供了详细的验证方法以及新的仪器改进措施,包括用GC-MS/NCI替代GC-ECD来提高对DDT衍生农药的分析准确性。通过一系列实验室添加实验评估了方法的性能。随后,该方法被应用于多种参考材料和现场沉积物样本,以评估这些新兴污染物在海洋环境中的存在和浓度水平。

材料与试剂

根据监管状态和文献参考,选择了六种多氯联苯(PCBs)、二十五种有机氯农药(OCPs)、十四种多溴二苯醚(PBDEs)、十八种替代卤化阻燃剂(aHFRs)、十九种PAEs和十七种OPEs(包括异构体)进行分析。目标分析物的全名、标识符和结构详见补充信息(表S1)。每种化合物家族使用的替代标准品列在表S2中。当需要时,使用了同位素标记的替代品

结果与讨论

当前的环境分析趋势强调开发和应用通用、广谱的色谱方法,以应对环境样本和污染物的日益复杂性。这些针对性方法旨在通过单一分析工作流程,实现对多种污染物类别的全面分析——例如持久性有机污染物(POPs)、新兴污染物以及天然和人为化合物的复杂混合物。

结论

本研究开发了一种多残留分析方法,该方法结合了微波辅助萃取、铜处理去除硫元素、单次硅胶固相萃取(SPE)步骤和GC-MS/MS分析。这种简化方法能够量化海洋沉积物中的93种有机化合物,包括53种新兴污染物(如塑料添加剂和阻燃剂)和40种持久性有机污染物。
该方法为扩展监测计划提供了经济有效的解决方案,以便

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时,作者使用了Microsoft 365中的Copilot工具来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具后,作者根据需要对内容进行了审查和编辑,并对发表文章的内容负全责。

作者贡献声明

Imma Tolosa:撰写——审阅与编辑、初稿撰写、方法验证、监督、方法设计、研究实施、概念构思。David Huertas:撰写——审阅与编辑、方法设计、数据分析、数据管理。Brigid Carr:初稿撰写、方法验证、方法设计、研究实施、数据分析。Philippe Bersuder:撰写——审阅与编辑、资源协调、项目管理、资金筹集。

利益冲突声明

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所述的工作。

致谢

本研究得到了美国“和平利用计划(PUI)”项目下的资助,该项目名为“实施综合采样和分析方法以确定和追踪海洋水域中的石油污染(第二阶段——海洋塑料:利用核技术应对挑战)”。此外,美国政府还通过为B. Carr提供的“初级专业官员(JPO)”合同提供了资金支持。国际原子能机构对此表示感谢

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