同位素稀释气相色谱/质谱测定环境样品中的丁基锡化合物

引言

　　最近，欧盟（EU）已经将三丁基锡（TBT）列在了淡水的法规测定化合物列表中。这样，检测实验室要采用的测定有机锡化合物的分析方法就要提供足够高的灵敏度、选择性和准确度。迄今报道的大多数方法是将分离技术，如气相色谱(GC)，与元素专属性检测系统包括原子吸收光谱(AAS)、火焰光度检测(FPD)、质谱(MS)或电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)相结合。

　　另一方面，与较常用的校正策略相比，只要最初的固液萃取步骤是定量的，或者在加标物和被分析物之间真正实现同位素平衡，同位素稀释(ID)法就可提供卓越的准确度和精密度。由于定量是通过测定同位素比来实现的，所以，后来的非定量被分析物的回收率就不会影响最后的结果。ICP-MS 已经广泛地应用于HPLC 或GC 分离后痕量元素形态的鉴定。然而，ICP-MS 是高成本且不普及的仪器，相似的结果可以采用标准的GC-MS 仪器，配备电子轰击离子源来获得。本应用摘要就介绍这种可用于常规测试实验室的分析方法。  

实验

试剂

　　氯化三丁基锡(TBT) (96%)，二氯二丁基锡(DBT)(96%)和三氯一丁基锡(MBT) (95%) 购自Aldrich(Steinheim，德国)。将相应的盐溶于乙酸(Merck，Darmstadt，德国)和甲醇(Merck)（3:1）的混合溶剂中配置成储备液。所有有机金属标准溶液都在-18°C下避光保存，稀释的工作溶液每天分析前称量配置。采用乙酸(Merck)和甲醇(Merck)从固体基质中提取有机锡化合物，采用四乙基硼酸钠(Galab, Geesthacht，德国)使丁基锡乙基化。

　　加标物溶液(浓缩¹¹⁹Sn 丁基锡化合物) 购自ISCScience(Oviedo, Spain)，用甲醇和乙酸(3:1）的混合溶剂稀释，-18 °C 下避光保存。表1 所示为加标物溶液中丁基锡的同位素组成和浓度。

　　测定所用对照品是PACS-2，购自加拿大国家研究院(NRCC) (Ottawa)，以及CRM 477，购自Bureau Communautaire de Référence (BCR)。海水和淡水样品中加入天然丰度的丁基锡以检验回收率。

仪器

　　色谱分析采用Agilent 的6890N 型气相色谱仪，配置分流/不分流进样口和HP-5MS 毛细管色谱柱(交联的5% 苯基甲基硅氧烷，30 m x 0.25 mm 内径x 0.25 μm膜厚)。该气相色谱仪配备了安捷伦的质谱检测器5973 网络化四极杆质谱仪。

　　载气为氦气，恒流模式：1.2 mL/min。初始柱温为60 °C，恒温1 min，然后以30 °C/min 的速率升温至最高温度300 °C。采用分流/不分流进样口的不分流模式进样。传输管和离子源的温度分别为280 °C和230 °C。电子轰击离子化的电子能量为70 eV。在m/z 40 到400 的质量范围内采集全扫描数据以检查谱图干扰。每种丁基锡化合物的同位素比测定采用M-29(丢失一个乙基)的分子离子，每个质量数的滞留时间10 ms。对于选择离子检测(SIM)，每种丁基锡化合物用5 个m/z 值。每天使用GC-MS 仪器所带软件的自动调谐（autotune）选项进行GC-MS 条件的优化。为此，对于所有GC-MS 自动调谐都采用五氟三丁基胺(PFTBA)作为调谐化合物，因为它可以提供31, 50, 69, 100, 131, 219, 264, 414, 464, 502, 576 和614 amu 质量的离子。在此条件下，用m/z 69, 219和502 在整个质量范围进行质量校正和灵敏度优化。

实验步骤

沉积物中有机锡化合物的萃取和衍生化

　　约0.2 g 样品中加入浓缩¹¹⁹Sn 的MBT、DBT、TBT的混合稀释液，然后立即加入4 mL 乙酸和甲醇的混合液(3:1)。所得匀浆再超声波(30 W) 处理8 min。200 μL 萃取物按照下文所述的方法进行衍生化。

蚌类组织中有机锡化合物的萃取和衍生化

　　约0.2 g 样品中加入浓缩¹¹⁹Sn 的MBT、DBT、TBT的混合稀释液，然后立即加入4mL 乙酸和甲醇的混合液(3:1)。所得匀浆在37 °C 水浴中加热1 小时，250 μL 萃取物按照下文所述的方法进行衍生化。

有机锡化合物的衍生化

　　不同形态的锡的乙基化在7 mL 的带螺纹盖的透明玻璃样品瓶(Supelco, Bellefonte, PA)中进行。用4 mL1 M 的乙酸/乙酸钠缓冲液将pH 调节到5.4。乙基化采用0.5 mL 的2% w/v 四乙基硼酸钠在0.1 M 的NaOH 中进行。手动振荡10 min 之后，橙色的液层转移到玻璃样品瓶中，测定前一直保存在-18 °C 的条件下。然后用氮气流缓慢挥发橙色液层到约10 μL，最后将1 μL 注射到GC 仪器。

水样中有机锡化合物的萃取和衍生化

　　100 mL 海水置于干净的全玻璃容量瓶中，并与浓缩119Sn 的加标物混合。为了校正体积误差，通过称重控制加入的样品和加标物的量。加了加标物的样品在衍生化前手动振荡15 min。然后，加入1 mL 乙酸溶液将pH 调节到5.4 和100 μL 2% w/v 的四乙基硼酸钠的0.1M NaOH 溶液进行有机锡化合物的乙基化。最后，加入1 mL 己烷到烧瓶中，加入的方式是将己烷保留在烧瓶的细颈处。所有这些操作步骤都是在超净实验室条件下进行的，以便降低空白值。手动振荡容量瓶10 min，静置分相后用一个巴氏滴管将大部分有机相转移到2 mL 的色谱样品瓶中，然后，用氮气缓慢吹干己烷相至约10 μL。最后将1 μL 样品注射进GC 仪器进行分析。

结果与讨论

GC-MS 测定同位素比

　　虽然用ICP-MS 很容易得到元素的同位素比，但是在GC/MS 中，因为¹³C 的存在造成结合到金属上的有机基团的贡献，分子离子中的同位素比与天然的元素是不同的。可用简单的方法计算¹³C 对观察到的m+1和m+2 离子的贡献，采用公式1 和2:

　　

　　式中X_13C是¹³C 相对于12C 的相对丰度(0.0111/0.9899)，n 是分子离子中的碳原子数，I 分别是离子m、m+1 和m+2 的强度。对丁基锡化合物的m+1 和m+2 的贡献是通过监测每种被分析物的5 个分子离子来校正的，分别对应于^116Sn, ^117Sn, ^118Sn, ¹¹⁹Sn 和^120Sn 同位素。在不同质量数测得的信号强度再用¹³C对m+1 和m+2 的贡献来校正。所用强度(I)校正公式为:

　　式中x 是贡献因子m+1，y 是贡献因子m+2。¹¹⁴Sn和¹¹⁵Sn 的贡献可以忽略，因为它们的天然丰度非常低，测得的¹¹⁶Sn 的信号强度可以认为没有m+1 和m+2 的贡献。表2 列出了为GC-MS 测定MBT、DBT和TBT 所选择的分子簇和贡献因子x 以及y。从图1可以看到样品、加标物和混合物中TBT (m/z = 287到291)的选择分子簇。

分析方法的特征参数

　　分析方法的特征参数列于表3。方法检测限的计算是基于遵循实验步骤的方法处理后、通过同位素稀释分析9 次空白平行实验中的MBT、DBT 和TBT 之后，采用3 倍空白的标准偏差得到的。方法的重现性是基于一个含有约10 ng/kgTBT 的天然海水样品的分析。海水分析的回收率是在3 个不同浓度的样品测定的，以便涵盖实际样品中丁基锡化合物的浓度范围。两个高浓度样品是通过在一个实际海岸海水样品（丁基锡浓度低）中加入天然的MBT、DBT 和TBT 得到的，而低浓度样品是通过在人造海水样品中加入天然标准品得到的。我们可以看到，所有化合物在所研究的浓度水平上都得到了定量回收。

参比材料的分析

　　采用本文的分析方法测定了两种参比材料中的MBT、DBT 和TBT: 一个沉积物(PACS-2)和一个蚌类组织(CRM 477)。每种经认证的参比材料都进行3 次独立的加标实验，每个样品用GC-MS 分析3 次。表4(PACS-2)和表5 (CRM 477)总结了GC-MS 分析两个
参比材料的结果。

　　PACS-2 中TBT 和DBT 的分析结果(表4)测定值在认证值范围内(TBT 为890 ± 105 ng/g，DBT 为1047± 64 ng/g)。当时MBT 的测定值明显高于原来的认证值(450 ng g-1)。最近, PACS-2 重新认证了MBT 的含量值，MBT 新的彝萍鲋涤为600 ng/g - 接近于我们方法的测定值。分析CRM-477 经认证的蚌类组织的相应结果(表5)说明每种形态的丁基锡的测定值均与认证值吻合得很好。

结论

　　开发了同时测定水、沉积物和蚌类样品中的一丁基、二丁基和三丁基锡形态的快速、精密和准确的分析方法。检测相应于¹¹⁶Sn 和¹¹⁷Sn 的量允许人们用简单的数学公式校正¹³C 的m+1 和m+2 对¹¹⁸Sn、¹¹⁹Sn 和¹²⁰Sn 质量的贡献。无需费时的校准、加标或回收率校正步骤，就可以用一次进样快速计算所有三种丁基锡化合物的浓度。该方法校正了丁基锡化合物形态的所有可能误差，提供了很低的检测限，未经培训的操作人员可以快速而简单地运用该方法。浓缩加标物的价格不再成为限制，因为水样品的一次测定只需要小于2 ng 的浓缩化合物。简言之，所提出的ID-GC-MS技术是其他测定方法，如GC-AED 或GC-FPD 的实用替代技术，该方法所得到的结果与GC-ICP-MS 方法所得结果是吻合的。

　　本文所提出方法的优点不仅是仪器价格低、可得到高质量的分析结果，而且是大大节省了样品处理和分析步骤所需的时间。使用这样的同位素稀释分析方法和带有自动进样器的GC-MS，从接收样品到给出分析结果，一个分析人员一天可以分析15 个以上的样品。这些优点在几个常规测试实验室采用该方法的实践中已经得到了体现，而且西班牙国家认证机构(Spanish National Accreditation Body)已经根据UNE-ENISO/IEC 17025 的要求承认了本方法分析结果是合格的。