同位素稀釋氣相色譜/質譜測定環境樣品中的丁基錫化合物

引言

　　最近，歐盟（EU）已經將三丁基錫（TBT）列在了淡水的法規測定化合物列表中。這樣，檢測實驗室要采用的測定有機錫化合物的分析方法就要提供足夠高的靈敏度、選擇性和準確度。迄今報道的大多數方法是將分離技術，如氣相色譜(GC)，與元素專屬性檢測系統包括原子吸收光譜(AAS)、火焰光度檢測(FPD)、質譜(MS)或電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)相結合。

　　另一方面，與較常用的校正策略相比，只要最初的固液萃取步驟是定量的，或者在加標物和被分析物之間真正實現同位素平衡，同位素稀釋(ID)法就可提供卓越的準確度和精密度。由于定量是通過測定同位素比來實現的，所以，后來的非定量被分析物的回收率就不會影響最后的結果。ICP-MS 已經廣泛地應用于HPLC 或GC 分離后痕量元素形態的鑒定。然而，ICP-MS 是高成本且不普及的儀器，相似的結果可以采用標準的GC-MS 儀器，配備電子轟擊離子源來獲得。本應用摘要就介紹這種可用于常規測試實驗室的分析方法。  

實驗

試劑

　　氯化三丁基錫(TBT) (96%)，二氯二丁基錫(DBT)(96%)和三氯一丁基錫(MBT) (95%) 購自Aldrich(Steinheim，德國)。將相應的鹽溶于乙酸(Merck，Darmstadt，德國)和甲醇(Merck)（3:1）的混合溶劑中配置成儲備液。所有有機金屬標準溶液都在-18°C下避光保存，稀釋的工作溶液每天分析前稱量配置。采用乙酸(Merck)和甲醇(Merck)從固體基質中提取有機錫化合物，采用四乙基硼酸鈉(Galab, Geesthacht，德國)使丁基錫乙基化。

　　加標物溶液(濃縮¹¹⁹Sn 丁基錫化合物) 購自ISCScience(Oviedo, Spain)，用甲醇和乙酸(3:1）的混合溶劑稀釋，-18 °C 下避光保存。表1 所示為加標物溶液中丁基錫的同位素組成和濃度。

　　測定所用對照品是PACS-2，購自加拿大國家研究院(NRCC) (Ottawa)，以及CRM 477，購自Bureau Communautaire de Référence (BCR)。海水和淡水樣品中加入天然豐度的丁基錫以檢驗回收率。

儀器

　　色譜分析采用Agilent 的6890N 型氣相色譜儀，配置分流/不分流進樣口和HP-5MS 毛細管色譜柱(交聯的5% 苯基甲基硅氧烷，30 m x 0.25 mm 內徑x 0.25 μm膜厚)。該氣相色譜儀配備了安捷倫的質譜檢測器5973 網絡化四極桿質譜儀。

　　載氣為氦氣，恒流模式：1.2 mL/min。初始柱溫為60 °C，恒溫1 min，然后以30 °C/min 的速率升溫至最高溫度300 °C。采用分流/不分流進樣口的不分流模式進樣。傳輸管和離子源的溫度分別為280 °C和230 °C。電子轟擊離子化的電子能量為70 eV。在m/z 40 到400 的質量范圍內采集全掃描數據以檢查譜圖干擾。每種丁基錫化合物的同位素比測定采用M-29(丟失一個乙基)的分子離子，每個質量數的滯留時間10 ms。對于選擇離子檢測(SIM)，每種丁基錫化合物用5 個m/z 值。每天使用GC-MS 儀器所帶軟件的自動調諧（autotune）選項進行GC-MS 條件的優化。為此，對于所有GC-MS 自動調諧都采用五氟三丁基胺(PFTBA)作為調諧化合物，因為它可以提供31, 50, 69, 100, 131, 219, 264, 414, 464, 502, 576 和614 amu 質量的離子。在此條件下，用m/z 69, 219和502 在整個質量范圍進行質量校正和靈敏度優化。

實驗步驟

沉積物中有機錫化合物的萃取和衍生化

　　約0.2 g 樣品中加入濃縮¹¹⁹Sn 的MBT、DBT、TBT的混合稀釋液，然后立即加入4 mL 乙酸和甲醇的混合液(3:1)。所得勻漿再超聲波(30 W) 處理8 min。200 μL 萃取物按照下文所述的方法進行衍生化。

蚌類組織中有機錫化合物的萃取和衍生化

　　約0.2 g 樣品中加入濃縮¹¹⁹Sn 的MBT、DBT、TBT的混合稀釋液，然后立即加入4mL 乙酸和甲醇的混合液(3:1)。所得勻漿在37 °C 水浴中加熱1 小時，250 μL 萃取物按照下文所述的方法進行衍生化。

有機錫化合物的衍生化

　　不同形態的錫的乙基化在7 mL 的帶螺紋蓋的透明玻璃樣品瓶(Supelco, Bellefonte, PA)中進行。用4 mL1 M 的乙酸/乙酸鈉緩沖液將pH 調節到5.4。乙基化采用0.5 mL 的2% w/v 四乙基硼酸鈉在0.1 M 的NaOH 中進行。手動振蕩10 min 之后，橙色的液層轉移到玻璃樣品瓶中，測定前一直保存在-18 °C 的條件下。然后用氮氣流緩慢揮發橙色液層到約10 μL，最后將1 μL 注射到GC 儀器。

水樣中有機錫化合物的萃取和衍生化

　　100 mL 海水置于干凈的全玻璃容量瓶中，并與濃縮119Sn 的加標物混合。為了校正體積誤差，通過稱重控制加入的樣品和加標物的量。加了加標物的樣品在衍生化前手動振蕩15 min。然后，加入1 mL 乙酸溶液將pH 調節到5.4 和100 μL 2% w/v 的四乙基硼酸鈉的0.1M NaOH 溶液進行有機錫化合物的乙基化。最后，加入1 mL 己烷到燒瓶中，加入的方式是將己烷保留在燒瓶的細頸處。所有這些操作步驟都是在超凈實驗室條件下進行的，以便降低空白值。手動振蕩容量瓶10 min，靜置分相后用一個巴氏滴管將大部分有機相轉移到2 mL 的色譜樣品瓶中，然后，用氮氣緩慢吹干己烷相至約10 μL。最后將1 μL 樣品注射進GC 儀器進行分析。

結果與討論

GC-MS 測定同位素比

　　雖然用ICP-MS 很容易得到元素的同位素比，但是在GC/MS 中，因為¹³C 的存在造成結合到金屬上的有機基團的貢獻，分子離子中的同位素比與天然的元素是不同的。可用簡單的方法計算¹³C 對觀察到的m+1和m+2 離子的貢獻，采用公式1 和2:

　　

　　式中X_13C是¹³C 相對于12C 的相對豐度(0.0111/0.9899)，n 是分子離子中的碳原子數，I 分別是離子m、m+1 和m+2 的強度。對丁基錫化合物的m+1 和m+2 的貢獻是通過監測每種被分析物的5 個分子離子來校正的，分別對應于^116Sn, ^117Sn, ^118Sn, ¹¹⁹Sn 和^120Sn 同位素。在不同質量數測得的信號強度再用¹³C對m+1 和m+2 的貢獻來校正。所用強度(I)校正公式為:

　　式中x 是貢獻因子m+1，y 是貢獻因子m+2。¹¹⁴Sn和¹¹⁵Sn 的貢獻可以忽略，因為它們的天然豐度非常低，測得的¹¹⁶Sn 的信號強度可以認為沒有m+1 和m+2 的貢獻。表2 列出了為GC-MS 測定MBT、DBT和TBT 所選擇的分子簇和貢獻因子x 以及y。從圖1可以看到樣品、加標物和混合物中TBT (m/z = 287到291)的選擇分子簇。

分析方法的特征參數

　　分析方法的特征參數列于表3。方法檢測限的計算是基于遵循實驗步驟的方法處理后、通過同位素稀釋分析9 次空白平行實驗中的MBT、DBT 和TBT 之后，采用3 倍空白的標準偏差得到的。方法的重現性是基于一個含有約10 ng/kgTBT 的天然海水樣品的分析。海水分析的回收率是在3 個不同濃度的樣品測定的，以便涵蓋實際樣品中丁基錫化合物的濃度范圍。兩個高濃度樣品是通過在一個實際海岸海水樣品（丁基錫濃度低）中加入天然的MBT、DBT 和TBT 得到的，而低濃度樣品是通過在人造海水樣品中加入天然標準品得到的。我們可以看到，所有化合物在所研究的濃度水平上都得到了定量回收。

參比材料的分析

　　采用本文的分析方法測定了兩種參比材料中的MBT、DBT 和TBT: 一個沉積物(PACS-2)和一個蚌類組織(CRM 477)。每種經認證的參比材料都進行3 次獨立的加標實驗，每個樣品用GC-MS 分析3 次。表4(PACS-2)和表5 (CRM 477)總結了GC-MS 分析兩個
參比材料的結果。

　　PACS-2 中TBT 和DBT 的分析結果(表4)測定值在認證值范圍內(TBT 為890 ± 105 ng/g，DBT 為1047± 64 ng/g)。當時MBT 的測定值明顯高于原來的認證值(450 ng g-1)。最近, PACS-2 重新認證了MBT 的含量值，MBT 新的彝萍鮒滌為600 ng/g - 接近于我們方法的測定值。分析CRM-477 經認證的蚌類組織的相應結果(表5)說明每種形態的丁基錫的測定值均與認證值吻合得很好。

結論

　　開發了同時測定水、沉積物和蚌類樣品中的一丁基、二丁基和三丁基錫形態的快速、精密和準確的分析方法。檢測相應于¹¹⁶Sn 和¹¹⁷Sn 的量允許人們用簡單的數學公式校正¹³C 的m+1 和m+2 對¹¹⁸Sn、¹¹⁹Sn 和¹²⁰Sn 質量的貢獻。無需費時的校準、加標或回收率校正步驟，就可以用一次進樣快速計算所有三種丁基錫化合物的濃度。該方法校正了丁基錫化合物形態的所有可能誤差，提供了很低的檢測限，未經培訓的操作人員可以快速而簡單地運用該方法。濃縮加標物的價格不再成為限制，因為水樣品的一次測定只需要小于2 ng 的濃縮化合物。簡言之，所提出的ID-GC-MS技術是其他測定方法，如GC-AED 或GC-FPD 的實用替代技術，該方法所得到的結果與GC-ICP-MS 方法所得結果是吻合的。

　　本文所提出方法的優點不僅是儀器價格低、可得到高質量的分析結果，而且是大大節省了樣品處理和分析步驟所需的時間。使用這樣的同位素稀釋分析方法和帶有自動進樣器的GC-MS，從接收樣品到給出分析結果，一個分析人員一天可以分析15 個以上的樣品。這些優點在幾個常規測試實驗室采用該方法的實踐中已經得到了體現，而且西班牙國家認證機構(Spanish National Accreditation Body)已經根據UNE-ENISO/IEC 17025 的要求承認了本方法分析結果是合格的。