本發明涉及一種同位素分析方法，尤其涉及沉積物中多溴聯苯醚的單體穩定碳同位素分析方法。
背景技術：
單體同位素分析技術(CSIA)又稱為氣相色譜-同位素比值質譜聯用技術(GC-IRMS)。有機化合物進入環境時通常具有自己的穩定特征同位素組成，在特定環境下，若化合物的同位素組成保持不變，則可直接利用其同位素組成進行來源示蹤。由于環境中某些生物過程的影響，如微生物降解和生物酶代謝等，某些化合物的同位素組成會發生有規律的變化。1976年Sano首次提出在氣相色譜和質譜之間加一個燃燒爐來實現復雜混合物中的單體化合物同位素組成的在線分析，近年來，隨著氣相色譜-同位素比值質譜技術(GC-IRMS)的不斷發展，單體有機化合物的穩定同位素分析方法(CSIA)日趨成熟，并已被廣泛應用于環境有機污染的研究中。CSIA技術主要應用于污染物的來源解析，如水環境、陸地環境和生物體中有機污染物的來源辨識和污染物示蹤。
多溴聯苯醚(PBDEs)作為一種常用的阻燃劑被大量應用于紡織品、電子電器、電纜、建筑材料等，但PBDEs因為其持久性、生物富集性和生物毒性等特征被《斯德哥爾摩公約》列入持久性有機污染物名單。因此，環境介質和生物體中的PBDEs源解析研究至關重要。由于PBDEs的高疏水性和低揮發性，沉積物成為了PBDEs的主要儲存介質。PBDEs可以進行遠距離的遷移，也可能在沉積物中發生光化學和生物降解，由于不同源的化合物的同位素組成是特定的以及生物降解過程的同位素分餾效應的獨特性，因此有機化合物的CSIA分析在源分析和污染物降解過程的分析是一個很有效的方法。但由于PBDE單體中較低的碳含量，一般認為至少需要50ng PBDE單體才可以進行CSIA分析。因而，為了獲得足夠高的PBDE含量，實驗需要較大的樣品量，如此則毫無疑問會使得樣品基質變得十分復雜，需要處理較多的共溢雜質。為了獲得高純度的樣品，在CSIA分析之前，需要對樣品進行大量的純化處理過程。沉積物含有大量黑炭、腐殖酸等有機質，有機成分十分復雜，會干擾到同位素組成的分析。因此，建立一個可靠的純化方法對于準確進行的同位素組成分析十分重要。沉積物中PBDEs的δ13C值的檢測將有利于PBDEs在非生物和生物樣品中源和降解行為的分析，對于PBDEs的進一步環境污染研究具有重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的是建立沉積物中多溴聯苯醚的單體穩定碳同位素分析方法。
本發明的技術方案是提供了一種沉積物中多溴聯苯醚的單體穩定碳同位素分析方法，其特征在于：
步驟1、沉積物樣品先冷凍干燥，磨碎過200目篩；然后準備銅片用作在抽提過程中除去沉積物中的硫元素，具體步驟為將銅片清洗干凈后浸泡在10％鹽酸溶液一小時，取出浸泡后的銅片用超純水、丙酮、正己烷分別清洗干凈；
步驟2、將沉積物樣品置于索氏抽提紙筒中用正己烷/丙酮于60攝氏度下抽提48小時得到抽提液，同時將步驟1中清洗干凈的銅片添加在抽提燒瓶中用于除去樣品中的硫；
步驟3、抽提液用酸性和中性復合硅膠柱進行首次純化：上樣后使用25mL的正己烷/二氯甲烷的1:1的混合液進行洗脫，完成第一次純化；
步驟4、使用氧化鋁復合硅膠柱對樣品進行第二次純化：上樣后使用20mL的正己烷預淋洗除去部分有機物雜質，再使用10mL正己烷洗脫，得到含目標化合物的洗脫液；
步驟5、使用佛羅里硅土柱對樣品進行第三次純化：上樣后使用10mL的正己烷預淋洗除去部分有機物雜質，再使用20mL正己烷洗脫，得到含目標化合物的洗脫液；將流出組分用氣相色譜－質譜聯用儀(GC-MS)進行全掃驗證；
步驟6、完成多溴聯苯醚(PBDEs)的定量分析；
步驟7、完成多溴聯苯醚的單體穩定碳同位素分析。
本發明的有益效果在于：
(1)本發明選取沉積物作為環境污染物PBDEs的CSIA分析對象。沉積物不僅是環境污染物的匯集處，不同深度的沉積物也可以代表不同時間段的污染水平。因此，本發明對于環境污染物的時間和空間差異檢測與源解析的開展都有著重要意義；
(2)開發了一種較好的樣品處理方法，能夠有效除去大樣品量沉積物樣品中的硫元素雜質和一些有機物雜質，獲得基質干凈的樣品，有利于環境污染物的分析檢測；
(2)本發明制備得到的樣品能有效滿足CSIA分析所需的目標化合物PBDEs的含量要求，有利于通過CSIA技術來開展污染物的來源解析；
(3)本發明中的實驗方法對于其他環境樣品，如大氣顆粒物、土壤、污泥等的污染物監測和穩定碳同位素分析也有指導意義，本發明可以作為未來CSIA技術廣泛推廣應用于更多環境樣品的基礎和參考。
附圖說明
圖1是本發明的氣相色譜－質譜聯用儀(GC-MS)全掃譜圖。
其中：A、B、C是基質加標樣品；D是TBDE-71X；
具體實施方式
以下將結合附圖1對本發明的技術方案進行詳細說明。
該實施例給出了本發明的所述的沉積物中多溴聯苯醚的單體穩定碳同位素分析方法。該方法需要以下實驗試劑和材料。
實驗用試劑主要有：PBDEs工業品TBDE-71X，PBDEs標準品：BDEs 28，BDEs47，BDEs 85，BDEs 99，BDEs 100，BDEs 153，BDEs 154；、蒸餾水、丙酮、二氯甲烷、正己烷、濃硫酸、中性硅膠、無水硫酸鈉、弗羅里硅土。溶劑均為分析純(AR)，使用前經全玻璃系統二次蒸餾。
氧化鋁：100～200目，中國武漢化學試劑公司制造。經DCM抽提72h，期間換一次抽提液。通風柜晾干后250℃活化12小時，干燥器內冷卻到室溫，用3％(w/w)蒸餾水去活化后放置干燥器中平衡過夜，浸泡于正己烷中備用。
中性硅膠：80～100目，中國青島海洋化學廠制造。經DCM抽提72h，期間換一次抽提液。通風櫥晾干后，烘箱中180℃活化12h，冷卻至室溫加3％(w/w)蒸餾水去活化，放置干燥器中平衡后(至少12h)使用。不用時于正己烷中浸泡保存。
酸性硅膠：用上述中性硅膠，加入濃硫酸(AR)(56:44，w/w)混勻后，置干燥器內平衡過夜后加入正己烷使用。
弗羅里硅土：60～100目，購于美國西格瑪奧德里奇實驗室。于650℃灼燒12h，冷卻后置于烘箱中140℃保持6h，冷至室溫，加入重量3％(水：弗羅里硅土＝3:97，w/w)的蒸餾水去活化，平衡12h后于正己烷中密封保存。
無水硫酸鈉：于450℃下灼燒4h。
實驗制備了復合硅膠柱、氧化鋁硅膠柱和弗洛里硅土柱。復合硅膠柱，自下而上依次加入8cm中性硅膠和16cm酸性硅膠，最上層加2cm無水硫酸鈉。硅膠氧化鋁柱按同樣順序依次加入12cm中性硅膠和6cm氧化鋁以及2cm無水硫酸鈉。弗洛里硅土柱是由18cm的弗羅里硅土和2cm無水硫酸鈉填裝而成。
該實施例中，所述的沉積物中多溴聯苯醚的單體穩定碳同位素分析方法，具體包括以下步驟：
步驟1、沉積物樣品先冷凍干燥，磨碎過200目篩；然后準備銅片用作在抽提過程中除去沉積物中的硫元素，具體步驟為將銅片清洗干凈后浸泡在10％鹽酸溶液一小時，取出浸泡后的銅片用超純水、丙酮、正己烷分別清洗干凈；
步驟2、將沉積物樣品置于索氏抽提紙筒中用正己烷/丙酮于60℃下抽提48小時，同時將步驟1處理后的銅片添加在抽提燒瓶中用于除去樣品中的硫。
該實施例中，沉積物樣品選取90g，正己烷/丙酮的體積百分比為1:1。
為了更好地除去沉積物中的雜質，在開始抽提之前向紙筒里加入活化后的氧化鋁(12g)和弗羅里硅土(6g)，可以有效凈化提取液；
步驟3、抽提液用酸性和中性復合硅膠柱進行首次純化：上樣后，使用正己烷和二氯甲烷的的混合液進行洗脫。
具體地，在該實施中，使用25mL的正己烷/二氯甲烷的1:1的混合液進行洗脫，該步驟所得的提取液雜質較多，仍需要進一步凈化。
如圖1A所示，GC-MS在全掃模式下的分析發現樣品化合物存在嚴重的共溢干擾。樣品存在一個很大的未知化合物的駝峰。
步驟4、使用氧化鋁復合硅膠柱對樣品進行第二次純化：上樣后使用正己烷預淋洗除去部分有機物雜質，再使用正己烷洗脫，得到含目標化合物的洗脫液；
該步驟中的氧化鋁復合硅膠柱可以將本發明中的目標化合物和一些脂肪族類化合物雜質分開。具體地，在該實施例中，上樣后，先使用20mL的正己烷預淋洗除去一些有機物雜質，再使用10mL正己烷洗脫得到含目標化合物的洗脫液。同樣，如圖1B所示，氧化鋁硅膠柱凈化之后的樣品也用GC-MS在全掃模式下進行了分析。結果顯示，提取液仍會對PBDEs的分析檢測造成一定的干擾。另外，樣品基線仍然較高，不適合進行CSIA分析。
步驟5、使用佛羅里硅土柱對樣品進行第三次純化：上樣后使用正己烷預淋洗除去部分有機物雜質，再使用正己烷洗脫，得到含目標化合物的洗脫液；將流出組分用氣相色譜－質譜聯用儀(GC-MS)進行全掃驗證；
具體地，在該實施例中，上樣后，先使用10mL的正己烷預淋洗除去一些有機物雜質，再使用20mL正己烷洗脫得到含目標化合物的洗脫液。
如圖1C所示，峰的分辨率得到了改善，同時色譜圖的基線也顯著降低。
基質加標樣品處理后的GC-MS譜圖與如圖1D所示的五溴標樣的譜圖基本類似。
步驟6、進行PBDEs的定量分析，分析過程包括氣相色譜分離和質譜監測兩部分。
步驟6.1、氣相色譜分離：通過DB-5毛細管柱(60m×0.25mm i.d.×0.25μm)分離PBDEs，色譜的升溫程序如下：在70℃保留1.5min，再以30℃/min的速率升溫至230℃，隨后以4℃/min的速率升至270℃并保留1min，再以4℃/min的速率上升至280℃保留0.5min，最后以5℃/min的速率上升至310℃保留30min；
步驟6.2、質譜監測：電子轟擊(EI)離子源全掃描模式下進行分析(掃描時間間隔1s，質荷比范圍為50～800)。
步驟7、進行單體穩定碳同位素分析(CSIA)
步驟7.1、樣品以不分流的方式進樣，且進樣口溫度為290℃，氦氣作為載氣，載氣流速為1.5mL/min；采用氣相毛細管色譜柱分離目標化合物；
氣相毛細管色譜柱升溫程序為：在110℃停留1min，再以3℃/min的速度升溫至240℃并停留2min，然后以5℃/min的速度升溫至280℃并停留10min，然后以10℃/min的速度升溫至310℃并停留10min；整個分析過程，燃燒爐溫度為940℃；
PBDEs單體穩定碳同位素分析是在安捷倫6890GC與GV Isoprime IRMS通過燃燒接口聯用儀上進行的。
步驟7.2、單體穩定碳同位素的計算：CO2參考氣在每次樣品分析的過程的開始和結束都導入同位素質譜儀，由此來計算碳同位素比值。
樣品的碳同位素比值用δ表示：δ13C(‰)＝((R-樣品/R-標準品)－1)×1000，R-樣品和R-標準品分別是樣品和參考標準樣品箭石的13C/12C比值。
單體穩定碳同位素測定的注意事項：同位素比值質譜儀的穩定運行是進行穩定碳同位素分析的基礎。儀器的可靠性通過以下兩點來保證：(1)在樣品分析前檢測PBDEs標準品。通過每天進行一次的PBDEs標準品的碳同位素比值的檢測來確認整個同位素分析系統的穩定性。(2)每個樣品都平行進樣3次，在整個碳同位素分析過程中，PBDE單體的δ13C值偏差在0.5‰之內才認為數據可信。