蔬菜中鄰苯二甲酸酯類污染物檢測綜合實驗設(shè)計

呂海濤, 綦敬帥, 由秋瑩, 史衍璽

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院, 山東 青島 266109;2. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 山東 青島 266109)

蔬菜中鄰苯二甲酸酯類污染物檢測綜合實驗設(shè)計

呂海濤1, 綦敬帥1, 由秋瑩1, 史衍璽2

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院, 山東 青島 266109;2. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 山東 青島 266109)

采用固相萃取-氣相色譜法同時測定蔬菜中6種鄰苯二甲酸酯類(PAEs)增塑劑含量。通過超聲萃取對蔬菜中鄰苯二甲酸酯類污染物進(jìn)行提取,使用含F(xiàn)lorisil硅土填料的自制固相萃取柱對其進(jìn)行富集凈化,利用氣相色譜進(jìn)行分離測定。在1.0～50.0 mg/L范圍內(nèi)方法具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均大于0.999,檢測限0.03～0.06 mg/kg,回收率在92.7%～111.4%之間,平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.08%～8.62%。該實驗簡單易行,涵蓋知識點多,有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識進(jìn)行科學(xué)研究的能力,可以作為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的綜合性實驗項目。

蔬菜; 綜合性實驗; 固相萃取; 氣相色譜; 鄰苯二甲酸酯

根據(jù)麥可思數(shù)據(jù)有限公司對青島農(nóng)業(yè)大學(xué)社會需求與培養(yǎng)質(zhì)量年度報告顯示,青島農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生中從事分析檢測方面的工作的比例很高。學(xué)生在校期間通過對分析化學(xué)理論和實驗課程的學(xué)習(xí),具備了一定的理論知識和實驗技能,但對實際樣品的綜合分析能力相對比較薄弱。為此,我們在應(yīng)用化學(xué)綜合實驗課程中開設(shè)分析檢測方面的綜合性實驗,為學(xué)生將來的學(xué)習(xí)和工作儲備一定的實驗技能。

鄰苯二甲酸酯(PAEs)被廣泛應(yīng)用于提高塑料、橡膠等制品的柔韌性，降低加工溫度及加工難度[1],其應(yīng)用涉及農(nóng)業(yè)地膜、棚膜、食品包裝[2]、紡織品[3-4]、化妝品[5-6]、塑料玩具等各類材料。研究表明，鄰苯二甲酸酯類化合物對生物體內(nèi)分泌以及雄性的生殖系統(tǒng)有影響,還具有致癌、致畸、致突變作用[7-9]。因此，許多國家出臺相關(guān)政策限制和規(guī)范其應(yīng)用,如歐盟2009/48/EC指令、《美國消費(fèi)品安全加強(qiáng)法》等。我國也將鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二甲酯和鄰苯二甲酸二辛酯3種增塑劑確定為環(huán)境優(yōu)先控制污染物。在蔬菜種植過程中所使用的地膜、棚膜、灌溉用水、土壤等都存在鄰苯二甲酸酯類化合物增塑劑,由于其有遷移溶出特性,會有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)移到蔬菜中,并隨著蔬菜的生長不斷富集累積[10]。常用的氣相色譜法[11]、液相色譜法[12]、氣質(zhì)聯(lián)用[13]、液質(zhì)聯(lián)用[14]等檢測增塑劑含量的方法,因?qū)嶒灄l件或設(shè)備的要求特殊，因而很難用于一般的實驗教學(xué)。本文集鄰苯二甲酸酯類增塑劑的提取、固相萃取富集凈化、常規(guī)氣相色譜分離測定于一體,測定蔬菜中六種鄰苯二甲酸脂類增塑劑。該方法簡單高效、穩(wěn)定可靠,既可滿足對蔬菜鄰苯二甲酸酯類化合物的檢測,也可用于學(xué)生的綜合實驗設(shè)計。

1 實驗試劑與儀器

試劑:丙酮、乙酸乙酯、正己烷、乙醚、乙腈均為分析純,直接使用;鄰苯二甲酸二甲酯(99.5%,DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(99.5%,DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(99.5%,DBP)、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯(98%,BBP)、鄰苯二甲酸二(2—乙基己)酯(99%,DEHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(99%,DnOP)均購于德國Dr.Ehrenstorfer公司。

儀器:島津GC—2014C色譜儀,RE—52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,RQ—700DV超聲波萃取儀,AR2140電子分析天平。

2 實驗方法

(1) 標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制:準(zhǔn)確稱取6種鄰苯二甲酸酯增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品各0.1 g,溶于乙酸乙酯,定容至100 mL,配制成1 g/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液,置于冰箱4 ℃避光保存。

(2) 制備固相萃取小柱:在萃取小柱中加入1 cm厚度的無水硫酸鈉,再加入4 g的Florisil硅土,再在其上加入1 cm厚度的無水硫酸鈉。

(3) 樣品前處理:蔬菜樣品先用粉碎機(jī)破碎均勻；取10 g蔬菜樣品于50 mL梨形瓶中,加入15 mL丙酮,超聲振蕩15 min；抽濾,將濾液移入250 mL圓底燒瓶中；濾渣用15 mL丙酮再提取一遍,合并濾液；濾液通過常溫旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去丙酮,再加入20 mL正己烷,利用分液漏斗分液,將上層溶液移入100 mL圓底燒瓶中,旋蒸蒸干；加入3 mL正己烷將樣品復(fù)溶,移入固相萃取小柱中,流速2 mL/min。使用25 mL丙酮/正己烷(體積比為4∶1)進(jìn)行洗脫,流速為2 mL/min,洗脫液收集于50 mL梨形瓶中,旋蒸干,溶于1 mL 乙酸乙酯,進(jìn)行氣相色譜檢測。

(4) 氣相色譜條件:色譜柱:HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；檢測器:氫火焰離子化檢測器,進(jìn)樣口溫度300 ℃,不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量1 μL,檢測器溫度300 ℃。升溫程序:起始溫度60 ℃,保持1 min；然后以20 ℃/min的速率升至210 ℃,保持2 min；最后以10 ℃/min的速率升至300 ℃,保持2 min。

3 結(jié)果與討論

3.1 PAEs類增塑劑的分離

對6種鄰苯二甲酸酯(PAEs)類化合物進(jìn)行了分離,圖1為混合標(biāo)準(zhǔn)溶液以及實際樣品的氣相色譜圖。由圖可知，6種鄰苯二甲酸酯類增塑劑的峰形以及分離效果良好,所選色譜條件能夠滿足當(dāng)前樣品前處理過后對樣品分析的要求。

圖1 PAEs類增塑劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及樣品的氣相色譜圖

3.2 方法的線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)及檢出限

配制1～50 mg/L濃度梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用來繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,平行進(jìn)樣5次,以平均值做線性回歸分析，結(jié)果見表1。從表1可以看出,在線性范圍內(nèi),6種增塑劑均有著良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)大于0.999,檢出限在0.03～0.06 mg/kg之間。

表1 6種PAEs類增塑劑的保留時間、線性方程、 相關(guān)系數(shù)及檢出限

3.3 提取試劑的選擇

選擇超聲萃取法對蔬菜樣品進(jìn)行萃取,比較了丙酮、正己烷、乙醚和乙腈4種提取試劑對蔬菜樣品中增塑劑的提取能力的影響,加標(biāo)量為20 μg,實驗平行測定3次,結(jié)果見表2。因為蔬菜中水分以及其他極性物質(zhì)含量較高,正己烷和乙醚對蔬菜樣品的溶解分散能力較差,對回收率影響較大。考察回收率結(jié)果,最終選擇丙酮作為超聲萃取的提取試劑。

表2 不同提取試劑對樣品中PAEs類增塑劑 提取回收率的影響 %

“—”:表示樣品中檢測不到該種鄰苯二甲酸酯類化合物

3.4 固相萃取小柱填料的選擇

探討固相萃取使用不同填料(硅膠、弗羅里硅土、中性氧化鋁)對回收率的影響,加標(biāo)量為20 μg,平行測定3次,回收率見表3。當(dāng)填料選擇弗羅里硅土?xí)r,DMP、DEP、DBP、DEHP、DnOP的回收率均高于其余兩種填料,BBP的回收率在可接受的范圍內(nèi),因此選擇以弗羅里硅土作為固相萃取填料。

表3 不同固相萃取小柱填料對樣品中PAEs 類增塑劑回收率的影響 %

3.5 洗脫劑比例的選擇

實驗采用丙酮/正己烷作為提取試劑,對丙酮/正己烷的體積比分別嘗試了4種比例(1∶1,1∶4,2∶3,4∶1),加標(biāo)量為20 μg,平行測定3次,回收率見表4。由實驗結(jié)果可知,當(dāng)洗脫劑比例為4∶1時,實驗得到的DMP、DBP、DEHP的回收率均為最高,而DEP和DnOP的回收率也在可接受范圍內(nèi),因此最終選擇洗脫劑比例為4∶1。

表4 不同洗脫劑比例對樣品中PAEs類增塑劑 回收率的影響 %

3.6 洗脫劑用量的選擇

比較了5種洗脫劑的用量(19、22、25、28、31 mL)對蔬菜中增塑劑提取效果的影響,加標(biāo)量為20 μg,平行測定3次,回收率見表5。洗脫劑用量為25 mL時,所得到的結(jié)果皆較為理想。

表5 不同洗脫劑用量對樣品中PAEs 類增塑劑回收率的影響 %

3.7 加標(biāo)回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

選取3種濃度對樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率分析,同時對加標(biāo)蔬菜樣品進(jìn)行6次測定并計算RSD值,結(jié)果見表6。所得6種增塑劑的回收率在92.7%～111.4%之間,平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.08%～8.62%之間,符合本實驗的實驗要求。

表6 加標(biāo)回收率、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分析結(jié)果

“—”:表示樣品中檢測不到該種鄰苯二甲酸酯類化合物

3.8 蔬菜樣品的分析

蔬菜購買于本地蔬菜市場。依照上述實驗步驟進(jìn)行分析,分析結(jié)果見表7,4種蔬菜中都檢測出DEHP,而黃瓜樣品中所檢測的增塑劑種類最多。2008年中國衛(wèi)生部出臺了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定DEHP、DBP的特定遷移量需分別低于1.5 mg/kg和0.3 mg/kg。可見在測定結(jié)果中部分蔬菜的某些增塑劑含量已經(jīng)超過了特定限量。這說明需要將食品中的鄰苯二甲酸酯類塑化劑進(jìn)行重點監(jiān)測與控制。

表7 實際蔬菜樣品分析 mg/kg

“—”:表示樣品中檢測不到該種鄰苯二甲酸酯類化合物

4 結(jié)論

(1) 本文研究了固相萃取-氣相色譜法同時測定蔬菜中的6種鄰苯二甲酸酯類化合物的方法。采用超聲萃取法提取,采用固相萃取進(jìn)行凈化富集,使用常規(guī)的氣相色譜進(jìn)行分離測定,涵蓋知識點多,有利于學(xué)生分析化學(xué)綜合能力的培養(yǎng)。

(2) 具有一定的創(chuàng)新性,實驗過程中學(xué)生分組進(jìn)行實驗,方案自主設(shè)計,可以選定提取試劑、選擇固相萃取小柱填料、選擇洗脫劑比例、選擇洗脫劑用量等影響因素加以研究,鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力、協(xié)作能力和多方位思維能力。

(3) 該實驗方案設(shè)計合理,設(shè)備簡單,操作容易,增加了學(xué)生的感性認(rèn)識和環(huán)保意識,在激發(fā)學(xué)生對分析檢測興趣的同時,能夠有效幫助學(xué)生鞏固相關(guān)課程的基礎(chǔ)知識。

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Comprehensive experimental design based on determination of phthalate plasticizers in vegetables

Lü Haitao1, Qi Jingshuai1, You Qiuying1, Shi Yanxi2

(1. College of Chemistry and Pharmaceutical Sciences,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China;2. College of Resource and Environment,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)

A method is established for the determination of 6 phthalate plasticizers in vegetables by solid phase extraction-gas chromatography.Samples are extracted by solid phase extraction with Florisil as packing,and the extraction conditions are optimized by four factors.The results show that the linear correlation coefficients are over 0.999 in the range of 1.0-50.0 mg/L,the recoveries are 92.7%-111.4%,the relative standard deviations are 2.08%-8.62%,and the detection limits are 0.03-0.06 mg/kg. The designing experiment with simple route includes a lot of knowledge and is beneficial to develop students’ ability on using knowledge and carrying out scientific research flexibly,thus it can be applied as a comprehensive experiment of the experimental courses of the students majored in applied chemistry.

vegetables; comprehensive experiment; solid phase extraction; gas chromatography; phthalates

2014- 10- 30 修改日期：2014- 12- 05

山東省“黃藍(lán)兩區(qū)”建設(shè)專項資金項目(2011-黃-19);山東省高等學(xué)校精品課程項目“分析化學(xué)”(2012BK142);山東省高等學(xué)校精品課程項目“儀器分析”(2012BK142);國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201410435048)

呂海濤(1968—),男,山東煙臺,博士,教授,主要從事儀器分析方面的研究.

X132;G642.423

A

1002-4956(2015)6- 0029- 04