氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中16種鄰苯二甲酸酯和2種鄰苯二甲酸酯單酯代謝物

王曉燕,郇志博

(1.昌吉學院,昌吉 831100; 2.中國熱帶農業科學院 分析測試中心,?？?571101;3.海南省熱帶果蔬產品質量安全重點實驗室,海口 571101)

鄰苯二甲酸酯(PAEs)是一類重要的化工產品,在塑料、建材、農藥、肥料等行業廣泛應用,近年來許多研究表明某些PAEs具有內分泌干擾、致癌、致畸、致突變的作用[1-3]。美國、中國和歐盟等已經將有些PAEs列為環境優先控制污染物,例如美國環保署(EPA)將鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸丁基芐基酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯和鄰苯二甲酸二辛酯等6種PAEs列為環境優先控制污染物[4],我國也把其中的3種PAEs(鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二辛酯)列為環境優先控制污染物[5]。

隨著農業現代化進程的發展,農膜、化肥和農藥等農業投入品的使用量逐年上升,伴隨而來的是我國農業土壤不同程度地受到了PAEs的污染。文獻[6]測定了北京、上海、沈陽、蘭州等地農業土壤中PAEs的殘留狀況。結果顯示:鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯等4 種PAEs 的質量分數為0.89～10.03 mg·kg-1。文獻[7]表明廣東農業土壤中PAEs的質量分數在25.99 mg·kg-1以內。文獻[8-9]表明:PAEs的代謝物具有與母體同樣的毒性作用,例如鄰苯二甲酸二丁酯的代謝物鄰苯二甲酸單丁酯和鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯的代謝物鄰苯二甲酸乙基己酯被認為是造成各自母體毒性的主要原因。

隨著針對土壤中PAEs污染研究的增多,許多測定土壤中PAEs含量的分析方法被開發出來。文獻[10]采用快速溶劑萃取-氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中15 種PAEs;文獻[11]采用QuEChERS方法聯合氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中18 種PAEs;文獻[12]采用氣相色譜-串聯質譜法測定土壤和沉積物中鄰苯二甲酸酯單酯代謝物(MPEs)。但是這些方法皆存在檢出限較高、前處理耗時較長的問題,不能滿足痕量和批量測定的要求。

本工作采用氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二(2-甲氧基)乙酯(DMEP)、鄰苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯(BMPP)、鄰苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯(DEEP)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP)、鄰苯二甲酸二己酯(DHXP)、鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP)、鄰苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯(DBEP)、鄰苯二甲酸二環己酯(DCHP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二苯酯(DPHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、鄰苯二甲酸二壬酯(DNP)等16種PAEs和2種MPEs[鄰苯二甲酸單丁酯(MBP)、鄰苯二甲酸乙基己酯(MEHP)]的含量。本方法前處理簡單且檢出限較低,適用于16種鄰苯二甲酸酯和2種鄰苯二甲酸酯單酯代謝物的測定。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890B-7000C 型氣相色譜-質譜聯用儀,配7693自動進樣器;Milli-Q 型超純水器;PSA/Silica復合填料玻璃柱(1 000 mg/6 mL)。

16種PAEs和2 種MPEs的標準儲備溶液:10.00 mg·L-1,分別將16種PAEs和2 種MPEs的標準品用正己烷溶解稀釋而成,置于4 ℃冰箱保存,使用期限為6個月。

16種PAEs和2種MPEs標準品的純度均大于95%;丙酮、正己烷、乙腈、二氯甲烷、甲醇均為色譜純;無水硫酸鈉和氯化鈉均為分析純。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 DB-5MS 石英毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為高純氦氣(純度大于99.999%),流量1.0 mL·min-1;進樣方式為不分流進樣,進樣量為1.0μL;16種PAEs和2種MPEs的進樣口溫度依次為260,270 ℃。16 種PAEs的柱升溫程序:初始溫度為60 ℃,保持1 min;以20 ℃·min-1速率升溫至220 ℃;再以5 ℃·min-1速率升溫至290 ℃,保持2 min。2種MPEs的柱升溫程序:初始溫度60 ℃,保持1 min;以20 ℃·min-1速率升溫至220 ℃;再以5 ℃·min-1速率升溫至240 ℃;再以25 ℃·min-1速率升溫至290 ℃,保持1 min。

2)質譜條件 電子轟擊離子源(EI),電離電壓70 eV;離子源溫度230℃,傳輸線溫度280℃;采集方式為選擇離子監測(SIM)模式。其余質譜參數見表1。

表1 質譜參數Tab.1 MS parameters

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的制備

將土壤樣品(土壤類型為磚紅壤)自然風干,去除石塊和植物根莖后,磨碎過60目(0.3 mm)篩,放在玻璃容器中于-20 ℃保存待用。

1.3.2 樣品的提取和凈化

稱取10.0 g 經上述處理后的土壤樣品于100 mL錐形瓶中,加入30 mL 丙酮與正己烷以體積比1∶2組成的混合液,然后以180 r·min-1轉速振蕩提取20 min,靜置10 min。將上清液過濾至100 mL圓底燒瓶中,然后于40℃旋蒸近干,再加入5.0 mL乙腈復溶,待凈化。

凈化過程需要過PSA/Silica復合填料玻璃柱。首先將凈化小柱依次用5.0 mL 二氯甲烷、5.0 mL乙腈活化,然后取1.0 mL 待凈化液加入凈化小柱,待液面近填料層時,立即加入5.0 mL 乙腈洗脫,并用圓底燒瓶收集洗脫液,然后再次將洗脫液旋蒸近干,加入2.0 mL 正己烷,按儀器工作條件進行測定。

測定MPEs 時,將洗脫液旋蒸近干后,加入1 mL質量分數為14%的三氟化硼-甲醇溶液,然后置于60 ℃水浴鍋中衍生30 min,冷卻后加入2.0 mL正己烷和2.0 mL 飽和氯化鈉溶液,渦旋后靜置分層,取正己烷層按儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

圖1 16種PAEs和2種MPEs的總離子流色譜圖Fig.1 TIC chromatograms of 16 PAEs and 2 MPEs

按儀器工作條件對16種PAEs的混合標準溶液和2 種MPEs的混合標準溶液進行測定,16 種PAEs和2種MPEs的總離子流色譜圖見圖1。

2.2 污染風險

PAEs分析的主要問題是存在污染風險,因為PAEs普遍存在,可能存在于水、有機溶劑、空氣、玻璃容器和用于分析的塑料材料中。為防止容器、試劑的干擾,整個前處理過程宜使用玻璃容器,所用有機試劑首選為色譜純,玻璃容器依次用水、丙酮、正己烷、二氯甲烷清洗,于200 ℃烘10 h以上,實驗室避免使用任何塑料容器。

2.3 基質效應

考慮到基質中物質對質譜信號的影響,試驗進行了基質效應評價?；|效應(%)為土壤基質標準曲線的斜率(k基質)除以溶劑標準曲線的斜率(k溶劑)再乘以100%。計算得到基質效應為93.5%～109%,因此本方法中土壤基質對16 種PAEs和2種MPEs的基質效應是可容忍的。

2.4 標準曲線和檢出限

分別移取10.00 mg·L-1的16種PAEs和2種MPEs的標準儲備溶液適量,用正己烷逐步稀釋得到0.02,0.05,0.40,0.60,0.80 mg·L-1的16 種PAEs的混合標準溶液系列以及0.05,0.20,0.40,0.60,1.00 mg·L-1的2種MPEs的混合標準溶液系列。按儀器工作條件對上述16種PAEs的混合標準溶液系列和2種MPEs的混合標準溶液系列進行測定,以16種PAEs和2種MPEs的質量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。16種PAEs和2種MPEs的線性范圍、線性回歸方程和相關系數見表2。

根據3倍信噪比計算方法的檢出限(3S/N),結果見表2。

表2 線性范圍、線性回歸方程、相關系數和檢出限Tab.2 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients and detection limits

表2 (續)

2.5 精密度和回收試驗

按試驗方法對空白土壤樣品進行加標回收試驗。16種PAEs分別設置低濃度水平(0.07 mg·kg-1)、中濃度水平(0.30 mg·kg-1)和高濃度水平(0.80 mg·kg-1)等3個加標濃度水平并分別進行5次平行測定;2 種MPEs 分別設置低濃度水平(0.04 mg·kg-1)、中濃度水平(0.30 mg·kg-1)和高濃度水平(0.60 mg·kg-1)等3個加標濃度水平并分別進行5次平行測定。計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表3。

表3 精密度和回收試驗結果(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝5)%

由表3可知:回收率為71.1%～105%,RSD 為0.10%～14%。這符合國家標準GB/T 32465-2015《化學分析方法驗證確認和內部質量控制要求》的要求。

雖然目前已有針對土壤中PAEs測定的方法報道,但與本方法相比仍存在不足。文獻[10]建立的方法,需要特殊的萃取儀進行萃取而且檢出限(20～40μg·kg-1)較高;文獻[11]建立的方法,雖然前處理簡單,但是方法的檢出限(25～50μg·kg-1)較高;文獻[13]建立的方法,雖然檢出限(0.01～0.32μg·kg-1)較低,但是前處理耗時較長,僅提取過程就大于2 h。目前關于土壤中MPEs測定方法的文獻較少,文獻[12]建立的方法,需要使用15 mL的有機溶劑超聲提取15 min,而且要重復提取3次。本工作建立了氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中16種PAEs和2種MPEs的分析方法,檢出限較低,前處理耗時較短,不需要特殊的儀器設備,并且基質效應較弱,能夠滿足土壤樣品批量分析的要求。