全自動固相膜萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測定水樣中鄰苯二甲酸酯

沈 斐， 許燕娟， 任 敏

(1.江蘇省無錫環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇無錫 214121;2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇南京 210036；3.江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

鄰苯二甲酸酯(PAEs)又稱酞酸酯，一般為無色透明的油狀液體，主要用于塑料的改性添加劑。PAEs具有較強的內(nèi)分泌干擾性，對動物有致癌和致突變作用[1]，其進入人體后，與相應(yīng)的激素受體結(jié)合，干擾血液中的激素正常水平的維持，從而影響人的生殖、發(fā)育和行為，可導(dǎo)致分泌紊亂、生殖機能失常等，可產(chǎn)生跨代影響[2]。美國環(huán)境保護署早在1977年就將6種酞酸酯類列為優(yōu)先控制污染物，歐盟和我國也將其列入重點控制的有毒污染物名單。由于PAEs已成為全球性污染物，美國、歐盟和日本均相繼出臺了PAEs的檢測標(biāo)準(zhǔn)。我國在24個城市的飲用水環(huán)境中的PAEs調(diào)查中發(fā)現(xiàn)其含量在5.9～595.5 ng/L[3]。

PAEs類物質(zhì)的分析一般采用氣相色譜法[4]和液相色譜法[5,6]。近年來，隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，氣相色譜-質(zhì)譜和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)因其靈敏度高，抗干擾能力強被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境中PAEs的測定[7,8]。前處理則主要采用固相萃取[5,9]、液-液萃取[8]和固相微萃取[4]等方法。固相萃取法因其溶劑用量少、分離效果好、操作簡單等特點，被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境中有機污染物的分離富集。目前以市售固相萃取小柱最為常用，但是固相萃取小柱由于柱表面積小，上樣富集時間較長，適用于顆粒物含量較低的清潔水樣[10]，對于顆粒物較多的實際水體，往往發(fā)生堵塞，導(dǎo)致上樣困難，影響了樣品的富集及測定。固相萃取膜片因其表面積較大，富集倍數(shù)高、萃取速度快，不易堵塞、特別適用于顆粒物較多或較大體積水樣的快速萃取[11,12]。在萃取自來水中藥物殘留實驗中發(fā)現(xiàn)，由于固相萃取膜片具有更小的吸附顆粒，能夠使待測物與吸附材料充分接觸，更容易富集水中的有機污染物，具有更高的回收率和更短的分析時間[13]。目前在測定水中多環(huán)芳烴、有機氯農(nóng)藥和多溴聯(lián)苯醚等有機污染物分析方法中，固相萃取膜均取得了很好的萃取效果，且被應(yīng)用于國外標(biāo)準(zhǔn)方法[14]中。本文利用全自動固相膜萃取設(shè)備，通過固相萃取膜對環(huán)境水樣中PAEs類化合物富集方法進行研究，采用氣相色譜-質(zhì)譜法對其進行測定。該方法操作簡便，快速，適用于顆粒物較多或較大體積水樣中PAEs的快速萃取及測定。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

安捷倫7890-5977氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，載氣為高純氦氣(純度>99.99%)，DB-5 5%苯甲基聚硅氧烷彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)(美國，安捷倫公司)；全自動固相萃取系統(tǒng)(美國，Horizon Technology公司)；Empore?C18固相萃取膜片(美國，3M公司)；Atlantic?C18固相萃取膜片，Atlantic?HLB固相萃取膜片(美國，Horizon公司)。硅酸鎂凈化小柱(1 g/6mL)(德國，CNW公司)。

鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、鄰苯二甲酸2-乙基己基酯(DEHP)和鄰苯二甲酸二正辛酯(DnOP)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(2 000 mg/L)，氘代鄰苯二甲酸二丁酯(DBP-D4)、氘代鄰苯二甲酸2-乙基己基酯(DEHP-D4)和氘代鄰苯二甲酸二正戊酯(DPP-D4)溶液(1 000 mg/L)(美國AccuStandard公司)。甲醇、二氯甲烷和乙腈均為農(nóng)殘級(德國CNW公司)。H2SO4為優(yōu)級純。實驗用水為蒸餾水。

1.2 實驗方法

1.2.1 玻璃器皿處理[9]將干凈的玻璃器皿用鉻酸洗液清洗并沖洗干凈，于150 ℃烘干后，再用農(nóng)殘級的正己烷蕩洗2遍，最后將玻璃器皿放入馬弗爐中于400 ℃下烘烤2 h，待冷卻到室溫后使用。

1.2.2 空白水樣采用分液漏斗中加入500 mL水和100 mL正己烷，振搖10 min后靜置，制備空白水樣。

1.2.3 樣品前處理準(zhǔn)確吸取水樣250 mL，加入2 mL甲醇，如需用替代物指示全程樣品回收率，則可在甲醇中加入適量替代物(DPP-D4)使用液，用H2SO4(1∶1)將水樣pH值調(diào)到2～4左右，混勻待測。

1.2.4 全自動固相萃取系統(tǒng)設(shè)置先用5 mL二氯甲烷清洗固相萃取膜，再用5 mL甲醇預(yù)淋固相萃取膜并浸泡1 min，5 mL水沖洗萃取膜，以70 mL/min的流速對水樣進行富集。上樣完成用5 mL乙腈沖洗上樣瓶后，以40 mL/min的流速洗脫固相萃取膜，再用二氯甲烷重復(fù)上述操作2次，溶液收集于接收管中。

1.2.5 干燥濃縮將萃取液過無水Na2SO4或除水膜干燥，用10 mL二氯甲烷分2次洗滌接收管及無水Na2SO4，合并洗脫液。旋蒸濃縮后，加入適量內(nèi)標(biāo)使用液，定容至5.0 mL，混勻后轉(zhuǎn)移至樣品瓶中，待測。如需凈化，將萃取液濃縮定容至1.0 mL。

1.2.6 凈化如基質(zhì)干擾嚴重，可使用硅酸鎂凈化小柱對萃取液進行凈化：用10 mL正己烷沖洗柱床，柱內(nèi)充滿正己烷后關(guān)閉流速控制閥，浸潤萃取柱5 min，棄去流出液。保持液面稍高于柱床，將濃縮液轉(zhuǎn)移至柱內(nèi)，打開控制閥，使?jié)饪s液以2 mL/min速度流過凈化柱，用1 mL正己烷洗滌樣品瓶2次，并轉(zhuǎn)移至柱內(nèi)。用10 mL乙醚-正己烷混合溶液(2∶8，V/V)洗脫，接收洗脫液，濃縮后加入適量內(nèi)標(biāo)使用液，用正己烷定容至5.0 mL，待測。

1.2.7 分析條件色譜條件：柱溫70 ℃保持3 min，以13 ℃/min升至280 ℃，保持10 min。進樣口溫度：280 ℃，不分流進樣，進樣體積1 μL。載氣流速：1 mL/min。選擇離子檢測，各化合物保留時間和檢測質(zhì)量數(shù)如表1所示。

表1 鄰苯二甲酸酯質(zhì)譜碎片

2 結(jié)果與討論

2.1 水樣pH值選擇

圖1 鄰苯二甲酸酯標(biāo)準(zhǔn)的色譜圖Fig.1 Chromatograms of PAEs standards

先前研究發(fā)現(xiàn)固相萃取對PAEs的吸附性能隨著樣品溶液pH值升高而降低[15]。本實驗室在用C18固相萃取小柱萃取中性水樣時，同樣發(fā)現(xiàn)DEHP和DnOP萃取回收率偏低[9]。這可能與鄰苯二甲酸酯的pKa值密切相關(guān)[16]，酸性條件下鄰苯二甲酸酯更易形成分子狀態(tài)的疏水性分子，其強度足以達到被C18鍵合相從水相中完全吸附，中性條件下則更傾向于親水性的離子狀態(tài)。通過H2SO4(1∶1，V/V)調(diào)節(jié)水樣的pH值，改變了PAEs在水相的存在形態(tài)和疏水性，使其更易被C18固定相吸附。

2.2 固相萃取膜片選擇

HLB具有良好的水浸潤性和化學(xué)穩(wěn)定性，對各類極性、非極性化合物具有均衡的吸附作用，其吸附能力和樣品容量遠高于C18鍵合相。但是HLB固相萃取膜片對水中DBP、BBP和DEHP富集效果并不理想，見表2。C18鍵合相的固相萃取膜則沒有類似問題，且不同品牌的C18鍵合相萃取膜片，加標(biāo)回收率及精密度無太大差別，適用于水環(huán)境中PAEs類物質(zhì)的提取。

表2 C18和HLB固相萃膜片加標(biāo)回收率對比(n=6)

2.3 洗脫溶劑選擇

大多數(shù)固相萃取法萃取水環(huán)境中PAEs方法時所用洗脫溶劑為二氯甲烷。選擇二氯甲烷作為洗脫溶劑時，固相萃取膜片萃取完成后，需要使用抽真空或氮氣進行膜片干燥除水后才能以二氯甲烷溶劑洗脫。但是在干燥過程中，發(fā)現(xiàn)DMP有大量損失，導(dǎo)致回收率降低。由于Atlantic?C18固相萃取膜片厚度要遠大于Empore?C18，干燥時間更長，導(dǎo)致Atlantic?C18固相萃取膜片加標(biāo)回收率要低于Empore?C18品牌的固相萃取膜片，見表3。鑒于此，先采用乙腈洗脫，將膜片上殘留水分洗脫，再采用二氯甲烷洗脫目標(biāo)物，洗脫液合并混勻后，再使用無水NaSO4除水，很好解決了固相萃取膜片除水的問題。

表3 二氯甲烷洗脫溶劑對回收率的影響

2.4 空白控制

由于PAEs類化合物在環(huán)境中普遍存在，應(yīng)當(dāng)確認是否有干擾物質(zhì)存在器皿和試劑空白的干擾。同時萃取液濃縮過程、氣相色譜儀的隔墊、襯管和自動進樣器注射針不可避免地會受到污染，導(dǎo)致空白值中DBP和DEHP基本會或多或少檢出[9]。采用水經(jīng)正己烷萃取后制備空白水樣；玻璃器皿使用前均經(jīng)過甲醇或二氯甲烷蕩洗；全自動固相萃取系統(tǒng)避免使用含增塑劑管線；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進樣前使用溶劑空白連續(xù)進樣5次以上。通過上述措施DBP和DEHP微量檢出，空白值分別穩(wěn)定在0.27 μg/L和0.53 μg/L左右。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線

以目標(biāo)化合物質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)化合物定量離子響應(yīng)值的比值和內(nèi)標(biāo)化合物質(zhì)量濃度的乘積為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。本實驗PAEs類校準(zhǔn)曲線平均響應(yīng)因子和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果見表4。

表4 平均響應(yīng)因子和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.6 方法檢出限

于250 mL空白水中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，分析7個該加標(biāo)樣品,計算標(biāo)準(zhǔn)偏差s,由方法檢出限(MDL)=s×tn-1(0.95)，求得DMP、DEP、DPP-D4、BBP、DnOP的方法檢出限，見表5。由于DBP和DEHP微量檢出，則采用測定空白水樣的值計算。

表5 方法檢出限和定量限

2.7 精密度和回收率

用該方法進行低、中、高三種濃度空白水樣加標(biāo)的精密度和回收率實驗，精密度和回收率結(jié)果良好，實驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 方法精密度和回收率(n=6)

2.8 實際樣品測試

用該方法測定了江蘇無錫地表水、生活污水和工業(yè)廢水。地表水樣品為太湖水，生活污水樣品為無錫某生活污水處理廠出水，工業(yè)廢水為無錫市某企業(yè)塑料粒子合成工業(yè)廢水。其中生活污水和工業(yè)廢水中PAEs有檢出，結(jié)果見表7，實際樣品加標(biāo)回收率在73.0%～132%之間。結(jié)果顯示，實際水體中PAEs測定結(jié)果比較理想，適用于地表水、生活污水和工業(yè)廢水中PAEs的測定。

表7 實際水體鄰苯二甲酸酯測定結(jié)果(n=2)

3 結(jié)論

本文采用固相萃取膜萃取技術(shù)，以乙腈和二氯甲烷為洗脫溶劑，氣相色譜-質(zhì)譜法測定水環(huán)境中6種鄰苯二甲酸酯。通過調(diào)節(jié)萃取水樣的pH值，固相萃取膜片選擇，空白控制，洗脫溶劑選擇等方式對方法進行了優(yōu)化。對固相萃取水中鄰苯二甲酸酯所遇到的常見問題，并提出了解決方案。結(jié)果表明，該方法操作簡便、上樣速度快、回收率高，為水中鄰苯二甲酸酯測定標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施奠定了基礎(chǔ)。