水環(huán)境中EDC與POPs檢測技術(shù)進(jìn)展與要點(diǎn)分析

雷 萍，朱 佳

（1. 深圳市水質(zhì)檢測中心，廣東 深圳 518055； 2. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑與環(huán)境工程學(xué)院， 廣東 深圳 518055）

分析測試

水環(huán)境中EDC與POPs檢測技術(shù)進(jìn)展與要點(diǎn)分析

雷 萍1，朱 佳2*

（1. 深圳市水質(zhì)檢測中心，廣東 深圳 518055； 2. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑與環(huán)境工程學(xué)院， 廣東 深圳 518055）

介紹了水環(huán)境中環(huán)境激素和持久性有機(jī)物的檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和檢測中運(yùn)用的重要技術(shù)手段， 包括高分辯氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用或多重質(zhì)譜（HSGC/MS/MS）、柱后衍生、大體積富集濃縮、固相萃取、凈化柱等，并對他們的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析，以利環(huán)境研究工作者參考和借鑒。

環(huán)境激素；持久性有機(jī)物；高分辨GC/MS/MS；柱后衍生

環(huán)境激素（Endocrine disrupting chemicals，又稱內(nèi)分泌干擾物，簡稱EDCs）是一些由于人類生產(chǎn)和生活而釋放到環(huán)境中的有害化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)在人體和動物體內(nèi)發(fā)揮著類似于雌性激素的作用，通常稱為“外因性內(nèi)分泌干擾物質(zhì)”，干擾體內(nèi)正常分泌激素的作用，包括雙酚A、多氯聯(lián)苯工業(yè)合成物質(zhì)、鄰苯二甲酸脂類、乙草胺、阿特拉津等農(nóng)藥物質(zhì)[1]。持久性有機(jī)污染物（Persistent organic pollutant，POPs)。對于自然環(huán)境下的生物代謝、光降解、化學(xué)分解等具有很強(qiáng)的抵抗能力，可以在水體、土壤和底泥等環(huán)境介質(zhì)中存留數(shù)年甚至數(shù)十年或更長時間。2001年5月UNEP通過的《斯德哥爾摩公約》規(guī)定需要采取國際行動的首批12種（類）PoPs，包括艾氏劑等有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯等工業(yè)化學(xué)品和二噁英等副產(chǎn)物[2]。

EDC和POPs對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成的不良影響，危害人類的生殖能力，誘發(fā)腫瘤、影響人類神經(jīng)系統(tǒng)，成為繼溫室效應(yīng)、臭氧層破壞之后的第三大環(huán)境問題，引起全球廣泛關(guān)注，其分析檢測技術(shù)和方法的相關(guān)研究也得到廣泛關(guān)注。

EDC和POPs多有交叉，多數(shù)環(huán)境激素屬于持久性有機(jī)污染物，而持久性有機(jī)物幾乎都直接或間接地具有環(huán)境激素作用。我國從2004年開始開展水環(huán)境中持久性有機(jī)物和環(huán)境激素的檢測，目前已有多個研究機(jī)構(gòu)發(fā)展了EDC和Pops的分析能力，并應(yīng)用于水環(huán)境污染與評價研究；國外對該類有機(jī)污染物的檢測更是超過30年，如對水環(huán)境中多氯聯(lián)苯（PCBs），多氯代烷烴（PCAS），多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）等的轉(zhuǎn)化和遷徙均進(jìn)行了大量的研究工作[3]。

當(dāng)前水環(huán)境中持久性有機(jī)物和環(huán)境激素的檢測技術(shù)仍隨著檢測新技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)與提高。本文一方面介紹水環(huán)境中環(huán)境激素和持久性有機(jī)物的檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，另一方面對檢測技術(shù)中運(yùn)用的重要技術(shù)特點(diǎn)，包括高分辯氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用或多重質(zhì)譜（HSGC/MS/MS）、柱后衍生、大體積富集濃縮等技術(shù)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，以利廣大環(huán)境研究工作者參考和借鑒。

1 儀器分析技術(shù)

1.1 色譜與質(zhì)譜分析

在水環(huán)境中，EDC和POPs具有分布廣泛、殘留濃度低的特點(diǎn)，因此，對水環(huán)境中的POPs進(jìn)行分析時，要求分析手段必須具有靈敏、準(zhǔn)確、快速和自動化程度高等特點(diǎn)。氣相色譜法（GC）、氣相色譜/質(zhì)譜法（GC/MS）等是常用的分析方法。

采用氣相色譜進(jìn)行分離分析時，配合電子捕獲檢測器（ECD）可以提高靈敏度。采用大容量注射（如編程的溫度汽化器，或柱上進(jìn)樣）注入幾十微升的樣本提取，可以提高檢測限[4]。采用GC/MS，須針對環(huán)境激素的質(zhì)譜裂解特征，確定各個化合物的靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的準(zhǔn)分子離子和子離子，優(yōu)化質(zhì)譜檢測模式，各個化合物的檢測條件，使每個組分均可獲得高的專一性和高靈敏度，使同時快速檢測痕量多組分成為可能。同時，用程序升溫方法，優(yōu)化氣相色譜方法，盡可能的提高分離度，為質(zhì)譜分析提供基礎(chǔ)。薛南東等采用GC-ECD檢測、GC-MSD定性證實(shí)的農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物檢測方法,實(shí)現(xiàn)31種目標(biāo)物同時檢測[5]。常愛敏等采用GC-ECD定量檢測, GC-MS定性驗(yàn)證, 建立了同時分析水中31種農(nóng)藥類環(huán)境激素的檢測方法[6]。

采用GC/MS進(jìn)行EDC的檢測，對樣品進(jìn)行衍生化處理，可提高質(zhì)譜檢測靈敏度。普遍采用的方法為三甲基硅烷（TMS）衍生化，如加入100 μ L 吡啶，200 μ L含有1% 三甲基氯硅烷（TMCS）的雙(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺（BSTFA），混勻，密封，在70 ℃下水浴1 h。

1.2 GC或LC與串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用

POPs干擾物質(zhì)多、組成復(fù)雜，且毒殺芬、多氯聯(lián)苯、二惡英等包含多種同系物或異構(gòu)體，普通的低分辨質(zhì)譜難于達(dá)到上述要求。高分辨質(zhì)譜或多級質(zhì)譜，借助其高靈敏度和高選擇性、高特異性，能達(dá)到對POPs定性和定量的要求，因此，成為目前的發(fā)展趨勢[7]。

采用氣相色譜/ 質(zhì)譜/質(zhì)譜( GC/MS/M S) 法測定多氯聯(lián)苯(PCB ), 具有良好的靈敏度和選擇性, 在地表水樣品檢測時, 樣品只需進(jìn)行簡單的液液萃取一濃縮, 無須任何凈化過程即可上機(jī)分析, 方法檢出限低于ng/L級[8]。

液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(LC-MS/MS), 顏流水等建立了基于時間分段技術(shù)的高效液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)測定飲用水中9種環(huán)境激素殘留的方法，利用多反應(yīng)監(jiān)測( MRM) 和掃描時間分段檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)正、負(fù)離子不同掃描模式一次完成雙酚A 和鄰苯二甲酸二丁酯的檢測，研究并建立了飲用水中環(huán)境激素的多組分快速檢測方法[9]。

2 預(yù)處理技術(shù)

在應(yīng)用氣相色譜法(簡稱GC)或高效液相色譜法(簡稱HPLC)進(jìn)行有機(jī)物分析，尤其是環(huán)境中EDC、POPs、PCB、Dionex 等超痕量、多組分物質(zhì)的分析時，由于特異性、選擇性和靈敏度的要求極高，各種樣品的預(yù)處理技術(shù)被予以重視并得到充分應(yīng)用[10]。

2.1 大體積富集濃縮技術(shù)

無論是EDCs還是POPs的水環(huán)境樣品檢測，都需要對大體積樣品進(jìn)行富集、提取、濃縮，降低被測定物質(zhì)的檢測限，提高檢測靈敏度，實(shí)現(xiàn)痕量檢測。在EDC和POPs的檢測中，一般情況下，每個樣品都采集10 L至20 L水樣，經(jīng)過萃取濃縮，最后達(dá)到1 mL甚至0.1 mL的進(jìn)樣體積，以滿足超痕量分析的需要。

在POPs水樣預(yù)處理中，采用丙酮和正己烷等有機(jī)溶劑，對12 L水樣進(jìn)行液-液萃取分離。對這樣大容量樣品進(jìn)行萃取，可以巧妙地利用磁力攪拌，充分混合水相和有機(jī)相，使水相中POPs最大限度地轉(zhuǎn)移至有機(jī)相中。

2.2 固相萃取技術(shù)

固相萃取技術(shù)(Solid Phase Extraction，SPE) 是一種吸附劑萃取技術(shù)，樣品通過填充吸附劑萃取柱，分析物和部分雜質(zhì)被保留在柱上，然后用選擇性溶劑除去雜質(zhì)，洗脫出分析物，從而達(dá)到分離和富集目的。EDCs分析中，普遍采用SPE技術(shù)進(jìn)行EDC樣品的前處理。比如處理水樣體積為10 L水樣。采用oasis HLB 5cc萃取柱（玻璃壁）進(jìn)行固相萃取，采用二氯甲烷和丙酮混合溶劑（70%二氯甲烷/30%丙酮）進(jìn)行洗脫。

不同固相萃取吸附劑適用于不同環(huán)境激素的富集、凈化，這方面的優(yōu)化研究對象包括硅藻土吸附劑、氧化鋁吸附劑、活性炭吸附劑、鍵合硅膠基吸附劑、有機(jī)聚合物吸附劑。經(jīng)過優(yōu)化篩選出回收率高，凈化能力強(qiáng)的高效固相萃取劑，為痕量多組分同時檢測提供樣品處理方法。

2.3 濾膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用

濾膜技術(shù)廣泛應(yīng)用于EDCs分析中，對大體積樣品進(jìn)行SPE之前，往往采用Millipore玻璃纖維濾膜（孔徑1 μ m）對水樣進(jìn)行初步過濾，以去除雜質(zhì)、固液分離、膜萃取有機(jī)物。在EDCs和POPs的分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用各種濾膜。在POPs分析中，采用高通量濾膜將水樣中的固體和液體部分過濾分離，分別處理后進(jìn)行檢測分析。

2.4 微波萃取技術(shù)

在利用液-液萃取分離富集固形物質(zhì)中的POPs時，濾膜中固體物質(zhì)可采用微波萃取進(jìn)行分離。微波萃取時，為提高萃取效率，可將每張濾膜撕成條狀，放入50 mL具有螺旋蓋的圓底離心管，每瓶加入溶劑，采用微波進(jìn)行多次提取，保證了提取效率。最后一次離心后擠壓濾紙，收集殘留的萃取液，保證提取完全。

2.5 大容量和分步濃縮技術(shù)

無論是EDC檢測中SPE處理后的洗脫液，還是POPs檢測中反復(fù)液-液萃取處理之后的丙酮層，均可使用濃縮儀進(jìn)行濃縮。POPs分析中還采用了分步濃縮技術(shù)，先將萃取液濃縮至5 mL，進(jìn)行凈化處理，之后再濃縮至0.1 mL進(jìn)行GC/MS分析。高效濃縮技術(shù)能保證富集效率，滿足GC/MS的檢測要求，有效降低方法的檢測限。

2.6 凈化柱技術(shù)

在EDC分析中，采用硅凈化柱（5% aqueous Silica gel column）過濾，或者在固相萃取小柱之后連接凈化柱，在SPE的洗脫步驟之后，連續(xù)實(shí)現(xiàn)樣品的脫水和凈化。對POPs分析中濃縮至5 mL的初步濃縮液，也同樣使用凈化柱，實(shí)現(xiàn)樣品的脫水和凈化。與采用無機(jī)物凈化相比，凈化柱能大大提高樣品的凈化程度，減少進(jìn)入GC/MS的樣品中的雜質(zhì)，有利于后續(xù)GC/MS的高效分析工作。

3 快速檢測方法的應(yīng)用

EDC分析中，除了使用高分辨分析儀器，還可利用生物對POPs的某些特征反應(yīng)進(jìn)行檢測，以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境中POPs的檢測，主要包括:生物傳感器檢測法、表面胞質(zhì)團(tuán)共振(SPR)檢測法和以Ah受體為基礎(chǔ)的生物測試方法等。

例如采用特異性核受體檢測技術(shù)——Nuclear Ligand Assay的CoA-BaP系統(tǒng)（共激活劑－細(xì)菌堿性磷酸酶）進(jìn)行EDC的生物分析。這是一種快速的生物配體篩選方法，易于使用，敏感度高，適用于大多數(shù)核受體。特異性核受體檢測技術(shù)使用器材為ERα雌激素試劑盒（Microsystem Company），應(yīng)用96孔板，具有高效、高通量篩選的特征[11]。

4 結(jié)束語

在EDC和POPs檢測中，嚴(yán)密的工作方案是十分重要的，比如，對一個樣品進(jìn)行反復(fù)萃取，能提高POPs和其他目標(biāo)物質(zhì)的萃取效率。

實(shí)驗(yàn)過程中必須嚴(yán)格避免交叉污染，避免有毒物質(zhì)對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的沾污。實(shí)驗(yàn)室操作中，非常注意器具和材料不能直接接觸桌面。分離的濾膜如果不能立即分析，用無塵紙包覆，并置于錫箔內(nèi)，嚴(yán)格避光保存于4 ℃以下。

另外，在EDC和POPs分析中的各個環(huán)節(jié)，使用高等級藥劑（農(nóng)殘級、PCB檢測專用實(shí)際等），以保證精確的試驗(yàn)效果。專用藥劑在高精度有機(jī)分析中非常重要，也是保證分析檢測成敗的關(guān)鍵因素之一。POPs分析使用的去離子水，覆蓋一層Hexane進(jìn)行保存，避免實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中有機(jī)物的污染。

綜上所述，EDC和POPs的分析結(jié)合了豐富的技術(shù)和手段，在EDC和POPs檢測需要非常注重技術(shù)細(xì)節(jié)，才能保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。希望通過本文的介紹，對環(huán)境激素、POPs的研究和檢測有所裨益，不足之處還望商榷。

[1] 沈萬斌,白靜仁,李向林,等.環(huán)境雌激素生態(tài)影響的研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志,2001, 20(5): 44-50.

[2] 余剛,牛軍峰,黃俊,等.持久性有機(jī)污染物-新的全球性環(huán)境問題[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[3] Nguyen HM, Tu BM, Watanabe M.Open dumping site in Asian developing countries: a potential source of polychlorinated dibenz-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans[J]. Environal Science Technology,2003, 37(4):493-502.

[4] Van Leeuwen, SPJ.Advances in the gas chromatographic determination of persistent organic pollutants in the aquatic environment[J].Journal of Chromatography, 2008, 1186 (4): 161-182.

[5] 薛南冬,趙淑莉,李炳文.固相萃取-氣相色譜法測定水中多種農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2007, 23( 3):1-6.

[6] 常愛敏,宗棟良,梁棟,等.氣相色譜法測定水中31種農(nóng)藥類環(huán)境激素[J].中國給水排水,2009,25(9):82-86.

[7] 肖文,姜紅石. MS/MS的原理和GC/MS/MS在環(huán)境分析中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2004,27(5):26 -28.

[8] 劉國宏,蔣維平,覃文霞.第三屆全國“公共安全領(lǐng)域中的化學(xué)問題”學(xué)術(shù)研討會:公共安全中的化學(xué)問題研究進(jìn)展(第二卷)[C]. 2011:115-119.

[9] 顏流水，鄭鄂湘，楊曉燕,等.固相萃取-液質(zhì)聯(lián)用法同時測定飲用水中雙酚A和鄰苯二甲酸二丁酯[J].分析試驗(yàn)室，2006,26（6）：10-14.

[10] Sower SA, Reed KL, Babbitt KJ. Limb malformations and abnormal sex ormone concentrations in frogs[J].Environ Health Perspect,2000,108(11): 1085-1090.

[11] Peter A Behnisch, Kazunori Hosoa,Shin-ichi Sakai. Bioanalytical screening methods for dioxins and dioxin-like compounds-a review of bioassay/ biomarker technology [J].Environment International, 2001,27(5): 413-439.

Research Progress and Characteristic Analysis of the Determination Technology of EDC and POPs in Water Environment

LEI Ping1， ZHU Jia2*
（1. Shenzhen Water Quality Center, Guangdong Shenzhen 518055，China；2. Department of Building and Environmental Engineering, Shenzhen Polytechnic, Guangdong Shenzhen 518055，China)

Development status of the determination technology of environmental hormone and persistent organic pollutants was introduced as well as technical means during the determination, such as HSGC/MS, post-column derivatization, collecting and condensation from large volume sample, solid phase extraction, purifying column and so on. Then their technological characteristics were analyzed briefly, which can provide the reference for environmental research.

EDC; POPs; HSGS/MS; Post-column derivatization

O 657

A

1671-0460（2012）02-0214-03

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目號：50978170。

2011-12-12

雷萍（1968-），女，陜西西安人，高級工程師，博士，2005年畢業(yè)于西安交通大學(xué)生命科學(xué)院，研究方向：環(huán)境污染治理和環(huán)境監(jiān)測。E-m ail：leiping83071705@163.com，電話：0755-26701669。

朱佳（1965-），女，副教授，博士，研究方向，污水資源化與環(huán)境監(jiān)測。E-m ail：zhujia65@163.net，電話：0755-26731027。