土壤中鄰苯二甲酸酯前處理與分析方法

李凌偉 邱自兵 何姝 王志苗 葉文婷 張從鈴 何婷 成院飛

（深圳市宇馳檢測技術(shù)有限公司 廣東深圳 518055）

鄰苯二甲酸酯類別名酞酸酯類，是一類化合物的總稱[1]，酞酸酯類化合物通常為無色油狀粘稠液體，可通過鄰苯二甲酸酐與醇類酯化制備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，常溫下不易揮發(fā)。鄰苯二甲酸酯化合物（PAEs）主要成員有鄰苯二甲酸二正辛酯（DNOP）、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP）、鄰苯二甲酸二異辛酯（DEHP）、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP），最常見的是DBP和DEHP。

圖1 鄰苯二甲酸酯化合物分子結(jié)構(gòu)

該類化合物具有相當(dāng)寬的液態(tài)溫度范圍，具有很大的流動(dòng)性，較小的揮發(fā)性和水溶性，因此造成了該類化合物在環(huán)境中特殊的環(huán)境行為和在環(huán)境中長期廣泛地存在。

鄰苯二甲酸酯可以增強(qiáng)塑料制品的可塑性和強(qiáng)度，因此被廣泛用作塑料的增塑劑。同時(shí)，因其易溶于有機(jī)溶劑，常溫下不易揮發(fā)等特性，也被用作化工載體、化妝品、潤滑劑和去泡劑的生產(chǎn)原料。鄰苯二甲酸酯與聚烯烴類塑料分子之間的鏈接主要靠氫鍵或范德華力，彼此之間相對(duì)獨(dú)立，鄰苯二甲酸酯容易從塑料中遷移出來，對(duì)空氣、水和土壤造成污染。

在鄰苯二甲酸酯污染認(rèn)知之前，一直認(rèn)為鄰苯二甲酸酯是低毒性物質(zhì)，因而鄰苯二甲酸酯的種類與產(chǎn)量很大。但是最近的研究結(jié)果表明鄰苯二甲酸酯是一類環(huán)境激素，易于在人體富集，高濃度的PAEs具有致突變、致癌和致畸性、生殖發(fā)育毒性[2~4]，嚴(yán)重危害人類的心身健康。

環(huán)境激素是指與人體內(nèi)源性雌激素具有一定的相似性的人工合成化合物，其進(jìn)入人體后，與人體內(nèi)的激素受體結(jié)合，產(chǎn)生與激素相同的作用，擾亂人體激素正常代謝，影響生殖發(fā)育。鄰苯二甲酸酯可通過呼吸、飲食和皮膚接觸進(jìn)入人體內(nèi)，在生物體中有較強(qiáng)的富集，一旦進(jìn)入人體，很快就積蓄在體內(nèi)脂肪，不易排泄。鄰苯二甲酸酯的急毒性不強(qiáng)[5]，對(duì)人體的危害是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，需要較長的時(shí)間才會(huì)變現(xiàn)出來，并且鄰苯二甲酸酯還能通過哺乳由母親傳遞給嬰兒，從而產(chǎn)生跨代影響。據(jù)相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，鄰苯二甲酸酯的急性毒性不大，但在大劑量情況下，對(duì)動(dòng)物有致畸、致癌和致突變作用。其亞急性毒性主要變現(xiàn)為損害肝、腎、睪丸，抑制精子形成，影響生殖技能等[6]。

鄰苯二甲酸酯類化合物的污染對(duì)全球環(huán)境產(chǎn)生了深刻而長遠(yuǎn)的影響，已成為世界各國政府和環(huán)境科學(xué)工作者密切關(guān)注的有機(jī)污染物。目前在世界上商品化使用的鄰苯二甲酸酯中，美國EPA將其中的6種列為重點(diǎn)控制的污染物，世界野生動(dòng)物基金會(huì)（WWF）將其中的8種列在環(huán)境激素名單中[7]，我國將其中的3種列為優(yōu)先控制污染物[8]。

由于土壤樣品的基體復(fù)雜，所含干擾物較多，所以在測定前有效提取樣品中的PAEs是十分重要的。本文結(jié)合近年來土壤中有關(guān)PAEs的研究，對(duì)國內(nèi)外有關(guān)土壤中的PAEs的前處理技術(shù)和檢測方法進(jìn)行概述，以期為今后的土壤中PAEs來源調(diào)查、分布特征等研究工作提供幫助，同時(shí)也為建立土壤中的PAEs的相關(guān)檢測分析標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)參考。

1 土壤中鄰苯二甲酸酯的提取方法

由于土壤樣品基體成分復(fù)雜，在分析土壤中PAEs含量時(shí)，前處理的好壞直接關(guān)系到結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此選擇恰當(dāng)?shù)那疤幚矸椒ㄊ株P(guān)鍵，目前土壤和底泥中PAEs檢測的前處理方法有以下幾種：

1.1 索氏提取法

索氏提?。⊿oxhletextraction）是最為經(jīng)典的前處理方法，也是很多國家檢測PAEs的標(biāo)準(zhǔn)前處理方法。索氏提取法主要的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的回收率較，但是該前處理方法耗時(shí)長，需要使用大量的有機(jī)溶劑，操作也相對(duì)繁瑣。曹攽[9]等采用索氏提取-固相萃取柱凈化分離、高效液相色譜測定土壤中6種鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)。方法回收率為95.3%~108.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.83%~3.53%，具有很高的回收率。

1.2 超聲萃取法

超聲波萃取是利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、擾動(dòng)效應(yīng)、乳化、擴(kuò)散、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，增加溶劑穿透力，減少目標(biāo)物與樣品基體之間作用力，加速目標(biāo)物的擴(kuò)散釋放進(jìn)入溶劑并充分且均勻地與溶劑混合，使得目標(biāo)物能夠有效地與樣品基體分離。超聲萃取法具有萃取效率高、無需高溫、安全性好、操作簡單易行等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于樣品的前處理，但是超聲波可能會(huì)破壞不穩(wěn)定化合物的原有結(jié)果，所以超聲萃取不適宜用于提取不穩(wěn)定化合物。PAEs結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以用超聲萃取法提取土壤中PAEs。白利濤[10]等采用超聲波輔助萃取-非極性C18固相萃取小柱凈化-GC/MS測定了土壤中6種鄰苯二甲酸酯類污染物，實(shí)際土樣加標(biāo)回收率在73.9%~105.4%之間，取得了較好的效果。

1.3 微波萃取法

微波萃取是利用溶劑可吸收微波所產(chǎn)生的微波能量，提升萃取溫度，有利于被萃取成分從基體中分離，加速被萃取成分向萃取溶劑界面擴(kuò)散速率，從而使萃取速率提升。陳莎[11]等以微波萃取和氣相色譜法測定底泥中的6種鄰苯二甲酸酯類環(huán)境激素，方法回收率為60%~120%，取得了良好的效果。

1.4 加速溶劑萃取法

加速溶劑萃取（ASE）是一種在較高溫度和壓力下用溶劑萃取固體或半固體的樣品前處理方法，該法具有有機(jī)溶劑用量少、操作自動(dòng)化、萃取速度快、回收率高等優(yōu)點(diǎn)[12-15]。閆蕊[16]等以正己烷為萃取溶劑，在160℃下，靜態(tài)萃取4次，每次12min，萃取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，以乙腈-0.1%甲酸溶液為流動(dòng)相梯度洗脫分離后，用LC-MS/MS結(jié)合大氣壓化學(xué)源進(jìn)行定性及定量分析。樣品的加標(biāo)平均回收率為72.8%~101.8%。

1.5 協(xié)同萃取技術(shù)

超聲微波協(xié)同萃取是在超聲波萃取和微波萃取技術(shù)的基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種新型樣品預(yù)處理技術(shù)。楊嵐欽[17]以超聲微波協(xié)同萃取技術(shù)對(duì)土壤中鄰苯二甲酸酯進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)佛羅里硅土柱凈化，采用氣象色譜進(jìn)行分析，模擬土樣中PAEs的平均回收率可達(dá)92.5%。

2 前處理方法

由于在前處理過程中，提取溶劑是非選擇性的，萃取溶劑中除了含有PAEs外，還含有其他雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能會(huì)干擾PAEs的定量分析，因此需要對(duì)提取液進(jìn)行純化，保證進(jìn)行定量分析的準(zhǔn)確性，純化也是土壤中PAEs含量分析過程中比較重要的一步，純化效果的好壞直接關(guān)系到定性和定量的準(zhǔn)確性。常用的純化方法柱層析法和凝膠色譜法。柱層析法應(yīng)用廣泛、方法操作簡單；凝膠色譜法因其操作簡單、不使用有機(jī)溶劑、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為一種重要的前處理方法。

3 分析方法

鄰苯二甲酸酯的分析方法主要有氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜法。

3.1 氣相色譜法

氣相色譜法是一項(xiàng)比較成熟的分析方法，其工作原理是不同組分具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，與固定相有著不同的相互作用而被流動(dòng)相以不同的速率帶動(dòng)，在固定相中進(jìn)行分離，使得不同組分在不同時(shí)間流出，根據(jù)不同組分保留時(shí)間進(jìn)行定量分析。龍成生[18]等以高純氮為載氣，進(jìn)樣口溫度250℃，檢測器溫度300℃，進(jìn)樣量1μL的條件下分析底質(zhì)中4種鄰苯二甲酸酯的含量。建立的測定方法中4種鄰苯二甲酸酯的檢出限均在0.62μg/kg~1.21μg/kg之間；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在0.05%~9.65%之間；回收率均在78%~101%之間。

3.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GasChromatography-massSpectrometry,GC-MS），被大量應(yīng)用于復(fù)雜有機(jī)物的定性與定量分析，既具有氣相色譜的高分離性，又有質(zhì)譜的低檢出限，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)主要適用于定性定量分析低沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性好的有機(jī)化合物。白利濤等采用超聲波輔助萃取-非極性C18固相萃取小柱凈化-GC/MS測定了土壤中6種鄰苯二甲酸酯類污染物，以高純氦氣為載氣，進(jìn)樣口溫度250℃，離子源溫度230℃，四級(jí)桿溫度150℃，質(zhì)量掃描范圍30amu～300amu。實(shí)際土樣加標(biāo)回收率在73.9%~105.4%之間，取得了較好的效果。

3.3 高效液相色譜法

高效液相色譜法（HPLC）是現(xiàn)代發(fā)展起來的一項(xiàng)儀器分析技術(shù)，主要應(yīng)用于高沸點(diǎn)、大分子、強(qiáng)極性、熱穩(wěn)定性差化合物的定性和定量分析，具有操作簡便、分析快速、靈敏度高和應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。曹攽等采用索氏提取-固相萃取柱凈化分離、高效液相色譜測定土壤中6種鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)。以水和乙腈為流動(dòng)相，流速為0.2mL/min，柱溫35℃，紫外波長225nm，方法回收率為95.3%~108.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.83%~3.53%。

4 結(jié)論與展望

目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化程度的提高，公眾對(duì)健康和環(huán)境的要求越來越高，土壤中PAEs的污染逐漸受到重視和關(guān)注。土壤基體復(fù)雜、干擾物質(zhì)多，難以直接測定，需要一系列的提取、凈化以滿足ppb級(jí)的痕量分析。就當(dāng)前研究現(xiàn)狀而言，以下兩個(gè)方面的問題仍有待在今后的研究中進(jìn)一步完善和提高。

4.1 前處理技術(shù)水平需進(jìn)一步提高：傳統(tǒng)的預(yù)處理方法，如索氏提取和超聲提取技術(shù)相對(duì)成熟，但是需要使用大量有機(jī)溶劑，處理時(shí)間長，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。探索更為簡單、快速、高效的前處理方法將是今后的研究重點(diǎn)和方向。

4.2 分析方法的選擇：目前測定土壤中鄰苯二甲酸酯的方法主要有氣相色譜法（GC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）、高效液相色譜法(HPLC)。但是并未建立相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此建立一種高效、可靠的方法是今后的研究重點(diǎn)和方向，為建立國家標(biāo)準(zhǔn)方法提供技術(shù)參考和支持。

[1]任仁.警惕鄰苯二甲酸酯污染.大學(xué)化學(xué),2003,18（6）：33-36.

[2]劉慧杰綜述,舒為群審校.鄰苯二甲酸酯類化合物的毒理學(xué)效應(yīng)及對(duì)人群健康的危害.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26（19）：1778-1781.

[3]靳秋梅綜述，孫增榮審校.鄰苯二甲酸酯類化合物的生殖發(fā)育毒性.天津醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,10（增刊）：15-18.

[4]王玉邦,王心如.鄰苯二甲酸酯類生殖內(nèi)分泌毒性.環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué),2003,20（6）：457-460.

[5]林興桃,王小逸,任仁.環(huán)境內(nèi)分泌干擾物——鄰苯二甲酸酯的研究.環(huán)境污染與防治,2003,25（5）：286-292.

[6]蔡全英,莫測輝,李云輝,曾巧云.廣州、深圳地區(qū)蔬菜生產(chǎn)基地土壤中鄰苯二甲酸酯（PAEs） 研究.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005,25（2）：283-288.

[7]林興桃,王小逸,陳明,任仁.固相萃取高效液相色譜法測定水中鄰苯二甲酸酯類環(huán)境激素.環(huán)境科學(xué)研究,2004,17（5）：71-74.

[8]胡曉寧,張克榮,孫俊紅,吳德生.中國環(huán)境中鄰苯二甲酸酯類化合物污染的研究.中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2003,13（1）：9-14.

[9]曹攽,馬軍,李云木子,劉清輝.索氏提取-液相色譜法測定土壤中鄰苯二甲酸酯類物質(zhì).地質(zhì)學(xué)刊,2011,35（1）：73-77.

[10]白利濤,張占恩.超聲萃取-C18柱凈化-GC/MS法測定土壤中鄰苯二甲酸酯類污染物.光譜實(shí)驗(yàn)室，2010,27（5）：1705-1709.

[11]陳莎,曹瑩,蘇粵,王曉偉.微波萃取氣相色譜法測定底泥中鄰苯二甲酸酯.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,35（4）：498-503.

[12]邵海洋,徐剛,吳明紅,唐亮,劉寧,裘文慧.分析化學(xué),2013,41（9）：1315-1321.

[13]JaraS,LyseboC,GreibrokkT,LundanesE.Anal.Chim.Acta,2000,407(1-2):165-171.

[14]閆蕊,邵明媛,鞠福龍,宋大千,張寒琦,于愛民.分析化學(xué),2013,41（2）：315-316.

[15]WangP,ZhangQH,WangYW,Anal.Chim.Acta,2010,663(1):43-48.

[16]閆蕊,邵敏媛,孫長華,劉曉玲,宋大千,張寒琦,于愛民.加速溶劑萃取-高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定土壤中鄰苯二甲酸酯.分析化學(xué)研究報(bào)告,2014,42（6）：897-903.

[17]楊嵐欽.鄰苯二甲酸酯和多氯聯(lián)苯類化合物的超聲微波協(xié)同萃取色譜分析.2010.

[18]龍成生,王正萍,賀靜.超聲提取-氣相色譜法測定底質(zhì)中的鄰苯二甲酸酯.光譜實(shí)驗(yàn)室,2008,25(5):1011-1014.