農(nóng)用棚膜中鄰苯二甲酸酯的測(cè)定

呂海濤， 綦敬帥， 姜文薈， 由秋瑩， 宋吉英

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 化學(xué)與藥學(xué)院，山東 青島266109)

0 引 言

增塑劑(Plasticizer)或稱(chēng)塑化劑、可塑劑，是一種增加材料的柔軟性或是材料液化的添加劑，能夠增強(qiáng)彈性、透明度、耐用性和使用壽命［1］，在塑料、樹(shù)脂等材料中的含量可高達(dá)30% ～50%［2］。其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋農(nóng)業(yè)佐劑、建筑材料、醫(yī)療器械、化妝品［3-4］、包裝業(yè)、兒童玩具、涂料、食品［5］和紡織業(yè)等［6-7］。由于各種相關(guān)材料的廣泛應(yīng)用，在大氣、水體、土壤、生物體等介質(zhì)中均可檢測(cè)到鄰苯二甲酸酯的存在，因此其毒理特性被廣泛關(guān)注［8］。目前，部分此類(lèi)化合物被證明為環(huán)境激素類(lèi)污染物，對(duì)生物體內(nèi)分泌以及雄性生殖系統(tǒng)起干擾影響［9］。有研究證實(shí)，鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑還具有致癌、致畸、致突變作用［10］。

我國(guó)蔬菜等作物種植過(guò)程中，棚膜常被用于為作物提供一個(gè)良好的溫度、濕度及光質(zhì)量的小氣候環(huán)境，并可防止病蟲(chóng)害及減少自然災(zāi)害的影響，從而提高作物的產(chǎn)量及品質(zhì)，提早收獲和延長(zhǎng)生長(zhǎng)周期。鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑與塑料基體間的結(jié)合并非化學(xué)鍵，使其得已保持獨(dú)立的化學(xué)性質(zhì)而極易直接污染所種植的蔬菜、糧食，或通過(guò)對(duì)土壤、大氣以及水體的遷移對(duì)作物造成間接污染［11］。目前常見(jiàn)的檢測(cè)手段包括氣相色譜法［8，12］、液相色譜法［13］、氣質(zhì)聯(lián)用［2，4，6，14-15］、液質(zhì)聯(lián)用［16］等。本實(shí)驗(yàn)選取正己烷作為萃取試劑，選擇微波輔助萃取，利用一般實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的氣相色譜法進(jìn)行分離檢測(cè)棚膜中的6 種鄰苯二甲酸脂類(lèi)增塑劑。該方法不僅可滿足對(duì)農(nóng)用棚膜中對(duì)鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物的檢測(cè)，而且也可應(yīng)用于本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器:GC-2014C 色譜儀(日本島津)，SHB-II 循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)，DZX-1型真空干燥箱(上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，RE-52AA 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)，TDL-50B微波合成萃取儀(北京祥鵠科技有限公司)，AR2140電子分析天平(奧斯豪國(guó)際工貿(mào)公司)。

標(biāo)準(zhǔn)品: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)(德國(guó)Dr. Ehrenstorfer 公司)，丙酮、乙酸乙酯、正己烷均為分析純(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，市售農(nóng)用棚膜。

實(shí)驗(yàn)用玻璃儀器在使用前于堿液中浸泡12 h，用超純水洗凈，最后分別使用重蒸丙酮與正己烷清洗，烘干。

1.2 氣相色譜條件

色譜柱:DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器;進(jìn)樣口溫度300 ℃;進(jìn)樣方式:不分流;進(jìn)樣量1 μL;檢測(cè)器溫度300 ℃;升溫程序:起始溫度60 ℃，保持1 min;以20 ℃/min 的速度升至210 ℃，保持2 min;再以5 ℃/min 的速度升至300 ℃，保持2 min。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

精確稱(chēng)取6 種PAEs 增塑劑標(biāo)準(zhǔn)品溶于乙酸乙酯，配制成1 g/L 的鄰苯二甲酸酯增塑劑混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，置于冰箱4℃避光保存。采用2 倍稀釋?zhuān)瑢?chǔ)備液用乙酸乙酯稀釋為2.0 ～1 000.0 mg/L 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，進(jìn)行氣相色譜分離，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.4 樣品的前處理

精確稱(chēng)取2.0 g 棚膜樣品(1.0 cm×2.0 cm)于三口瓶中，加入適量正己烷，置于微波萃取儀，料液比(mL/g)為25 ∶1，微波提取功率400 W，提取時(shí)間8 min，提取1 次，旋轉(zhuǎn)蒸干，加入2 mL 乙酸乙酯溶解。使用0.45 μm 有機(jī)濾頭過(guò)濾后，進(jìn)行氣相色譜測(cè)定。

1.5 單因素實(shí)驗(yàn)

單因素試驗(yàn)條件包括微波萃取時(shí)間、萃取功率、料液比(m樣品:V正己烷)、試樣破碎程度。精確稱(chēng)取2.0 g樣品，按表1 所述條件進(jìn)行提取分析。

表1 棚膜樣品單因素試驗(yàn)

1.6 正交試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取微波萃取功率(A)、萃取時(shí)間(B)、棚膜破碎程度(C)、料液比(D)為考察因素，以實(shí)際棚膜樣品中BBP、DEHP 和DNOP 提取程度為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)五因素四水平正交試驗(yàn)(見(jiàn)表2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑的分離

對(duì)6 種鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物進(jìn)行了氣相色譜分離，圖1 為混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和實(shí)際樣品的色譜圖。實(shí)驗(yàn)所檢測(cè)的6 種鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑的峰形以及分離效果良好，能夠滿足分析的要求。

圖1 鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑氣相色譜圖

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

配制一系列濃度梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用來(lái)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，每一梯度平行進(jìn)樣3 次，以平均值做線性回歸分析。從表3 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。

表3 6 種PAEs 類(lèi)增塑劑的保留時(shí)間、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.3 提取條件的優(yōu)化2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)考察了微波萃取功率對(duì)棚膜中鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物的提取效果影響(見(jiàn)圖2)，當(dāng)微波萃取功率為500 W 時(shí)，樣品中所含3 種增塑劑的提取效果最佳。

圖2 微波萃取功率對(duì)提取效果的影響

(2)考察了微波萃取時(shí)間對(duì)棚膜中鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物的提取效果影響(見(jiàn)圖3)，當(dāng)提取時(shí)間6 min時(shí)，BBP 和DNOP 的提取效果最佳，而DNOP 的提取效果最好的時(shí)間為14 min，但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)有更多的雜質(zhì)被溶解，且樣品經(jīng)過(guò)旋蒸后呈現(xiàn)黏稠狀不利于后期處理。

圖3 微波萃取時(shí)間對(duì)提取效果的影響

(3)考察了棚膜破碎程度對(duì)棚膜中鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物的提取效果影響(見(jiàn)圖4)，當(dāng)1 cm ×1 cm時(shí)，樣品中所含3 種增塑劑的提取效果最佳。

圖4 試樣破碎程度對(duì)提取效果的影響

(4)考察了料液比對(duì)棚膜中鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物的提取效果影響(見(jiàn)圖5)，當(dāng)料液比30∶1時(shí)，樣品中所含3 種增塑劑的提取效果最佳。

2.3.2 正交分析

本實(shí)驗(yàn)對(duì)含有BBP、DEHP 和DNOP 的棚膜樣品進(jìn)行五因素四水平的正交分析，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及表5。

由表4 可知，各因素對(duì)樣品中所含3 種增塑劑的提取量影響順序?yàn)锳 ＞C ＞B ＞D。由表5 可知，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析五個(gè)因素中，微波萃取功率為影響B(tài)BP、DEHP、DNOP 提取量顯著性因素，而影響B(tài)BP 提取量的顯著性因素還有破碎程度，綜合考慮得出最佳提取條件為:A3B3C2D4，即將棚膜樣品破碎至1.0 cm ×2.0 cm，料液比(mL/g)為1 ∶50，微波功率400 W，萃取時(shí)間8 min。依照上述最優(yōu)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到BBP 提取量為83.68 mg/kg，DEHP 提取量為447.71 mg/kg，DNOP 提取量為144.64 mg/kg，實(shí)驗(yàn)結(jié)果高于正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的最高提取量，表明提取方法穩(wěn)定可靠。

圖5 料液比對(duì)提取效果的影響

2.4 加標(biāo)回收率和精密度

選取3 種濃度對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率分析，同時(shí)對(duì)加標(biāo)棚膜樣品6 次測(cè)定計(jì)算RSD 值(見(jiàn)表6)。樣品回收率為85. 4% ～110. 7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.61% ～7.47%，符合實(shí)驗(yàn)要求。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果 mg/kg

表5 方差分析表

表6 棚膜實(shí)驗(yàn)加標(biāo)回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析結(jié)果

2.5 實(shí)際樣品分析

依照上述實(shí)驗(yàn)所建立的方法對(duì)市場(chǎng)中購(gòu)買(mǎi)的棚膜樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3 次取平均值(見(jiàn)表7)。在所檢測(cè)的3 種棚膜樣品中皆含有BBP 與DEHP 的存在，B 樣品中還有DBP 被檢出。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究采用微波輔助萃取-氣相色譜法建立了測(cè)定棚膜材料中6 種鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑的方法，對(duì)樣品的提取條件進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)方法學(xué)驗(yàn)證和實(shí)際應(yīng)用，證明該方法操作簡(jiǎn)單，快速、準(zhǔn)確度和靈敏度均符合分析要求。

表7 實(shí)際棚膜樣品分析 mg/kg

“—”:樣品中檢測(cè)不到該種鄰苯二甲酸酯類(lèi)化合物本實(shí)驗(yàn)可應(yīng)用于儀器分析本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，涵蓋微波提取和氣相色譜分離等知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生可以分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方案自主設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行微波提取試劑、萃取功率、萃取時(shí)間、破碎程度、料液比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。有利于學(xué)生分析化學(xué)綜合能力的培養(yǎng)。

［1］ 柳春紅，孫遠(yuǎn)明，楊藝超，等. 鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑的污染及暴露評(píng)估現(xiàn)狀［J］. 現(xiàn)代食品科技，2012，28(3):339-341.

［2］ 劉 俊，朱 然，田延河，等. 氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)食品包裝材料中鄰苯二甲酸酯類(lèi)與己二酸酯類(lèi)增塑劑的同時(shí)測(cè)定［J］. 分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2010，29(9):943-947.

［3］ 鄭 榮，許 勇，于 建，等. 色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測(cè)定化妝品中25 種鄰苯二甲酸酯［J］. 分析試驗(yàn)室，2014，27(1):864-868.

［4］ 李 新，劉 俊，彭 秧，等. 固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定化妝品中的14 種鄰苯二甲酸酯類(lèi)和5 種己二酸酯類(lèi)成分［J］. 分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33(7):691-695.

［5］ 馬 麗，丁紅艷，薛少宗，等. 鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑QSRR 研究及在白酒包裝材料中的應(yīng)用［J］. 食品科學(xué)，2013，34(8):220-223.

［6］ Earls A，Axford I，Braybrook J H. Gas chromatography – mass spectrometry determination of the migration of phthalate plasticisers from polyvinyl chloride toys and childcare articles［J］. Journal of Chromatography A.，2003，983(1):237-246.

［7］ Rudel R A，Perovich L J. Endocrine disrupting chemicals in indoor and outdoor air［J］. Atmospheric Environment，2009，43(1):170-181.

［8］ 曾 鋒，陳麗旋，崔昆燕，等. 硅膠-氧化鋁層析柱-氣相色譜法測(cè)定沉積物中鄰苯二甲酸酯類(lèi)有機(jī)物［J］. 分析化學(xué)，2005，33(8):1063-1067.

［9］ Swan S H. Environmental phthalate exposure in relation to reproductive outcomes and other health endpoints in humans［J］.Environmental Research，2008，108(2):177-184.

［10］ Patil N K，Kundapur R，Shouche Y S，et al. Degradation of plasticizer di-n-butylphthalate by Delftia sp. TBKNP-05［J］. Current microbiology，2006，52(5):369-374.

［11］ 王凱榮，崔明明，史衍璽. 農(nóng)業(yè)土壤中鄰苯二甲酸酯污染研究進(jìn)展［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24(9):2699-2708.

［12］ 張連波，榮 會(huì)，于曉禮，等. 氣相色譜法測(cè)定植物纖維食品包裝材料中鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑［J］. 中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2012，22(3):450-452.

［13］ 陳建煌. 高效液相色譜法分析皮革制品中16 種塑化劑［J］. 西部皮革，2013，35(6):40-44.

［14］ 郭春海，薄海波，段文仲，等. 氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定聚氯乙烯包裝材料和食品模擬物中的46 種增塑劑［J］. 色譜，2011，29(1):42-48.

［15］ 史玉坤，楊自力，喻利娟，等. 氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定飲料中鄰苯二甲酸酯類(lèi)增塑劑［J］. 現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué)，2011，38(13):2547-2549.

［16］ 邵秋榮，劉 斌，石金娥，等. 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定酒中23 種鄰苯二甲酸酯殘留釀［J］. 酒科技，2014(9):100-103.