廣州市湖泊水體中防腐劑濃度及其潛在毒性風(fēng)險(xiǎn)*

劉祖發(fā)，關(guān) 帥，林穎妍，鄧 哲，丁 波，查悉妮

（1：中山大學(xué)水資源與環(huán)境研究中心，廣州510275）

（2：華南地區(qū)水循環(huán)與水安全廣東省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510275）

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廣州市湖泊水體中防腐劑濃度及其潛在毒性風(fēng)險(xiǎn)*

劉祖發(fā)1，2，關(guān) 帥1，2，林穎妍1，2，鄧 哲1，2，丁 波1，2，查悉妮1，2

（1：中山大學(xué)水資源與環(huán)境研究中心，廣州510275）

（2：華南地區(qū)水循環(huán)與水安全廣東省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510275）

為研究廣州市湖泊水體中的防腐劑及其毒性，在廣州市選擇15個(gè)湖泊采集水樣，采用液液萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)湖泊水體中的對(duì)羥基苯甲酸甲酯、對(duì)羥基苯甲酸乙酯等5種防腐劑進(jìn)行濃度檢測(cè)和毒性分析.結(jié)果表明：廣州市區(qū)內(nèi)15個(gè)湖泊水體中均檢出防腐劑，但其濃度略低于國(guó)外天然水體中的濃度，溶解相的防腐劑平均濃度為5.06 ng/L，顆粒相的平均濃度為0.78 ng/L；廣州市區(qū)的湖泊水體中溶解相濃度最高的防腐劑為對(duì)羥基苯甲酸丁酯，占總量的30.45%，對(duì)羥基苯甲酸苯甲酯所占比例最小，占6.71%；以防腐劑對(duì)發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)的抑制強(qiáng)弱來(lái)表征其毒性的大小，對(duì)羥基苯甲酸苯甲酯的毒性最強(qiáng)，對(duì)廣州市湖泊水體環(huán)境的影響最大.

湖泊；防腐劑；廣州；氣質(zhì)聯(lián)用；毒性

?2016 by Journal of Lake Sciences

對(duì)羥基苯甲酸酯類，又稱為尼泊爾金酯，常見(jiàn)的包括對(duì)羥基苯甲酸甲酯（MPB）、乙酯（EPB）、丙酯（PPB）、丁酯（BPB）和苯甲酯（BzPB）等，是一類新一代高效低毒的殺菌防腐劑，因其具有抗菌能力強(qiáng)、PH值適應(yīng)范圍廣、毒性低的特點(diǎn)［1］，目前被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、個(gè)人護(hù)理用品和藥品中［2-4］.近期一些研究表明，體香劑中對(duì)羥基苯甲酸酯類長(zhǎng)期的接觸可能引發(fā)乳腺癌［5］.對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑已被證明具有雌激素活性，一旦進(jìn)入環(huán)境可能造成不良影響［6-8］，并且極易與氯化消毒過(guò)的自來(lái)水中的余氯發(fā)生反應(yīng)［9］，主要生成一氯或二氯、溴代衍生物，這些副產(chǎn)物在大型藻檢測(cè)中顯示出比原始有機(jī)物更高的急性毒性［10］，對(duì)環(huán)境和生物造成負(fù)面影響.

自從對(duì)羥基苯甲酸酯類的雌激素活性被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，國(guó)外對(duì)城市水體中對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑的濃度檢測(cè)以及去除研究做了大量的工作.如Lee等［11］通過(guò)對(duì)加拿大6大城市中的8所污水處理廠的污水進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)處理前污水中對(duì)羥基苯甲酸酯類的平均濃度為14.60 μg/L，經(jīng)污水處理廠處理后去除率為95.20%；Jonkers等［12］通過(guò)對(duì)瑞士的Glatt河水中對(duì)羥基苯甲酸酯類的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)Glatt河中MPB、EPB、PPB、BPB和BzPB的平均濃度分別為5.00、0.10、0.60、0.30和0 ng/L；Benijts等［13］發(fā)現(xiàn)比利時(shí)的河水中對(duì)羥基苯甲酸酯類的最高濃度達(dá)到85.00 ng/L等.然而我國(guó)對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑的研究起步較晚，防腐劑濃度的研究還停留在食品、藥物和化妝品等方面，對(duì)于城市水體中防腐劑的研究目前仍未見(jiàn)過(guò)報(bào)道.

為了研究國(guó)內(nèi)城市水體中對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑的污染狀況，本文選取廣州市內(nèi)的15個(gè)典型湖泊在非汛期進(jìn)行采樣，并運(yùn)用液液萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)MPB、EPB、PPB、BPB和BzPB 5種典型防腐劑進(jìn)行檢測(cè)與毒性分析，以期為廣州市湖泊水體的污染控制和水體生態(tài)環(huán)境的改善提供參考.

1　樣品來(lái)源與分析方法

1.1采樣點(diǎn)分布

本文針對(duì)廣州市的湖泊水體進(jìn)行研究，對(duì)市區(qū)內(nèi)較大的15個(gè)湖泊分別進(jìn)行采樣（圖1，L1：海珠湖，L2：曉港公園，L3：東山湖公園，L4：荔灣湖公園，L5：流花湖公園，L6：越秀公園，L7：田心新村，L8：麓湖，L9：廣州烈士陵園，L10：廣州動(dòng)物園，L11：暨南大學(xué)，L12：天河公園，L13：華南師范大學(xué)，L14：華南理工大學(xué)，L15：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)），采樣點(diǎn)涵蓋海珠區(qū)、越秀區(qū)、天河區(qū)和白云區(qū)，能直觀地反映廣州市區(qū)內(nèi)各湖泊的污染狀況.采樣時(shí)間為2012年12月15、16日，采樣過(guò)程嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證水樣不受污染，數(shù)據(jù)結(jié)果可靠.

圖1　廣州市湖泊采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of samPling sites in Guangzhou City

1.2樣品分析方法

樣品在真空下通過(guò)0.7 μm孔徑的Whatman GF/F玻璃纖維膜過(guò)濾，以獲得溶解相和顆粒相的樣品.萃取之前，每個(gè)樣品中摻入10 μl烷基酚，用經(jīng)典的液液萃取法提取樣品中的目標(biāo)物質(zhì).將1.0 L的水樣放置在分液漏斗中，以二氯甲烷為萃取劑萃取3次，每次加入50 ml.玻璃纖維膜中的顆粒相樣品在索氏提取器中用150 ml二氯甲烷萃取24 h.然后分別對(duì)萃取液進(jìn)行濃縮，加入10 ml正己烷，并在溫和的氮?dú)饬飨逻M(jìn)一步濃縮到約150 μl，再向濃縮液中加入50 μl的N，O-雙（三甲基硅基）三氟乙酰胺（BSTFA）與1%的三甲基氯硅烷（TMCS）衍生化，之后加入10 μl 50.00 ng/ml的13C-PCB 208，然后用微量進(jìn)樣器準(zhǔn)確抽取2 μl混合液，導(dǎo)入GC-MS（6890NGC，5973MSD，美國(guó)Agilent公司，HP-5MS毛細(xì)管柱）中測(cè)定，其中進(jìn)樣口襯管型號(hào)為5183-2037，1.8 mm ID.

色譜條件：采用無(wú)分流進(jìn)樣，數(shù)據(jù)的采集和處理采用GC-MS solution軟件工作站；進(jìn)樣口溫度為280℃；柱溫程序開(kāi)始為60℃保持2 min，以30℃/min的速率上升至130℃，之后以2℃/min的速率升溫到220℃，然后以30℃/min的速率升溫至300℃，并保持5 min.

質(zhì)譜條件：傳輸線和離子源溫度分別保持在280和230℃，電子能量為70 eV.先以保留時(shí)間和全掃方式進(jìn)行定性分析；然后根據(jù)標(biāo)液中各物質(zhì)的出峰時(shí)間和特征離子，采用分時(shí)段單掃的方式選擇離子，進(jìn)行定量分析.

1.3實(shí)驗(yàn)參數(shù)

將5種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的混合溶液溶解于正己烷中，分別配置成濃度為2、5、10、25、50、100 μg/L的溶液，使用GC-MS測(cè)定標(biāo)樣.根據(jù)標(biāo)樣的色譜圖確定目標(biāo)化合物的特征離子，以全掃方式確定出各自的出峰時(shí)間（表1）.

表1　5種目標(biāo)物的特征離子和出峰時(shí)間Tab.1 Characteristic ion and retention time of 5 target comPounds

表2　5種防腐劑的標(biāo)準(zhǔn)曲線及相關(guān)系數(shù)Tab.2 Standard curve and correlation ______coefficient of 5 Parabens

根據(jù)幾種不同濃度的標(biāo)樣進(jìn)行GC-MS分析，以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)物出峰面積的比值為橫坐標(biāo)（x），以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)物的濃度比值為縱坐標(biāo)（y），得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的方程表達(dá)式和相關(guān)系數(shù)（表2）.結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在2～100 μg/L范圍內(nèi)時(shí)，該檢測(cè)方法得到5種物質(zhì)的出峰面積比與相應(yīng)的實(shí)際濃度比的相關(guān)系數(shù)都在0.996以上，二者具有非常好的線性關(guān)系，可以據(jù)此計(jì)算樣品中目標(biāo)物的濃度.

1.4實(shí)驗(yàn)回收率與檢出限

取5種對(duì)羥基苯甲酸酯的已知濃度溶液，按照與樣品同樣的方法進(jìn)行處理和GC-MS分析，根據(jù)平行實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果可以計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值與已知濃度的比值作為該方法的回收率.根據(jù)美國(guó)EPA的標(biāo)準(zhǔn)方法，以3倍的信噪比作為計(jì)算方法的檢出限MDL（method detection limitation），即MDL= STD·信噪比［14］，信噪比系數(shù)取3，結(jié)果表明5種目標(biāo)物質(zhì)的回收率均在90%以上，重復(fù)性好，符合分析要求（表3）.因此該方法對(duì)5種防腐劑的檢測(cè)限十分理想，為0.01～0.06 ng/L，可以在實(shí)際水體的檢測(cè)中進(jìn)行應(yīng)用.

表3　方法對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢測(cè)限和回收率Tab.3 Standard deviation，detection limit and recovery of 5 target comPounds

1.5毒性分析方法

本文采用國(guó)內(nèi)常用的青海湖發(fā)光細(xì)菌對(duì)5種防腐劑的毒性進(jìn)行研究［15］，以不同物質(zhì)對(duì)青海湖發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)的抑制性強(qiáng)弱來(lái)表征其毒性的大小.將對(duì)羥基苯甲酸酯的標(biāo)樣以超純水按梯度進(jìn)行稀釋，得到一定濃度梯度的樣品.然后將活化好的青海湖發(fā)光細(xì)菌放在恒溫15℃的LUMIStherm恒溫器中15 min后待測(cè)，之后取0.5 ml稀釋好的各濃度待測(cè)樣品加入0.5 ml菌液，在15℃環(huán)境的恒溫器中接觸15 min后用HACH的LUMIStox300毒性檢測(cè)儀測(cè)定出各濃度梯度的樣品對(duì)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光光強(qiáng)的抑制率.

2　結(jié)果與討論

2.1廣州市湖泊水體防腐劑濃度

使用上述方法對(duì)所采集的樣品進(jìn)行萃取和GC-MS分析，檢測(cè)得到湖泊水體中溶解相和顆粒相中5種防腐劑的總濃度，結(jié)果表明，廣州市內(nèi)湖泊水體中溶解相的防腐劑濃度范圍為0.10～19.40 ng/L，平均濃度為5.06 ng/L（圖2）.最高值出現(xiàn)在越秀區(qū)內(nèi)的麓湖公園，這是由于緊挨著麓湖邊上分布著幾家餐飲店，餐飲店產(chǎn)生的污水直接排入麓湖水體，造成麓湖的防腐劑濃度相對(duì)較高；最低值出現(xiàn)在越秀公園東門(mén)附近的湖泊，這是由于越秀公園是廣州省內(nèi)著名的旅游景點(diǎn)，平時(shí)的管理十分嚴(yán)格，基本上不會(huì)有污水流入的緣故.相比之下水體中顆粒相的防腐劑濃度遠(yuǎn)低于溶解相，平均濃度為0.78 ng/L，這是由于5種防腐劑均微溶于水，其在水體中的濃度本身就很低，因此水體顆粒相中的濃度更低.

對(duì)羥基苯甲酸酯類除天然存在于一些如藍(lán)莓、白花杜鵑等植物中，其它全部由化學(xué)合成以用做防腐劑.所以未受污染的天然水體中對(duì)羥基苯甲酸酯類是不會(huì)有檢出的，但廣州市湖泊水體中對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑的檢出率竟高達(dá)100%（圖2），這說(shuō)明廣州市內(nèi)的湖泊水體已經(jīng)普遍受到防腐劑的污染.目前國(guó)際上還沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量水體中防腐劑的污染水平，但將本研究結(jié)果與Jonkers等［12］以及Benijts等［13］的研究結(jié)果作比較，發(fā)現(xiàn)廣州市內(nèi)湖泊水體中防腐劑的濃度略低于國(guó)外天然水體中的濃度.其主要原因是廣州市使用對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑的時(shí)間相對(duì)較短；其次是由于本次采樣的湖泊多數(shù)為公園與高校內(nèi)的湖泊景觀水，有公園和相關(guān)部門(mén)專門(mén)負(fù)責(zé)，而且除麓湖外，其他湖泊幾乎不會(huì)有生活和工業(yè)污水直接匯入.

湖泊水體中防腐劑主要以溶解相存在（圖2），所以本文就溶解相中5種防腐劑所占比例進(jìn)行研究，結(jié)果顯示溶解相中BPB的平均濃度最高，占溶解相總量的30.45%，在本文所選取的15個(gè)湖泊中，更有4個(gè)湖泊水體中BPB濃度占5種防腐劑溶解相總量的58%以上；BzPB的平均濃度最低，為6.71%，其中有7個(gè)湖泊中BzPB未檢出（圖3）.另外MPB、EPB和PPB的平均占比分別為25.37%、7.72%和29.75%.

圖2　廣州市湖泊水樣防腐劑濃度測(cè)定結(jié)果Fig.2 Test results of Parabens in water samPles from lakes in Guangzhou City

2.2防腐劑毒性分析

根據(jù)方法1.5節(jié)得到的結(jié)果，以抑制率為縱軸，以樣品中防腐劑的濃度為橫軸，作出不同濃度的樣品與水樣毒性的折線關(guān)系圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得水樣的毒性隨標(biāo)樣濃度的變化如圖4.由防腐劑毒性分析的折線圖可以看出（圖4），5種防腐劑的毒性均隨濃度的升高而上升，當(dāng)濃度達(dá)到一定限值時(shí)其抑制率趨近于1，當(dāng)濃度較低時(shí)其抑制率趨近于0.通過(guò)LUMIStox300毒性檢測(cè)儀的檢測(cè)，MPB、EPB、PPB、BPB和BzPB的EC50值分別為5.05、6.73、12.79、8.65和0.19 mg/L，可以看出5種對(duì)羥基苯甲酸酯類防腐劑中，BzPB的毒性最高，這與APPlegate等［15］的結(jié)論一致.所以，雖然自然水體BzPB所占的比例最小，但在研究廣州市區(qū)防腐劑污染的問(wèn)題時(shí)，BzPB應(yīng)得到足夠重視.

圖3　廣州市湖泊水體溶解相中各種防腐劑的比例Fig.3 ProPortions of 5 Parabens of dissolved Phase in water samPles from lakes in Guangzhou City

3　結(jié)論與展望

1）對(duì)廣州市區(qū)內(nèi)15個(gè)湖泊進(jìn)行分析檢測(cè)的結(jié)果表明，水體中防腐劑的檢出率高達(dá)100%，說(shuō)明廣州市區(qū)內(nèi)的湖泊普遍受到防腐劑的污染，其中溶解相的防腐劑平均濃度為5.06 ng/L，顆粒相的平均濃度為0.78 ng/L.

2）廣州市區(qū)的湖泊水體中溶解相防腐劑濃度最高的為對(duì)羥基苯甲酸丁酯，占總量的30.45%；對(duì)羥基苯甲酸苯甲酯所占比例最小，為6.71%.

3）以防腐劑對(duì)發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)的抑制強(qiáng)弱來(lái)表征其毒性的大小，5種防腐劑的毒性都隨濃度的升高而上升，且以對(duì)羥基苯甲酸苯甲酯的毒性為最強(qiáng)，考慮到自然水體中所檢測(cè)到的濃度，對(duì)羥基苯甲酸苯甲酯對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生的影響最大.

本文雖然對(duì)廣州市內(nèi)湖泊水體中防腐劑的溶解相和顆粒相的濃度進(jìn)行研究，在國(guó)內(nèi)自然水體中防腐劑的領(lǐng)域上邁出一步，但對(duì)湖泊之外的水體還沒(méi)有進(jìn)行研究，為了準(zhǔn)確地了解國(guó)內(nèi)自然水體中防腐劑的分布與濃度、掌握防腐劑的污染狀況，下一步將對(duì)不同類型的自然水體都進(jìn)行相關(guān)研究.

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Research of parabens and its potentiaL toxicity risk in Lakes of Guangzhou

LIU Zufa1，2，GUAN Shuai1，2，LIN Yingyan1，2，DENG Zhe1，2，DING Bo1，2&ZHA Xini1，2
（1：Center for Water Resources and Environment，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，P.R.China）
（2：Key Laboratory of Water Cycle and Water Security in Southern China of Guangdong Higher Education Institutes，Guangzhou 510275，P.R.China）

In this study，the method of GC-MS with liquid-liquid extraction was adoPted to analyze the Parabens in 15 lakes of Guangzhou.The results showed that：Parabens were detected from all the samPling sites while the content was not high contrasted with foreign waters.The average content of Parabens in aquatic matter is 5.06 ng/L，and that in susPended Particulate matter is 0.78 ng/L.Concentration of Butyl Paraben is more than other Parabens in water，accounted for 30.45%of the total in aquatic matter，while concentration of Benzyl Paraben is the lowest，accounted for 6.71%.According to the intensity of the suPPress of the luminous bacteria，we can characterize the intensity of toxicity of Parabens.The results show that Benzyl Paraben has the strongest toxic among the five Parabens，and has the biggest imPact on the environment of lakes in Guangzhou.

Lakes；Parabens；Guangzhou；GC-MS；toxicity

10.18307/2016.0212

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21377170）資助.2014-12-22收稿；2015-08-17收修改稿.劉祖發(fā)（1961～），男，副教授，博士；E-mail：eeslzf@mail.sysu.edu.cn.