固相萃取-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中15種鄰苯二甲酸酯

宮俊杰，孫欣，王明林

（1.龍大食品集團(tuán)有限公司，山東煙臺(tái) 265231； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

固相萃取-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中15種鄰苯二甲酸酯

宮俊杰1，孫欣2，王明林2

（1.龍大食品集團(tuán)有限公司，山東煙臺(tái) 265231； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

建立了固相萃取結(jié)合氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測(cè)土壤可15種鄰苯二甲酸酯殘留的方法。樣品采用丙酮和石油醚超聲提取，取上清液濃縮，上弗羅里硅土固相萃取柱凈化，收集洗脫液，定容，以氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法分析。該方法在20～2 000 ng／g范圍內(nèi)線性關(guān)系良好（r2＞0.999 0），檢出限（S／N=3）為0.12～0.61 ng／g。20，50，200 ng／g 3個(gè)添加濃度的15種鄰苯二甲酸酯的加標(biāo)回收率在78.9%～101.8%之間，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.19%～8.34%（n=5）。該方法準(zhǔn)確、靈敏，符合痕量分析的要求，適用于土壤可鄰苯二甲酸酯類殘留的分析。

鄰苯二甲酸酯類；固相萃取；氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法；土壤

作為重要的工業(yè)原料，鄰苯二甲酸酯（PAEs）在塑料制品、化妝品、紡織品等工業(yè)產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用，常作為工業(yè)生產(chǎn)中塑料、樹(shù)脂和橡膠類制品的增塑劑，是一類重要的環(huán)境激素類化合物［1］。PAEs可增加聚合物材料的延展性和柔軟度，并具有難揮發(fā)、耐熱、耐光和耐寒等特點(diǎn)，在塑料中的添加量可高達(dá)20%～50%［2］。塑化劑使用過(guò)多產(chǎn)生的負(fù)面影響日益凸顯。長(zhǎng)期攝入含有塑化劑及其代謝產(chǎn)物的農(nóng)作物會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生肝腎毒性，發(fā)育毒性，生殖毒性和致癌作用［3-6］。土壤中的PAEs主要來(lái)自農(nóng)用塑料廢棄物在土壤中的沉積與擴(kuò)散。許多調(diào)查表明，在各地的土壤組分中，檢出較多的是鄰苯二甲酸二異辛酯（DEHP）和鄰苯二甲酸二異丁酯（DIBP），鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）、鄰苯二甲酸二乙酯（DEP）及鄰苯二甲酸丁芐酯（BBP）檢出相對(duì)較少，部分地區(qū)的PAEs含量甚至超過(guò)美國(guó)土壤PAEs的控制標(biāo)準(zhǔn)［7］，土壤中的PAEs超標(biāo)會(huì)直接導(dǎo)致農(nóng)作物中PAEs的高殘留。

目前，PAEs常用的檢測(cè)方法有高效液相色譜法［8］、氣相色譜法［9］、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法［10］、氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法［11］。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)及國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法居多［12-15］，而土壤中PAEs的檢測(cè)還沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。筆者采用固相萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中的PAEs，為建立土壤中PAEs檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

三重串聯(lián)四極桿氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：GCMS-TQ 8030型，附帶自動(dòng)進(jìn)樣器，日本島津有限公司；

高速冷凍離心機(jī)：TGL-16型，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；

超聲儀：DS-8510型，上海生析超聲儀器有限公司；

電子天平：E204型，感量為0.000 1 g，梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；

玻璃離心管：50 mL，上海佛雷堡生物科技有限公司；

具塞三角瓶：100 mL，姜堰市夏南生化器械廠；

有機(jī)系過(guò)濾膜：孔徑為0.22 μm，菲羅門科技有限公司；

弗羅里硅土固相萃取柱：容量為5 mL，美國(guó)Suplco公司；

C18固相萃取柱：容量為5 mL，美國(guó)Suplco公司；

硅膠固相萃取柱：容量為5 mL，美國(guó)Suplco公司；

丙酮、石油醚、正己烷、無(wú)水硫酸鎂：分析純；

乙腈：色譜純；

DMP、DEP、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、DEHP、鄰苯二甲酸正辛酯（DNOP）、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯（DCHP）、鄰苯二甲酸二戊酯（DPP）、BBP、DIBP、鄰苯二甲酸二（2-甲氧基）乙酯（DMEP）、鄰苯二甲酸二（4-甲基-2-戊基）酯（BMPP）、鄰苯二甲酸二（2-乙氧基）乙酯（DEEP）、鄰苯二甲酸二己酯（DHXP）、鄰苯二甲酸二丙酯（DPRP）、鄰苯二甲酸二烯丙酯（DAP）標(biāo)準(zhǔn)樣品：德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司。

1.2 溶液配制

DPRP-DAP混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：100 μg／mL，準(zhǔn)確稱取DPRP和DAP標(biāo)準(zhǔn)樣品各5 mg（ 精確至0.01 mg），用乙腈溶解混合，置于50 mL容量瓶中，定容至標(biāo)線。

DMP，DEP，DBP，DEHP，DNOP，DCHP，DPP，BBP，DBP，DMEP，BMPP，DEEP，DHXP 13種PAEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：各組分質(zhì)量濃度均為100 μg／mL。

15種標(biāo)準(zhǔn)混合儲(chǔ)備液：各組分質(zhì)量濃度為50 μg／mL，各取上述DPRP-DAP混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液和13種PAEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，混合定容于10 mL容量瓶中，避光于冰箱中4℃下保存。

混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：為了消除基質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，每次實(shí)驗(yàn)前土壤樣品按照1.4.1處理，得到提取后的上清溶液，用上清液梯度稀釋標(biāo)準(zhǔn)混合儲(chǔ)備液，分別制成0.02，0.05，0.2，1.0，2.0 mg／L系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。不同批次樣品現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 氣相色譜

色譜柱：Rtx-5 ms柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)RESTEK公司)；載氣：氦氣；進(jìn)樣口溫度：280℃；柱流量：1 mL／min；進(jìn)樣體積：1 μL；不分流進(jìn)樣；柱溫：程序升溫，升溫程序見(jiàn)表1。

表1 色譜柱升溫程序

1.3.2 質(zhì)譜

電離方式：電子轟擊電離源EI；監(jiān)測(cè)模式：多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式；離子源溫度：280℃；接口溫度：280℃；碰撞氣：氬氣；溶劑延遲：3.0 min。

15種PAEs的目標(biāo)離子對(duì)和參考離子對(duì)的色譜保留時(shí)間及部分質(zhì)譜參數(shù)見(jiàn)表2。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1 樣品提取與富集

采集后的土壤樣品去除雜質(zhì)，于60℃干燥箱中鼓風(fēng)干燥8 h，干燥后的樣品用研缽研磨均勻，過(guò)0.25 mm孔徑的篩子。準(zhǔn)確稱取5.00 g土壤樣品于100 mL具塞三角瓶中，加入40 mL丙酮-石油醚混合溶劑(1∶5），于30℃超聲提取15 min，加入4 g無(wú)水硫酸鎂，振蕩10 min后靜置3 min，取上清液25 mL于50 mL玻璃離心管中，以4 000 r／min轉(zhuǎn)速離心5 min，取20 mL上清液，氮吹濃縮至2 mL。

1.4.2 樣品凈化

先后用石油醚5 mL和丙酮5 mL淋洗弗羅里硅土固相萃取柱，棄去淋洗液，加入1.4.1所得濃縮后的樣品提取液，再用10 mL丙酮-石油醚混合溶劑（1∶1）洗脫，收集洗脫液，氮吹濃縮至干，用甲醇定容至1.0 mL，上樣分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣相色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 色譜柱與進(jìn)樣方式

鄰苯二甲酸酯類是中等偏弱極性物質(zhì)，沸點(diǎn)比較高，適合選擇弱極性或者非極性固定相的色譜柱。實(shí)驗(yàn)所選Rtx-5 ms色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）以5%的二苯基-95%二甲基聚硅氧烷為固定相，極性弱，柱流失少，是理想的GC-MS分析色譜柱。為了提高靈敏度、達(dá)到痕量分析的要求，選擇不分流進(jìn)樣方式。

表2 15種PAEs的GC-MS／MS分析參數(shù)

2.1.2 溶劑延遲時(shí)間

溶劑出峰會(huì)引起儀器檢測(cè)器飽和，導(dǎo)致機(jī)器報(bào)錯(cuò)，所以設(shè)置合理的溶劑延遲時(shí)間既能防止機(jī)器報(bào)錯(cuò)又不影響樣品出峰。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)真空度監(jiān)測(cè)窗口的真空度波動(dòng)和第一目標(biāo)物的出峰時(shí)間選擇溶劑延遲時(shí)間為3 min。

2.1.3 程序升溫

試驗(yàn)了兩個(gè)程序升溫條件方案。

方案一：初始溫度設(shè)為40℃，保持1 min，以10℃／min 升至280℃并保持5 min。此方案3～4.5 min內(nèi)樣品和混合標(biāo)準(zhǔn)溶液都沒(méi)有出峰；4.5～13 min樣品出峰少，且保留時(shí)間間隔長(zhǎng)；13～25 min出峰多且比較集中，總用時(shí)30 min。

方案二：初始溫度設(shè)為60℃，保持1 min，以20℃／min 升至220℃，保持1 min，然后以5℃／min升至280℃并保持5 min。此方案3 min后即出現(xiàn)樣品峰，3～21 min出峰基本分開(kāi)，總用時(shí)26 min。

方案二比方案一用時(shí)短，所以選擇方案二。

圖1為最佳色譜條件下15種PAEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖。由圖1可知，15種PAEs化合物分離良好。

圖1 15種PAEs標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)總離子流色譜圖

2.2 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

2.2.1 檢測(cè)器電壓

當(dāng)儀器真空度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時(shí)進(jìn)行色譜峰監(jiān)測(cè)，檢測(cè)器電壓設(shè)置為0.7 kV，觀察氮?dú)夂退V峰，氮?dú)夥逍∮谒宓亩种唬瑒t在要求范圍內(nèi)，即可進(jìn)行調(diào)諧，保存調(diào)諧所得到電壓值0.9 kV。為了增加靈敏度，使用“SCAN”模式時(shí)選擇檢測(cè)器電壓為1.0 kV；使用“MRM”模式時(shí)選擇檢測(cè)器電壓為1.2 kV。

2.2.2 離子對(duì)和碰撞電壓

在Q3SCAN全掃描模式下，將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣掃描，得15種PAEs的特征一級(jí)質(zhì)譜圖。對(duì)于每一種組分，選擇多個(gè)或一個(gè)質(zhì)荷比較大的特征離子作為該目標(biāo)物的母離子。選定母離子后，編輯產(chǎn)物離子掃描方法。在不同的能量下將目標(biāo)物的母離子打碎，得到不同電壓下15種PAEs的特征二級(jí)質(zhì)譜圖，選擇3個(gè)豐度較高的特征離子作為子離子，從而確定15種PAEs的離子對(duì)和碰撞電壓，得到MRM掃描方法。以DONP為例，圖2為在Q3SCAN全掃描模式下得到的DONP碎片離子豐度圖，圖中豐度高且質(zhì)荷比較大的特征離子為m／z149，選擇149為DONP的母離子，使用碎片離子掃描模式選擇m／z65，m／z93，m／z121 3個(gè)豐度較高的離子作為子離子。圖3為MRM模式下的到的3個(gè)碎片離子的質(zhì)量離子色譜（MIC）圖。

圖2 DONP在Q3SCAN模式下的質(zhì)譜離子豐度

圖3 DONP在MRM模式下三個(gè)碎片離子的MIC圖

2.3 基質(zhì)效應(yīng)的考察

考慮到質(zhì)譜對(duì)基質(zhì)效應(yīng)比較敏感，采用相對(duì)響應(yīng)值法對(duì)土壤基質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行考察［16］。測(cè)定15種不同濃度PAEs時(shí)土壤基質(zhì)效應(yīng)見(jiàn)表3。

由表3可知，土壤基質(zhì)對(duì)15種PAEs的測(cè)定普遍存在基質(zhì)干擾，且濃度小的成分受到的干擾較大，所以本實(shí)驗(yàn)采用前處理后的基質(zhì)溶液配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，校準(zhǔn)后以獲取較準(zhǔn)確的結(jié)果。

2.4 土壤樣品固相萃取前處理技術(shù)

2.4.1 不同提取溶劑對(duì)PAEs萃取效率的影響

PAEs是弱極性的化合物，在正己烷、丙酮和石油醚這4種常用有機(jī)溶劑中的溶解度都很高。試驗(yàn)比較了正己烷、石油醚、丙酮和丙酮-石油醚混合溶劑（1∶5）作為提取溶液對(duì)PAEs萃取率的影響，結(jié)果表明不同提取溶液對(duì)PAEs的萃取效果不同，使用丙酮-石油醚混合溶劑（1∶5）為提取溶液時(shí)各組分回收率最高。

2.4.2 固相萃取柱的選擇

使用固相萃取小柱對(duì)提取溶液進(jìn)行凈化，比較了弗羅里硅土柱、C18柱和硅膠柱對(duì)凈化效果和回收率的影響，結(jié)果表明使用弗羅里硅土柱凈化樣品回收率最高。

2.5 線性方程和檢出限

將1.2配制的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液按1.4方法進(jìn)樣分析，得每種濃度的溶液對(duì)應(yīng)的色譜峰面積，以每個(gè)PAEs色譜峰面積Y對(duì)質(zhì)量濃度X（μg／L）繪制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，以信噪比3確定檢出限，信噪比10確定定量限，線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限見(jiàn)表4。由表4可知，15種PAEs的質(zhì)量濃度在20～2 000 ng／g內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 0，檢出限為0.08～0.61 ng／g，定量限為0.04～2.03 ng／g。

表4 15種PAEs的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)和精密度

設(shè)置20，50，200 ng／g 3個(gè)添加水平，向土壤空白樣品中加入15種PAEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 15種PAEs加標(biāo)回收及精密度試驗(yàn)結(jié)果(n=5) %

由表5可知，15種PAEs在土壤樣品中的平均回收率在78.9%～101.8%之間；測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.19%～8.34%（n=5），表明該方法有良好的精密度和準(zhǔn)確度，能滿足鄰苯二甲酸酯類的檢測(cè)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

建立了固相萃取-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)土壤中15種鄰苯二甲酸酯類的方法。利用弗羅里硅土固相萃取柱對(duì)土壤樣品進(jìn)行凈化，既可以吸附樣品中的干擾雜質(zhì)，又可以阻止固體懸浮物，不需離心操作，縮短分析時(shí)間。該方法具有良好的回收率、精密度和靈敏度，可用于土壤中鄰苯二甲酸酯類的分析。

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寧夏一國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲批建設(shè)

科技部不久前再次發(fā)布公告稱，批準(zhǔn)建設(shè)寧夏回族自治區(qū)人民政府省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。寧夏回族自治區(qū)人民政府將每年為實(shí)驗(yàn)室提供不低于1 000萬(wàn)元的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、日常運(yùn)行、開(kāi)放課題設(shè)立和人才引進(jìn)培養(yǎng)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)。依托單位寧夏大學(xué)為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供實(shí)驗(yàn)用房、科研儀器設(shè)施、科研經(jīng)費(fèi)等必要的基礎(chǔ)條件，并在人才引進(jìn)和人才培養(yǎng)等方面給予重點(diǎn)支持。

(林)

Determination of 15 Kinds of Phthalate Esters in Soil by Using Solid Phase Extraction-Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

Gong Junjie1, Sun Xin2, Wang Minglin2
(1. Longda Foodstuff Group Co., Ltd., Yantai 265231, China；2. College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China)

A method for the determination of 15 phthalate esters in soil by solid phase extraction and gas chromatography tandem mass spectrometry was developed. The samples were extracted with acetone and petroleum ether.The supernatant was concentrated and cleaned up on a Florisil solid phase extraction column. The eluent was collected and then analyzed by gas chromatography tandem mass spectrometry. The calibration curve was linear in the range of 20-2 000 ng／g (r2＞ 0.999 0) and the detection limits (S／N=3) were 0.12-0.61 ng／g. The recoveries of 15 phthalates at 20, 50 and 200 ng／g ranged from 78.9% to 101.8% with RSDs of 0.19%-8.34%(n=5). The method is accurate，sensitive and suitable for the analysis of phthalic acid esters in soil.

phthalate esters; solid phase extraction; gas chromatography-tandem mass spectrometry; soil

O657.7

:A

:1008-6145(2017)02-0052-05

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.02.014

聯(lián)系人：孫欣；E-mail： xsun@sdau.edu.cn

2017-01-12