加壓流體萃取-氣相色譜法測(cè)定土壤中酞酸酯類化合物

南淑清，張 丹，梁 晶，熊 飆，趙 穎，孔海燕

河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450004

加壓流體萃取-氣相色譜法測(cè)定土壤中酞酸酯類化合物

南淑清，張 丹，梁 晶，熊 飆，趙 穎，孔海燕

河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450004

建立了土壤中15種酞酸酯的加壓流體萃取-弗羅里硅土柱凈化-氣相色譜測(cè)定方法。就萃取條件探討了溶劑、溫度、時(shí)間和循環(huán)次數(shù)對(duì)萃取效率的影響，就凈化條件探討了凈化柱和洗脫溶劑對(duì)萃取效率的影響。根據(jù)研究結(jié)果，確定萃取條件以二氯甲烷為萃取溶劑，在萃取溫度120 ℃、壓強(qiáng)1 500 psi時(shí)，預(yù)熱5 min，靜態(tài)提取5 min，循環(huán)萃取2次，用體積為60%萃取池體積的萃取溶劑沖洗萃取池，之后用氮?dú)獯祾咻腿〕?0 s；凈化條件為萃取溶液過弗羅里硅土固相萃取柱凈化后，以正己烷∶丙酮(體積比為5∶1)洗脫。15種酞酸酯類化合物加標(biāo)回收率為67.1%～124%，方法檢出限為0.017～0.048 mg/kg。

土壤；酞酸酯；加壓流體萃取；氣相色譜

Abstract:A method was developed for the determination of 15 kinds of phthalate esters (APEs) in soil by pressurized fluid extraction, Florisil purification and gas chromatography in this study. The effects of extraction solvent, temperature, duration, repeating times, purification column and elution solvent on extraction efficiency were investigated in detail. The results showed that the optimized extraction procedures are circulating extraction of the soil twice with dichloromethane for 5 minutes at each time under the temperature of 120 ℃ degrees and the pressure of 1 500 psi after preheating for 5 minutes, purifying the solvent extract with Florisil column and eluting with Hexane ∶Acetone (5 ∶1). The average recoveries for 15 kinds of APEs are 67.1%-124%, and the detection limits are 0.017-0.048 mg/kg.

Keywords:soil; phthalate esters;pressurized fluid extraction;gas chromatography

酞酸酯(PAEs)，又稱鄰苯二甲酸酯，是塑料中必不可少的、增強(qiáng)其可塑性和強(qiáng)度的改性添加劑。隨著塑料制品在人類生活中的普及，PAEs使用量迅速增加。1986年，PAEs世界年產(chǎn)量至少在200萬t以上[1]；2015年，使用量即達(dá)到約600萬t[2]。PAEs被廣泛使用后，大量進(jìn)入環(huán)境，不但土壤、水體和大氣中廣泛被檢出，蔬菜、油品、酒類、方便面甚至生物體內(nèi)均有不同程度檢出，已成為“第二個(gè)全球性PCB污染物”。多項(xiàng)研究報(bào)道說明PAEs具有生殖發(fā)育毒性，并可致癌、致畸和致突變作用[3-8]。美國環(huán)保署(USEPA)將6種PAEs列入重點(diǎn)控制污染物名單，世界野生動(dòng)物基金會(huì)(WWF)將8種PAEs列入環(huán)境激素名單，中國將3種PAEs列入優(yōu)先控制黑名單。開發(fā)廣泛適用的多種PAEs分析方法成為必然需求，土壤作為環(huán)境污染物的匯，測(cè)定其中PAEs尤為重要。

多位學(xué)者對(duì)測(cè)定土壤中PAEs做出了研究，陳永山等[9]比較了索氏提取和超聲萃取PAEs的優(yōu)缺點(diǎn)；周曉龍[10]等建立了超聲萃取-弗羅里硅土(Florisi)固相萃取柱凈化-氣相色譜/火焰離子檢測(cè)器(GC-FID)測(cè)定土壤中6種酞酸酯化合物的方法；李娟等[11]建立了微波萃取-Florisi固相萃取柱凈化-高效液相色譜法(HPLC)分析土壤中的5種酞酸酯類化合物的方法；王盛才等[12]建立了加速溶劑萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法(GC/MS)測(cè)定土壤中6種PAEs的方法；羅財(cái)紅[13]等研究了加速溶劑萃取-凝膠色譜(GPC)凈化-GC/MS/MS法分析沉積物中17種PAEs的方法。綜合考慮各個(gè)國家和組織控制的PAEs種類及分析方法中的處理時(shí)間、萃取效率和方法靈敏度等因素，本文選擇使用溶劑少、萃取時(shí)間短、萃取效率高的加壓流體萃取(又稱加速溶劑萃取、壓力溶劑萃取)作為萃取方法，目標(biāo)化合物分離可進(jìn)行最優(yōu)選擇、靈敏度可滿足需求的氣相色譜法作為測(cè)定方法，對(duì)土壤中15種PAEs進(jìn)行分析方法研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器設(shè)備與主要試劑

儀器設(shè)備：加速溶劑萃取儀(ASE 200，美國)；固相萃取裝置(ASPE-4790，美國)；氣相色譜儀(配FID，7890A，美國)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(BUCHIR-200，瑞士)；氮吹儀(TTL-DC)。

試劑和材料：甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷、石油醚(色譜純,德國)，F(xiàn)lorisi固相萃取小柱(1 g/6 mL，美國)，C18固相萃取小柱(1 g/6 mL，美國)。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：15種PAEs混標(biāo)(鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸雙(2-甲氧基乙基)酯(DMEP)、鄰苯二甲酸雙(4-甲基-2-戊基)酯(BMPP)、鄰苯二甲酸雙(2-乙氧基乙基)酯(DEEP)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP)、鄰苯二甲酸二己酯(DHP)、鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP)、鄰苯二甲酸雙(2-正丁氧基乙基)酯(DBEP)、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯(DCHP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DOP)、鄰苯二甲酸二壬酯(DINP)，Accustandard公司，1 000 μg/mL)。

1.2分析

1.2.1 樣品采集和保存

根據(jù)分析目的，采集土壤表層或剖面樣品，去除石塊、植物根莖和其他較大顆粒。在常壓下干燥，經(jīng)粉碎機(jī)研磨，過篩后，保存于干凈的棕色玻璃瓶中。

1.2.2 樣品萃取

在萃取池底部放置1個(gè)過濾片，準(zhǔn)確稱取(10±0.05) g制備后土壤樣品，加入適量硅藻土，于瑪瑙研缽中充分研磨后全部轉(zhuǎn)移至33 mL萃取池中，加硅藻土至萃取池頂部。用二氯甲烷做為萃取溶劑，萃取溫度120 ℃，壓強(qiáng)1 500 psi，預(yù)熱5 min，靜態(tài)提取5 min，循環(huán)2次，用體積為60% 萃取池體積的萃取溶劑沖洗萃取池，之后用氮?dú)獯祾咻腿〕?0 s。將收集瓶中的萃取液轉(zhuǎn)移至濃縮瓶，經(jīng)定量濃縮儀濃縮至1～2 mL，過Florisi凈化小柱凈化，收集并過無水硫酸鈉干燥，然后氮吹濃縮至1 mL，上氣相色譜儀測(cè)定。

1.3氣相色譜條件

HP-5色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣流速：1.0 mL/min(恒流模式；色譜柱：柱溫80 ℃保持1 min，以8 ℃/min的速率升至270 ℃，保持9 min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣方式：1.0 μL，不分流，分流閥打開時(shí)間1.0 min；檢測(cè)器溫度：300 ℃；氫氣流量：30 mL/min；空氣流量：300 mL/min；尾吹流量：25 mL/min。15種酞酸酯色譜圖見圖1。

注：1.DMP；2.DEP；3.DIBP；4.DBP；5.DMEP；6.BMPP；7.DEEP；8.DPP；9.DHP；10.BBP；11.DBEP；12.DCHP；13.DEHP；14.DOP；15.DINP。圖1 15種酞酸酯色譜圖Fig.1 Chromatograms of the mixed standards of 15 componds

2 結(jié)果與討論

2.1萃取條件選擇

影響加壓流體萃取效率的主要因素包括萃取溶劑、溫度、時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等。

2.1.1 萃取溶劑

萃取溶劑對(duì)目標(biāo)化合物的萃取效率起到至關(guān)重要的作用。除強(qiáng)酸(鹽酸、硫酸、硝酸)外，有機(jī)溶劑、水和緩沖溶劑均可用于加壓流體萃取。根據(jù)相似相溶原理，初步選擇正己烷、二氯甲烷、石油醚3種有機(jī)溶劑萃取土壤中15種酞酸酯，檢驗(yàn)其對(duì)目標(biāo)化合物的萃取效率，其他步驟條件見1.2.2小節(jié)。測(cè)定結(jié)果見圖2。正己烷、二氯甲烷、石油醚對(duì)15種酞酸酯的萃取效率范圍分別為0%～76.4%、61.5%～97.6%、13.5%～98.7%。因此，確定二氯甲烷為該方法的萃取溶劑。

圖2 萃取溶劑Fig.2 Effect of the extracting agent

2.1.2 萃取溫度

壓力流體萃取時(shí)，升高溫度可降低溶劑黏度，降低溶劑與樣品基體之間的表面張力，增加溶劑對(duì)樣品基質(zhì)滲透性和對(duì)目標(biāo)化合物的溶解度，從而提高萃取效率。但過高的溫度可能導(dǎo)致目標(biāo)化合物熱解，降低萃取效率，須選擇最佳萃取溫度從而達(dá)到高萃取效率。常用萃取溫度范圍為50～200 ℃，選擇80、100、120、140、160 ℃，考察不同溫度對(duì)萃取效果的影響，其他步驟條件見1.2.2小節(jié)。結(jié)果見圖3。自80 ℃起，升高溫度，萃取效率增加；當(dāng)溫度升至120 ℃時(shí)，回收率最高(15種酞酸酯的萃取效率為81.6%～120%)；隨著溫度升高，回收率降低，在140 ℃時(shí)，目標(biāo)化合物已出現(xiàn)熱解現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)確定萃取溫度為120 ℃。

圖3 萃取溫度Fig.3 Effect of extraction temperature

2.1.3 萃取時(shí)間

壓力流體萃取時(shí)間一般為5～11 min，選擇3、5、7、9、11 min，考察其萃取效率，其他步驟條件見1.2.2小節(jié)。結(jié)果見圖4。3、5、7、9、11 min時(shí)，萃取效率范圍分別為82.2%～96.5%、99.3%～119%、99.2%～119%、98.7%～119%、97.7%～119%。5 min時(shí)，萃取效率高且較穩(wěn)定，確定其為萃取時(shí)間。

圖4 萃取時(shí)間Fig.4 Effect of static extraction time

2.1.4 循環(huán)次數(shù)

壓力流體萃取時(shí)，根據(jù)目標(biāo)化合物和基質(zhì)性質(zhì)，循環(huán)次數(shù)一般選用1～3次，選擇循環(huán)萃取1、2、3次進(jìn)行條件試驗(yàn)，考察其對(duì)萃取效率的影響，其他步驟條件見1.2.2小節(jié)，結(jié)果見圖5。循環(huán)萃取1、2、3次時(shí)，對(duì)15種酞酸酯化合物的萃取效率分別為65.2%～89.8%、81.0%～111%、82.0%～112%。循環(huán)萃取2次的萃取效率明顯優(yōu)于循環(huán)萃取1次，但與循環(huán)萃取3次基本一致，確定萃取的循環(huán)次數(shù)為2次。

圖5 循環(huán)次數(shù)Fig.5 Effect of extraction cycle mumber

2.2凈化條件

影響凈化效果的因素主要包括凈化柱類別和淋洗溶劑。

2.2.1 凈化柱

考察C18(1 mg/6mL，玻璃)和Florisi固相萃取柱(1 g/6 mL，玻璃)對(duì)15種酞酸酯的凈化效果，其他步驟條件見1.2.2小節(jié)。結(jié)果見圖6。經(jīng)C18和Florisi固相萃取柱凈化后，15種目標(biāo)化合物的回收率分別為11.9%～65.4%、56.8%～117%，F(xiàn)lorisi固相萃取柱回收率較優(yōu)，故最終確定Florisi固相萃取柱為凈化柱。基質(zhì)較干凈、不干擾目標(biāo)物定性、定量時(shí)，應(yīng)不做凈化步驟。

圖6 凈化柱Fig.6 Decontaminating column

2.2.2 淋洗溶劑

選用正己烷∶丙酮(體積比為5∶1)、二氯甲烷∶丙酮(體積比為9∶1)和二氯甲烷∶正己烷(體積比為1∶1)3種溶劑考察其在固相萃取柱凈化步驟中洗脫15種酞酸酯的效率，其他步驟條件參見1.2.2小節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。正己烷∶丙酮(體積比為5∶1)、二氯甲烷∶丙酮(體積比為9∶1)、二氯甲烷∶正己烷(體積比為1∶1)對(duì)目標(biāo)化合物的洗脫效率分別為56.8%～117%、55.5%～103%、1.4%～29.9%。其中，正己烷∶丙酮(體積比為5∶1)除對(duì)DMP的洗脫效率為56.8%，對(duì)其余化合物的洗脫效率均在80%以上。因此，確定正己烷∶丙酮(體積比為5∶1)為洗脫溶劑。

圖7 洗脫效率Fig.7 Elution efficiency

2.3質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及方法檢出限

配制15種酞酸酯類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列(0.50、1.00、2.00、5.00、10.0、15.0、20.0 mg/L)，采用優(yōu)化后實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)定；取7份石英砂作為空白土壤，均加標(biāo)至土壤中濃度為0.10 mg/kg測(cè)定，計(jì)算方法檢出限[14]。結(jié)果如表1所示。15種酞酸酯類化合物在0.50～20.0 mg/L范圍內(nèi)呈良好線性，方法檢出限為0.017～0.048 mg/kg。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及方法檢出限Table 1 calibration curve and Detection limit

2.3.2 精密度和準(zhǔn)確度

取6份石英砂作為空白土壤，加標(biāo)至濃度為0.25 mg/kg，使用優(yōu)化條件進(jìn)行全程序測(cè)定。對(duì)4個(gè)不同類型土壤樣品(棕壤土、褐土、耕地土、經(jīng)濟(jì)林土)進(jìn)行全程序加標(biāo)回收試驗(yàn)，加標(biāo)量為0.25 mg/kg。精密度和準(zhǔn)確度如表2所示?？瞻准訕?biāo)時(shí)，DBEP、DOP最低回收率均為67.1%，其余化合物回收率數(shù)據(jù)均為70%～130%，RSD為7.57%～13.4%；實(shí)際樣品加標(biāo)時(shí)，酞酸酯類化合物在棕壤、褐土、耕地土、經(jīng)濟(jì)林土中的回收率分別為63.7%～101%、61.9%～120%、61.8%～106%、60.3%～111%。

2.3.3 全程序空白

PAEs在環(huán)境中普遍存在，給實(shí)驗(yàn)中空白控制帶來一定困難。實(shí)驗(yàn)前，對(duì)二氯甲烷等實(shí)驗(yàn)溶劑進(jìn)行空白試驗(yàn)，確定溶劑中無酞酸酯目標(biāo)物檢出。用鉻酸洗液清洗使用的所有玻璃器皿，使用前放置在潔凈的封閉玻璃干燥器，以消除環(huán)境污染影響。以石英砂作為空白土壤樣品，測(cè)定全程空白值，用于控制和扣除全程序空白。

表2 精密度和準(zhǔn)確度Table 2 Relative standard deviation and recovery

3 結(jié)論

建立了土壤中加壓流體萃取-Florisi固相萃取柱凈化-氣相色譜測(cè)定15種酞酸酯的方法。經(jīng)方法精密度和準(zhǔn)確度驗(yàn)證并測(cè)定實(shí)際樣品，說明該方法快速便捷、靈敏度好、精密度高，適用于測(cè)定土壤中15種酞酸酯。

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DeterminationofPhthalateEstersinSoilbyPressurizedFluidExtractionwithGasChromatographyMethod

NAN Shuqing, ZHANG Dan, LIANG Jing, XIONG Biao, ZHAO Ying, KONG Haiyan

Henan Environmental Monitoring Center, Zhengzhou 450004, China

X830.2

A

1002-6002(2017)03- 0154- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.03.23

2016-03-09;

2016-05-16

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“化學(xué)品暴露和效應(yīng)評(píng)估及監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)”(2013AA06A308)

南淑清(1975-)，女，河南濮陽人，碩士，高級(jí)工程師。