中空纖維支載離子液體液相微萃取法檢測(cè)環(huán)境水樣中DEHP及其降解產(chǎn)物

朱方+徐超+孫國(guó)茂+杜道林

摘要：鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（diethylhexyl phthalate，簡(jiǎn)稱(chēng)DEHP）是目前使用量最多的一種鄰苯二甲酸酯類(lèi)塑化劑，它進(jìn)入環(huán)境后，先打開(kāi)一條側(cè)鏈，降解為鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯[mono（2-ethylhexyl） phthalate，簡(jiǎn)稱(chēng)MEHP]。DEHP、MEHP具有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，因此開(kāi)發(fā)一種分析方法檢測(cè)水環(huán)境中這類(lèi)化合物是極其必要的。采用中空纖維支載l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體為液膜，構(gòu)建供體相-液膜-接受相三相液液微萃取富集，采用高效液相色譜法/紫外檢測(cè)法（high performance liquid chromatography/ultra-violet，簡(jiǎn)稱(chēng)HPLC/UV）檢測(cè)環(huán)境水體中痕量DEHP、MEHP的方法。通過(guò)對(duì)各參數(shù)（萃取劑、供體相離子強(qiáng)度、供體相體積、供體相和接受相pH值、萃取時(shí)間）的優(yōu)化，在最佳條件（供體相為40 mL，pH值為3，不加鹽，接受相pH值為13，振蕩萃取1.5 h）下，該方法的線(xiàn)性范圍在0.200～200 μg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分別為8.9%、5.3%（n=3），檢出限分別為0.028、0.047 μg/L，富集倍數(shù)分別為357、213，2種環(huán)境水樣的加標(biāo)回收率在（84.2±4.3）%～（101.0±9.8）%。結(jié)果表明，本方法簡(jiǎn)便、快速、環(huán)境友好，可用于環(huán)境水體中痕量DEHP及其降解產(chǎn)物MEHP的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯；鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯；離子液體；三相中空纖維支撐液膜微萃取

中圖分類(lèi)號(hào)： X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）18-0255-03

收稿日期：2016-04-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31570414）；江蘇大學(xué)第14批大學(xué)生科研立項(xiàng)資助項(xiàng)目（編號(hào)：14A250）。

作者簡(jiǎn)介：朱 方（1983—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，博士研究生，講師，主要從事環(huán)境痕量污染物的檢測(cè)及安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作。E-mail：bjmit@163.com。 鄰苯二甲酸酯（phthalate esters，簡(jiǎn)稱(chēng)PAEs）是一類(lèi)工業(yè)上廣泛使用的高分子材料助劑，在塑料加工中添加這種物質(zhì)，可以使其柔韌性增強(qiáng)，容易加工。但由于此類(lèi)化合物僅通過(guò)氫鍵或范德華力與塑料基質(zhì)聯(lián)接，沒(méi)有聚合到塑料的高分子碳鏈上，隨著時(shí)間的推移，很容易從塑料制品中遷移到環(huán)境中。鄰苯二甲酸酯已經(jīng)成為全球傳播最廣的污染物之一，在大氣、水體、土壤等環(huán)境介質(zhì)中均可檢測(cè)到PAEs的存在[1-2]，被稱(chēng)為“第二個(gè)全球性多氯聯(lián)苯污染（polychlorinated biphenyis pollution，簡(jiǎn)稱(chēng)PCB）物”。

PAEs進(jìn)入水體后，經(jīng)生物降解、光解、水解等反應(yīng)后，先打開(kāi)一條側(cè)鏈，降解為鄰苯二甲酸單酯（monoalkyl phthalate esters，簡(jiǎn)稱(chēng)MPEs）。研究發(fā)現(xiàn)，鄰苯二甲酸酯及其降解產(chǎn)物有類(lèi)雌激素的作用，干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)，對(duì)人和動(dòng)物均有致癌、致畸、致突變作用，可造成生殖功能異常，具有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)[3]。尤其是鄰苯二甲酸單酯更易通過(guò)細(xì)胞膜的磷脂雙分子層表現(xiàn)出比鄰苯二甲酸酯更強(qiáng)的毒性。

由于實(shí)際樣品中基質(zhì)復(fù)雜、PAEs濃度較低，檢測(cè)分析過(guò)程中最關(guān)鍵的步驟是對(duì)目標(biāo)物的分離和富集?，F(xiàn)有的檢測(cè)鄰苯二甲酸酯類(lèi)物質(zhì)前處理方法包括：液液萃?。╨iquid liquid extraction，簡(jiǎn)稱(chēng)LLE）、固相萃?。╯olid phase extraction，簡(jiǎn)稱(chēng)SPE），需要使用大量有毒的有機(jī)溶劑，損害分析人員的健康，且易造成對(duì)環(huán)境的二次污染；固相微萃?。╯olid phase microextraction，簡(jiǎn)稱(chēng)SPME），由于萃取纖維使用壽命有限、易折斷且在分析過(guò)程中可能會(huì)有殘留，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到許多限制；液相微萃取（liquid phase microextraction，簡(jiǎn)稱(chēng)LPME）技術(shù)，使用溶劑量小、易于與分析儀器聯(lián)用，是一種環(huán)境友好的樣品前處理技術(shù)；中空纖維支載液膜液相微萃取技術(shù)（hollow fiber-liquid phase microextraction，簡(jiǎn)稱(chēng)HF-LPME），將萃取劑附著在中空纖維上形成液膜，采樣、萃取、富集于一體，纖維一次性使用，無(wú)交叉污染問(wèn)題，有效改善了萃取的穩(wěn)定性和可靠性[4]。

本研究選擇檢測(cè)對(duì)象為目前使用量最大的一種塑化劑鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（diethylhexyl phthalate，簡(jiǎn)稱(chēng)DEHP）及其代謝產(chǎn)物鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯[mono（2-ethylhexyl） phthalate，簡(jiǎn)稱(chēng)MEHP]。將支載了離子液體的中空纖維置于樣品中，形成樣品-有機(jī)溶劑-水三相體系，通過(guò)優(yōu)化影響萃取效果的主要參數(shù)，結(jié)合HPLC/UV測(cè)定環(huán)境水樣中痕量DEHP、MEHP濃度，對(duì)了解其環(huán)境行為和歸趨，準(zhǔn)確、有效地評(píng)估其對(duì)環(huán)境健康的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

液相色譜儀為美國(guó)Waters公司Breeze2液相色譜系統(tǒng)（1525二元泵、2707自動(dòng)進(jìn)樣器、2489紫外/可見(jiàn)光檢測(cè)器），色譜柱為Eclipse XDB-C18液相色譜分離柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）。

鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（DEHP）、鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯（MEHP）標(biāo)準(zhǔn)品均購(gòu)自Sigma-Aldrich（德國(guó)）；離子液體l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸（[C4MIM][PF6]）、l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸（[C8MIM][PF6]），純度均為99.0%，均購(gòu)自Meisibei公司（上海，中國(guó)）；色譜純甲醇購(gòu)自J. T. Baker （美國(guó)），其他試劑均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，如無(wú)特殊說(shuō)明皆為分析純。試驗(yàn)用水均為超純水。endprint

50/280聚丙烯中空纖維（規(guī)格：壁厚為50 μm，內(nèi)徑為280 μm，孔徑為0.1 μm，孔率為60%）購(gòu)自于Membrane GmbH公司（Wuppertal，德國(guó)）、微量注射器（針頭外徑為 0.3 mm，長(zhǎng)為12 mm，針筒體積為1 mL）購(gòu)自BD Consumer Healthcare公司（美國(guó)）、液相進(jìn)樣瓶玻璃內(nèi)插管（150 μL，中國(guó)）。

試驗(yàn)中為避免背景值干擾，盡量使用玻璃器具，所有玻璃器皿在鉻酸洗液浸泡后，用超純水清洗，再用甲醇清洗后置于烘箱烘干待用。

1.2 色譜條件

流動(dòng)相由甲醇和超純水（用乙酸調(diào)節(jié)到pH值為3.0）組成，流速為1.0 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為280 nm，柱溫為30 ℃，進(jìn)樣量為20 μL。梯度洗脫程序：0～15 min，70%甲醇線(xiàn)性增加到100%；保持3 min；18～20 min，線(xiàn)性降低到70%。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

用精度為0.000 1 g天平稱(chēng)取DEHP、MEHP標(biāo)準(zhǔn)品各 50 mg，甲醇溶解，定容至50 mL，配制成1 g/L標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，4 ℃ 下避光保存。取上述標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各1 mL，用甲醇定容至100 mL，配制成10 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，再用甲醇分別稀釋成濃度為0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mg/L 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。按上述色譜條件進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)濃度重復(fù)測(cè)定3次。以質(zhì)量濃度x對(duì)峰面積y繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

1.4 中空纖維支載液膜液相微萃取試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用中空纖維支載液膜液相微萃取技術(shù)對(duì)樣品前處理，其原理為：將室溫離子液體通過(guò)毛細(xì)力吸附到中空纖維膜壁的微孔內(nèi)形成液膜，中空纖維的內(nèi)腔注入接受相，制成萃取裝置。將該萃取裝置置于樣品中，即形成樣品-有機(jī)溶劑-接受相三相體系。通過(guò)供體相、接受相的pH值，使樣品中的目標(biāo)分析物以分子形態(tài)被萃取進(jìn)入液膜有機(jī)溶劑，再以離子形態(tài)反萃取到接受相，達(dá)到富集的目的。

具體步驟：截取10 cm長(zhǎng)的中空纖維，置丙酮中超聲清洗20 min，晾干備用。纖維段浸入1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體中超聲1 min，取出后浸入水中漂洗，去除表面多余離子液體。用微量注射器向纖維段內(nèi)腔注入pH值為堿性的超純水作為接受相，然后用鑷子將纖維兩端熱封。將中空纖維段浸入pH值為酸性的樣品溶液，在室溫25 ℃下以200 r/min的轉(zhuǎn)速振蕩萃取10 min。萃取結(jié)束后，將纖維取出，剪開(kāi)兩端封口；一端置于玻璃內(nèi)插管中，用50 μL甲醇將接受相吹出，直接取20 μL注入高效液相色譜分析。中空纖維均一次性使用。

所有試驗(yàn)結(jié)果均為3次或以上平行試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的平均值。萃取效率以富集倍數(shù)（enrichment factor，簡(jiǎn)稱(chēng)EF）評(píng)價(jià)：EF=Cafter/Cbefore，其中Cbefore、Cafter分別表示萃取前樣品中目標(biāo)物的濃度與萃取后接受相的濃度（稀釋倍數(shù)已考慮在內(nèi)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品前處理?xiàng)l件優(yōu)化

在樣品前處理過(guò)程中，須要對(duì)有機(jī)液膜的種類(lèi)、供體相離子強(qiáng)度、供體相體積、供體相、接受相pH值、萃取時(shí)間等萃取條件進(jìn)行選擇，優(yōu)化富集倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效萃取。以 20 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液作為優(yōu)化過(guò)程中的工作溶液。

2.1.1 有機(jī)液膜種類(lèi)的確定 對(duì)液相微萃取來(lái)說(shuō)，萃取劑是影響萃取效果至關(guān)重要的因素。鄰苯二甲酸酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由1個(gè)剛性平面芳烴和2 個(gè)可塑的非線(xiàn)性脂肪側(cè)鏈組成，常溫下呈無(wú)色油狀黏稠液體，該類(lèi)化合物的液態(tài)溫度范圍相當(dāng)寬，因而具有非常大的流動(dòng)性和較小的揮發(fā)性、水溶性，易溶于有機(jī)溶劑，屬中等極性物質(zhì)。室溫離子液體烷基咪唑六氟磷酸鹽揮發(fā)性小、黏度適宜、與水不混溶，易于附著在中空纖維上形成液膜，對(duì)鄰苯二甲酸酯類(lèi)物質(zhì)有較好的溶解度。

選擇20 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液40 mL，在200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取0.5 h，供體相、接受相的pH值不作調(diào)整、不加鹽，比較1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（[C4MIM][PF6]）、1-辛基- 3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（[C8MIM][PF6] ）對(duì)DEHP、MEHP的萃取效果。結(jié)果表明，[C4MIM][PF6]對(duì)DEHP、MEHP的富集倍數(shù)分別為89、61，對(duì)[C8MIM][PF6]的富集倍數(shù)分別為71、42。這可能是由于[C4MIM][PF6]的黏性低于[C8MIM][PF6]，流動(dòng)性好，易于在纖維表面形成液膜。因此，選用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體作為本檢測(cè)方法的前處理萃取劑。

2.1.2 鹽析效應(yīng)的影響 鹽析效應(yīng)是影響萃取效率的重要因素，其原理是向供體相中加入一定量鹽會(huì)降低分析物在供體相中的溶解度，有利于分析物向萃取劑中遷移。選用離子液體[C4MIM][PF6]作為支載相，20 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液 40 mL 在200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取0.5 h，供體相、受體相的pH值不作調(diào)整，向供體相加入一定量的NaCl溶液，使NaCl的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2%、4%、6%、8%、10%。試驗(yàn)結(jié)果表明，富集倍數(shù)隨鹽的加入沒(méi)有提高反而下降。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能的原因是隨著鹽的加入，提高了離子液體[C4MIM][PF6]在供體相中的溶解度，降低了富集效果；另外，鹽析效應(yīng)產(chǎn)生的離子靜電作用對(duì)反萃取過(guò)程有一定的抑制作用。因此，在后續(xù)試驗(yàn)中供體相均不加入鹽[5]。

2.1.3 供體相體積的確定 試驗(yàn)中樣品體積也會(huì)對(duì)分析物的富集倍數(shù)產(chǎn)生明顯的影響。采用離子液體[C4MIM][PF6]在200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取20 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 h，考察樣品體積20、40、60、80、100 mL對(duì)萃取效果的影響。由圖1可看出，DEHP、MEHP的富集倍數(shù)隨樣品體積增大而先增高后降低，在體積40 mL時(shí)，富集倍數(shù)達(dá)到最大。這可能是因?yàn)橐耗けM管是疏水性強(qiáng)的有機(jī)化合物，但當(dāng)樣品溶液體積較大時(shí)，也會(huì)影響液膜的穩(wěn)定性，造成液膜的泄漏。同時(shí)，考慮到樣品體積越大，萃取平衡的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。因此，在后續(xù)優(yōu)化中選擇供體相體積為40 mL。endprint

2.1.4 供體相和接受相pH值的確定 在三相HF-LPME過(guò)程中，目標(biāo)分析物首先從供體相中被萃取到支載液膜離子液體中，然后再被反萃取到中空纖維空腔里的接受相。供體相和接受相的酸堿度是影響萃取過(guò)程的主要因素， 通過(guò)調(diào)節(jié)分析物的存在狀態(tài)，使其以非電離的狀態(tài)從供體相被萃取到支載相離子液體液膜。MEHP的酸度系數(shù)為3.37，具有中等酸性；正辛烷-水分配系數(shù)lgP隨著pH值的增大，親水性增強(qiáng)。DEHP的lgP為8.52，幾乎不受酸堿度影響。

采用離子液體[C4MIM][PF6]作萃取劑，在樣品體積為40 mL、200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取20 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液05 h，將供體相的pH值從2增加到7，結(jié)果如圖2所示。由圖2可看出，DEHP在pH值2～7范圍內(nèi)萃取效率無(wú)明顯變化；而MEHP在供體相pH值=3時(shí)萃取效率最高，隨著pH值進(jìn)一步變大，萃取效率有所降低。這是由于一定的酸度可以抑制MEHP電離為離子狀態(tài)，保證萃取的有效進(jìn)行，但達(dá)到一定的酸度時(shí)，MEHP幾乎都以分子態(tài)存在，繼續(xù)增大酸度，抑制作用也將不明顯。因此，pH值為3被選為最佳供體相的pH值。

同樣，在其他處理?xiàng)l件一致的情況下，將接受相的pH值由8增加到13，結(jié)果如圖3所示。DEHP的萃取效率無(wú)明顯變化；而MEHP在pH值為13時(shí)，萃取效率達(dá)到最大。這是因?yàn)楫?dāng)MEHP處于堿性環(huán)境中，呈離子態(tài)存在，使其從樣品溶液到接受相單向流動(dòng)；當(dāng)接受相中被離子化的分析物濃度越來(lái)越大，進(jìn)一步增大接受相的pH值也不會(huì)使萃取效率有較明顯的增加。因此，采用pH值為13的水溶液作為接收相。

2.1.5 萃取時(shí)間的確定 中空纖維支載離子液體液液微萃取的過(guò)程是目標(biāo)分析物在供體相、支載相、接受相三者之間達(dá)到分配平衡的過(guò)程。萃取時(shí)間是影響分配平衡的重要因素。在達(dá)到分配平衡之前，增加萃取時(shí)間能提高萃取效果；達(dá)到平

衡之后，再增加時(shí)間，即會(huì)因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)降低檢測(cè)效率，又會(huì)因?yàn)橹лd相的損失導(dǎo)致富集倍數(shù)的降低。試驗(yàn)分別比較萃取時(shí)間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h下的富集倍數(shù)。由圖4可知，萃取在1.5 h前，富集倍數(shù)隨萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；在1.5 h后，富集倍數(shù)隨萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加趨緩；萃取時(shí)間達(dá)到2 h后，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)萃取效率不但沒(méi)有增加，而出現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，確定1.5 h為最佳萃取時(shí)間。

2.2 方法評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證本方法用于定量分析的可行性，在最優(yōu)的條件下，從線(xiàn)性范圍、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)、富集倍數(shù)與檢出限等方面對(duì)方法的性能進(jìn)行評(píng)估。由表1可知，HPLC/UV檢測(cè)的線(xiàn)性范圍在0.200～200 μg/L，線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)R2大于0.99，3個(gè)平行樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分別為8.9%、5.3%，檢出限分別為0.028、0.047 μg/L，富集倍數(shù)分別為357、213，滿(mǎn)足水環(huán)境中痕量DEHP及其降解產(chǎn)物MEHP的檢測(cè)要求。

2.3 實(shí)際水樣的檢測(cè)

應(yīng)用所建立方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水、京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段河水2種環(huán)境水樣進(jìn)行DEHP、MEHP的富集與檢測(cè)。所有環(huán)境水樣均用玻璃瓶采集，0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾后棕色玻璃瓶4 ℃下保存。由表2可看出，在實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水、京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段河水中都檢測(cè)出了DEHP，而均未檢出MEHP，水樣中加標(biāo)20 μg/L，測(cè)得回收率為84.2～101.0%。

3 結(jié)論

選用室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽

作為三相HF-LPME的支載液膜，結(jié)合HPLC/UV建立一種同步檢測(cè)環(huán)境水樣中痕量DEHP及其降解產(chǎn)物MEHP的方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，本方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、富集倍數(shù)高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。特別是中空纖維表面孔隙小，能有效去除環(huán)境水體基質(zhì)對(duì)檢測(cè)過(guò)程的干擾，一次丟棄，避免了重復(fù)污染。為監(jiān)測(cè)環(huán)境中PAEs和MPEs的含量，分析其環(huán)境行為，評(píng)估其環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)，建立基于生態(tài)安全的PAEs環(huán)境容許限值提供了一種可行的技術(shù)手段。

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