氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤中16種鄰苯二甲酸酯和2種鄰苯二甲酸酯單酯代謝物

王曉燕,郇志博

(1.昌吉學(xué)院,昌吉 831100; 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 分析測(cè)試中心,?？?571101;3.海南省熱帶果蔬產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,?？?571101)

鄰苯二甲酸酯(PAEs)是一類重要的化工產(chǎn)品,在塑料、建材、農(nóng)藥、肥料等行業(yè)廣泛應(yīng)用,近年來(lái)許多研究表明某些PAEs具有內(nèi)分泌干擾、致癌、致畸、致突變的作用[1-3]。美國(guó)、中國(guó)和歐盟等已經(jīng)將有些PAEs列為環(huán)境優(yōu)先控制污染物,例如美國(guó)環(huán)保署(EPA)將鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸丁基芐基酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯和鄰苯二甲酸二辛酯等6種PAEs列為環(huán)境優(yōu)先控制污染物[4],我國(guó)也把其中的3種PAEs(鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二辛酯)列為環(huán)境優(yōu)先控制污染物[5]。

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展,農(nóng)膜、化肥和農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品的使用量逐年上升,伴隨而來(lái)的是我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤不同程度地受到了PAEs的污染。文獻(xiàn)[6]測(cè)定了北京、上海、沈陽(yáng)、蘭州等地農(nóng)業(yè)土壤中PAEs的殘留狀況。結(jié)果顯示:鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯等4 種PAEs 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.89～10.03 mg·kg-1。文獻(xiàn)[7]表明廣東農(nóng)業(yè)土壤中PAEs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在25.99 mg·kg-1以內(nèi)。文獻(xiàn)[8-9]表明:PAEs的代謝物具有與母體同樣的毒性作用,例如鄰苯二甲酸二丁酯的代謝物鄰苯二甲酸單丁酯和鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯的代謝物鄰苯二甲酸乙基己酯被認(rèn)為是造成各自母體毒性的主要原因。

隨著針對(duì)土壤中PAEs污染研究的增多,許多測(cè)定土壤中PAEs含量的分析方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。文獻(xiàn)[10]采用快速溶劑萃取-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤中15 種PAEs;文獻(xiàn)[11]采用QuEChERS方法聯(lián)合氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤中18 種PAEs;文獻(xiàn)[12]采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤和沉積物中鄰苯二甲酸酯單酯代謝物(MPEs)。但是這些方法皆存在檢出限較高、前處理耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題,不能滿足痕量和批量測(cè)定的要求。

本工作采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤中鄰苯二甲酸二甲酯(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)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP)、鄰苯二甲酸二己酯(DHXP)、鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP)、鄰苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯(DBEP)、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯(DCHP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二苯酯(DPHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、鄰苯二甲酸二壬酯(DNP)等16種PAEs和2種MPEs[鄰苯二甲酸單丁酯(MBP)、鄰苯二甲酸乙基己酯(MEHP)]的含量。本方法前處理簡(jiǎn)單且檢出限較低,適用于16種鄰苯二甲酸酯和2種鄰苯二甲酸酯單酯代謝物的測(cè)定。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890B-7000C 型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,配7693自動(dòng)進(jìn)樣器;Milli-Q 型超純水器;PSA/Silica復(fù)合填料玻璃柱(1 000 mg/6 mL)。

16種PAEs和2 種MPEs的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:10.00 mg·L-1,分別將16種PAEs和2 種MPEs的標(biāo)準(zhǔn)品用正己烷溶解稀釋而成,置于4 ℃冰箱保存,使用期限為6個(gè)月。

16種PAEs和2種MPEs標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于95%;丙酮、正己烷、乙腈、二氯甲烷、甲醇均為色譜純;無(wú)水硫酸鈉和氯化鈉均為分析純。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 DB-5MS 石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為高純氦氣(純度大于99.999%),流量1.0 mL·min-1;進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量為1.0μL;16種PAEs和2種MPEs的進(jìn)樣口溫度依次為260,270 ℃。16 種PAEs的柱升溫程序:初始溫度為60 ℃,保持1 min;以20 ℃·min-1速率升溫至220 ℃;再以5 ℃·min-1速率升溫至290 ℃,保持2 min。2種MPEs的柱升溫程序:初始溫度60 ℃,保持1 min;以20 ℃·min-1速率升溫至220 ℃;再以5 ℃·min-1速率升溫至240 ℃;再以25 ℃·min-1速率升溫至290 ℃,保持1 min。

2)質(zhì)譜條件 電子轟擊離子源(EI),電離電壓70 eV;離子源溫度230℃,傳輸線溫度280℃;采集方式為選擇離子監(jiān)測(cè)(SIM)模式。其余質(zhì)譜參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品的制備

將土壤樣品(土壤類型為磚紅壤)自然風(fēng)干,去除石塊和植物根莖后,磨碎過(guò)60目(0.3 mm)篩,放在玻璃容器中于-20 ℃保存待用。

1.3.2 樣品的提取和凈化

稱取10.0 g 經(jīng)上述處理后的土壤樣品于100 mL錐形瓶中,加入30 mL 丙酮與正己烷以體積比1∶2組成的混合液,然后以180 r·min-1轉(zhuǎn)速振蕩提取20 min,靜置10 min。將上清液過(guò)濾至100 mL圓底燒瓶中,然后于40℃旋蒸近干,再加入5.0 mL乙腈復(fù)溶,待凈化。

凈化過(guò)程需要過(guò)PSA/Silica復(fù)合填料玻璃柱。首先將凈化小柱依次用5.0 mL 二氯甲烷、5.0 mL乙腈活化,然后取1.0 mL 待凈化液加入凈化小柱,待液面近填料層時(shí),立即加入5.0 mL 乙腈洗脫,并用圓底燒瓶收集洗脫液,然后再次將洗脫液旋蒸近干,加入2.0 mL 正己烷,按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

測(cè)定MPEs 時(shí),將洗脫液旋蒸近干后,加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的三氟化硼-甲醇溶液,然后置于60 ℃水浴鍋中衍生30 min,冷卻后加入2.0 mL正己烷和2.0 mL 飽和氯化鈉溶液,渦旋后靜置分層,取正己烷層按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

圖1 16種PAEs和2種MPEs的總離子流色譜圖Fig.1 TIC chromatograms of 16 PAEs and 2 MPEs

按儀器工作條件對(duì)16種PAEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和2 種MPEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定,16 種PAEs和2種MPEs的總離子流色譜圖見(jiàn)圖1。

2.2 污染風(fēng)險(xiǎn)

PAEs分析的主要問(wèn)題是存在污染風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)镻AEs普遍存在,可能存在于水、有機(jī)溶劑、空氣、玻璃容器和用于分析的塑料材料中。為防止容器、試劑的干擾,整個(gè)前處理過(guò)程宜使用玻璃容器,所用有機(jī)試劑首選為色譜純,玻璃容器依次用水、丙酮、正己烷、二氯甲烷清洗,于200 ℃烘10 h以上,實(shí)驗(yàn)室避免使用任何塑料容器。

2.3 基質(zhì)效應(yīng)

考慮到基質(zhì)中物質(zhì)對(duì)質(zhì)譜信號(hào)的影響,試驗(yàn)進(jìn)行了基質(zhì)效應(yīng)評(píng)價(jià)?；|(zhì)效應(yīng)(%)為土壤基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率(k基質(zhì))除以溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率(k溶劑)再乘以100%。計(jì)算得到基質(zhì)效應(yīng)為93.5%～109%,因此本方法中土壤基質(zhì)對(duì)16 種PAEs和2種MPEs的基質(zhì)效應(yīng)是可容忍的。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

分別移取10.00 mg·L-1的16種PAEs和2種MPEs的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液適量,用正己烷逐步稀釋得到0.02,0.05,0.40,0.60,0.80 mg·L-1的16 種PAEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列以及0.05,0.20,0.40,0.60,1.00 mg·L-1的2種MPEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。按儀器工作條件對(duì)上述16種PAEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和2種MPEs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定,以16種PAEs和2種MPEs的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。16種PAEs和2種MPEs的線性范圍、線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

根據(jù)3倍信噪比計(jì)算方法的檢出限(3S/N),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限Tab.2 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients and detection limits

表2 (續(xù))

2.5 精密度和回收試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)空白土壤樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。16種PAEs分別設(shè)置低濃度水平(0.07 mg·kg-1)、中濃度水平(0.30 mg·kg-1)和高濃度水平(0.80 mg·kg-1)等3個(gè)加標(biāo)濃度水平并分別進(jìn)行5次平行測(cè)定;2 種MPEs 分別設(shè)置低濃度水平(0.04 mg·kg-1)、中濃度水平(0.30 mg·kg-1)和高濃度水平(0.60 mg·kg-1)等3個(gè)加標(biāo)濃度水平并分別進(jìn)行5次平行測(cè)定。計(jì)算回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝5)%

由表3可知:回收率為71.1%～105%,RSD 為0.10%～14%。這符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32465-2015《化學(xué)分析方法驗(yàn)證確認(rèn)和內(nèi)部質(zhì)量控制要求》的要求。

雖然目前已有針對(duì)土壤中PAEs測(cè)定的方法報(bào)道,但與本方法相比仍存在不足。文獻(xiàn)[10]建立的方法,需要特殊的萃取儀進(jìn)行萃取而且檢出限(20～40μg·kg-1)較高;文獻(xiàn)[11]建立的方法,雖然前處理簡(jiǎn)單,但是方法的檢出限(25～50μg·kg-1)較高;文獻(xiàn)[13]建立的方法,雖然檢出限(0.01～0.32μg·kg-1)較低,但是前處理耗時(shí)較長(zhǎng),僅提取過(guò)程就大于2 h。目前關(guān)于土壤中MPEs測(cè)定方法的文獻(xiàn)較少,文獻(xiàn)[12]建立的方法,需要使用15 mL的有機(jī)溶劑超聲提取15 min,而且要重復(fù)提取3次。本工作建立了氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定土壤中16種PAEs和2種MPEs的分析方法,檢出限較低,前處理耗時(shí)較短,不需要特殊的儀器設(shè)備,并且基質(zhì)效應(yīng)較弱,能夠滿足土壤樣品批量分析的要求。