低壓頂空固相微萃取–氣相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜法測定土壤中酞酸酯類化合物

何虹

(浙江省計量科學(xué)研究院，杭州 310018)

酞酸酯(PAEs)也稱鄰苯二甲酸酯，是塑料制品中常用的增塑劑。這類化合物屬于環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，能夠?qū)θ梭w和生物體的臟器、生殖系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)造成損傷［1］，并且具有潛在的致畸、致突變性［2］，因而受到研究者的廣泛關(guān)注。由于PAEs與塑料聚合物間沒有形成共價鍵，極易從塑料制品中遷移至環(huán)境中，而這類疏水性化合物容易分配到非水相，因此土壤成為了PAEs 在環(huán)境中的匯集區(qū)域。研究表明，土壤中的PAEs 能夠被各種植物和農(nóng)作物吸收，并通過食物鏈在生物體內(nèi)積蓄，損害生物體的健康［3］。

針對土壤中PAEs 的檢測，目前常用的提取方法主要有索氏提取、加速溶劑萃取、超聲萃取、微波輔助萃取等［4］。索氏提取為傳統(tǒng)的土壤有機(jī)污染物萃取方法，該方法萃取耗時長、溶劑用量大，且對塑化劑的記憶效應(yīng)嚴(yán)重。采用索氏提取法提取后，對索提管進(jìn)行加熱烘烤，并用丙酮冷凝回流3 天后仍然能夠檢測到殘留的鄰苯二甲酸二(2–乙基)己酯(DEHP)［5］。加速溶劑萃取法耗時短，溶劑用量較少，具有較好的提取回收率和重復(fù)性，是目前實驗室和檢測機(jī)構(gòu)常用的一種較為穩(wěn)健的萃取方法［6–7］。超聲萃取法操作簡便，只需將土壤樣品與溶劑充分混合后進(jìn)行超聲即可實現(xiàn)［8］。微波萃取法萃取速度快，溶劑用量少，但所需的儀器成本相對昂貴，沒有廣泛普及［9］。上述方法均屬于溶劑萃取法，均需要一定量的有機(jī)溶劑實現(xiàn)萃取。有機(jī)溶劑不僅會對環(huán)境造成危害，而且由于塑料制品使用廣泛，PAEs 的污染幾乎無處不在，目前市售的有機(jī)溶劑即使是色譜純級，仍然存在一定量的PAEs 殘留，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

將土壤中的PAEs 解吸至氣相并富集檢測，能夠有效避免有機(jī)溶劑的使用。固相微萃取(SPME)是一種常用的氣相富集方法，已被用于水樣、牛奶、化妝品、塑料玩具中PAEs 的分析［10–13］，但土壤基質(zhì)由于其成分十分復(fù)雜，與這類化合物結(jié)合作用較強(qiáng)，直接進(jìn)行SPME 萃取的富集效率十分有限。根據(jù)安托因方程，隨著外部壓力的降低，液體的沸點也隨之降低，從而降低了土壤有機(jī)物熱解吸的溫度要求，以鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)為例，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下其沸點為296℃，而在10 kPa 壓力下沸點為210.5℃，1 kPa 壓力下沸點為149.8℃。另一方面，真空度的提升顯著增大了有機(jī)物從土壤解吸附到氣相的擴(kuò)散系數(shù)［14］，通過降低SPME 萃取環(huán)境的壓力，能夠進(jìn)一步提升土壤中PAEs 的提取效率。基于此，筆者采用低壓頂空–固相微萃取方法(LPHS–SPME)對土壤樣品進(jìn)行處理，建立了低壓頂空–固相微萃取–氣相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜法測定土壤中酞酸酯類化合物的分析方法。該方法無需使用有機(jī)溶劑，環(huán)保，可為土壤環(huán)境中酞酸酯類有機(jī)污染物的檢測提供技術(shù)參考。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890B／7000C 型，美國安捷倫科技有限公司；

自動加速溶劑萃取儀：APLE–3500 型，北京吉天儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE–5205 型，上海亞榮生化儀 器廠；

固相微萃取纖維：PDMS／DVB–65 μm，CAR／PDMS–85 μm，PDMS–100 μm和PDMS–7 μm型，美國色譜科公司；

硅膠固相微萃取柱：CNWBOND Si 型，上海安譜實驗科技股份有限公司；

鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二(2–乙基)己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、鄰苯二甲酸丁基芐(BBP)混合試劑： 質(zhì)量濃度均為2 000 mg／L，美國O2 si 試劑有限 公司；

二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯：農(nóng)殘級，上海安譜實驗科技股份有限公司；

氦氣、氮氣：純度均為99.999%，杭州今工氣體有限公司；

硅藻土：9.6 μm 中位粒徑，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

土壤樣品：采集自浙江省杭州市區(qū)。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 氣相色譜

色譜柱：HP–5MS 毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司)；進(jìn)樣口溫度：250℃；進(jìn)樣模式：不分流進(jìn)樣；載氣：高純氦氣，柱流量為1 mL／min；柱溫箱升溫程序：初始溫度為60℃維持1 min，以20℃／min 升溫至220℃保持1 min，然后以5℃／min 升溫至280℃保持1 min；傳輸線溫度：280℃。

1.2.2 質(zhì)譜

離子源：電子轟擊電離源(EI)；電子能量：70 eV；離子源溫度：280℃；掃描模式：多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式，碰撞氣：高純氮氣；MRM 掃描參數(shù)和定性、定量離子信息見表1。

表1 MRM 掃描參數(shù)和定性、定量離子信息

1.3 溶液配制

系列混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：準(zhǔn)確移取6 種酞酸酯類混合試劑，以丙酮作為溶劑，分別稀釋得到6 種酞酸酯類化合物的質(zhì)量濃度均分別為50，200，500，1 000，4 000，8 000 μg／L 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，置于4℃冰箱中保存待用。

1.4 樣品預(yù)處理

將采集到的土壤樣品置于陰涼通風(fēng)處，自然風(fēng)干，研磨，過250 μm 篩，置于4℃冰箱中保存待用。硅藻土經(jīng)450℃烘烤6 h，作為空白樣品。

1.5 加標(biāo)樣品制備

稱取6 份空白樣品各10 g，分別加入上述6 種濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液各1 mL，混合均勻，并充分揮發(fā)溶劑，得到6 種酞酸酯類化合物含量均分別為5，20，50，100，400，800 μg／kg 的加標(biāo)樣品。

1.6 樣品萃取

LPHS–SPME 萃取土壤中PAEs 流程如圖1 所示。首先稱取1 g 預(yù)處理的土壤樣品置于50 mL 玻璃瓶內(nèi)，用木塞密封瓶口，以減少可能的塑化劑影響。然后對玻璃瓶進(jìn)行抽真空，在瓶內(nèi)壓力達(dá)到0.1 kPa 后關(guān)閉閥門，利用注射器將1 mL 飽和NaCl 溶液注入瓶內(nèi)，并將NaCl 溶液與土壤樣品混勻。最后將玻璃瓶加熱至80℃，同時將SPME 萃取針伸入瓶內(nèi)頂空進(jìn)行萃取，40 min 后完成萃取并進(jìn)樣測定。

圖1 LPHS–SPME 萃取土壤中PAEs 流程示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 固相微萃取纖維選擇

不同材料的SPME 纖維涂層對不同極性的化合物吸附效果差異較大，分別選擇PDMS／DVB–65 μm，CAR／PDMS–85 μm，PDMS–100 μm 和PDMS–7 μm 4 種SPME 纖維對空白硅藻土加標(biāo)樣品進(jìn)行萃取，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可以看出，CAR／PDMS–85 μm 對質(zhì)量數(shù)較低、揮發(fā)性較強(qiáng)的DMP 和DEP 萃取效果較好，而對其它4 種PAEs 的富集效果不佳；PDMS–7 μm 僅對DNOP 具有較好的萃取富集效果，對其它PAEs 的萃取富集效果較差；PDMS–100 μm 對DBP 和DEHP 具有較好的富集效果；PDMS／DVB–65 μm 對DNOP，DEHP，BBP 和DBP 均表現(xiàn)出較好的富集效果，并能夠同時兼顧DMP 和DEP 兩種PAEs 的富集萃取。因此選擇PDMS／DVB–65 μm 作為SPME 纖維對土壤中6 種PAEs 進(jìn)行萃取。

圖2 6 種SPME 萃取纖維對土壤中6 種PAEs 的萃取富集效果

2.2 鹽溶液用量選擇

文獻(xiàn)［15–16］研究顯示，向土壤樣品中加入鹽溶液具有促進(jìn)土壤中有機(jī)物解吸附的作用，然而土壤中有機(jī)物解吸附后會先溶解至液相，然后再轉(zhuǎn)化至氣相頂空，加入過多的鹽溶液將會增加這一過程的耗時。以空白硅藻土加標(biāo)樣品為研究對象，在常溫常壓條件下，考察飽和NaCl 溶液用量分別為0，0.5，1.0，1.5，2.0 mL時的萃取效果，結(jié)果如圖3所示。

圖3 加入飽和NaCl 溶液體積對萃取土壤中6 種PAEs 的影響

由圖3 可以看出，在相同條件下，當(dāng)鹽溶液加入量超過1 mL 時，DBP，BBP，DEHP，和DNOP 的信號強(qiáng)度顯著降低，DMP 和DEP 下降趨勢不明顯，這是因為DMP、DEP 相對分子質(zhì)量較小，具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，當(dāng)鹽溶液加入量超過1 mL 時，對其擴(kuò)散至頂空的影響較小。因此選擇鹽溶液用量為1 mL。

2.3 頂空壓力與萃取溫度選擇

以空白硅藻土加標(biāo)樣品為研究對象，考察頂空壓力分別為101.325(常壓)，10，1，0.1 kPa 和萃取溫度為20，40，60，80，100℃時的萃取效果，結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可以看出，隨著頂空壓力逐步降低，PAEs 的提取效率均得到提升。同時隨著溫度從20℃升高至80℃，SPME 萃取效率也逐步提升，超過80℃后，進(jìn)一步升高溫度，萃取效率開始降低。這是因為加熱能夠加速土壤中有機(jī)化合物的解吸附，但過高的溫度則不利于PAEs 類有機(jī)物在SPME纖維上的吸附，從而造成萃取效率降低。綜合考慮，選擇頂空壓力為0.1 kPa，萃取溫度為80℃。

圖4 頂空壓力與萃取溫度對土壤中6 種PAEs 的萃取效果

圖5 為其它條件相同的情況下，常壓和0.1 kPa低壓頂空萃取的測定結(jié)果對比，由圖5 可以直觀地看出，低壓頂空的固相微萃取信號強(qiáng)度顯著高于常壓環(huán)境下的固相微萃取。

2.4 線性方程與檢出限

按1.6 樣品萃取方法，分別對1.5 中6 種酞酸酯類化合物含量為5～800 μg／kg 的加標(biāo)樣品進(jìn)行處理，在1.2 儀器工作條件下測定，以待測化合物的含量(x)為橫坐標(biāo)，以色譜峰面積(y)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計算線性方程和相關(guān)系數(shù)。

圖5 常壓和0.1 kPa 低壓頂空條件下的固相微萃取結(jié)果

分別以3 倍和10 倍信噪比所對應(yīng)的被測化合物含量作為方法檢出限和定量限。

6 種酞酸酯類化合物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限見表2。由表2 可知，6 種酞酸酯類化合物的含量在5～800 μg／kg 范圍內(nèi)與色譜峰面積具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均不小于0.992，檢出限為0.5～4.2 μg／kg，定量限為1.7～14 μg／kg。

表2 線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限

2.5 加標(biāo)回收與精密度試驗

取6 種酞酸酯類化合物含量分別為50，100，400 μg／kg 的加標(biāo)樣品各5 份，按1.6 樣品萃取方法進(jìn)行處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結(jié)果見表3。由表3 可知，加標(biāo)回收率為79.4%～102.8%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.5%～14.1%。表明該方法準(zhǔn)確度和精密度良好，滿足分析要求。

2.6 方法比對試驗

分別采用LPHS–SPME 和加速溶劑萃取兩種提取方法對實際土壤樣品中的PAEs 進(jìn)行提取，在1.2 儀器工作條件下測定，結(jié)果如圖6 所示。由圖6 可以看出，采用LPHS–SPME 方法萃取土壤中DMP，DEP，DBP，BBP 和DEHP 的測定結(jié)果結(jié)果與加速溶劑萃取法的測定結(jié)果基本一致，而對DNOP則未檢出。根據(jù)加速溶劑萃取法的檢測結(jié)果，土壤中DNOP 的含量較低，僅為2.2 μg／kg，低于LPHS–SPME 方法檢出限(4.2 μg／kg)，因而未被檢出。

表3 加標(biāo)回收與精密度試驗結(jié)果

圖6 LPHS–SPME 與加速溶劑萃取測定結(jié)果

3 結(jié)語

建立了低壓頂空固相微萃取–氣相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜法測定土壤中酞酸酯類化合物的分析方法。采用0.1 kPa 的頂空壓力，選擇PDMS／DVB–65 μm萃取纖維，在80℃加熱條件下對DMP，DEP，DBP，BBP，DEHP 和DNOP 6 種PAEs 均具有較好的富集效果。該方法無需使用有機(jī)溶劑，更為環(huán)保，也避免了溶劑可能引入的外源性污染。該方法為土壤中PAEs 的提取富集提供了技術(shù)參考。