十溴聯(lián)苯醚萃取條件優(yōu)化研究

江利梅， 聶麗君， 牛顯春， 劉正輝， 向音波

（廣東石油化工學院a.環(huán)境科學與工程學院； b.生物與食品工程學院， 廣東 茂名 525000）

多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）作為添加型阻燃劑被廣泛地應用于電子、 電器、 建筑材料以及其他化工和日用產(chǎn)品中［1］。 PBDEs 共有209 種同系物， 目前商品化PBDEs 的種類主要包括五溴聯(lián)苯醚（Penta－BDEs）、八 溴 聯(lián) 苯 醚（Octa－BDEs）和 十 溴 聯(lián) 苯 醚（Deca－BDE， 又稱BDE－209）3 種， 其中BDE－209 占總產(chǎn)量的80%以上， Penta－BDEs 和Octa－BDEs 分別占12%和6%［2］。 PBDEs 在人和生物體達到一定濃度時能導致肝癌、 神經(jīng)毒性及甲狀腺機能障礙等疾病， 尤其是Penta－BDEs 和Octa－BDEs 具有較高的生態(tài)毒性， 在全球范圍內(nèi)正在逐步禁用［3］。 BDE－209 的環(huán)境和生態(tài)毒性尚未有定論， 因此在全球仍被廣泛使用。 我國BDE－209 的產(chǎn)量和用量均位居世界首位， 再加上大量電子垃圾的集中拆解過程釋放大量的PBDEs， 導致我國大氣、 水體和土壤中， 甚至人體血清中均檢出較高濃度的BDE－209［4-5］。 BDE－209 可以通過脫溴過程轉(zhuǎn)化為毒性較強的Penta－BDE和Octa－BDEs， 因此， 由BDE－209 大量釋放帶來的環(huán)境污染治理問題已成為當前環(huán)境修復領域高度關注的焦點之一［6］。

BDE－209 及其同系物的定性和定量測定是控制其排放的重要手段。 BDE－209 及其同系物是低極性化合物， 在分析中需要使用有機溶劑萃取， 不同的萃取方法和操作步驟會影響其定性和定量分析的準確性。 目前， 常用的BDE－209 萃取方法有索氏抽提法［7－9］、 超聲輔助萃取法［10］、 微波輔助萃取法和有機溶劑加速提?。?1］等， 這些方法步驟比較繁瑣或需要專門的儀器設備， 耗時長， 成本高［12］。

本研究對BDE－209 的常見萃取方法進行優(yōu)化，主要探討了樣品的上清和沉淀、 樣品烘干溫度、 萃取劑種類和萃取次數(shù)對萃取效率的影響。 以期建立BDE－209 簡便快速的萃取方法， 為類似樣品的萃取提供一定的理論依據(jù)和試驗基礎。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

1.2 BDE－209 萃取方法優(yōu)化

1.2.1 上清－沉淀復合法

為了更精確地測定微生物降解體系中的BED－209 濃度， 將樣品分為上清樣品和沉淀樣品分別進行測試。

上清樣品： 將8 mL 試驗樣品經(jīng)12 000 r／min離心后取2 mL 上清液， 用0.22 μm 水相濾膜過濾于2 mL 棕色樣品瓶中， 即得上清測試樣品。

沉淀樣品： 小心倒去剩余上清液后， 用2 mL DMSO 復溶沉淀， 在40 kHz 條件下超聲30 min，經(jīng)0.22 μm 有機相濾膜過濾除菌， 存于2 mL 棕色樣品瓶， 即得沉淀樣品。 將上清樣品和沉淀樣品同時進行HPLC 分析， 樣品中BDE－209 的濃度即為上清樣品和沉淀樣品的濃度之和。

1.2.2 恒溫烘干超聲復溶法

研究不同樣品烘干溫度對萃取效率的影響。 設置試驗樣品（8 mL）分別在80、 100 和120 ℃3 個溫度梯度恒溫烘箱中干燥6 h， 蒸干樣品的所有水分，然后用2 mL DMSO 復溶， 40 kHz 條件下超聲30 min 后存于2 mL 棕色樣品瓶， 即得測試樣品。

1.2.3 液-液萃取法

液-液萃取是BDE－209 檢測常用的萃取方法，使用了3 種常見萃取劑， 分別為正己烷、 異辛烷和乙酸乙酯。 試驗樣品在萃取過程中， 萃取劑與樣品之比分別為： 2 mL 正己烷∶4 mL 樣品（1 ∶2）、 2 mL異辛烷∶4 mL 樣品（1 ∶2）和3 mL 乙酸乙酯∶3 mL樣品（1 ∶1）。

在充分調(diào)研的基礎上，2015年3月中旬，橫溪塢村專門成立了以村黨支部書記為組長的推進股份制合作社組建的工作小組，工作小組先后組織召開了3次以組建股份制合作社為主題的動員大會，邀請林業(yè)局干部向全體村民講解股份制合作社概念、組建方式、合作效益及成功案例，并帶領村班子、黨員骨干到中張村、高家堂村現(xiàn)場參觀學習股份制合作社的組建經(jīng)驗，從而達到統(tǒng)一思想的效果，提高林農(nóng)對股份合作經(jīng)營的認識，增強對合作社發(fā)展的信心。通過宣傳發(fā)動引導村民參與毛竹股份制合作社組建。

為進一步探索菌體破壞與否及其對萃取效果的影響， 萃取過程中分2 種情況進行處理：

（1） 一次性萃取。 即為了先破壞菌體， 將含菌樣品在40 kHz 條件下超聲30 min， 然后加萃取劑在40 kHz 條件下超聲20 min， 最后放于30 ℃、150 r／min 恒溫搖床培養(yǎng)箱振蕩3 h。

（2） 分2 次萃取。 即先加一半體積的（具體體積見上述萃取劑與樣品之比）萃取劑在40 kHz 條件下超聲30 min 破壞菌體， 然后再加剩下一半體積的萃取劑在40 kHz 條件下超聲20 min， 最后放于30 ℃、 150 r／min 恒溫搖床培養(yǎng)箱振蕩3 h。

1.2.4 正己烷液－液萃取法（少量多次）

為了進一步探索萃取次數(shù)對BED－209 回收效率的影響， 本方案中使用正己烷作為萃取劑， 分3次對樣品進行萃取， 減少萃取時間， 每次超聲5 min。 具體操作如下： ①第一次加1 mL 正己烷于3 mL 培養(yǎng)瓶中， 搖勻后在10 ℃下間歇超聲， 每次超聲5 min， 每次超聲前充分搖勻， 共超聲3 次， 然后將1 mL 萃取液轉(zhuǎn)移至容量瓶中； ②第2 次加1 mL正己烷于3 mL 培養(yǎng)瓶中， 其余步驟同①； ③第3次加1 mL 正己烷于3 mL 培養(yǎng)瓶中， 其余步驟同①； ④將3 次萃取合并的萃取液用于HPLC 分析。

1.4 分析方法

（1） HPLC 儀器分析條件

樣品分析使用高效液相色譜儀， 檢測器為二極管陣列檢測器（DAD）， 色譜柱為Ultimate AQ－C18柱（4.6 mm×250 mm， 5 μm）， 流動相為水（A）－甲醇（B）梯度洗脫， 流速為1.0 mL／min， 柱溫為35℃， 進樣量為20 μL， 檢測波長為230 nm。

樣品預處理： 收集樣品0.5 mL 以上， 經(jīng)0.22 μm 針頭式過濾器過濾。

（2） 萃取效率計算方法

萃取效率表示BDE－209 在萃取劑中的總含量與BDE－209 在兩相中總含量的百分比。 公式如下：

式中： P 表示萃取效率， %； Ce表示BDE－209在萃取劑中的質(zhì)量濃度， mg／L； Ct表示BDE－209總的質(zhì)量濃度， mg／L。

2 結果與討論

2.1 上清－沉淀復合法對萃取效率的影響

采用上清－沉淀復合法測試發(fā)現(xiàn)， 上清液中的BDE－209 質(zhì)量濃度為1.25 mg／L， 萃取效率僅為2.5%； 沉淀物中BDE－209 質(zhì)量濃度為9.65 mg／L，萃取效率為19.3%； 上清－沉淀復合法的總萃取效率為21.8%。 上清液的萃取效率低， 可能是BDE－209在水中極低的溶解度造成的（lgKow＝10）［15］。 同時，收集沉淀物時用槍頭移去上清液時較易把部分沉淀物吸走， 降低了沉淀物的萃取效率。 該上清－沉淀復合法雖然操作簡便， 但該方法在萃取操作時容易產(chǎn)生誤差， 無法保證準確定量分析。

2.2 不同烘干溫度對萃取效率的影響

不同烘干溫度對萃取效率的影響如表1 所示。不同烘干溫度條件下樣品萃取效率均達到95% 以上， 恒溫烘干條件對樣品的萃取效率影響差異不顯著。 樣品高效液相圖譜如圖1 所示。

高溫處理可能對樣品產(chǎn)生影響， 對比圖1（a）和圖1（b）可以看出， 經(jīng)高溫處理后色譜圖中出現(xiàn)額外2 個峰。 初步推測高溫可能會使BDE－209 發(fā)生降解， 或是DMSO 參與反應， 也可能是超聲影響。 江錦花等［16］的研究表明， 超聲萃取法和微波萃取法能使有機物發(fā)生降解， 若不超聲則回收率只有10% 左右。 因此， 該萃取方法存在較多因素干擾， 在實際運用中仍無法準確分析。

表1 不同烘干溫度下的萃取結果Tab. 1 Extraction results at different drying temperatures

圖1 樣品高效液相圖譜Fig. 1 HPLC maps

2.3 不同萃取劑和萃取步驟對萃取效率的影響

萃取劑和分步萃取對樣品萃取效率的影響結果如表2 所示。 不同萃取劑的萃取效率差異很大， 同時2 次萃取比一次性萃取的萃取效率更高。 正己烷和乙酸乙酯的萃取效率遠遠高于異辛烷。 正己烷、異辛烷和乙酸乙酯在2 次萃取過程中的萃取效率比一次性萃取過程中的萃取效率分別提高了13.64%、29.61% 和21.47%。 正己烷和乙酸乙酯萃取時水相與有機相之間的分層較好； 異辛烷萃取時兩相之間難以分層， 同時上層有機相出現(xiàn)乳化層， 嚴重影響對其進行定量分析， 這可能是造成異辛烷萃取效率較低的原因。

表2 不同萃取劑和萃取步驟的萃取效率Tab. 2 Extraction effect of different extractants and steps

2.4 少量多次萃取對萃取效率的影響

以正己烷作為萃取劑， 每次萃取完后轉(zhuǎn)移萃取劑， 經(jīng)過3 次超聲萃取后， BDE－209 的萃取效率高達97.82%。 與文獻［17］報道的萃取BDE－209 及其代謝產(chǎn)物的方法相比， 本操作方法簡便， 且正己烷萃取劑位于水相上層， 便于兩相之間的分離和更好地轉(zhuǎn)移萃取液。 同時， 本方法相比1.2.3 節(jié)中的液-液萃取法所用時間更短， 液-液萃取法時需超聲提取時間為50 min 和振蕩混勻時間為180 min，而少量多次萃取僅需超聲提取時間為45 min， 無需振蕩混勻處理。 BDE－209 在正己烷中的溶解度不高， 因此， 本方法不宜萃取高濃度的樣品， 而適用于較低濃度的BDE－209 的快速定量分析。

3 結論

（1） 上清－沉淀復合法對BDE－209 萃取效率較低， 移除上清液時易丟失部分沉淀物， 降低萃取效率； 恒溫烘干超聲復溶法的烘干溫度對BDE－209萃取效率影響不顯著， 萃取效率均在95%以上， 但高溫干燥可能會使樣品中BDE－209 發(fā)生少量降解；液-液萃取時， 不同萃取劑對BDE－209 萃取效率差異很大， 2 次萃取比一次性萃取的萃取效率高。

（2） 以正己烷作為萃取劑， 少量多次萃取對BDE－209 的萃取效率為97.82%。 該方法操作簡便，節(jié)約了樣品處理時間， 適于大部分水相低濃度樣品的快速定量分析。