北京市典型湖泊中對(duì)羥基苯甲酸酯類化合物污染特征

孟甜，王曉偉，汪素芳，董淮晉，馮學(xué)良，何連生

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院

對(duì)羥基苯甲酸酯類化合物（parabens，PBs），又稱尼泊金酯，無(wú)色無(wú)味，結(jié)構(gòu)如圖1所示。PBs主要包括對(duì)羥基苯甲酸甲酯（MeP）、對(duì)羥基苯甲酸乙酯（EtP）、對(duì)羥基苯甲酸丙酯（PrP）、對(duì)羥基苯甲酸丁酯（BuP）等正烷基鏈酯類，對(duì)羥基苯甲酸芐基酯及一些氯代的對(duì)羥基苯甲酸酯。由于PBs具有廣譜抗菌性，水溶液抗菌性好，在pH為4.5～7.5時(shí)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，故其在酸、堿性溶液中均有防腐效果；又因其具有價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、日化、紡織、飼料、食品及各種工業(yè)防腐中[1]。僅以化妝品而言，目前大約22 000種產(chǎn)品中使用PBs類化合物作為防腐劑，且PBs含量高達(dá)0.8%[2]。由于PBs被大量頻繁地使用，使其不斷進(jìn)入環(huán)境，因此在環(huán)境中檢測(cè)到該類物質(zhì)的普遍存在。研究表明，PBs及其代謝物具有弱的雌激素活性[3-5]，屬于內(nèi)分泌干擾物[6]，與乳腺癌的發(fā)生有較高的相關(guān)性[7]，并且可以通過(guò)皮膚接觸、呼吸道和胃腸道吸收等途徑進(jìn)入生物體[8]，部分在體內(nèi)蓄積，部分通過(guò)人體代謝排出，最終進(jìn)入環(huán)境[9]。因而水環(huán)境中的PBs作為人體環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)中一類新興的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，逐漸引起了人們的重視。

圖 1 對(duì)羥基苯甲酸酯的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of PBs

多年來(lái)，在全球各地的地表水和各類廢水中均檢測(cè)到了PBs[10]。Benijts等[11]在2004年研究發(fā)現(xiàn)，比利時(shí)河水中存在高達(dá)85.1 ng/L的PBs，并強(qiáng)調(diào)該現(xiàn)象非常值得重視。對(duì)加拿大污水處理廠進(jìn)出水的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所有進(jìn)水樣品中都含有MeP、EtP、PrP和BuP，其中PrP濃度最高，達(dá)到200～2 430 ng/L；但在出水中4種PBs濃度均低于檢測(cè)限，說(shuō)明污水處理廠對(duì)這類化合物具有較好的去除效果[1]。Gorga等[12]對(duì)不同地區(qū)污水處理廠出水中PBs的濃度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)差異顯著，將其歸結(jié)于污水處理廠處理能力和處理效果的差異。Peng等[13]在廣州珠江三角洲地區(qū)開展了河水中PBs的研究，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)城市河流中PBs的污染來(lái)源于藥物產(chǎn)品，且PBs濃度能夠反映該類藥品的使用情況。Wei等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)展中國(guó)家含PBs產(chǎn)品產(chǎn)量的增加，中國(guó)及印度PBs的人體暴露水平逐漸呈現(xiàn)高于美國(guó)及歐洲的趨勢(shì)。鑒于工業(yè)廢水排水口常與湖泊相連，后續(xù)開展動(dòng)態(tài)的、流域生態(tài)系統(tǒng)尺度的PBs湖泊監(jiān)測(cè)非常必要[15]。

筆者以北京市某典型湖泊為研究對(duì)象，調(diào)查PBs的污染特征、來(lái)源以及季節(jié)性變化規(guī)律，旨在為進(jìn)一步研究PBs在湖泊水生態(tài)系統(tǒng)中隨食物鏈的傳遞規(guī)律以及PBs對(duì)湖泊水生生物產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑及藥品

試驗(yàn)用甲醇與乙腈為色譜純，產(chǎn)自美國(guó)Fisher公司。試驗(yàn)中采用的標(biāo)準(zhǔn)品如表1所示，純度＞96.4%，購(gòu)于上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

表 1 PBs的化學(xué)性質(zhì)Table 1 Chemical property of PBs

替代物標(biāo)準(zhǔn)品：選取的替代物為對(duì)羥基苯甲酸甲酯-d4、對(duì)羥基苯甲酸乙酯-d5、對(duì)羥基苯甲酸丙酯-d7、對(duì)羥基苯甲酸丁酯-d9、對(duì)羥基苯甲酸芐酯-d7和對(duì)羥基苯甲酸-d4，純度＞90.0%，購(gòu)于上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

替代物標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液的配制：各稱取12.5 mg替代物標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇溶解并定容于25 mL的棕色容量瓶中，配制成500 mg/L的儲(chǔ)備液，在-20 ℃下遮光密封保存。

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液及標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制：各稱取25.0 mg標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇溶解并定容于25 mL的棕色容量瓶中，配制成1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，并于-20 ℃下遮光保存。取適量各標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用甲醇配制成所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液，于4 ℃下密封保存，備用。

1.2 儀器及設(shè)備

三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)（API 3200，美國(guó)ABI公司），配有電噴霧離子源；液相色譜儀（UltiMate 3000，美國(guó)賽默飛世爾公司）；分析柱AcclaimTMMixed-Mode HILIC-1（5 μm ， 2 mm×150 mm）；全自動(dòng)固相萃取儀（AutoTrace 280，美國(guó)Dionex公司）；加速溶劑萃取儀（ASE 350，美國(guó)Dionex公司）；超純水儀（Milli-Q，美國(guó)Millipore公司）。

1.3 液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜條件

采用兩相梯度洗脫的方式進(jìn)行分離，有機(jī)相（A）為甲醇，水相（B）為含有0.1%乙酸銨的水溶液。進(jìn)樣量為 15 μL。梯度洗脫條件：0～2 min，50% B；2～13 min，0%～50% B；13～15 min，0% B；15～16 min，50% B。

基于文獻(xiàn)[18-19]建立質(zhì)譜測(cè)試條件。采用電噴霧離子源，負(fù)離子掃描模式下，以多反應(yīng)檢測(cè)模式分析。優(yōu)化后的質(zhì)譜分析條件：碰撞氣壓力為0.02 MPa；氣簾氣壓力為0.07 MPa；霧化氣溫度為450℃；電噴霧壓力為-4 500 V；霧化氣壓力為0.31 MPa；輔助霧化氣壓力為0.31 MPa。其他質(zhì)譜檢測(cè)條件見表2。

表 2 質(zhì)譜檢測(cè)條件Table 2 Experimental condition of mass spectrometry

1.4 樣品采集與前處理方法

分別于2020年11月（冬季）、2021年5月（春季）采集北京市某湖泊（位于通州）水樣，采樣點(diǎn)位置如圖2所示，其中S6采樣點(diǎn)靠近城市生活污水處理廠出水口，S1采樣點(diǎn)靠近熱電廠排水口。

圖 2 采樣點(diǎn)位置Fig.2 Location of sampling sites

按照文獻(xiàn)[19-20]的方法進(jìn)行湖水樣品前處理：準(zhǔn)確量取抽濾后水樣500 mL，加入20 ng替代物標(biāo)準(zhǔn)品（MeP-d4、EtP-d5、PrP-d7、BuP-d9、BzP-d7、PHBA-d4）后搖勻。用Oasis HLB 固相萃取柱（沃特世，＞6 mL，200 mg）進(jìn)行富集凈化。用5 mL甲醇和5 mL超純水對(duì)HLB柱進(jìn)行活化，上樣后，再用10 mL超純水清洗HLB小柱，N2吹干，7 mL甲醇洗脫。洗脫液氮吹濃縮至1 mL以下，最后用甲醇水溶液（體積比為4∶6）定容至1 mL，離心后取上清液上機(jī)分析。

1.5 質(zhì)量控制

現(xiàn)場(chǎng)使用棕色玻璃試劑瓶采集4 L水樣，放入4 ℃采樣箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，置于冰箱中冷藏保存，并在3 d內(nèi)完成樣品前處理。每個(gè)水樣均平行測(cè)試3次，保證3次測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜20%。此外，在每次采樣后，選取1個(gè)檢出的樣品，加入50.0 ng/L的14種目標(biāo)化合物混標(biāo)，測(cè)定實(shí)際樣品加標(biāo)回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測(cè)方法效能評(píng)價(jià)

14種PBs的色譜分離圖如圖3所示。

圖 3 濃度為500 μg/L的14種PBs的標(biāo)準(zhǔn)色譜Fig.3 Standard chromatogram of 14 PBs at 500 μg/L

基于最佳質(zhì)譜和色譜條件，分析混合標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)曲線（每個(gè)樣品中均加入20 ng MeP-d4、EtP-d5、PrP-d7、BuP-d9、BzP-d7和 PHBA-d4），以各分析物與內(nèi)標(biāo)物峰面積之比進(jìn)行定量。14種PBs及其氯代衍生物的相關(guān)系數(shù)和線性范圍等參數(shù)如表3所示。由表3可知，14種PBs濃度均在較寬的范圍內(nèi)（0.5～500 μg/L），并且具有良好的線性，儀器的檢出限為0.04～0.43 μg/L，可進(jìn)一步用于樣品的分析。

表 3 14種PBs的線性范圍和檢出限Table 3 Linear range and limit of detection of 14 PBs

實(shí)際樣品（S6采樣點(diǎn)）加標(biāo)結(jié)果見表4。所有物質(zhì)的回收率均落在81.0%～93.8%，說(shuō)明本測(cè)定方法的回收率和準(zhǔn)確度良好，測(cè)定結(jié)果的可靠性較高。

表 4 S6采樣點(diǎn)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of recovery test at S6 sampling site

2.2 湖泊中PBs污染特征

湖泊水樣中PBs濃度如表5所示。2次共采集16個(gè)水樣，檢測(cè)出11種PBs。其中，MeP、PrP、3,5-2Cl-MeP、3,5-2Cl-EtP、3,5-2Cl-PrP 濃度較高，分別為24.8、44.8、19.7、28.0和 11.1 ng/L，相應(yīng)的檢出率也非常高，同時(shí)氯代-PBs檢出率與濃度均較高。這表明該湖泊周圍地區(qū)大量使用以MeP和PrP為防腐劑的日用品、工業(yè)用品等。

表 5 湖泊水樣中PBs濃度Table 5 Concentration of PBs in water samples of the lake

本研究湖泊中PBs污染物以MeP和PrP為主，這與西班牙、日本等國(guó)家的地表水調(diào)查結(jié)果基本一致；MeP和PrP濃度屬中等水平，低于西班牙（MeP為1 926～5 138 ng/L）[21]以及瑞士（MeP 為4.6～423 ng/）[22]報(bào)道的水樣中PBs濃度，與包括日本（MeP為2.1～5.4，PrP 為 4.9～25 ng/）[23]在內(nèi)的大部分國(guó)家水環(huán)境中的濃度水平相似。另外，研究發(fā)現(xiàn)PHBA的濃度極高，最高可達(dá)1 023 ng/L。PHBA為對(duì)羥基苯甲酸酯的降解產(chǎn)物，也是用途廣泛的有機(jī)合成原料，廣泛應(yīng)用于染料、農(nóng)藥、液晶聚合物和塑料的生產(chǎn)過(guò)程中，因此在水環(huán)境中的濃度偏高[21]。

2.3 湖泊中PBs季節(jié)分布特征

2020年11月（冬季）和2021年5月（春季）各采樣點(diǎn)水樣中PBs及氯代-PBs濃度見圖4。由圖4可見，冬季各采樣點(diǎn)水樣中氯代-PBs濃度均顯著高于PBs濃度，其中污水處理廠出水口附近采樣點(diǎn)S6～S8的氯代-PBs濃度高于其他采樣點(diǎn)，冬季各采樣點(diǎn)氯代-PBs濃度高于春季。

圖 4 湖泊水樣中PBs及氯代-PBs濃度（n=3）Fig.4 Concentration of PBs and Chlorinated PBs in the sampling sites of the lake (n=3)

春季調(diào)查結(jié)果顯示，S1采樣點(diǎn)PBs濃度顯著高于其他采樣點(diǎn)。S2～S11采樣點(diǎn)PBs和氯代-PBs總濃度無(wú)明顯差異，PBs總濃度為8.48～18.22 ng/L，氯代-PBs總濃度為18.76～26.64 ng/L，且各采樣點(diǎn)氯代-PBs濃度均高于PBs濃度。該結(jié)論與日本的研究報(bào)道[22]一致，表明氯代-PBs是春季水體中主要的化合物。熱電廠出水口支流采樣點(diǎn)S1在春季的PBs濃度遠(yuǎn)高于冬季，貢獻(xiàn)最大的是PrP（高達(dá)44.8 ng/L），原因可能是熱電廠工藝流程中容器或管路的上覆防腐材料PBs溶出并排放所致，釋放原因有待進(jìn)一步探究。同樣受到S1采樣點(diǎn)PBs春季濃度顯著增高的影響，S3采樣點(diǎn)春季PBs濃度高于冬季，而氯代-PBs濃度沒有明顯變化。

3 結(jié)論

（1）采用固相萃取-高效液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)北京市某典型湖泊中PBs污染特征進(jìn)行分析，通過(guò)冬春兩季采樣調(diào)查可知，該湖泊中共檢出11種PBs，包括 MeP、PrP、3,5-2Cl-MeP、3,5-2Cl-PrP和 PHBA等，其中MeP和PrP檢出濃度較高，分別為24.8、44.8 ng/L。

（2）與其他國(guó)家同類研究對(duì)比，該典型湖泊中PBs屬中等濃度水平。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，湖泊中春季氯代-PBs濃度低于冬季，冬季湖泊中的氯代-PBs濃度均高于PBs濃度，熱電廠出水口支流在春季是湖水中重要PBs污染源。由此可知，PBs已經(jīng)成為北京市湖泊中典型的有機(jī)污染物，水中的PBs污染需要引起環(huán)境監(jiān)管部門的重視。