固相萃取-氣相色譜法測定水環境中鄰苯二甲酸酯

沈 斐，蘇曉燕，李 睿，朱培瑜，許燕娟，陳 靜

無錫市環境監測中心站，江蘇 無錫 214000

鄰苯二甲酸酯是環境中常見的有機污染物，特別是作為塑料增塑劑，由于未聚合到塑料基質中，隨著使用時間的推移，逐漸轉移到環境中，造成對大氣、水體和土壤等的污染。鄰苯二甲酸酯可以通過呼吸、飲食和皮膚接觸進入人和動物體內，對人和動物的毒性一般表現為中低度，具有中度蓄積作用，總的毒性作用表現為機體內營養過程的損害，體重變化，神經系統、肝和腎功能紊亂，甚至會破壞生物體再生器官的發育，模仿性激素中的雌激素干擾發育過程。目前鄰苯二甲酸酯已成為全球性污染物，許多國家的大氣、水體和土壤中均含有鄰苯二甲酸酯，我國的湖泊、江河和井水中都普遍檢出了鄰苯二甲酸酯。美國、歐盟已將其列為優先監測污染物，我國也將其列入重點控制的有毒污染物名單。美國測定水中鄰苯二甲酸酯的方法有 Method506、Method606、Method8061和Method8270。歐盟于2005年制定ISO 18856—2005用于測定地表水及廢水中的鄰苯二甲酸酯。日本也出臺了用于測定廢水中鄰苯二甲酸酯的標準K0450-30-10：2006。

水中鄰苯二甲酸酯類物質的分析在國際上一般采用氣相色譜法［1-3］和液相色譜法［4-5］;前處理方法主要有固相萃取［5-8］，液液萃取［9-11］和固相微萃取［1-2］等方法。固相萃取法采用高效、高選擇性的固定相，利用吸附劑對大體積水樣中的有機污染物加以富集分離，具有溶劑用量少、分離效果好、操作簡單、省時省力等特點。EPA和ISO標準方法中均采用反相C18固相萃取柱富集水中鄰苯二甲酸酯類物質。我國戴樹桂等［6］使用反相C18固相萃取柱和C18鍵合硅膠固相萃取膜［7］，對環境水樣中PAEs類化合物的固相萃取預富集方法及固相膜萃取預富集方法進行了探索和研究，其中C18固相萃取柱萃取鄰苯二甲酸2-乙基己基酯時回收率不是很理想，采用C18鍵合硅膠固相萃取膜在顆粒物較多的實際水體中萃取鄰苯二甲酸2-乙基己基酯也同樣不太理想。Jara等［4］則采用聚苯乙烯二乙烯苯固相萃取小柱對PAEs類化合物的萃取進行了研究，對改變水樣pH、提高回收率進行了一定的闡述。任仁等［5］使用HLB固相萃取柱對印鈔行業廢水中鄰苯二甲酸酯類化合物進行了檢測。

該文采用固相萃取柱通過調節水樣pH對水樣進行提取、富集，用氣相色譜法測定了水樣中的6種鄰苯二甲酸酯。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GC2010氣相色譜儀，FID檢測器，載氣為高純氮氣(純度大于99.99%)，GCsolution色譜化學工作站，日本;SE-54 5%苯甲基聚硅氧烷彈性石英毛細管柱(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)，美國;SPE固相萃取裝置，美國;SPE大體積上樣管和固相萃取玻璃小柱，北京;Waters Sep-Pak C18和HLB固相萃取小柱，美國;Supelco ENVI-18固相萃取小柱，美國;BESEP C18固相萃取小柱，北京;聚苯乙烯二乙烯苯(PSDVB)固相萃取小柱，美國。

甲醇、二氯甲烷和正己烷，均為農藥殘留分析純，美國;濃硫酸，優級純;鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、鄰苯二甲酸2-乙基己基酯(DEHP)和鄰苯二甲酸二正辛酯(DnOP)混標2 000 mg/L，美國。

1.2 樣品分析用玻璃器皿處理

由于塑料制品的廣泛使用，鄰苯二甲酸酯不斷進入到環境中。因此，實驗室內的玻璃器皿都有被鄰苯二甲酸酯污染的可能性。為了保證數據的準確性、分析結果的可靠性，所有要使用到的玻璃器皿均需要洗凈。將干凈的玻璃器皿用鉻酸洗液清洗并沖洗干凈，150℃烘干后再用農殘級的正己烷溶液蕩洗2遍，最后將玻璃器皿放入馬弗爐中于400℃下烘烤2 h，待冷卻到室溫后使用。

1.3 空白水樣

空白水樣的選擇非常關鍵，在歐盟標準中推薦采用地表水作為空白水樣。由于目前在實驗室內已經很難找到未受鄰苯二甲酸酯污染的水樣，因此采用分液漏斗中加入500 mL蒸餾水和100 mL正己烷，振搖10 min后靜置，制備空白水樣。

1.4 樣品前處理

由于市售的商品化固相小柱均為塑料管小柱，經檢測均含有鄰苯二甲酸酯，可以將商品化小柱填料裝入玻璃小柱中，該實驗均采用玻璃小柱上樣。

取250 mL樣品用硫酸水溶液(體積比1∶1，下同)將水樣pH調至2～4，混勻待測。固相萃取小柱預先用10 mL二氯甲烷清洗2次，洗脫填料及小柱上殘留的鄰苯二甲酸酯。待二氯甲烷流干后用20 mL甲醇活化(活化時填料不可暴露在空氣中)，用10 mL純水過渡，將水樣加入到已洗凈的上樣瓶中(全玻璃容器，避免樣品污染)，打開真空泵上樣，最佳上樣速度為2～10 mL/min。萃取好后，二氯甲烷中作為洗脫溶劑重力沉降洗脫固相萃取小柱，洗脫液經無水硫酸鈉脫水后氮吹濃縮至1 mL并轉移到自動進樣器用樣品瓶中，待分析。加標實驗時，為了使標準物更好地溶解在水中，可用水樣體積0.5%的甲醇溶解后再加入到水樣中。

1.5 分析條件

色譜柱溫度：60℃恒溫1 min，以30℃/min升至160℃，再以10℃/min升至300℃，保持3 min。進樣口溫度280℃，不分流進樣，進樣體積1 μL;載氣為氮氣，純度不低于99.99%;流速1.9 mL/min;FID檢測器，溫度320℃，空氣流量400 mL/min，氫氣流量 40 mL/min，尾吹流量 30 mL/min。

2 結果與討論

2.1 鄰苯二甲酸酯分離效果

6種鄰苯二甲酸酯分離效果如圖1所示。6種峰的出峰時間分別是 6.734、7.868、11.278、14.919、16.474、17.940 min，代表的物質分別是DMP、DEP、DBP、BBP、DEHP 和 DnOP。

圖1 6種鄰苯二甲酸酯的GC分離效果圖

2.2 固相萃取柱的影響

PAEs屬弱極性化合物，選用非極性的C18固相萃取小柱以及非極性聚合物固相萃取小柱，均符合相似相溶原理。對于同一種分析物，采用不同的萃取柱，不同廠家、不同批次，萃取效果也不同。在使用固相萃取萃取中性水樣時，鄰苯二甲酸2-乙基己基酯和鄰苯二甲酸二正辛酯萃取效果并不理想，回收率偏低，不同品牌小柱的萃取效果差異也比較大，見表1。通過硫酸水溶液調節水樣的pH，可以改變分析物在水相的存在形態和疏水性，使其更易與固定相吸附［12-14］，并且也改善了不同品牌、不同材質的固相萃取小柱對回收率的影響，消除了對固相萃取小柱的歧視效應，鄰苯二甲酸酯的回收率能達到93．2% ～116．3%，見表 1。

表1 不同固相萃取柱萃取中性水樣和酸性水樣對回收率的影響 %

2.3 pH的選擇

由于C18固相萃取小柱是由硅膠顆粒組成，通常穩定的pH范圍是2.0～7.5。當pH高于和低于這個范圍，鍵合相就會水解并從硅膠上斷鏈下來，或者硅膠本身就溶解了，所以分別在pH為2、3、4、5、6、7 條件下測試 pH 對萃取效果的影響，結果見圖2。從圖2可見：當pH為2～4時，萃取效率最高并且穩定;pH＞5時，回收率下降明顯。由于HLB和PSDVB是聚合物材質而不受pH的限制，可以調節至 pH=1［4］。

圖2 pH對DEHP和DnOP萃取的影響

2.4 濃度對回收率的影響

在不同水體濃度的實驗中，發現未調節pH水體所萃取的DEHP和DnOP的回收率隨著樣品濃度的增大，回收率逐漸降低，在大于400 μg/L的水體濃度情況下，DEHP和DnOP的回收率很低(見圖3)，而 DMP、DEP、DBP、BBP 的回收率不受濃度影響，回收率基本穩定。

圖3 DEHP和DnOP在不同濃度下的回收率

鄰苯二甲酸酯為揮發性很低、穩定性高、黏稠油狀液體。在水中溶解度很小，容易溶于多數非極性有機溶劑中。特別是DEHP和DnOP在水中的溶解度極低，溶解濃度極限值分別為0.003 mg/L 和0.000 5 mg/L［15］(見表 2)。由于 DEHP和DnOP在高濃度時溶解度較低，導致大量的DEHP和DnOP以微液、叢聚物、膠體、甚至吸附于水體懸浮顆粒的形式存在于水體中，減少了與固相萃取固定相的吸附作用，固相萃取的萃取效率將大大降低，這種情況在實際水體的實驗中猶為明顯［7］。同時也可以解釋眾多文獻中 DEHP和DnOP回收率參差不齊、在低濃度情況回收率要遠好于高濃度的現象。調節水體pH，可以改善該2種物質的溶解性，提高高濃度DEHP和DnOP的固相萃取回收率。同時在進行加標實驗過程中，加入適量的甲醇，促進標準物質的充分溶解，提高待測物質的回收率。

表2 鄰苯二甲酸酯物理化學性質

2.5 校正曲線與檢出限

配制5點標準曲線用標準溶液，質量濃度分別為 2、6、10、16、20 mg/L。定量方法為外標法，以峰面積為縱坐標、質量濃度為橫坐標繪制標準曲線。250 mL空白水中加入標準溶液，質量濃度為4.8 μg/L，分析10個該加標樣品，計算標準偏差(S)，由MDL=S×tn－1(0．95)，求得 DMP、DEP、DBP、BBP的方法檢出限，見表3。由于DnOP和DEHP微量檢出，則采用測定空白水樣的值計算。

表3 鄰苯二甲酸酯回歸方程和檢出限

2.6 方法精密度和回收率

用該方法測定無錫工業廢水和運河水樣，進行低濃度和高濃度加標回收率實驗，結果見表4。可見，該方法的精密度和回收率均較高。

表4 工業廢水和地表水加標回收率和精密度(n=7)

3 結論

采用固相萃取提取技術，以二氯甲烷為洗脫溶劑，氣相色譜法測定水樣中6種鄰苯二甲酸酯。通過調節萃取水樣的pH，提高了固相萃取法萃取水中鄰苯二甲酸2-乙基己基酯和鄰苯二甲酸二正辛酯回收率。結果表明，該方法回收率高、操作簡便、重現性好、溶劑用量少，為水中鄰苯二甲酸酯測定標準的制定和實施奠定了基礎。

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