固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定水中酞酸酯類(lèi)化合物

張 軍，張 丹，彭 華，南淑清，李 貝，趙新娜，劉奕堯

河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450004

酞酸酯類(lèi)化合物(PAEs)主要用作塑料的增塑劑，增大產(chǎn)品的可塑性和提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，也可用作農(nóng)藥載體、驅(qū)蟲(chóng)劑、化妝品、香味品、潤(rùn)滑劑和去泡劑的生產(chǎn)原料。近年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)和塑料制品的使用，酞酸酯類(lèi)不斷進(jìn)入環(huán)境，普遍存在于土壤、底泥、水體、生物、空氣及大氣降塵物等環(huán)境樣品中，成為環(huán)境中無(wú)所不在的污染物。酞酸酯可引起哺乳動(dòng)物嗜睡、脫癮、條件性維生素缺乏等癥狀，其中2-(二乙基己基)鄰苯二甲酸酯有動(dòng)物致癌陽(yáng)性率。當(dāng)水中鄰苯二甲酸二丁酯達(dá)0.2 mg/L或2-(二乙基己基)鄰苯二甲酸酯達(dá)1.0 mg/L時(shí)，影響水的自凈作用。美國(guó)環(huán)保局(USEPA)將6種PAEs列為優(yōu)先控制的有毒污染物，我國(guó)也將3種PAEs確定為水中優(yōu)先控制污染物［1］，《化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)防控十二五規(guī)劃》將鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)列入十二五重點(diǎn)防控化學(xué)品名錄。歐盟25個(gè)成員國(guó)于2007年1月又禁止和限定了6種PAEs的使用。

環(huán)境水樣中PAEs前處理方法主要有有機(jī)溶劑提取-硅膠柱凈化［2］、固相萃取(SPE)［3-5］、固相微萃取(SPME)［6-9］等。液液萃取方法簡(jiǎn)便，但所用水樣體積大，溶劑量也大，檢出限較高。采用固相萃取技術(shù)富集PAEs，雖可大大降低溶劑的消耗，但仍需采集大量水樣，且檢出限與前者類(lèi)似。固相微萃取(SPME)技術(shù)是1990年發(fā)展起來(lái)的樣品預(yù)處理方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、樣品需要量少、靈敏、快速、簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)［10－11］利用SPME技術(shù)分別測(cè)定了西班牙埃布羅河6種PAEs和江蘇太湖、長(zhǎng)江泰州段水樣中5種PAEs。本文采用SPME技術(shù)結(jié)合氣相色譜(GC)方法，對(duì)水中6種PAEs進(jìn)行了分析測(cè)定。所建立的方法具有較低的檢出限(LOD)，回收率令人滿意，能夠滿足環(huán)境水樣中痕量PAEs的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

美國(guó)7890N氣相色譜儀(配有FID檢測(cè)器);HP－5 毛細(xì)管柱(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);加拿大固相微萃取裝置(配有 85 μm PA、30 μm PDMS、100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR 萃取頭);手柄，4 mL專用樣品瓶。

包括鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP)和鄰苯二甲酸(2－乙基己基)酯(DEHP)在內(nèi)的6種混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 SPME操作方法

在4 mL的萃取瓶中，加入4 mL水樣、PAEs混合標(biāo)樣后放入磁子，用聚四氟乙烯墊加鋁蓋密封。將固相微萃取裝置的不銹鋼針管插入瓶中，推出萃取頭，在一定條件下完成萃取后，取出萃取頭，進(jìn)入氣相色譜中解吸1.5 min。

由于PAEs的普遍存在，甲醇、磁子等都可能引入PAEs而影響實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。空白校正實(shí)驗(yàn)證實(shí)了部分PAEs的存在，因而所有測(cè)定的峰面積都要減去該空白值。除特別說(shuō)明外，所有實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3次。以保留時(shí)間定性，以色譜峰面積定量。

1.2.2 氣相色譜條件

色譜柱為HP－5毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。以高純氮?dú)?99.999%)為載氣，進(jìn)樣口溫度為250℃，不分流進(jìn)樣，柱流速為1 mL/min;FID檢測(cè)器溫度為300℃，氫氣流量30 mL/min，空氣流量為300 mL/min，尾吹氣流量為25 mL/min;柱溫80℃保持1 min，以10℃/min的速率升至250℃，保持4 min。分離效果見(jiàn)圖1。

圖1 固相微萃取酞酸酯類(lèi)物質(zhì)色譜圖

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取頭的選擇

取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制3份相同濃度的平行水樣，分別經(jīng)涂有 85 μm PA、30 μm PDMS、100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR 的固相微萃取頭萃取40 min以后，直接進(jìn)樣分析。

PDMS涂層是非極性的，它對(duì)極性較強(qiáng)的DMP和 DEP的萃取效率較低。吸附型65 μm PDMS/DVB的涂層為固相膜，材料表面的孔狀結(jié)構(gòu)在范德華力和氫鍵作用下很容易捕捉到分析物。這種涂層對(duì)幾種目標(biāo)化合物表現(xiàn)出較好的萃取效果，這與Penalver等［11］的研究結(jié)果一樣。

2.1.2 固相微萃取方式的選擇

選用頂空和浸沒(méi)2種固相微萃取方式進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:在相同條件下(轉(zhuǎn)速為300 r/min，溫度為70℃)，由于目標(biāo)化合物的沸點(diǎn)較高，頂空提取的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于浸沒(méi)提取。因此，選擇的萃取方式為浸沒(méi)提取。

2.1.3 磁力攪拌轉(zhuǎn)速的影響

固定已選定的固相微萃取條件，改變磁力攪拌轉(zhuǎn)速為 0、300、500、700、900 r/min，從圖2 可見(jiàn)，對(duì)于 DMP攪拌的影響很小，而對(duì)于 DEP、DBP、BBP、DEHP、DOP攪拌能顯著提高纖維的富集效率，增大了方法的靈敏度，因此攪拌是必要的。應(yīng)當(dāng)通過(guò)固定采樣瓶的位置及磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)嚴(yán)格控制穩(wěn)定的攪拌，過(guò)慢達(dá)不到攪動(dòng)的效果，過(guò)快則易形成旋渦使攪動(dòng)不穩(wěn)。DEP、DBP、BBP、DEHP 4種化合物在500 r/min時(shí)基本達(dá)到平衡，而化合物DOP在轉(zhuǎn)速為700 r/min時(shí)達(dá)到最大回收。考慮到化合物DOP萃取面積小，轉(zhuǎn)速的改變使得面積變化大，而在700 r/min時(shí)其余幾種目標(biāo)化合物相對(duì)于各自的最佳轉(zhuǎn)速時(shí)的面積變化不大。因此，選擇的轉(zhuǎn)速為700 r/min。

圖2 轉(zhuǎn)速對(duì)各種目標(biāo)化合物的影響

2.1.4 萃取溫度的影響

選擇不同的萃取溫度 30、40、50、55、60、65℃，考察溫度對(duì)目標(biāo)化合物萃取效果的影響。從圖3可見(jiàn)，DMP、DEP這2種化合物在40℃時(shí)萃取效果最好，隨著溫度的增加，萃取效率逐漸降低。DEHP、DOP、DBP、BBP這4種化合物隨著溫度的增加，萃取效率逐漸增大，60℃時(shí)萃取達(dá)到平衡。因此，選擇的最佳萃取溫度為60℃。

圖3 萃取溫度的影響

2.1.5 萃取時(shí)間的影響

SPME過(guò)程是一個(gè)逐漸達(dá)到平衡的過(guò)程，萃取的平衡時(shí)間與攪拌速度、固定相的膜厚以及待測(cè)物的分配常數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、萃取溫度有關(guān)。高沸點(diǎn)化合物比低沸點(diǎn)化合物需要更長(zhǎng)的分析時(shí)間。在萃取溫度為60℃、轉(zhuǎn)速為700 r/min時(shí)，不同的萃取時(shí)間與所得到的各種化合物的峰面積關(guān)系見(jiàn)圖4。從圖4可見(jiàn)，DMP、DEP 2種較低沸點(diǎn)的化合物在 20 min就達(dá)到最佳效果，DBP、BBP、DEHP、DOP 4種化合物在萃取時(shí)間為50 min時(shí)，萃取效率最高。最終選擇的萃取時(shí)間為50 min。

圖4 萃取時(shí)間的影響

2.1.6 解吸時(shí)間的影響

固定已選定的萃取條件，將熱解吸時(shí)間分別設(shè)定為 0.5、1.0、1.5、2.0 min。在色譜進(jìn)樣器中進(jìn)行熱解吸時(shí)，由于高溫下萃取物的分配系數(shù)下降，涂層對(duì)待測(cè)物的保留很快消失。在同一溫度下，待測(cè)物解吸的完全與否與解吸時(shí)間直接相關(guān)，解吸不完全不僅會(huì)影響方法的靈敏性，而且會(huì)污染后續(xù)樣品。由圖5可見(jiàn)，各種化合物在1.5 min時(shí)基本解吸完畢，且將該萃取頭進(jìn)行第2次熱解吸時(shí)未見(jiàn)樣品峰出現(xiàn)。

圖5 解吸時(shí)間的影響

2.2 空白實(shí)驗(yàn)及工作曲線

2.2.1 空白實(shí)驗(yàn)

由于酞酸酯通過(guò)塑料制品等已普遍存在于人們的生活環(huán)境中，因此很容易造成實(shí)驗(yàn)室的污染，從而導(dǎo)致分析測(cè)試結(jié)果不真實(shí)或濃度偏高。因此，在進(jìn)行環(huán)境樣品中酞酸酯類(lèi)化合物分析時(shí)，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的空白值，保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。本研究就實(shí)驗(yàn)中需要用到的試劑、溶劑、器皿等進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)中用到的玻璃器皿，放入鉻酸中浸泡過(guò)夜，再用清水和蒸餾水洗凈后烘干使用，對(duì)選定的甲醇、丙酮等溶劑進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，所用溶劑均無(wú)目標(biāo)化合物檢出。

實(shí)驗(yàn)中使用固相微萃取柱，測(cè)定前均進(jìn)行老化程序，確定無(wú)目標(biāo)化合物檢出。

2.2.2 工作曲線及檢出限

配制一系列的標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入水樣中，用已選好的條件進(jìn)行固相微萃取，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合，得到工作曲線。空白樣品中加入估計(jì)方法檢出限的2～5倍的標(biāo)樣萃取檢測(cè)，平行進(jìn)行7次，得到方法的檢出限。

表1 各種化合物的工作曲線和線性范圍

2.3 回收率和精密度

在水樣中添加6種化合物的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，加標(biāo)水平為 0.025、0.125、0.25 μg/L，分別平行測(cè)定7次，獲得如表2所示的結(jié)果。

表2 6種化合物在水中的添加回收率和精密度(n=7)

2.4 實(shí)際水樣的測(cè)定

在已選定的最佳萃取條件下測(cè)定某制藥廠的實(shí)際水樣，最終測(cè)得水樣中含有0.018 6 μg/L的DBP。

3 結(jié)論

建立了固相微萃取技術(shù)結(jié)合GC－FID測(cè)定水中PAEs的方法，固相微萃取前處理過(guò)程中不需有機(jī)溶劑，環(huán)境友好，適應(yīng)綠色化學(xué)發(fā)展的需要。將該方法用于實(shí)際水樣中6種PAEs的測(cè)定，操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，能夠滿足環(huán)境水體中痕量PAEs的測(cè)定要求。

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