農用棚膜中鄰苯二甲酸酯的測定

呂海濤， 綦敬帥， 姜文薈， 由秋瑩， 宋吉英

(青島農業大學 化學與藥學院，山東 青島266109)

0 引 言

增塑劑(Plasticizer)或稱塑化劑、可塑劑，是一種增加材料的柔軟性或是材料液化的添加劑，能夠增強彈性、透明度、耐用性和使用壽命［1］，在塑料、樹脂等材料中的含量可高達30% ～50%［2］。其應用領域涵蓋農業佐劑、建筑材料、醫療器械、化妝品［3-4］、包裝業、兒童玩具、涂料、食品［5］和紡織業等［6-7］。由于各種相關材料的廣泛應用，在大氣、水體、土壤、生物體等介質中均可檢測到鄰苯二甲酸酯的存在，因此其毒理特性被廣泛關注［8］。目前，部分此類化合物被證明為環境激素類污染物，對生物體內分泌以及雄性生殖系統起干擾影響［9］。有研究證實，鄰苯二甲酸酯類增塑劑還具有致癌、致畸、致突變作用［10］。

我國蔬菜等作物種植過程中，棚膜常被用于為作物提供一個良好的溫度、濕度及光質量的小氣候環境，并可防止病蟲害及減少自然災害的影響，從而提高作物的產量及品質，提早收獲和延長生長周期。鄰苯二甲酸酯類增塑劑與塑料基體間的結合并非化學鍵，使其得已保持獨立的化學性質而極易直接污染所種植的蔬菜、糧食，或通過對土壤、大氣以及水體的遷移對作物造成間接污染［11］。目前常見的檢測手段包括氣相色譜法［8，12］、液相色譜法［13］、氣質聯用［2，4，6，14-15］、液質聯用［16］等。本實驗選取正己烷作為萃取試劑，選擇微波輔助萃取，利用一般實驗室常規的氣相色譜法進行分離檢測棚膜中的6 種鄰苯二甲酸脂類增塑劑。該方法不僅可滿足對農用棚膜中對鄰苯二甲酸酯類化合物的檢測，而且也可應用于本科生教學實驗。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器:GC-2014C 色譜儀(日本島津)，SHB-II 循環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)，DZX-1型真空干燥箱(上海福瑪實驗設備有限公司)，RE-52AA 旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器廠)，TDL-50B微波合成萃取儀(北京祥鵠科技有限公司)，AR2140電子分析天平(奧斯豪國際工貿公司)。

標準品:鄰苯二甲酸二甲酯(99.5%，DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(99. 5%，DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(99.5%，DBP)、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯(98%，BBP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯(99%，DEHP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(99%，DnOP)(德國Dr. Ehrenstorfer 公司)，丙酮、乙酸乙酯、正己烷均為分析純(國藥集團化學試劑有限公司)，市售農用棚膜。

實驗用玻璃儀器在使用前于堿液中浸泡12 h，用超純水洗凈，最后分別使用重蒸丙酮與正己烷清洗，烘干。

1.2 氣相色譜條件

色譜柱:DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);檢測器為氫火焰離子化檢測器;進樣口溫度300 ℃;進樣方式:不分流;進樣量1 μL;檢測器溫度300 ℃;升溫程序:起始溫度60 ℃，保持1 min;以20 ℃/min 的速度升至210 ℃，保持2 min;再以5 ℃/min 的速度升至300 ℃，保持2 min。

1.3 標準曲線的建立

精確稱取6 種PAEs 增塑劑標準品溶于乙酸乙酯，配制成1 g/L 的鄰苯二甲酸酯增塑劑混合標準儲備液，置于冰箱4℃避光保存。采用2 倍稀釋，將儲備液用乙酸乙酯稀釋為2.0 ～1 000.0 mg/L 標準工作溶液，進行氣相色譜分離，繪制標準工作曲線。

1.4 樣品的前處理

精確稱取2.0 g 棚膜樣品(1.0 cm×2.0 cm)于三口瓶中，加入適量正己烷，置于微波萃取儀，料液比(mL/g)為25 ∶1，微波提取功率400 W，提取時間8 min，提取1 次，旋轉蒸干，加入2 mL 乙酸乙酯溶解。使用0.45 μm 有機濾頭過濾后，進行氣相色譜測定。

1.5 單因素實驗

單因素試驗條件包括微波萃取時間、萃取功率、料液比(m樣品:V正己烷)、試樣破碎程度。精確稱取2.0 g樣品，按表1 所述條件進行提取分析。

表1 棚膜樣品單因素試驗

1.6 正交試驗

在單因素實驗基礎上，選取微波萃取功率(A)、萃取時間(B)、棚膜破碎程度(C)、料液比(D)為考察因素，以實際棚膜樣品中BBP、DEHP 和DNOP 提取程度為考察指標，設計五因素四水平正交試驗(見表2)。

2 結果與分析

2.1 鄰苯二甲酸酯類增塑劑的分離

對6 種鄰苯二甲酸酯類化合物進行了氣相色譜分離，圖1 為混合標準溶液和實際樣品的色譜圖。實驗所檢測的6 種鄰苯二甲酸酯類增塑劑的峰形以及分離效果良好，能夠滿足分析的要求。

圖1 鄰苯二甲酸酯類增塑劑氣相色譜圖

2.2 標準曲線和檢出限

配制一系列濃度梯度的混合標準溶液用來繪制標準曲線，每一梯度平行進樣3 次，以平均值做線性回歸分析。從表3 可以看出，在線性范圍內，6 種增塑劑均有著良好的線性關系，相關系數大于0.999。

表3 6 種PAEs 類增塑劑的保留時間、線性方程、相關系數及檢出限

2.3 提取條件的優化2.3.1 單因素實驗結果

(1)考察了微波萃取功率對棚膜中鄰苯二甲酸酯類化合物的提取效果影響(見圖2)，當微波萃取功率為500 W 時，樣品中所含3 種增塑劑的提取效果最佳。

圖2 微波萃取功率對提取效果的影響

(2)考察了微波萃取時間對棚膜中鄰苯二甲酸酯類化合物的提取效果影響(見圖3)，當提取時間6 min時，BBP 和DNOP 的提取效果最佳，而DNOP 的提取效果最好的時間為14 min，但提取時間過長，會有更多的雜質被溶解，且樣品經過旋蒸后呈現黏稠狀不利于后期處理。

圖3 微波萃取時間對提取效果的影響

(3)考察了棚膜破碎程度對棚膜中鄰苯二甲酸酯類化合物的提取效果影響(見圖4)，當1 cm ×1 cm時，樣品中所含3 種增塑劑的提取效果最佳。

圖4 試樣破碎程度對提取效果的影響

(4)考察了料液比對棚膜中鄰苯二甲酸酯類化合物的提取效果影響(見圖5)，當料液比30∶1時，樣品中所含3 種增塑劑的提取效果最佳。

2.3.2 正交分析

本實驗對含有BBP、DEHP 和DNOP 的棚膜樣品進行五因素四水平的正交分析，正交實驗結果見表4及表5。

由表4 可知，各因素對樣品中所含3 種增塑劑的提取量影響順序為A ＞C ＞B ＞D。由表5 可知，統計學分析五個因素中，微波萃取功率為影響BBP、DEHP、DNOP 提取量顯著性因素，而影響BBP 提取量的顯著性因素還有破碎程度，綜合考慮得出最佳提取條件為:A3B3C2D4，即將棚膜樣品破碎至1.0 cm ×2.0 cm，料液比(mL/g)為1 ∶50，微波功率400 W，萃取時間8 min。依照上述最優條件進行驗證試驗，得到BBP 提取量為83.68 mg/kg，DEHP 提取量為447.71 mg/kg，DNOP 提取量為144.64 mg/kg，實驗結果高于正交設計實驗的最高提取量，表明提取方法穩定可靠。

圖5 料液比對提取效果的影響

2.4 加標回收率和精密度

選取3 種濃度對樣品進行加標回收率分析，同時對加標棚膜樣品6 次測定計算RSD 值(見表6)。樣品回收率為85. 4% ～110. 7%，相對標準偏差為0.61% ～7.47%，符合實驗要求。

表4 正交試驗結果 mg/kg

表5 方差分析表

表6 棚膜實驗加標回收率、相對標準偏差分析結果

2.5 實際樣品分析

依照上述實驗所建立的方法對市場中購買的棚膜樣品進行檢驗，每個樣品重復檢測3 次取平均值(見表7)。在所檢測的3 種棚膜樣品中皆含有BBP 與DEHP 的存在，B 樣品中還有DBP 被檢出。

3 結 語

本研究采用微波輔助萃取-氣相色譜法建立了測定棚膜材料中6 種鄰苯二甲酸酯類增塑劑的方法，對樣品的提取條件進行了優化。通過方法學驗證和實際應用，證明該方法操作簡單，快速、準確度和靈敏度均符合分析要求。

表7 實際棚膜樣品分析 mg/kg

“—”:樣品中檢測不到該種鄰苯二甲酸酯類化合物本實驗可應用于儀器分析本科實驗教學，涵蓋微波提取和氣相色譜分離等知識點，實驗過程中學生可以分組進行實驗，方案自主設計，可以進行微波提取試劑、萃取功率、萃取時間、破碎程度、料液比等影響因素加以研究，鍛煉了學生的文獻查閱能力、協作能力和多方位思維能力。有利于學生分析化學綜合能力的培養。

［1］ 柳春紅，孫遠明，楊藝超，等. 鄰苯二甲酸酯類增塑劑的污染及暴露評估現狀［J］. 現代食品科技，2012，28(3):339-341.

［2］ 劉 俊，朱 然，田延河，等. 氣相色譜-質譜法對食品包裝材料中鄰苯二甲酸酯類與己二酸酯類增塑劑的同時測定［J］. 分析測試學報，2010，29(9):943-947.

［3］ 鄭 榮，許 勇，于 建，等. 色譜－質譜聯用技術測定化妝品中25 種鄰苯二甲酸酯［J］. 分析試驗室，2014，27(1):864-868.

［4］ 李 新，劉 俊，彭 秧，等. 固相萃取-氣相色譜/質譜法同時測定化妝品中的14 種鄰苯二甲酸酯類和5 種己二酸酯類成分［J］. 分析科學學報，2012，33(7):691-695.

［5］ 馬 麗，丁紅艷，薛少宗，等. 鄰苯二甲酸酯類增塑劑QSRR 研究及在白酒包裝材料中的應用［J］. 食品科學，2013，34(8):220-223.

［6］ Earls A，Axford I，Braybrook J H. Gas chromatography – mass spectrometry determination of the migration of phthalate plasticisers from polyvinyl chloride toys and childcare articles［J］. Journal of Chromatography A.，2003，983(1):237-246.

［7］ Rudel R A，Perovich L J. Endocrine disrupting chemicals in indoor and outdoor air［J］. Atmospheric Environment，2009，43(1):170-181.

［8］ 曾 鋒，陳麗旋，崔昆燕，等. 硅膠-氧化鋁層析柱-氣相色譜法測定沉積物中鄰苯二甲酸酯類有機物［J］. 分析化學，2005，33(8):1063-1067.

［9］ Swan S H. Environmental phthalate exposure in relation to reproductive outcomes and other health endpoints in humans［J］.Environmental Research，2008，108(2):177-184.

［10］ Patil N K，Kundapur R，Shouche Y S，et al. Degradation of plasticizer di-n-butylphthalate by Delftia sp. TBKNP-05［J］. Current microbiology，2006，52(5):369-374.

［11］ 王凱榮，崔明明，史衍璽. 農業土壤中鄰苯二甲酸酯污染研究進展［J］. 應用生態學報，2013，24(9):2699-2708.

［12］ 張連波，榮 會，于曉禮，等. 氣相色譜法測定植物纖維食品包裝材料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑［J］. 中國衛生檢驗雜志，2012，22(3):450-452.

［13］ 陳建煌. 高效液相色譜法分析皮革制品中16 種塑化劑［J］. 西部皮革，2013，35(6):40-44.

［14］ 郭春海，薄海波，段文仲，等. 氣相色譜-質譜法測定聚氯乙烯包裝材料和食品模擬物中的46 種增塑劑［J］. 色譜，2011，29(1):42-48.

［15］ 史玉坤，楊自力，喻利娟，等. 氣相色譜-質譜法測定飲料中鄰苯二甲酸酯類增塑劑［J］. 現代預防醫學，2011，38(13):2547-2549.

［16］ 邵秋榮，劉 斌，石金娥，等. 超高效液相色譜-串聯質譜法測定酒中23 種鄰苯二甲酸酯殘留釀［J］. 酒科技，2014(9):100-103.