超聲提取/固相萃取測定固體介質中合成麝香及有機磷酸酯阻燃劑/增塑劑

劉　靜，曾祥英，于志強，盛國英，傅家謨

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，有機地球化學國家重點實驗室，廣東省環境資源利用與保護重點實驗室，

廣東　廣州　510640；2.中國科學院大學，北京　100049)

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超聲提取/固相萃取測定固體介質中合成麝香及有機磷酸酯阻燃劑/增塑劑

劉靜1,2，曾祥英1*，于志強1，盛國英1，傅家謨1

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，有機地球化學國家重點實驗室，廣東省環境資源利用與保護重點實驗室，

廣東廣州510640；2.中國科學院大學，北京100049)

摘要：基于超聲提取與固相萃取技術，建立了沉積物和污泥中合成麝香與有機磷酸酯增塑劑/阻燃劑聯合前處理方法，并采用氣相色譜-質譜對目標化合物進行定性定量分析。考察了不同溶劑對目標化合物萃取效率的影響，確定以丙酮與乙腈-水(1∶3)的組合作為超聲萃取溶劑。研究了基質效應和老化效應對目標化合物回收率的影響。結果表明，不同加標濃度下，4種常見合成麝香和9種常用有機磷酸酯的回收率為(27%±12%)~(117%±9%)。

關鍵詞：有機磷酸酯；合成麝香；超聲提取；固相萃取；氣相色譜-質譜

有機磷酸酯(Organophosphate esters,OPs)是磷酸基團被取代而形成的一類化合物。這類化合物表現出良好的阻燃性和延展性，常作為阻燃劑或阻燃性增塑劑被大量添加在塑料制品、紡織品、電子設備、建筑材料以及家具裝飾材料等產品中。由于取代基不同，OPs的理化性質，如水溶解度、揮發性等有顯著差異(表1)，用途也有所不同[1-2]。 隨著五溴聯苯醚和八溴聯苯醚的逐步禁用，有機磷酸酯阻燃劑/增塑劑的產量用量逐步攀升[3]。 由于OPs是以物理添加而非化學鍵合方式添加于產品中，因此極易在產品的生產、使用和回收等過程中逃逸和揮發進入周圍環境[1]。目前，在環境各介質中均檢出OPs，包括大氣[4-5]、污水污泥[6-7]、表層水和沉積物[6,8]，甚至生物體[8-9]及人體樣品[5]。由于磷酸酯尤其是氯代磷酸酯的毒理效應顯著[1]，其在環境介質中的分布、賦存、遷移轉化以及毒副作用研究已成為環境領域的研究熱點[10]。

表1　13種目標化合物的相關信息[20]

合成麝香是人工合成的香料物質，取代天然麝香廣泛添加在洗滌用品、日化產品、化妝品等產品中，使用后主要通過工業廢水和生活污水持續排放進入環境，并可在食物鏈中富集和放大[11-12]。這類化合物不僅自身會對生物體和人體產生毒性(如抑制水生生物的生長和發育、雌激素活性等[13-14])，還能抑制生物體中多藥外流載體的活性(Multixenobiotic resistance,MXR)，從而促進有機體對其它污染物的吸收和富集[15]。目前，合成麝香被認定為新型污染物，其在環境中的分布賦存、遷移轉化和毒性效應等研究已成為環境領域研究的熱點之一。

本課題組在前期研究中建立了水環境中7種常見OPs的富集、分離和分析方法[16]；此外，也對污泥和沉積物中的OPs分布進行了初步研究[17-19]。研究發現，利用乙腈-水(1∶3)作溶劑，對親水性較好的OPs提取效果較好，如磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)。但對于疏水性較強的兩種芳基磷酸酯的提取效率不甚理想[18]，尤其是基質復雜、總有機碳(TOC)含量較高的污泥樣品，回收率很差[17]。

本文在前期研究基礎上[17,19]，篩選和優化提取溶劑，并將目標化合物擴展為目前環境介質中檢測頻率較高的9種OPs，同時將新型污染物合成麝香[14]納入研究范疇，擬建立固體介質(包括沉積物和污泥)中常見OPs和合成麝香的快速聯合前處理方法，并初步探討基質效應以及老化效應對目標化合物提取效率的影響。

1實驗部分

1.1儀器、材料與試劑

Oasis HLB(200 mg，6 mL)固相萃取小柱購于美國Waters公司；2300T超聲儀(上海安普科學儀器有限公司)；Anke-GL-10B離心機(上海安亭科學儀器廠)。

所用試劑均為色譜純：乙酸乙酯(北京百靈威公司)，丙酮(美國Burdick & Jackson公司)，甲醇、正己烷、乙腈(德國Merck Co.公司)。9種OPs標樣(美國Sigma-Aldrich公司)：TEP(99.8%)，TPRP(99%)，TBP(99%)，TPHP(99%)，TCEP(97%)，TBEP(94%)，TTP(90%)，TDCPP(97%)和TCPP(99.5%)。4種磷酸酯回收率指示物：d15-TEP(99.1%)、d27-TBP(98%)、d15-TPHP(98%)和d12-TCEP(98%)購于加拿大C/D/N Isotopes公司，合成麝香及回收率指示物d15-MX(97.5%)和內標六甲基苯(HMB，99.5%)購于德國Ehrenstofer-Sch?fer Bgm-Schlosser實驗室。實驗用水為超純水(銳思捷科學儀器有限公司的實驗室超純水系統制備)。

1.2樣品前處理

待測樣品置于50 mL聚四氟乙烯管中，依次加入5種回收率指示物和萃取溶劑，超聲萃取30 min，控制水浴溫度為(25±2)℃；3 000 r/min離心10 min，合并上層清液并置換溶劑為甲醇-水(1∶99)，采用水環境中OPs分析方法完成富集、凈化和洗脫回收[16]。方法如下：Oasis HLB小柱依次用3 mL洗脫溶劑、3 mL甲醇、3 mL甲醇-水(1∶99)活化；上述提取液通過大流量采樣管載入SPE小柱，控制過柱速度為5~10 mL/min；上樣結束后用3 mL甲醇-水(1∶99)洗滌小柱，抽干；再用洗脫溶劑洗脫目標化合物，洗脫液在柔和氮氣下吹至近干后用正己烷定容，加入內標六甲基苯，待GC-MS分析。

1.3儀器分析條件

島津2010 GC-MS，色譜柱為TG-5 MS(Thermo Scientific，30 m×0.25 mm×0.25 μm)。EI源，離子源溫度220 ℃，進樣口和接口溫度分別為290 ℃和300 ℃。不分流模式進樣，進樣量1 μL。載氣為氦氣，流速1 mL/min。升溫程序為：70 ℃保留2 min，以10 ℃/min升至160 ℃，再以5 ℃/min升至305 ℃，保留15 min。

1.4目標化合物回收率的計算

所有樣品中均加入回收率指示物以控制樣品處理流程中的損失；目標化合物的回收率通過比較實驗組樣品(真實沉積物/污泥中加入一定量的目標化合物)和對照組(真實樣品)濃度差值計算而得，計算公式為：目標化合物回收率=(CS-CR)/C0×100%，其中，CS為加標樣品實測濃度，CR為真實樣品實測濃度，C0為加標濃度。

2結果與討論

2.1儀器檢出限、精密度與重復性

在最佳分析條件下[16]，對各目標化合物進行全掃描以確定各組分的保留時間和特征離子，然后以選擇離子掃描模式(SIM)進行定量分析，各化合物的定量離子和參考離子如表2所示。

表2　各目標化合物的定量離子、參考離子及儀器檢出限

*the linearity of target compounds inn-hexane(正己烷中目標化合物的線性關系)；**the linearity of target compounds in matrix(基質中目標化合物的線性關系)

采用外標法建立工作曲線，各目標化合物在0.025~5 μg/mL 范圍內呈良好的線性關系，相關系數(r2) 為0.998 1~0.999 9(表2)。配制濃度接近空白的標樣，連續進樣7次，相對標準偏差(RSD) 為1.0%~5.0%，說明儀器具有良好的穩定性；根據化合物的信噪比(S/N)[21]計算得儀器的檢出限(IDL)為0.06~3.13 ng/mL。

2.2超聲萃取溶劑的篩選

考慮到OPs化合物的理化性質差異顯著(logKow范圍0.8~5.93)，前期研究中發現乙腈-水(1∶3)對疏水性化合物的提取效率較差[17]。本研究借鑒文獻報道結果[17，22-23]，考察了丙酮、乙酸乙酯、乙腈-水(1∶3) 3種溶劑對沉積物中13種目標化合物的提取效果，其中沉積物樣品(n=3)通過加入10 μL濃度為10 μg/mL的目標化合物制成加標樣品，沉積物加標樣品和實際沉積物樣品(n=3)中均加入10 μg/mL 的5種回收率指示物10 μL。

各目標化合物的回收率結果如圖1所示，用丙酮、乙酸乙酯、乙腈-水作提取溶劑時，5種回收率指示物的平均回收率±相對標準偏差(簡稱回收率)分別為(35%±4%)~(112%±13%)、(2%±1%)~(85%±9%)以及(9%±53%)~(82%±28%)。由于OPs類化合物的理化性質差異明顯，不同萃取溶劑條件下其回收率差異顯著。其中，TEP由于易揮發，回收率較差(<40%)，尤其是乙酸乙酯作為萃取溶劑時，TEP回收率僅為(3%±1%)；此外，水溶性較強的TCEP(9%±26%)和TCPP(20%±17%)的回收率也顯著偏低；而以乙腈-水為溶劑時，TCEP和TCPP的回收率較為理想(分別為(82%±14%)和(70%±4%))，但疏水性的TTP回收率偏低(50%±31%)；丙酮對TCEP的回收率(46%±5%)不如乙腈-水但強于乙酸乙酯，但對TTP(70%±14%)、TPHP(90%±2%)和TDCPP(91%±12%)的回收率優于乙腈-水，而對TBEP和TTP的提取效率又次于乙酸乙酯。對合成麝香而言，3種溶劑的回收率均偏低，其中丙酮(47%±43%~73%±6%)和乙酸乙酯(44%±6%~57%±13%)的回收率高于乙腈-水。

綜上所述，由于本研究中目標化合物的種類較多，理化性質差異較大，單一的提取溶劑無法滿足實驗要求。因此，采用不同溶劑組合開展進一步實驗。A組：丙酮+乙腈-水；B組：丙酮+丙酮+乙腈-水;C組：丙酮+丙酮。同時，揮發性較強的化合物回收率較低且重現性差，可能與置換溶劑過程中旋轉蒸發至近干和氮吹至干兩個過程的損失相關。因此在下一步的實驗中，先將純溶劑型的提取液置換為5 mL甲醇，與乙腈-水組分混合后再用水稀釋至1%甲醇(乙腈)溶液。

實驗結果如圖2所示。為了直觀對比不同萃取溶劑的提取效率，將丙酮萃取結果也列入圖中。結果表明，丙酮+乙腈-水組合條件下，5種回收率指示物的回收率為(15%±9%)~(90%±1%)，目標化合物回收率為(19%±12%)~(92%±1%)；而丙酮+丙酮+乙腈-水組合對5種回收率指示物的回收率為(13%±5%)~(92%±4%)，所有目標化合物的回收率為(17%±12%)~(95%±8%)。結果表明，采用組合溶劑萃取并改善了溶劑置換操作后，萃取效果均有明顯改善。其中，以丙酮+乙腈-水為萃取溶劑時，親水性TCEP的回收率以及合成麝香的回收率有不同程度提高；而以丙酮+丙酮+乙腈-水組合則更為理想，除TEP以外的12種目標化合物均可取得較為理想的提取效果。

2.3老化效應對提取效率的影響

Alexander等[24]研究發現，有機分子與土壤等環境介質長時間接觸，會進入介質的細微空隙，被隔離或包裹而難以釋放出，即會發生老化效應，因此本研究考察了老化效應對目標化合物提取效率的影響。實驗組(n=3)中加入目標化合物和回收率指示物，室溫避光靜置24 h；次日，向對照組(n=3)中加入目標化合物和回收率指示物，兩組樣品同時進行萃取、富集和分析。

實驗組和對照組中，5種回收率指示物的回收率為(25%±6%)~(90%±2%)；實驗組中目標化合物的回收率(31%±10%~97%±2%)與對照組(30%±10%~92%±1%)無顯著差異。表明老化效應對提取效率的影響甚少，在實際研究中可以不考慮老化效應。考慮到實驗操作的簡便可行并節省時間，采用加標后立即進行前處理。

2.4基質效應對提取效率的影響

為考察基質改變對目標化合物提取效率的影響，在選定的實驗條件下，對沉積物/處理后的沉積物(沉積物基質)進行加標回收實驗，各組分加標濃度為20 ng/g。同時，設置污泥/抽提后的污泥(污泥基質)作為對照，加標濃度為40 ng/g。結果表明，沉積物與沉積物基質中回收率指示物的回收率為(25%±6%)~(95%±4%)，污泥與污泥基質中回收率指示物的回收率為(35%±10%)~(81%±7%)。沉積物實際樣品中的目標化合物回收率(30%±8%~92%±1%)與基質加標樣品中的目標化合物回收率(27%±15%~93%±3%)之間無顯著差異(圖3)；而實際污泥樣品加標與污泥基質加標回收率也均在允許范圍。污泥樣品中TEP的回收率明顯升高，這可能是污泥基質的存在減少了TEP的揮發；此外，AHMI與HHCB的回收率偏高，可能與污泥來源相關。該污泥樣品本身含有較高水平的合成麝香。綜上所述，在缺乏合適基質的情況下，借用提取后的沉積物和污泥樣品作為質量控制和質量保證措施中的基質加標分析是可行的。

在選定的提取條件下，考察了基質中目標化合物的線性關系。由于無法獲得不含目標化合物的沉積物樣品，實驗采用提取后的沉積物(Pre-extracted)為基質，制備出與樣品介質對應的沉積物基質進行加標測定。結果表明，基質中13種目標化合物在0.025~5 μg/mL質量濃度范圍內均呈良好的線性關系，相關系數(r2)為0.997 0~0.999 4(表2)。

表3　不同加標水平下目標化合物的回收率(n=3)

2.5回收率與重現性

準確稱量5 g沉積物，在優化條件下進行提取和測定，分別進行低濃度(4 ng/g)、中濃度(20 ng/g)和高濃度(40 ng/g)的加標實驗，結果如表3所示。

5種回收率指示物的回收率為(24%±10%)~(105%±2%)，9種OPs的回收率為(27%±12%)~(117%±9%)，即使疏水性較強的TTP回收率也達到(68%±3%)~(79%±10%)，4種合成麝香的回收率為(73%±5%)~(112%±6%)。表明本方法對沉積物中的OPs與合成麝香具有良好的回收率和重現性。

2.6方法驗證

采用本方法測定了8個實際環境樣品中有機磷酸酯與合成麝香的分布與含量水平，其中6個沉積物分別取自太湖(沉積物1~2)、珠江干流(沉積物3~4)和大伙房水庫(沉積物5~6)，2個污泥樣品為廣州兩個市政污水處理廠的外排污泥。由實際樣品分析得到回收率指示物的回收率為(13%±6%)~(103%±7%)。

由表4可以看出，太湖沉積物中均檢出13種目標化合物，其中OPs含量為0.10~1.79 ng/g，合成麝香為0.04~2.79 ng/g，主要OPs污染物為TBP，TCPP和TBEP，這與課題組前期研究結果一致[18]。珠江干流沉積物中檢出13種目標化合物，其中OPs含量為1.45~70.53 ng/g，合成麝香為0.10~546.80 ng/g。這兩個沉積物樣品中化合物的分布規律不同，沉積物4中TBEP含量(70.53 ng/g)顯著高于其余樣品，而沉積物3中TPHP含量(56.37 ng/g)顯著高于其余樣品，表現出較為顯著的點源排放特征。大伙房水庫沉積物中均未檢出TEP，TPRP和TTP，其余5種OPs含量為LOD~3.18 ng/g，4種合成麝香為LOD~0.86 ng/g(檢出限見表2)。

表4　沉積物與污泥樣品中有機磷酸酯與合成麝香的含量(ng/g)

-:no detected；LOD:limit of quantification

廣州污泥中檢出13種目標化合物，其中OPs含量為2.97~49.99 ng/g，合成麝香為43.57~2 875.89 ng/g，可能與這些污水處理廠的污水來源為生活污水與工業廢水混合來源有關。

3結論

本文建立了一種快速聯合檢測固體介質中9種有機磷酸酯與4種合成麝香的方法。通過丙酮+乙腈-水組合溶劑提取，Oasis HLB小柱固相萃取和富集凈化，再用乙酸乙酯回收目標化合物。方法表現出良好的回收率和重現性，在不同濃度基質加標實驗中顯示出良好的適用性。

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Determination of Synthetic Musks and Organophosphate Flame Retardants/Plasticizers in Solid Phase by Ultrasound-assisted Extraction Coupled with Solid Phase ExtractionLIU Jing1,2,ZENG Xiang-ying1*,YU Zhi-qiang1,SHENG Guo-ying1,FU Jia-mo1

(1.State Key Laboratory of Organic Geochemistry,Guangdong Provincial Key Laboratory of Utilization and Protection

of Environmental Resources,Guangzhou Institute of Geochemistry Chinese Academy of Sciences,Guangzhou510640,

China；2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)

Abstract：A rapid method was developed for the simultaneous determination of synthetic musks and organophosphate esters(OPs) in sediment/sludge,based on ultrasonic-assisted extraction,solid phase extraction(SPE) and the subsequent analysis by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).In this study,different solvents were investigated and optimized,and thus acetone and acetonitrile-water(1∶3) were chosen for the extraction of analytes.Two potential factors(the matrix effect and aging effect) influencing recoveries of the target compounds of the analgtes were also studied.Under the optimized conditions,13 analytes including 9 widely used OPs and 4 synthetic musks were extracted and analyzed,and the results indicated that acceptable recoveries of the analytes were achieved in the range of (27%±12%)-(117%±9%),from sediment,sludge and pre-extracted sediment at different spiked concentrations.

Key words：organophosphate esters;synthetic musks;ultrasonic-assisted extraction;solid phase extraction；gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

中圖分類號：O657.63；TQ047.9

文獻標識碼:A

文章編號：1004-4957(2016)01-0061-07

doi：10.3969/j.issn.1004-4957.2016.01.010

通訊作者：*曾祥英，博士，副研究員，研究方向：環境毒害污染物及其風險評估，Tel:020-85292033，E-mail:zengxy@gig.an.cn

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41373107)

收稿日期：2015-05-25；修回日期：2015-07-26