中空纖維支載離子液體液相微萃取法檢測環境水樣中DEHP及其降解產物

朱方+徐超+孫國茂+杜道林

摘要：鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（diethylhexyl phthalate，簡稱DEHP）是目前使用量最多的一種鄰苯二甲酸酯類塑化劑，它進入環境后，先打開一條側鏈，降解為鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯[mono（2-ethylhexyl） phthalate，簡稱MEHP]。DEHP、MEHP具有潛在的健康風險，因此開發一種分析方法檢測水環境中這類化合物是極其必要的。采用中空纖維支載l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體為液膜，構建供體相-液膜-接受相三相液液微萃取富集，采用高效液相色譜法/紫外檢測法（high performance liquid chromatography/ultra-violet，簡稱HPLC/UV）檢測環境水體中痕量DEHP、MEHP的方法。通過對各參數（萃取劑、供體相離子強度、供體相體積、供體相和接受相pH值、萃取時間）的優化，在最佳條件（供體相為40 mL，pH值為3，不加鹽，接受相pH值為13，振蕩萃取1.5 h）下，該方法的線性范圍在0.200～200 μg/L，相對標準差分別為8.9%、5.3%（n=3），檢出限分別為0.028、0.047 μg/L，富集倍數分別為357、213，2種環境水樣的加標回收率在（84.2±4.3）%～（101.0±9.8）%。結果表明，本方法簡便、快速、環境友好，可用于環境水體中痕量DEHP及其降解產物MEHP的測定。

關鍵詞：鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯；鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯；離子液體；三相中空纖維支撐液膜微萃取

中圖分類號： X131.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0255-03

收稿日期：2016-04-11

基金項目：國家自然科學基金（編號：31570414）；江蘇大學第14批大學生科研立項資助項目（編號：14A250）。

作者簡介：朱 方（1983—），男，江蘇鎮江人，博士研究生，講師，主要從事環境痕量污染物的檢測及安全風險評價工作。E-mail：bjmit@163.com。 鄰苯二甲酸酯（phthalate esters，簡稱PAEs）是一類工業上廣泛使用的高分子材料助劑，在塑料加工中添加這種物質，可以使其柔韌性增強，容易加工。但由于此類化合物僅通過氫鍵或范德華力與塑料基質聯接，沒有聚合到塑料的高分子碳鏈上，隨著時間的推移，很容易從塑料制品中遷移到環境中。鄰苯二甲酸酯已經成為全球傳播最廣的污染物之一，在大氣、水體、土壤等環境介質中均可檢測到PAEs的存在[1-2]，被稱為“第二個全球性多氯聯苯污染（polychlorinated biphenyis pollution，簡稱PCB）物”。

PAEs進入水體后，經生物降解、光解、水解等反應后，先打開一條側鏈，降解為鄰苯二甲酸單酯（monoalkyl phthalate esters，簡稱MPEs）。研究發現，鄰苯二甲酸酯及其降解產物有類雌激素的作用，干擾內分泌系統，對人和動物均有致癌、致畸、致突變作用，可造成生殖功能異常，具有潛在的健康風險[3]。尤其是鄰苯二甲酸單酯更易通過細胞膜的磷脂雙分子層表現出比鄰苯二甲酸酯更強的毒性。

由于實際樣品中基質復雜、PAEs濃度較低，檢測分析過程中最關鍵的步驟是對目標物的分離和富集。現有的檢測鄰苯二甲酸酯類物質前處理方法包括：液液萃取（liquid liquid extraction，簡稱LLE）、固相萃取（solid phase extraction，簡稱SPE），需要使用大量有毒的有機溶劑，損害分析人員的健康，且易造成對環境的二次污染；固相微萃取（solid phase microextraction，簡稱SPME），由于萃取纖維使用壽命有限、易折斷且在分析過程中可能會有殘留，在實際應用過程中受到許多限制；液相微萃取（liquid phase microextraction，簡稱LPME）技術，使用溶劑量小、易于與分析儀器聯用，是一種環境友好的樣品前處理技術；中空纖維支載液膜液相微萃取技術（hollow fiber-liquid phase microextraction，簡稱HF-LPME），將萃取劑附著在中空纖維上形成液膜，采樣、萃取、富集于一體，纖維一次性使用，無交叉污染問題，有效改善了萃取的穩定性和可靠性[4]。

本研究選擇檢測對象為目前使用量最大的一種塑化劑鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（diethylhexyl phthalate，簡稱DEHP）及其代謝產物鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯[mono（2-ethylhexyl） phthalate，簡稱MEHP]。將支載了離子液體的中空纖維置于樣品中，形成樣品-有機溶劑-水三相體系，通過優化影響萃取效果的主要參數，結合HPLC/UV測定環境水樣中痕量DEHP、MEHP濃度，對了解其環境行為和歸趨，準確、有效地評估其對環境健康的影響具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

液相色譜儀為美國Waters公司Breeze2液相色譜系統（1525二元泵、2707自動進樣器、2489紫外/可見光檢測器），色譜柱為Eclipse XDB-C18液相色譜分離柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）。

鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（DEHP）、鄰苯二甲酸單（2-乙基己）酯（MEHP）標準品均購自Sigma-Aldrich（德國）；離子液體l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸（[C4MIM][PF6]）、l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸（[C8MIM][PF6]），純度均為99.0%，均購自Meisibei公司（上海，中國）；色譜純甲醇購自J. T. Baker （美國），其他試劑均購自國藥集團化學試劑有限公司，如無特殊說明皆為分析純。試驗用水均為超純水。endprint

50/280聚丙烯中空纖維（規格：壁厚為50 μm，內徑為280 μm，孔徑為0.1 μm，孔率為60%）購自于Membrane GmbH公司（Wuppertal，德國）、微量注射器（針頭外徑為 0.3 mm，長為12 mm，針筒體積為1 mL）購自BD Consumer Healthcare公司（美國）、液相進樣瓶玻璃內插管（150 μL，中國）。

試驗中為避免背景值干擾，盡量使用玻璃器具，所有玻璃器皿在鉻酸洗液浸泡后，用超純水清洗，再用甲醇清洗后置于烘箱烘干待用。

1.2 色譜條件

流動相由甲醇和超純水（用乙酸調節到pH值為3.0）組成，流速為1.0 mL/min，檢測波長為280 nm，柱溫為30 ℃，進樣量為20 μL。梯度洗脫程序：0～15 min，70%甲醇線性增加到100%；保持3 min；18～20 min，線性降低到70%。

1.3 標準曲線的繪制

用精度為0.000 1 g天平稱取DEHP、MEHP標準品各 50 mg，甲醇溶解，定容至50 mL，配制成1 g/L標準儲備液，4 ℃ 下避光保存。取上述標準儲備液各1 mL，用甲醇定容至100 mL，配制成10 mg/L混合標準溶液，再用甲醇分別稀釋成濃度為0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mg/L 的系列混合標準溶液。按上述色譜條件進行測定，每個濃度重復測定3次。以質量濃度x對峰面積y繪制標準曲線。

1.4 中空纖維支載液膜液相微萃取試驗方法

試驗用中空纖維支載液膜液相微萃取技術對樣品前處理，其原理為：將室溫離子液體通過毛細力吸附到中空纖維膜壁的微孔內形成液膜，中空纖維的內腔注入接受相，制成萃取裝置。將該萃取裝置置于樣品中，即形成樣品-有機溶劑-接受相三相體系。通過供體相、接受相的pH值，使樣品中的目標分析物以分子形態被萃取進入液膜有機溶劑，再以離子形態反萃取到接受相，達到富集的目的。

具體步驟：截取10 cm長的中空纖維，置丙酮中超聲清洗20 min，晾干備用。纖維段浸入1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體中超聲1 min，取出后浸入水中漂洗，去除表面多余離子液體。用微量注射器向纖維段內腔注入pH值為堿性的超純水作為接受相，然后用鑷子將纖維兩端熱封。將中空纖維段浸入pH值為酸性的樣品溶液，在室溫25 ℃下以200 r/min的轉速振蕩萃取10 min。萃取結束后，將纖維取出，剪開兩端封口；一端置于玻璃內插管中，用50 μL甲醇將接受相吹出，直接取20 μL注入高效液相色譜分析。中空纖維均一次性使用。

所有試驗結果均為3次或以上平行試驗測定結果的平均值。萃取效率以富集倍數（enrichment factor，簡稱EF）評價：EF=Cafter/Cbefore，其中Cbefore、Cafter分別表示萃取前樣品中目標物的濃度與萃取后接受相的濃度（稀釋倍數已考慮在內）。

2 結果與分析

2.1 樣品前處理條件優化

在樣品前處理過程中，須要對有機液膜的種類、供體相離子強度、供體相體積、供體相、接受相pH值、萃取時間等萃取條件進行選擇，優化富集倍數，實現高效萃取。以 20 μg/L標準溶液作為優化過程中的工作溶液。

2.1.1 有機液膜種類的確定 對液相微萃取來說，萃取劑是影響萃取效果至關重要的因素。鄰苯二甲酸酯的化學結構是由1個剛性平面芳烴和2 個可塑的非線性脂肪側鏈組成，常溫下呈無色油狀黏稠液體，該類化合物的液態溫度范圍相當寬，因而具有非常大的流動性和較小的揮發性、水溶性，易溶于有機溶劑，屬中等極性物質。室溫離子液體烷基咪唑六氟磷酸鹽揮發性小、黏度適宜、與水不混溶，易于附著在中空纖維上形成液膜，對鄰苯二甲酸酯類物質有較好的溶解度。

選擇20 μg/L標準溶液40 mL，在200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取0.5 h，供體相、接受相的pH值不作調整、不加鹽，比較1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（[C4MIM][PF6]）、1-辛基- 3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體（[C8MIM][PF6] ）對DEHP、MEHP的萃取效果。結果表明，[C4MIM][PF6]對DEHP、MEHP的富集倍數分別為89、61，對[C8MIM][PF6]的富集倍數分別為71、42。這可能是由于[C4MIM][PF6]的黏性低于[C8MIM][PF6]，流動性好，易于在纖維表面形成液膜。因此，選用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體作為本檢測方法的前處理萃取劑。

2.1.2 鹽析效應的影響 鹽析效應是影響萃取效率的重要因素，其原理是向供體相中加入一定量鹽會降低分析物在供體相中的溶解度，有利于分析物向萃取劑中遷移。選用離子液體[C4MIM][PF6]作為支載相，20 μg/L標準溶液 40 mL 在200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取0.5 h，供體相、受體相的pH值不作調整，向供體相加入一定量的NaCl溶液，使NaCl的體積分數達到2%、4%、6%、8%、10%。試驗結果表明，富集倍數隨鹽的加入沒有提高反而下降。出現這種現象可能的原因是隨著鹽的加入，提高了離子液體[C4MIM][PF6]在供體相中的溶解度，降低了富集效果；另外，鹽析效應產生的離子靜電作用對反萃取過程有一定的抑制作用。因此，在后續試驗中供體相均不加入鹽[5]。

2.1.3 供體相體積的確定 試驗中樣品體積也會對分析物的富集倍數產生明顯的影響。采用離子液體[C4MIM][PF6]在200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取20 μg/L標準溶液0.5 h，考察樣品體積20、40、60、80、100 mL對萃取效果的影響。由圖1可看出，DEHP、MEHP的富集倍數隨樣品體積增大而先增高后降低，在體積40 mL時，富集倍數達到最大。這可能是因為液膜盡管是疏水性強的有機化合物，但當樣品溶液體積較大時，也會影響液膜的穩定性，造成液膜的泄漏。同時，考慮到樣品體積越大，萃取平衡的時間也會相應增長。因此，在后續優化中選擇供體相體積為40 mL。endprint

2.1.4 供體相和接受相pH值的確定 在三相HF-LPME過程中，目標分析物首先從供體相中被萃取到支載液膜離子液體中，然后再被反萃取到中空纖維空腔里的接受相。供體相和接受相的酸堿度是影響萃取過程的主要因素， 通過調節分析物的存在狀態，使其以非電離的狀態從供體相被萃取到支載相離子液體液膜。MEHP的酸度系數為3.37，具有中等酸性；正辛烷-水分配系數lgP隨著pH值的增大，親水性增強。DEHP的lgP為8.52，幾乎不受酸堿度影響。

采用離子液體[C4MIM][PF6]作萃取劑，在樣品體積為40 mL、200 r/min、25 ℃條件下振蕩萃取20 μg/L標準溶液05 h，將供體相的pH值從2增加到7，結果如圖2所示。由圖2可看出，DEHP在pH值2～7范圍內萃取效率無明顯變化；而MEHP在供體相pH值=3時萃取效率最高，隨著pH值進一步變大，萃取效率有所降低。這是由于一定的酸度可以抑制MEHP電離為離子狀態，保證萃取的有效進行，但達到一定的酸度時，MEHP幾乎都以分子態存在，繼續增大酸度，抑制作用也將不明顯。因此，pH值為3被選為最佳供體相的pH值。

同樣，在其他處理條件一致的情況下，將接受相的pH值由8增加到13，結果如圖3所示。DEHP的萃取效率無明顯變化；而MEHP在pH值為13時，萃取效率達到最大。這是因為當MEHP處于堿性環境中，呈離子態存在，使其從樣品溶液到接受相單向流動；當接受相中被離子化的分析物濃度越來越大，進一步增大接受相的pH值也不會使萃取效率有較明顯的增加。因此，采用pH值為13的水溶液作為接收相。

2.1.5 萃取時間的確定 中空纖維支載離子液體液液微萃取的過程是目標分析物在供體相、支載相、接受相三者之間達到分配平衡的過程。萃取時間是影響分配平衡的重要因素。在達到分配平衡之前，增加萃取時間能提高萃取效果；達到平

衡之后，再增加時間，即會因為時間過長降低檢測效率，又會因為支載相的損失導致富集倍數的降低。試驗分別比較萃取時間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h下的富集倍數。由圖4可知，萃取在1.5 h前，富集倍數隨萃取時間的延長而增加；在1.5 h后，富集倍數隨萃取時間的延長而增加趨緩；萃取時間達到2 h后，隨著萃取時間的延長萃取效率不但沒有增加，而出現下降趨勢。因此，確定1.5 h為最佳萃取時間。

2.2 方法評價

為驗證本方法用于定量分析的可行性，在最優的條件下，從線性范圍、相對標準差、相關系數、富集倍數與檢出限等方面對方法的性能進行評估。由表1可知，HPLC/UV檢測的線性范圍在0.200～200 μg/L，線性相關系數R2大于0.99，3個平行樣品的相對標準差分別為8.9%、5.3%，檢出限分別為0.028、0.047 μg/L，富集倍數分別為357、213，滿足水環境中痕量DEHP及其降解產物MEHP的檢測要求。

2.3 實際水樣的檢測

應用所建立方法對實驗室自來水、京杭大運河鎮江段河水2種環境水樣進行DEHP、MEHP的富集與檢測。所有環境水樣均用玻璃瓶采集，0.45 μm的微孔濾膜過濾后棕色玻璃瓶4 ℃下保存。由表2可看出，在實驗室自來水、京杭大運河鎮江段河水中都檢測出了DEHP，而均未檢出MEHP，水樣中加標20 μg/L，測得回收率為84.2～101.0%。

3 結論

選用室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽

作為三相HF-LPME的支載液膜，結合HPLC/UV建立一種同步檢測環境水樣中痕量DEHP及其降解產物MEHP的方法。試驗結果表明，本方法具有操作簡便、快速、富集倍數高、環境友好等優點。特別是中空纖維表面孔隙小，能有效去除環境水體基質對檢測過程的干擾，一次丟棄，避免了重復污染。為監測環境中PAEs和MPEs的含量，分析其環境行為，評估其環境健康風險，建立基于生態安全的PAEs環境容許限值提供了一種可行的技術手段。

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