北京市典型湖泊中對羥基苯甲酸酯類化合物污染特征

孟甜，王曉偉，汪素芳，董淮晉，馮學良，何連生

中國環境科學研究院

對羥基苯甲酸酯類化合物（parabens，PBs），又稱尼泊金酯，無色無味，結構如圖1所示。PBs主要包括對羥基苯甲酸甲酯（MeP）、對羥基苯甲酸乙酯（EtP）、對羥基苯甲酸丙酯（PrP）、對羥基苯甲酸丁酯（BuP）等正烷基鏈酯類，對羥基苯甲酸芐基酯及一些氯代的對羥基苯甲酸酯。由于PBs具有廣譜抗菌性，水溶液抗菌性好，在pH為4.5～7.5時有良好的化學穩定性，故其在酸、堿性溶液中均有防腐效果；又因其具有價格低廉等優點，被廣泛應用于醫藥、食品、日化、紡織、飼料、食品及各種工業防腐中[1]。僅以化妝品而言，目前大約22 000種產品中使用PBs類化合物作為防腐劑，且PBs含量高達0.8%[2]。由于PBs被大量頻繁地使用，使其不斷進入環境，因此在環境中檢測到該類物質的普遍存在。研究表明，PBs及其代謝物具有弱的雌激素活性[3-5]，屬于內分泌干擾物[6]，與乳腺癌的發生有較高的相關性[7]，并且可以通過皮膚接觸、呼吸道和胃腸道吸收等途徑進入生物體[8]，部分在體內蓄積，部分通過人體代謝排出，最終進入環境[9]。因而水環境中的PBs作為人體環境健康風險中一類新興的環境風險源，逐漸引起了人們的重視。

圖 1 對羥基苯甲酸酯的分子結構Fig.1 Molecular structure of PBs

多年來，在全球各地的地表水和各類廢水中均檢測到了PBs[10]。Benijts等[11]在2004年研究發現，比利時河水中存在高達85.1 ng/L的PBs，并強調該現象非常值得重視。對加拿大污水處理廠進出水的檢測發現，所有進水樣品中都含有MeP、EtP、PrP和BuP，其中PrP濃度最高，達到200～2 430 ng/L；但在出水中4種PBs濃度均低于檢測限，說明污水處理廠對這類化合物具有較好的去除效果[1]。Gorga等[12]對不同地區污水處理廠出水中PBs的濃度進行研究，發現差異顯著，將其歸結于污水處理廠處理能力和處理效果的差異。Peng等[13]在廣州珠江三角洲地區開展了河水中PBs的研究，發現該地區城市河流中PBs的污染來源于藥物產品，且PBs濃度能夠反映該類藥品的使用情況。Wei等[14]研究發現，隨著發展中國家含PBs產品產量的增加，中國及印度PBs的人體暴露水平逐漸呈現高于美國及歐洲的趨勢。鑒于工業廢水排水口常與湖泊相連，后續開展動態的、流域生態系統尺度的PBs湖泊監測非常必要[15]。

筆者以北京市某典型湖泊為研究對象，調查PBs的污染特征、來源以及季節性變化規律，旨在為進一步研究PBs在湖泊水生態系統中隨食物鏈的傳遞規律以及PBs對湖泊水生生物產生的風險提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑及藥品

試驗用甲醇與乙腈為色譜純，產自美國Fisher公司。試驗中采用的標準品如表1所示，純度＞96.4%，購于上海安譜實驗科技股份有限公司。

表 1 PBs的化學性質Table 1 Chemical property of PBs

替代物標準品：選取的替代物為對羥基苯甲酸甲酯-d4、對羥基苯甲酸乙酯-d5、對羥基苯甲酸丙酯-d7、對羥基苯甲酸丁酯-d9、對羥基苯甲酸芐酯-d7和對羥基苯甲酸-d4，純度＞90.0%，購于上海安譜實驗科技股份有限公司。

替代物標準品儲備液的配制：各稱取12.5 mg替代物標準品，用甲醇溶解并定容于25 mL的棕色容量瓶中，配制成500 mg/L的儲備液，在-20 ℃下遮光密封保存。

標準儲備液及標準工作液的配制：各稱取25.0 mg標準品，用甲醇溶解并定容于25 mL的棕色容量瓶中，配制成1 000 mg/L的標準儲備液，并于-20 ℃下遮光保存。取適量各標準儲備液，用甲醇配制成所需濃度的標準工作液，于4 ℃下密封保存，備用。

1.2 儀器及設備

三重四級桿串聯質譜檢測系統（API 3200，美國ABI公司），配有電噴霧離子源；液相色譜儀（UltiMate 3000，美國賽默飛世爾公司）；分析柱AcclaimTMMixed-Mode HILIC-1（5 μm ， 2 mm×150 mm）；全自動固相萃取儀（AutoTrace 280，美國Dionex公司）；加速溶劑萃取儀（ASE 350，美國Dionex公司）；超純水儀（Milli-Q，美國Millipore公司）。

1.3 液相色譜-三重四極桿串聯質譜條件

采用兩相梯度洗脫的方式進行分離，有機相（A）為甲醇，水相（B）為含有0.1%乙酸銨的水溶液。進樣量為 15 μL。梯度洗脫條件：0～2 min，50% B；2～13 min，0%～50% B；13～15 min，0% B；15～16 min，50% B。

基于文獻[18-19]建立質譜測試條件。采用電噴霧離子源，負離子掃描模式下，以多反應檢測模式分析。優化后的質譜分析條件：碰撞氣壓力為0.02 MPa；氣簾氣壓力為0.07 MPa；霧化氣溫度為450℃；電噴霧壓力為-4 500 V；霧化氣壓力為0.31 MPa；輔助霧化氣壓力為0.31 MPa。其他質譜檢測條件見表2。

表 2 質譜檢測條件Table 2 Experimental condition of mass spectrometry

1.4 樣品采集與前處理方法

分別于2020年11月（冬季）、2021年5月（春季）采集北京市某湖泊（位于通州）水樣，采樣點位置如圖2所示，其中S6采樣點靠近城市生活污水處理廠出水口，S1采樣點靠近熱電廠排水口。

圖 2 采樣點位置Fig.2 Location of sampling sites

按照文獻[19-20]的方法進行湖水樣品前處理：準確量取抽濾后水樣500 mL，加入20 ng替代物標準品（MeP-d4、EtP-d5、PrP-d7、BuP-d9、BzP-d7、PHBA-d4）后搖勻。用Oasis HLB 固相萃取柱（沃特世，＞6 mL，200 mg）進行富集凈化。用5 mL甲醇和5 mL超純水對HLB柱進行活化，上樣后，再用10 mL超純水清洗HLB小柱，N2吹干，7 mL甲醇洗脫。洗脫液氮吹濃縮至1 mL以下，最后用甲醇水溶液（體積比為4∶6）定容至1 mL，離心后取上清液上機分析。

1.5 質量控制

現場使用棕色玻璃試劑瓶采集4 L水樣，放入4 ℃采樣箱中帶回實驗室，置于冰箱中冷藏保存，并在3 d內完成樣品前處理。每個水樣均平行測試3次，保證3次測試的相對標準偏差＜20%。此外，在每次采樣后，選取1個檢出的樣品，加入50.0 ng/L的14種目標化合物混標，測定實際樣品加標回收率。

2 結果與討論

2.1 檢測方法效能評價

14種PBs的色譜分離圖如圖3所示。

圖 3 濃度為500 μg/L的14種PBs的標準色譜Fig.3 Standard chromatogram of 14 PBs at 500 μg/L

基于最佳質譜和色譜條件，分析混合標準樣品標準曲線（每個樣品中均加入20 ng MeP-d4、EtP-d5、PrP-d7、BuP-d9、BzP-d7和 PHBA-d4），以各分析物與內標物峰面積之比進行定量。14種PBs及其氯代衍生物的相關系數和線性范圍等參數如表3所示。由表3可知，14種PBs濃度均在較寬的范圍內（0.5～500 μg/L），并且具有良好的線性，儀器的檢出限為0.04～0.43 μg/L，可進一步用于樣品的分析。

表 3 14種PBs的線性范圍和檢出限Table 3 Linear range and limit of detection of 14 PBs

實際樣品（S6采樣點）加標結果見表4。所有物質的回收率均落在81.0%～93.8%，說明本測定方法的回收率和準確度良好，測定結果的可靠性較高。

表 4 S6采樣點回收試驗結果Table 4 Result of recovery test at S6 sampling site

2.2 湖泊中PBs污染特征

湖泊水樣中PBs濃度如表5所示。2次共采集16個水樣，檢測出11種PBs。其中，MeP、PrP、3,5-2Cl-MeP、3,5-2Cl-EtP、3,5-2Cl-PrP 濃度較高，分別為24.8、44.8、19.7、28.0和 11.1 ng/L，相應的檢出率也非常高，同時氯代-PBs檢出率與濃度均較高。這表明該湖泊周圍地區大量使用以MeP和PrP為防腐劑的日用品、工業用品等。

表 5 湖泊水樣中PBs濃度Table 5 Concentration of PBs in water samples of the lake

本研究湖泊中PBs污染物以MeP和PrP為主，這與西班牙、日本等國家的地表水調查結果基本一致；MeP和PrP濃度屬中等水平，低于西班牙（MeP為1 926～5 138 ng/L）[21]以及瑞士（MeP 為4.6～423 ng/）[22]報道的水樣中PBs濃度，與包括日本（MeP為2.1～5.4，PrP 為 4.9～25 ng/）[23]在內的大部分國家水環境中的濃度水平相似。另外，研究發現PHBA的濃度極高，最高可達1 023 ng/L。PHBA為對羥基苯甲酸酯的降解產物，也是用途廣泛的有機合成原料，廣泛應用于染料、農藥、液晶聚合物和塑料的生產過程中，因此在水環境中的濃度偏高[21]。

2.3 湖泊中PBs季節分布特征

2020年11月（冬季）和2021年5月（春季）各采樣點水樣中PBs及氯代-PBs濃度見圖4。由圖4可見，冬季各采樣點水樣中氯代-PBs濃度均顯著高于PBs濃度，其中污水處理廠出水口附近采樣點S6～S8的氯代-PBs濃度高于其他采樣點，冬季各采樣點氯代-PBs濃度高于春季。

圖 4 湖泊水樣中PBs及氯代-PBs濃度（n=3）Fig.4 Concentration of PBs and Chlorinated PBs in the sampling sites of the lake (n=3)

春季調查結果顯示，S1采樣點PBs濃度顯著高于其他采樣點。S2～S11采樣點PBs和氯代-PBs總濃度無明顯差異，PBs總濃度為8.48～18.22 ng/L，氯代-PBs總濃度為18.76～26.64 ng/L，且各采樣點氯代-PBs濃度均高于PBs濃度。該結論與日本的研究報道[22]一致，表明氯代-PBs是春季水體中主要的化合物。熱電廠出水口支流采樣點S1在春季的PBs濃度遠高于冬季，貢獻最大的是PrP（高達44.8 ng/L），原因可能是熱電廠工藝流程中容器或管路的上覆防腐材料PBs溶出并排放所致，釋放原因有待進一步探究。同樣受到S1采樣點PBs春季濃度顯著增高的影響，S3采樣點春季PBs濃度高于冬季，而氯代-PBs濃度沒有明顯變化。

3 結論

（1）采用固相萃取-高效液相-質譜聯用技術對北京市某典型湖泊中PBs污染特征進行分析，通過冬春兩季采樣調查可知，該湖泊中共檢出11種PBs，包括 MeP、PrP、3,5-2Cl-MeP、3,5-2Cl-PrP和 PHBA等，其中MeP和PrP檢出濃度較高，分別為24.8、44.8 ng/L。

（2）與其他國家同類研究對比，該典型湖泊中PBs屬中等濃度水平。通過對比發現，湖泊中春季氯代-PBs濃度低于冬季，冬季湖泊中的氯代-PBs濃度均高于PBs濃度，熱電廠出水口支流在春季是湖水中重要PBs污染源。由此可知，PBs已經成為北京市湖泊中典型的有機污染物，水中的PBs污染需要引起環境監管部門的重視。