氣相色譜質譜聯用技術檢測塑料瓶礦泉水中DBP含量的可行性探究

摘要：鄰苯二甲酸酯類作為持久性有毒物質，對人體健康構成顯著威脅，其中，鄰苯二甲酸二丁酯（Dibutyl"Phthalate，"DBP）可引發周圍神經系統的功能性變化及多發性神經炎等病癥。鑒于此，國家衛生健康標準委員會于新版《生活飲用水衛生標準》（GB"5749-2022）中規定了DBP的最高含量為0.003"mg/L。旨在探索利用氣相色譜質譜聯用（Gas"Chromatography-Mass"Spectrometr，"GC-MS）技術測量塑料瓶中DBP含量的方法，以期為初學者提供清晰的方法指引，并喚起公眾對飲水安全的關注。

關鍵詞：瓶裝水""鄰苯二甲酸二丁酯""氣相色譜質譜聯用""飲水安全

Exploration"on"the"Feasibility"of"Detecting"DBP"Content"in"Plastic"Bottle"Mineral"Water"Using"Gas"Chromatography-Mass"Spectrometry

CHENG"Zijian

Southwest"University，"Chongqing，"400715"China

Abstract："Phthalate，"as"persistent"toxic"substances，"pose"significant"threats"to"human"health."Among"them，"Dibutyl"Phthalate"（DBP）"can"cause"functional"changes"in"the"peripheral"nervous"system"and"multiple"neuropathy.In"light"of"this，"the"National"Health"Standards"Committee"has"stipulated"a"maximum"content"of"0.003"mg/L"for"DBP"in"the"new"edition"of"the"lt;Hygienic"Standard"for"Drinking"Watergt;（GB"5749-2022）"This"article"aims"to"explore"the"method"of"measuring"DBP"content"in"plastic"bottles"using"Gas"Chromatography-Mass"Spectrometr"（GC-MS）"technology，"with"the"intention"of"providing"clear"methodological"guidance"for"beginners"and"raising"public"awareness"about"drinking"water"safety.

Key"Words："Bottled"water;"DBP;"GC-MS;"Drinking"water"safety

鄰苯二甲酸二丁酯（Dibutyl"Phthalate，"DBP）作為一種關鍵的環境污染物，普遍存在于塑料制品中。其易于遷移至礦泉水中的特性使其容易對人體皮膚及眼睛造成刺激，甚至損傷神經系統健康、威脅人體生殖系統發育，構成多方面威脅。其環境污染的廣泛性和對人類健康存在的威脅需得到嚴格控制和關注[1-2]。因此，準確測量礦泉水中DBP的含量對于保障飲水安全至關重要。氣相色譜質譜聯用（Gas"Chromatography-Mass"Spectrometr，"GC-MS）技術是一種結合氣相色譜和質譜技術的化學分析手段，專門用于物質的分離與識別，尤其擅長處理復雜混合物。本研究采用GC-MS技術，旨在探索一種高效、準確的測量礦泉水中DBP的方法[3]。

1"測量原理與方法

1.1"GC-MS的原理

氣GC-MS技術結合了氣相色譜的高效分離能力和質譜的準確鑒定能力，成為分析復雜混合物中特定成分的有效手段[4]。在GC-MS分析中，首先，通過自動進樣裝置將樣品引入氣相色譜柱。在色譜柱內，樣品經過汽化后由惰性氣體攜帶，實現有效的分離。隨后，分離后的組分逐一進入質譜儀的離子源區域。在離子源中，化合物分子受到高能電子的轟擊，發生電離，形成帶有不同質荷比的離子束。這些離子束隨后進入質量分析器，在電場或磁場的作用下，根據其質荷比的不同發生不同程度的偏轉，從而實現離子的精確分離。分離后的離子最終由檢測器捕獲，并轉化為電信號進行放大和記錄。經過這一系列的處理，最終得到的是一張展示不同質荷比離子強度分布的質譜圖。

1.2"圖譜解析

在GC-MS分析中，質譜數據采集采用全掃描（SCAN）和選擇離子掃描（Selected"Ion"Monitoring，SIM）兩種方式。通過SCAN全掃描，研究人員可以獲取到一張詳盡的質譜圖，圖中各離子的豐度代表了檢測器檢測到的離子信號強度。這些信息為后續的化合物識別提供了豐富的線索，有助于確定樣品中可能存在的化合物種類。然而，在針對特定目標化合物進行定量分析時，SCAN全掃描模式可能會受到非目標峰的干擾，從而影響分析的準確性。為了克服這一局限性，SIM選擇離子監測模式應運而生。SIM模式通過預先設定目標化合物的特征離子（通常選擇質量數獨特、豐度較高的離子），僅對這些特定離子進行監測。這種方式能夠顯著減少非目標峰的干擾，提高分析的靈敏度和準確性。在SIM模式下，離子相對豐度的變化被用于確定目標化合物的相對含量，這對于精確量化樣品中特定化合物的濃度至關重要。值得注意的是，SCAN全掃描模式還是EPA"8270方法中用于確定半揮發性有機化合物濃度的標準方法。該方法廣泛應用于環境監測領域，對于評估環境中半揮發性有機污染物的濃度和分布具有重要意義。通過SCAN全掃描，可以全面、準確地了解樣品中半揮發性有機化合物的種類和濃度，為環境風險評估和污染控制提供科學依據[5]。SCAN模式用于未知化合物的定性分析，而SIM模式則針對目標化合物進行定量分析，可減少非目標峰的干擾。質譜圖中，離子豐度代表檢測器檢測到的離子信號強度，離子相對豐度則用于確定化合物的相對含量或分子結構。

1.3"實驗材料與方法

本項研究專注于評估與分析多種塑料瓶裝水樣中鄰苯二甲酸酯類化合物，特別是DBP的潛在污染狀況。在實驗準備階段，首先，精確配制不同濃度的DBP標準溶液；其次，對氣相色譜與質譜的儀器參數進行了細致的優化調整。在此基礎上，對所收集的多種品牌、不同生產批次的塑料瓶裝水樣進行了嚴格的預處理流程，包括有機溶劑萃取、無水硫酸鈉脫水、旋轉蒸發濃縮等步驟，以有效去除水樣中的干擾組分，并高度富集目標分析物DBP。為增強研究的代表性與普遍性，選取了市場上廣泛流通的多種品牌礦泉水作為實驗樣本。在實驗設計層面，本研究巧妙地采用了加標回收實驗策略。向一定量的塑料瓶水樣中分別添加了已知濃度的DBP標準溶液，使其在水樣中的濃度分別達到10"μg/L、20"μg/L及100"μg/L，按照統一的實驗條件對這些加標水樣進行了多次重復測定，通過計算回收率與相對標準偏差，深入評估了實驗過程中系統誤差與隨機誤差對分析結果的具體影響。

1.3.1"實驗前準備

（1）配置DBP的標準液。用正己烷稀釋DBP，逐級稀釋再配制成標準溶液濃度為10、20、40、80、200、500"ug/L。

（2）色譜、質譜條件。"①"氣相色譜條件：毛細管柱HP-5MS"柱（30"m×0.25"mm，0.25"μm）；色譜柱溫度60"℃，保持1"min，以20"℃/min"升至"220"℃，并保持"1"min，再以"10"℃/min"升至"270"℃，并保持"5"min；載氣：氦氣流速為"1.0"mL/min，恒流模式；進樣口溫度：250"℃。②"質譜條件：電子轟擊離子源：離子源溫度為230"℃，質譜傳輸線溫度為280"℃，溶劑延遲時間為5.5"min；掃描方式為SIM"模式，監測離子為"149：150：205：223，其中，149作為定量離子。

1.3.2實驗操作

取500"mL水樣置于分液漏斗，再加入25"mL正己烷，震蕩"5"min，等待靜置分層。棄去下層水相，上層萃取液再脫水、濃縮，上機測試。選取多瓶礦泉水重復上述實驗，應用多個不同品牌樣本，以確保研究的廣泛性。為盡量減少DBP的污染，實驗過程中避免使用塑料制品。

2"實驗結果與分析

2.1"氣相色譜質譜圖譜

在實驗流程中，當最佳分析條件得以確認后，研究隨即進入到了關鍵的質譜數據采集與分析階段。在全掃描模式下完成庫譜檢索后，研究轉向了選擇SIM模式，以針對特定離子進行精確的定量分析。在本研究中，本研究精心選定了特征離子149、150、205、223作為分析對象，這些離子在DBP的質譜圖中具有顯著的代表性。根據張海婧等人[6]在地表水檢測中的研究成果，離子149因其較高的豐度和相對較低的背景干擾被優先選作定量離子，用于后續的定量分析（如圖1所示）。在SIM模式下，觀察DBP的總離子流圖與質譜圖，通過圖譜對照的方式，對特定離子進行詳細的比對與分析。總離子流圖展示了樣品中所有離子隨時間的分布情況，質譜圖則提供了各離子的質荷比與相對豐度信息。此外，通過分析不同離子的相對豐度與碎片離子模式，獲得了關于DBP分子結構的更多信息，這有助于更全面地理解DBP在水環境中的遷移轉化規律及其對生態環境和人體健康的潛在影響。

2.2"標準曲線繪制

為確保氣相色譜-質譜聯用儀在分析鄰苯二甲酸二丁酯時的精確性，標準曲線的繪制與驗證成為了一項至關重要的程序。該程序旨在通過一系列精心策劃的實驗，精確捕捉DBP在不同濃度水平下的色譜響應特征，進而確立濃度與儀器響應值之間的定量關系。在實驗的籌備階段，需準備一系列濃度梯度的DBP標準溶液，這些溶液的濃度范圍應涵蓋預期的分析區間，以確保標準曲線的廣泛適用性和高度的準確性。隨后，在統一的色譜儀參數設置下，逐一分析這些DBP標準溶液，并精確記錄各濃度下目標化合物（DBP）的色譜峰面積或峰高值。作為儀器對DBP響應的直接量化指標，峰面積或峰高值的大小與DBP的濃度呈正比關系，是構建標準曲線的核心數據。接下來，將各濃度下的峰面積或峰高值與對應的DBP溶液濃度進行配對，繪制出標準曲線圖。在此圖中，橫軸代表DBP的濃度，而縱軸則代表儀器的響應值（峰面積或峰高）。通過標準曲線，可以直觀地揭示DBP濃度與儀器響應值之間的變化趨勢及定量關系。為了更精確地描述這種關系，采用線性回歸擬合方法對標準曲線進行數學處理。線性回歸能夠計算出標準曲線的斜率、截距以及相關系數等統計參數，從而評估標準曲線的線性程度和預測精度。根據在飲用水檢測領域的實驗數據，DBP在質量濃度范圍10-100μg/L內，其濃度與儀器響應值之間展現出良好的線性相關性（如圖2所示）。這一結果表明，在此濃度范圍內，標準曲線能夠精確地反映DBP濃度與儀器響應值之間的比例關系，為后續的量化分析提供了堅實的科學依據。此外，值得注意的是，標準曲線的準確性和適用性不僅依賴于實驗設計的合理性和數據質量的高低，還受到多種因素的影響，如色譜儀的性能參數、色譜柱的選擇原則、流動相的配置條件以及樣品預處理的方法等。因此，在實際應用中，需要綜合考慮這些因素，對標準曲線進行定期的驗證和必要的修正，以確保GC-MS分析結果的準確性和可靠性。

2.3"檢出限與誤差分析

檢出限作為衡量儀器檢測能力的核心指標，在環境分析領域具有舉足輕重的地位，它直接反映了儀器在特定條件下，對目標化合物最低濃度的可靠檢測能力。在本實驗中，為了科學、準確地評估GC-MS儀器對鄰苯二甲酸二丁酯的檢出能力，采用了最小信號值與噪聲比的方法進行檢測標準的判定。這一方法通過比較儀器在檢測過程中產生的最小可辨識信號與背景噪聲的水平，來確定儀器能否在規定的條件下，有效地區分目標化合物與背景干擾，從而確保檢測結果的準確性和可靠性。除了檢出限的評估外，本實驗還進行了一系列嚴謹的回收率、準確率以及精密度實驗，以全面評價實驗結果的準確性和精密度。回收率實驗通過向已知濃度的樣品中添加一定量的標準品，再測定其回收量，以此來評估實驗的回收效率和目標化合物的損失情況。準確率實驗則是通過比較實驗測定值與真實值之間的差異，來評估實驗結果的準確程度。而精密度實驗則通過多次重復測定同一樣品，計算測定結果的變異系數，來評估實驗的穩定性和重復性。根據喬茜茜等人[7]在地表水檢測領域的實驗結果顯示（如表1所示），GC-MS儀器在規定的含量標準下，能夠準確地檢測出DBP的存在，且回收率和精密度均達到了預期的要求。具體而言，回收率實驗的結果表明，儀器在檢測過程中能夠有效地回收目標化合物，減少了因操作不當或儀器誤差而導致的化合物損失。準確率實驗的結果則顯示，實驗測定值與真實值之間的差異在可接受的范圍內，證明了實驗結果的準確性。而精密度實驗的結果則進一步驗證了實驗的穩定性和重復性，確保了多次測定結果之間的一致性。綜上所述，本實驗通過采用最小信號值與噪聲比的方法評估檢出限，以及進行回收率、準確率和精密度實驗，全面、客觀地評價了GC-MS儀器在檢測DBP時的性能表現。

3"結語

本研究為GC-MS技術測量塑料瓶中礦泉水中DBP的含量提供科學依據。參考飲用水和地表水的數據結果表明，該方法對礦泉水水樣也具有高效、準確、可靠的特點，可用于大規模水樣中DBP的定量分析。此外，本研究還著重闡述了飲水安全的重要性，并呼吁社會各界共同關注瓶裝水中存在的污染物問題，以期為國民健康提供堅實的保障。

參考文獻

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