快速溶劑萃取-GC-MS/MS測定土壤中鄰苯二甲酸酯類化合物

王桂珍，張 飛

（河南省南水北調(diào)中線渠首生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南南陽 473000）

0 引言

鄰苯二甲酸酯又稱酞酸酯（Phthalic Acid Esters，簡稱PAEs，又名塑化劑），自20世紀20年代產(chǎn)生以來，使用量空前。目前，每年塑料制品的產(chǎn)量已達1.5×108t，且呈逐年增加趨勢[1-2]。工業(yè)和各行業(yè)應用上，PAEs應用極為廣泛[3]，一些行業(yè)如生產(chǎn)軟管、制造人造革、外包裝材料、各種聚氯乙烯薄膜、醫(yī)療器械用品等，除此之外，還用作其他產(chǎn)品的生產(chǎn)原料，如機械潤滑劑、農(nóng)藥添加載體、驅(qū)蟲滅蟲劑以及各種化妝品、香味品等[4]。在化妝品使用的過程中，這些有機物質(zhì)很容易揮發(fā)出來，并通過人體呼吸和皮膚接觸進入體內(nèi)，改變內(nèi)分泌系統(tǒng)的正常功能，具有“三致性”[4]。早在20世紀90年代世界野生動物基金會就已經(jīng)列出了包括8種鄰苯二甲酸酯類化合物在內(nèi)的68種環(huán)境激素類污染物[5]，中國也將一部分酞酸酯列為重點控制污染物[6]。對于這些有毒有害物質(zhì)，目前還沒有比較經(jīng)濟和環(huán)保的處理處置方式，國外和國內(nèi)大部分只能采取填埋或者焚燒。而經(jīng)過處置或者處理后的塑化劑廣泛散播在水體、空氣、土壤中，逐漸使酞酸酯變成最為普遍的環(huán)境有毒有害污染物之一[7]，全球范圍內(nèi)在湖泊、河流、地下水、空氣、土壤中均不同程度地檢測出塑化劑[8]。相關調(diào)查顯示，在中國多個不同地區(qū)的數(shù)十個耕地土壤中，均一定程度的受到PAEs的污染[9]。因此，檢測環(huán)境中鄰苯二甲酸酯類化合物，已成為環(huán)境監(jiān)測工作者迫在眉睫的新任務。

目前，國內(nèi)有關土壤和沉積物中酞酸酯類化合物的監(jiān)測分析方法的研究報道有很多，如氣相法、液相法、液質(zhì)聯(lián)用法、氣質(zhì)聯(lián)用法[10-13]。當針對單一化合物時，可以考慮采用GC、LC、LC/MS/MS[10-12]，但當針對多種化合物時，化合物種類多，不同物質(zhì)保留時間及響應均會受到影響。由于氣質(zhì)聯(lián)用對PAEs的靈敏度高，檢出限更低，因此，在監(jiān)測分析中應用廣泛。在土壤和沉積物中鄰苯二甲酸酯類化合物的測定分析中，前處理過程相對較難，土壤成分復雜，土壤萃取液含有的雜質(zhì)也比較多，相關文獻報道主要有液液萃取[14]、超聲波式萃取、振蕩混勻萃取[15]、快速溶劑加壓萃取法、索氏提取[16]等。凈化方法也有很多種，如硫酸法、吸附色譜法、凝膠滲透色譜法[3]、吸附劑法[17]、硅酸鎂凈化小柱、氧化鋁小柱等。通過比較，筆者采用快速溶劑法萃取，凈化小柱凈化，結合氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法，同時測定分析土壤中6種鄰苯二甲酸酯類化合物。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

2019年2—6月，選取中心實驗室周邊空閑田間土壤。按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T 166—2004)進行取樣、運輸、制備和保存，所采樣品均為1～2 kg，裝入棕色玻璃瓶內(nèi)，同時采集平行樣，密閉冷藏[18]。并在所在單位中心實驗室進行前處理和檢測分析。

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗所用設備 Agilent 7890B-7000C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，安捷倫7693自動進樣器，萊伯泰科Multivap-8平行濃縮儀，美國Supelco硅酸鎂凈化裝置；賽默飛ASE150全自動快速溶劑萃取儀（配備33 mL萃取池）。

1.2.2 試驗所用試劑 所用試劑乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、正己烷均為農(nóng)殘級；載氣為氦氣（純度99.99%）；1、10、50、100 μL微量注射器（安捷倫）；經(jīng)400℃灼燒4 h的Na2SO4，儲存于密閉容器中；填料為硅酸鎂的凈化小柱，SimplyLab 1000 mg/6 mL的PSA/Silica復合填料玻璃小柱；鄰苯二甲酸酯類化合物標準溶液，濃度1000μg/mL，來源于美國百靈威公司，冷藏并于暗處保存。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的提取 準確稱取10.0 g經(jīng)過自然風干的土壤試樣，嚴格按照《土壤和沉積物有機物的提取加壓流體萃取法》(HJ783—2016)執(zhí)行[19]，試驗空白采用硅藻土代替，按照與實際土樣同樣的程序進行。

1.3.2 凈化步驟 對于本次所用的土壤樣品，采用如下的凈化方法：用10 mL正己烷活化凈化柱，待小柱的溶劑近干時，用體積比為9:1的正己烷-丙酮混合溶劑5 mL淋洗凈化柱，注意控制流速（約1滴/s），然后用體積比為1:1的正己烷-丙酮混合溶液10 mL洗脫小柱。通氮氣進行干燥，并及時用正己烷潤洗管壁。濃縮至約0.5 mL時，用正己烷定容至1 mL。

1.3.3 色譜條件 色譜柱：安捷倫HP-5MS，毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度300℃，不分流進樣；柱箱溫度為80℃ (1 min)→30℃/min→160℃→10℃/min→220℃→5℃/min→300℃。

1.3.4 質(zhì)譜條件 四級桿溫度150℃；離子源溫度為230℃；質(zhì)譜傳輸線溫度300℃，采用電子轟擊離子源(EI)，設定電離能量為70 eV。掃描方式選擇MRM（多反應檢測掃描）模式，在此條件下鄰苯二甲酸酯類化合物的保留時間、監(jiān)測離子及碰撞能量見表1。

2 結果與分析

2.1 定性方法

既定分析條件下，鄰苯二甲酸酯類化合物總離子流色譜圖見圖1。

圖1 鄰苯二甲酸酯類化合物的總離子流色譜圖

2.2 提取溶劑對回收率的影響

萃取溶劑和目標化合物本身的化學性質(zhì)對實驗過程和實驗結果有很大關系。查閱相關文獻后，按1.3所述步驟，分別以正己烷:丙酮(1:1，V:V)、二氯甲烷:丙酮(1:1，V:V)[15]、乙酸乙酯溶劑[7]作為提取液。結果表明，以上3種方式對萃取鄰苯二甲酸酯類化合物均有效，回收率均在70%～112%之間，其中丙酮:二氯甲烷(1:1，V:V)溶劑萃取鄰苯二甲酸酯類化合物的回收率在75.6%～112%之間，當萃取液為丙酮:正己烷(1:1，V:V)時，回收率最高為108%，最低為87.7%。而乙酸乙酯萃取效果為回收率在70.2%～95.0%之間。綜上，使用丙酮:正己烷(1:1，V:V)為本試驗方法的有效提取溶劑，加標回收效果相對更高、更好。

2.3 凈化小柱對回收率的影響

凈化方式有很多，受條件所限，筆者選擇硅酸鎂凈化小柱、氧化鋁小柱、PSA/Silica復合填料玻璃柱對樣品進行凈化。試驗選用正己烷:丙酮(1:1)10 mL作為洗脫液，計算回收效果。試驗結果顯示，當用PSA/Silica復合填料玻璃柱作為凈化柱時，鄰苯二甲酸酯類化合物的回收率最低為75.0%；選擇硅酸鎂小柱作為凈化柱時，鄰苯二甲酸酯類化合物的回收率最低為70.0%；而用氧化鋁小柱作為凈化柱時，鄰苯二甲酸酯類化合物的回收率最低為65.0%。因此，通過比較，本試驗選用PSA/Silica復合填料玻璃柱作為凈化柱。

2.4 定量方法

取1000μg/mL的碳酸酯類化合物標準溶液，用正己烷溶劑稀釋，配制成濃度為10μg/mL的標準儲備液，取標準儲備液2、5、10、50、100 μL于1 mL正己烷的樣品瓶中。標液現(xiàn)配現(xiàn)用，在1.3.3和1.3.4色譜條件下測定。按照儀器參考分析條件，配制成5個不同濃度的標準系列校準曲線見表2。

表2 6種鄰苯二甲酸酯類化合物的標準工作曲線方程、相關系數(shù)

2.5 方法的檢出限、精密度與正確度

試驗采用外標法進行定量，稱取7份空白土壤樣品10.0 g，加入鄰苯二甲酸酯類化合物標準溶液2 μL，此時土壤中鄰苯二甲酸酯類化合物加標濃度為2 μg/kg，采用上述前處理過程，所有土壤樣品經(jīng)提取后濃縮至1 mL待測。按HJ 168—2010計算檢出限(MDL)，如式(1)所示[18]。方法檢出限見表2。

式中，當樣品的平行測定次數(shù)n=7時，t(n-1,0.99)=3.143。各取6份空白土壤樣品10.0 g進行加標測試，樣品中鄰苯二甲酸酯類化合物加標量分別為2、10 μg/kg，用該方法測定，鄰苯二甲酸酯類化合物的加標回收率為84.6%～98.3%，測定結果的相對標準偏差為2.7%～12%。

3 結論

通過比較和結合土壤中鄰苯二甲酸酯類化合物分析測定處理過程，選用ASE-GC/MS/MS測定土壤中碳酸酯類，當萃取溶劑為正己烷:丙酮(1:1)，選擇PSA/Silica復合填料玻璃柱為凈化柱時[22]，該方法相關性較好，R均大于0.995，這6種物質(zhì)的回收效果好，回收率為84.6%～98.3%[18]，相對標準偏差為2.7%～12%，檢出限在0.2～0.8 μg/kg之間。該方法簡單便捷、高效、低毒、靈敏度高，極大程度上節(jié)約了人工及減少了人體的接觸，完全符合土壤中鄰苯二甲酸酯類化合物的測定分析要求，具有實際應用性。

4 討論

土壤和沉積物中鄰苯二甲酸酯類化合物的測定分析困難主要在于前處理過程。本試驗方法采用加壓流體萃取土壤中鄰苯二甲酸酯類化合物，與以往液液萃取[14]、振蕩萃取[15]、旋轉蒸發(fā)濃縮、超聲波萃取、索氏提取[16]等前處理方法相比，可以實現(xiàn)自動化、便捷化操作，大大節(jié)約了前處理時間，同時減少了人為接觸過程，適于批量土壤樣品的分析測定。

相關文獻顯示，鄰苯二甲酸酯類化合物的測定方法主要有氣相法和氣質(zhì)聯(lián)用法，提取溶劑有乙腈[5]、二氯甲烷[16]、正己烷、丙酮[20]、乙酸乙酯[20-21]等，但乙酸乙酯平行性差，準確度低，二氯甲烷毒性比較大。通過方法對比及考慮加標回收率和人員操作安全性后，優(yōu)先考慮將正己烷丙酮(1:1，V:V)作為萃取溶劑，對這6種物質(zhì)可以實現(xiàn)很好的萃取分離[18]。

土壤和沉積物構成成分復雜，萃取出的溶液含有的雜質(zhì)成分也比較多，如果不進行有效凈化，會造成雜峰變多、色譜峰變形、柱效變差，嚴重損害色譜柱，并使儀器靈敏度下降。相關文獻顯示，試樣凈化方法有很多種，如吸附色譜法、硫酸法、凝膠滲透色譜法[3]、吸附劑法[17]等。受條件所限，本研究選擇PSA/Silica復合填料玻璃柱、氧化鋁小柱、硅酸鎂凈化小柱對樣品進行凈化比較。最終選用PSA/Silica復合填料玻璃柱作為凈化柱，能實現(xiàn)很好的凈化效果。

有的方法報道土壤中鄰苯二甲酸酯類化合物的測定，當針對單一化合物時，可以考慮采用GC、LC、LC/MS/MS[10-12]，但當針對多種化合物時，化合物種類多，不同物種保留時間及響應均會受到影響。而質(zhì)譜則不僅可以根據(jù)目標化合物的出峰時間、母離子、子離子等離子質(zhì)荷比及其相對豐度定性[21]，還可以通過定量離子及輔助定量離子準確找到目標物。因此，本研究采用氣質(zhì)聯(lián)用法來分析鄰苯二甲酸酯類化合物混合樣品。