土壤中邻苯二甲酸酯前处理与分析方法

2015-03-10李凌伟邱自兵何姝王志苗叶文婷张从铃何婷成院飞

资源节约与环保 2015年3期

李凌伟邱自兵何姝王志苗叶文婷张从铃何婷成院飞

（深圳市宇驰检测技术有限公司广东深圳 518055）

邻苯二甲酸酯类别名酞酸酯类，是一类化合物的总称[1]，酞酸酯类化合物通常为无色油状粘稠液体，可通过邻苯二甲酸酐与醇类酯化制备，其结构如图1所示，难溶于水，易溶于有机溶剂，常温下不易挥发。邻苯二甲酸酯化合物（PAEs）主要成员有邻苯二甲酸二正辛酯（DNOP）、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二异癸酯（DIDP）、邻苯二甲酸二异辛酯（DEHP）、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP），最常见的是DBP和DEHP。

图1 邻苯二甲酸酯化合物分子结构

该类化合物具有相当宽的液态温度范围，具有很大的流动性，较小的挥发性和水溶性，因此造成了该类化合物在环境中特殊的环境行为和在环境中长期广泛地存在。

邻苯二甲酸酯可以增强塑料制品的可塑性和强度，因此被广泛用作塑料的增塑剂。同时，因其易溶于有机溶剂，常温下不易挥发等特性，也被用作化工载体、化妆品、润滑剂和去泡剂的生产原料。邻苯二甲酸酯与聚烯烃类塑料分子之间的链接主要靠氢键或范德华力，彼此之间相对独立，邻苯二甲酸酯容易从塑料中迁移出来，对空气、水和土壤造成污染。

在邻苯二甲酸酯污染认知之前，一直认为邻苯二甲酸酯是低毒性物质，因而邻苯二甲酸酯的种类与产量很大。但是最近的研究结果表明邻苯二甲酸酯是一类环境激素，易于在人体富集，高浓度的PAEs具有致突变、致癌和致畸性、生殖发育毒性[2~4]，严重危害人类的心身健康。

环境激素是指与人体内源性雌激素具有一定的相似性的人工合成化合物，其进入人体后，与人体内的激素受体结合，产生与激素相同的作用，扰乱人体激素正常代谢，影响生殖发育。邻苯二甲酸酯可通过呼吸、饮食和皮肤接触进入人体内，在生物体中有较强的富集，一旦进入人体，很快就积蓄在体内脂肪，不易排泄。邻苯二甲酸酯的急毒性不强[5]，对人体的危害是一个相对缓慢的过程，需要较长的时间才会变现出来，并且邻苯二甲酸酯还能通过哺乳由母亲传递给婴儿，从而产生跨代影响。据相关动物实验表明，邻苯二甲酸酯的急性毒性不大，但在大剂量情况下，对动物有致畸、致癌和致突变作用。其亚急性毒性主要变现为损害肝、肾、睾丸，抑制精子形成，影响生殖技能等[6]。

邻苯二甲酸酯类化合物的污染对全球环境产生了深刻而长远的影响，已成为世界各国政府和环境科学工作者密切关注的有机污染物。目前在世界上商品化使用的邻苯二甲酸酯中，美国EPA将其中的6种列为重点控制的污染物，世界野生动物基金会（WWF）将其中的8种列在环境激素名单中[7]，我国将其中的3种列为优先控制污染物[8]。

由于土壤样品的基体复杂，所含干扰物较多，所以在测定前有效提取样品中的PAEs是十分重要的。本文结合近年来土壤中有关PAEs的研究，对国内外有关土壤中的PAEs的前处理技术和检测方法进行概述，以期为今后的土壤中PAEs来源调查、分布特征等研究工作提供帮助，同时也为建立土壤中的PAEs的相关检测分析标准提供技术参考。

1 土壤中邻苯二甲酸酯的提取方法

由于土壤样品基体成分复杂，在分析土壤中PAEs含量时，前处理的好坏直接关系到结果的准确性，因此选择恰当的前处理方法十分关键，目前土壤和底泥中PAEs检测的前处理方法有以下几种：

1.1 索氏提取法

索氏提取（Soxhletextraction）是最为经典的前处理方法，也是很多国家检测PAEs的标准前处理方法。索氏提取法主要的优点是具有较高的回收率较，但是该前处理方法耗时长，需要使用大量的有机溶剂，操作也相对繁琐。曹攽[9]等采用索氏提取-固相萃取柱净化分离、高效液相色谱测定土壤中6种邻苯二甲酸酯类物质。方法回收率为95.3%~108.0%，相对标准偏差为0.83%~3.53%，具有很高的回收率。

1.2 超声萃取法

超声波萃取是利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，减少目标物与样品基体之间作用力，加速目标物的扩散释放进入溶剂并充分且均匀地与溶剂混合，使得目标物能够有效地与样品基体分离。超声萃取法具有萃取效率高、无需高温、安全性好、操作简单易行等特点，因此被广泛应用于样品的前处理，但是超声波可能会破坏不稳定化合物的原有结果，所以超声萃取不适宜用于提取不稳定化合物。PAEs结构稳定，可以用超声萃取法提取土壤中PAEs。白利涛[10]等采用超声波辅助萃取-非极性C18固相萃取小柱净化-GC/MS测定了土壤中6种邻苯二甲酸酯类污染物，实际土样加标回收率在73.9%~105.4%之间，取得了较好的效果。

1.3 微波萃取法

微波萃取是利用溶剂可吸收微波所产生的微波能量，提升萃取温度，有利于被萃取成分从基体中分离，加速被萃取成分向萃取溶剂界面扩散速率，从而使萃取速率提升。陈莎[11]等以微波萃取和气相色谱法测定底泥中的6种邻苯二甲酸酯类环境激素，方法回收率为60%~120%，取得了良好的效果。

1.4 加速溶剂萃取法

加速溶剂萃取（ASE）是一种在较高温度和压力下用溶剂萃取固体或半固体的样品前处理方法，该法具有有机溶剂用量少、操作自动化、萃取速度快、回收率高等优点[12-15]。闫蕊[16]等以正己烷为萃取溶剂，在160℃下，静态萃取4次，每次12min，萃取液经旋转蒸发浓缩，以乙腈-0.1%甲酸溶液为流动相梯度洗脱分离后，用LC-MS/MS结合大气压化学源进行定性及定量分析。样品的加标平均回收率为72.8%~101.8%。

1.5 协同萃取技术

超声微波协同萃取是在超声波萃取和微波萃取技术的基础发展起来的一种新型样品预处理技术。杨岚钦[17]以超声微波协同萃取技术对土壤中邻苯二甲酸酯进行预处理，经佛罗里硅土柱净化，采用气象色谱进行分析，模拟土样中PAEs的平均回收率可达92.5%。

2 前处理方法

由于在前处理过程中，提取溶剂是非选择性的，萃取溶剂中除了含有PAEs外，还含有其他杂质，这些杂质可能会干扰PAEs的定量分析，因此需要对提取液进行纯化，保证进行定量分析的准确性，纯化也是土壤中PAEs含量分析过程中比较重要的一步，纯化效果的好坏直接关系到定性和定量的准确性。常用的纯化方法柱层析法和凝胶色谱法。柱层析法应用广泛、方法操作简单；凝胶色谱法因其操作简单、不使用有机溶剂、分离效果好等优点，逐步成为一种重要的前处理方法。

3 分析方法

邻苯二甲酸酯的分析方法主要有气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱法。

3.1 气相色谱法

气相色谱法是一项比较成熟的分析方法，其工作原理是不同组分具有不同的物理和化学性质，与固定相有着不同的相互作用而被流动相以不同的速率带动，在固定相中进行分离，使得不同组分在不同时间流出，根据不同组分保留时间进行定量分析。龙成生[18]等以高纯氮为载气，进样口温度250℃，检测器温度300℃，进样量1μL的条件下分析底质中4种邻苯二甲酸酯的含量。建立的测定方法中4种邻苯二甲酸酯的检出限均在0.62μg/kg~1.21μg/kg之间；相对标准偏差均在0.05%~9.65%之间；回收率均在78%~101%之间。

3.2 气相色谱-质谱联用法

气相色谱-质谱联用技术（GasChromatography-massSpectrometry,GC-MS），被大量应用于复杂有机物的定性与定量分析，既具有气相色谱的高分离性，又有质谱的低检出限，气相色谱-质谱联用技术主要适用于定性定量分析低沸点、热稳定性好的有机化合物。白利涛等采用超声波辅助萃取-非极性C18固相萃取小柱净化-GC/MS测定了土壤中6种邻苯二甲酸酯类污染物，以高纯氦气为载气，进样口温度250℃，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，质量扫描范围30amu～300amu。实际土样加标回收率在73.9%~105.4%之间，取得了较好的效果。

3.3 高效液相色谱法

高效液相色谱法（HPLC）是现代发展起来的一项仪器分析技术，主要应用于高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的定性和定量分析，具有操作简便、分析快速、灵敏度高和应用范围广的优点。曹攽等采用索氏提取-固相萃取柱净化分离、高效液相色谱测定土壤中6种邻苯二甲酸酯类物质。以水和乙腈为流动相，流速为0.2mL/min，柱温35℃，紫外波长225nm，方法回收率为95.3%~108.0%，相对标准偏差为0.83%~3.53%。