蔬菜中邻苯二甲酸酯类污染物检测综合实验设计

吕海涛, 綦敬帅, 由秋莹, 史衍玺

(1. 青岛农业大学化学与药学院, 山东 青岛 266109;2. 青岛农业大学 资源与环境学院, 山东 青岛 266109)

蔬菜中邻苯二甲酸酯类污染物检测综合实验设计

吕海涛1, 綦敬帅1, 由秋莹1, 史衍玺2

(1. 青岛农业大学化学与药学院, 山东 青岛 266109;2. 青岛农业大学 资源与环境学院, 山东 青岛 266109)

采用固相萃取-气相色谱法同时测定蔬菜中6种邻苯二甲酸酯类(PAEs)增塑剂含量。通过超声萃取对蔬菜中邻苯二甲酸酯类污染物进行提取,使用含Florisil硅土填料的自制固相萃取柱对其进行富集净化,利用气相色谱进行分离测定。在1.0～50.0 mg/L范围内方法具有良好的线性关系,相关系数均大于0.999,检测限0.03～0.06 mg/kg,回收率在92.7%～111.4%之间,平均相对标准偏差为2.08%～8.62%。该实验简单易行,涵盖知识点多,有利于培养学生综合运用知识进行科学研究的能力,可以作为应用化学专业的综合性实验项目。

蔬菜; 综合性实验; 固相萃取; 气相色谱; 邻苯二甲酸酯

根据麦可思数据有限公司对青岛农业大学社会需求与培养质量年度报告显示,青岛农业大学应用化学专业毕业生中从事分析检测方面的工作的比例很高。学生在校期间通过对分析化学理论和实验课程的学习,具备了一定的理论知识和实验技能,但对实际样品的综合分析能力相对比较薄弱。为此,我们在应用化学综合实验课程中开设分析检测方面的综合性实验,为学生将来的学习和工作储备一定的实验技能。

邻苯二甲酸酯(PAEs)被广泛应用于提高塑料、橡胶等制品的柔韧性，降低加工温度及加工难度[1],其应用涉及农业地膜、棚膜、食品包装[2]、纺织品[3-4]、化妆品[5-6]、塑料玩具等各类材料。研究表明，邻苯二甲酸酯类化合物对生物体内分泌以及雄性的生殖系统有影响,还具有致癌、致畸、致突变作用[7-9]。因此，许多国家出台相关政策限制和规范其应用,如欧盟2009/48/EC指令、《美国消费品安全加强法》等。我国也将邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二辛酯3种增塑剂确定为环境优先控制污染物。在蔬菜种植过程中所使用的地膜、棚膜、灌溉用水、土壤等都存在邻苯二甲酸酯类化合物增塑剂,由于其有迁移溶出特性,会有相当一部分转移到蔬菜中,并随着蔬菜的生长不断富集累积[10]。常用的气相色谱法[11]、液相色谱法[12]、气质联用[13]、液质联用[14]等检测增塑剂含量的方法,因对实验条件或设备的要求特殊，因而很难用于一般的实验教学。本文集邻苯二甲酸酯类增塑剂的提取、固相萃取富集净化、常规气相色谱分离测定于一体,测定蔬菜中六种邻苯二甲酸脂类增塑剂。该方法简单高效、稳定可靠,既可满足对蔬菜邻苯二甲酸酯类化合物的检测,也可用于学生的综合实验设计。

1 实验试剂与仪器

试剂:丙酮、乙酸乙酯、正己烷、乙醚、乙腈均为分析纯,直接使用;邻苯二甲酸二甲酯(99.5%,DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(99.5%,DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(99.5%,DBP)、邻苯二甲酸丁酯苯甲酯(98%,BBP)、邻苯二甲酸二(2—乙基己)酯(99%,DEHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(99%,DnOP)均购于德国Dr.Ehrenstorfer公司。

仪器:岛津GC—2014C色谱仪,RE—52AA旋转蒸发仪,RQ—700DV超声波萃取仪,AR2140电子分析天平。

2 实验方法

(1) 标准工作液的配制:准确称取6种邻苯二甲酸酯增塑剂标准品各0.1 g,溶于乙酸乙酯,定容至100 mL,配制成1 g/L的混合标准储备液,置于冰箱4 ℃避光保存。

(2) 制备固相萃取小柱:在萃取小柱中加入1 cm厚度的无水硫酸钠,再加入4 g的Florisil硅土,再在其上加入1 cm厚度的无水硫酸钠。

(3) 样品前处理:蔬菜样品先用粉碎机破碎均匀；取10 g蔬菜样品于50 mL梨形瓶中,加入15 mL丙酮,超声振荡15 min；抽滤,将滤液移入250 mL圆底烧瓶中；滤渣用15 mL丙酮再提取一遍,合并滤液；滤液通过常温旋转蒸发除去丙酮,再加入20 mL正己烷,利用分液漏斗分液,将上层溶液移入100 mL圆底烧瓶中,旋蒸蒸干；加入3 mL正己烷将样品复溶,移入固相萃取小柱中,流速2 mL/min。使用25 mL丙酮/正己烷(体积比为4∶1)进行洗脱,流速为2 mL/min,洗脱液收集于50 mL梨形瓶中,旋蒸干,溶于1 mL 乙酸乙酯,进行气相色谱检测。

(4) 气相色谱条件:色谱柱:HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；检测器:氢火焰离子化检测器,进样口温度300 ℃,不分流进样,进样量1 μL,检测器温度300 ℃。升温程序:起始温度60 ℃,保持1 min；然后以20 ℃/min的速率升至210 ℃,保持2 min；最后以10 ℃/min的速率升至300 ℃,保持2 min。

3 结果与讨论

3.1 PAEs类增塑剂的分离

对6种邻苯二甲酸酯(PAEs)类化合物进行了分离,图1为混合标准溶液以及实际样品的气相色谱图。由图可知，6种邻苯二甲酸酯类增塑剂的峰形以及分离效果良好,所选色谱条件能够满足当前样品前处理过后对样品分析的要求。

图1 PAEs类增塑剂混合标准溶液及样品的气相色谱图

3.2 方法的线性关系、相关系数及检出限

配制1～50 mg/L浓度梯度的混合标准溶液用来绘制标准曲线,平行进样5次,以平均值做线性回归分析，结果见表1。从表1可以看出,在线性范围内,6种增塑剂均有着良好的线性关系,相关系数大于0.999,检出限在0.03～0.06 mg/kg之间。

表1 6种PAEs类增塑剂的保留时间、线性方程、 相关系数及检出限

3.3 提取试剂的选择

选择超声萃取法对蔬菜样品进行萃取,比较了丙酮、正己烷、乙醚和乙腈4种提取试剂对蔬菜样品中增塑剂的提取能力的影响,加标量为20 μg,实验平行测定3次,结果见表2。因为蔬菜中水分以及其他极性物质含量较高,正己烷和乙醚对蔬菜样品的溶解分散能力较差,对回收率影响较大。考察回收率结果,最终选择丙酮作为超声萃取的提取试剂。

表2 不同提取试剂对样品中PAEs类增塑剂 提取回收率的影响 %

“—”:表示样品中检测不到该种邻苯二甲酸酯类化合物

3.4 固相萃取小柱填料的选择

探讨固相萃取使用不同填料(硅胶、弗罗里硅土、中性氧化铝)对回收率的影响,加标量为20 μg,平行测定3次,回收率见表3。当填料选择弗罗里硅土时,DMP、DEP、DBP、DEHP、DnOP的回收率均高于其余两种填料,BBP的回收率在可接受的范围内,因此选择以弗罗里硅土作为固相萃取填料。

表3 不同固相萃取小柱填料对样品中PAEs 类增塑剂回收率的影响 %

3.5 洗脱剂比例的选择

实验采用丙酮/正己烷作为提取试剂,对丙酮/正己烷的体积比分别尝试了4种比例(1∶1,1∶4,2∶3,4∶1),加标量为20 μg,平行测定3次,回收率见表4。由实验结果可知,当洗脱剂比例为4∶1时,实验得到的DMP、DBP、DEHP的回收率均为最高,而DEP和DnOP的回收率也在可接受范围内,因此最终选择洗脱剂比例为4∶1。

表4 不同洗脱剂比例对样品中PAEs类增塑剂 回收率的影响 %

3.6 洗脱剂用量的选择

比较了5种洗脱剂的用量(19、22、25、28、31 mL)对蔬菜中增塑剂提取效果的影响,加标量为20 μg,平行测定3次,回收率见表5。洗脱剂用量为25 mL时,所得到的结果皆较为理想。

表5 不同洗脱剂用量对样品中PAEs 类增塑剂回收率的影响 %

3.7 加标回收率及相对标准偏差

选取3种浓度对样品进行加标回收率分析,同时对加标蔬菜样品进行6次测定并计算RSD值,结果见表6。所得6种增塑剂的回收率在92.7%～111.4%之间,平均相对标准偏差为2.08%～8.62%之间,符合本实验的实验要求。

表6 加标回收率、相对标准偏差分析结果

“—”:表示样品中检测不到该种邻苯二甲酸酯类化合物

3.8 蔬菜样品的分析

蔬菜购买于本地蔬菜市场。依照上述实验步骤进行分析,分析结果见表7,4种蔬菜中都检测出DEHP,而黄瓜样品中所检测的增塑剂种类最多。2008年中国卫生部出台了相关标准,在该标准中规定DEHP、DBP的特定迁移量需分别低于1.5 mg/kg和0.3 mg/kg。可见在测定结果中部分蔬菜的某些增塑剂含量已经超过了特定限量。这说明需要将食品中的邻苯二甲酸酯类塑化剂进行重点监测与控制。

表7 实际蔬菜样品分析 mg/kg

“—”:表示样品中检测不到该种邻苯二甲酸酯类化合物

4 结论

(1) 本文研究了固相萃取-气相色谱法同时测定蔬菜中的6种邻苯二甲酸酯类化合物的方法。采用超声萃取法提取,采用固相萃取进行净化富集,使用常规的气相色谱进行分离测定,涵盖知识点多,有利于学生分析化学综合能力的培养。

(2) 具有一定的创新性,实验过程中学生分组进行实验,方案自主设计,可以选定提取试剂、选择固相萃取小柱填料、选择洗脱剂比例、选择洗脱剂用量等影响因素加以研究,锻炼了学生的文献查阅能力、协作能力和多方位思维能力。

(3) 该实验方案设计合理,设备简单,操作容易,增加了学生的感性认识和环保意识,在激发学生对分析检测兴趣的同时,能够有效帮助学生巩固相关课程的基础知识。

References)

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Comprehensive experimental design based on determination of phthalate plasticizers in vegetables

Lü Haitao1, Qi Jingshuai1, You Qiuying1, Shi Yanxi2

(1. College of Chemistry and Pharmaceutical Sciences,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China;2. College of Resource and Environment,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)

A method is established for the determination of 6 phthalate plasticizers in vegetables by solid phase extraction-gas chromatography.Samples are extracted by solid phase extraction with Florisil as packing,and the extraction conditions are optimized by four factors.The results show that the linear correlation coefficients are over 0.999 in the range of 1.0-50.0 mg/L,the recoveries are 92.7%-111.4%,the relative standard deviations are 2.08%-8.62%,and the detection limits are 0.03-0.06 mg/kg. The designing experiment with simple route includes a lot of knowledge and is beneficial to develop students’ ability on using knowledge and carrying out scientific research flexibly,thus it can be applied as a comprehensive experiment of the experimental courses of the students majored in applied chemistry.

vegetables; comprehensive experiment; solid phase extraction; gas chromatography; phthalates

2014- 10- 30 修改日期：2014- 12- 05

山东省“黄蓝两区”建设专项资金项目(2011-黄-19);山东省高等学校精品课程项目“分析化学”(2012BK142);山东省高等学校精品课程项目“仪器分析”(2012BK142);国家级大学生创新创业训练计划项目(201410435048)

吕海涛(1968—),男,山东烟台,博士,教授,主要从事仪器分析方面的研究.

X132;G642.423

A

1002-4956(2015)6- 0029- 04