固相微萃取-气相色谱法测定水中酞酸酯类化合物

张 军，张 丹，彭 华，南淑清，李 贝，赵新娜，刘奕尧

河南省环境监测中心，河南 郑州 450004

酞酸酯类化合物(PAEs)主要用作塑料的增塑剂，增大产品的可塑性和提高产品的强度，也可用作农药载体、驱虫剂、化妆品、香味品、润滑剂和去泡剂的生产原料。近年来，随着工业生产和塑料制品的使用，酞酸酯类不断进入环境，普遍存在于土壤、底泥、水体、生物、空气及大气降尘物等环境样品中，成为环境中无所不在的污染物。酞酸酯可引起哺乳动物嗜睡、脱瘾、条件性维生素缺乏等症状，其中2-(二乙基己基)邻苯二甲酸酯有动物致癌阳性率。当水中邻苯二甲酸二丁酯达0.2 mg/L或2-(二乙基己基)邻苯二甲酸酯达1.0 mg/L时，影响水的自净作用。美国环保局(USEPA)将6种PAEs列为优先控制的有毒污染物，我国也将3种PAEs确定为水中优先控制污染物［1］，《化学品风险防控十二五规划》将邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)列入十二五重点防控化学品名录。欧盟25个成员国于2007年1月又禁止和限定了6种PAEs的使用。

环境水样中PAEs前处理方法主要有有机溶剂提取-硅胶柱净化［2］、固相萃取(SPE)［3-5］、固相微萃取(SPME)［6-9］等。液液萃取方法简便，但所用水样体积大，溶剂量也大，检出限较高。采用固相萃取技术富集PAEs，虽可大大降低溶剂的消耗，但仍需采集大量水样，且检出限与前者类似。固相微萃取(SPME)技术是1990年发展起来的样品预处理方法，具有设备简单、样品需要量少、灵敏、快速、简便等诸多优点。文献［10－11］利用SPME技术分别测定了西班牙埃布罗河6种PAEs和江苏太湖、长江泰州段水样中5种PAEs。本文采用SPME技术结合气相色谱(GC)方法，对水中6种PAEs进行了分析测定。所建立的方法具有较低的检出限(LOD)，回收率令人满意，能够满足环境水样中痕量PAEs的测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

美国7890N气相色谱仪(配有FID检测器);HP－5 毛细管柱(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);加拿大固相微萃取装置(配有 85 μm PA、30 μm PDMS、100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR 萃取头);手柄，4 mL专用样品瓶。

包括邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)和邻苯二甲酸(2－乙基己基)酯(DEHP)在内的6种混合标准溶液，质量浓度为1 000 mg/L。

1.2 实验方法

1.2.1 SPME操作方法

在4 mL的萃取瓶中，加入4 mL水样、PAEs混合标样后放入磁子，用聚四氟乙烯垫加铝盖密封。将固相微萃取装置的不锈钢针管插入瓶中，推出萃取头，在一定条件下完成萃取后，取出萃取头，进入气相色谱中解吸1.5 min。

由于PAEs的普遍存在，甲醇、磁子等都可能引入PAEs而影响实验测定结果的准确度。空白校正实验证实了部分PAEs的存在，因而所有测定的峰面积都要减去该空白值。除特别说明外，所有实验平行测定3次。以保留时间定性，以色谱峰面积定量。

1.2.2 气相色谱条件

色谱柱为HP－5毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。以高纯氮气(99.999%)为载气，进样口温度为250℃，不分流进样，柱流速为1 mL/min;FID检测器温度为300℃，氢气流量30 mL/min，空气流量为300 mL/min，尾吹气流量为25 mL/min;柱温80℃保持1 min，以10℃/min的速率升至250℃，保持4 min。分离效果见图1。

图1 固相微萃取酞酸酯类物质色谱图

2 结果与讨论

2.1 实验条件的优化

2.1.1 萃取头的选择

取混合标准溶液，配制3份相同浓度的平行水样，分别经涂有 85 μm PA、30 μm PDMS、100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR 的固相微萃取头萃取40 min以后，直接进样分析。

PDMS涂层是非极性的，它对极性较强的DMP和 DEP的萃取效率较低。吸附型65 μm PDMS/DVB的涂层为固相膜，材料表面的孔状结构在范德华力和氢键作用下很容易捕捉到分析物。这种涂层对几种目标化合物表现出较好的萃取效果，这与Penalver等［11］的研究结果一样。

2.1.2 固相微萃取方式的选择

选用顶空和浸没2种固相微萃取方式进行萃取实验，结果表明:在相同条件下(转速为300 r/min，温度为70℃)，由于目标化合物的沸点较高，顶空提取的效率要远远低于浸没提取。因此，选择的萃取方式为浸没提取。

2.1.3 磁力搅拌转速的影响

固定已选定的固相微萃取条件，改变磁力搅拌转速为 0、300、500、700、900 r/min，从图2 可见，对于 DMP搅拌的影响很小，而对于 DEP、DBP、BBP、DEHP、DOP搅拌能显著提高纤维的富集效率，增大了方法的灵敏度，因此搅拌是必要的。应当通过固定采样瓶的位置及磁场强度来严格控制稳定的搅拌，过慢达不到搅动的效果，过快则易形成旋涡使搅动不稳。DEP、DBP、BBP、DEHP 4种化合物在500 r/min时基本达到平衡，而化合物DOP在转速为700 r/min时达到最大回收。考虑到化合物DOP萃取面积小，转速的改变使得面积变化大，而在700 r/min时其余几种目标化合物相对于各自的最佳转速时的面积变化不大。因此，选择的转速为700 r/min。

图2 转速对各种目标化合物的影响

2.1.4 萃取温度的影响

选择不同的萃取温度 30、40、50、55、60、65℃，考察温度对目标化合物萃取效果的影响。从图3可见，DMP、DEP这2种化合物在40℃时萃取效果最好，随着温度的增加，萃取效率逐渐降低。DEHP、DOP、DBP、BBP这4种化合物随着温度的增加，萃取效率逐渐增大，60℃时萃取达到平衡。因此，选择的最佳萃取温度为60℃。

图3 萃取温度的影响

2.1.5 萃取时间的影响

SPME过程是一个逐渐达到平衡的过程，萃取的平衡时间与搅拌速度、固定相的膜厚以及待测物的分配常数、扩散系数、萃取温度有关。高沸点化合物比低沸点化合物需要更长的分析时间。在萃取温度为60℃、转速为700 r/min时，不同的萃取时间与所得到的各种化合物的峰面积关系见图4。从图4可见，DMP、DEP 2种较低沸点的化合物在 20 min就达到最佳效果，DBP、BBP、DEHP、DOP 4种化合物在萃取时间为50 min时，萃取效率最高。最终选择的萃取时间为50 min。

图4 萃取时间的影响

2.1.6 解吸时间的影响

固定已选定的萃取条件，将热解吸时间分别设定为 0.5、1.0、1.5、2.0 min。在色谱进样器中进行热解吸时，由于高温下萃取物的分配系数下降，涂层对待测物的保留很快消失。在同一温度下，待测物解吸的完全与否与解吸时间直接相关，解吸不完全不仅会影响方法的灵敏性，而且会污染后续样品。由图5可见，各种化合物在1.5 min时基本解吸完毕，且将该萃取头进行第2次热解吸时未见样品峰出现。

图5 解吸时间的影响

2.2 空白实验及工作曲线

2.2.1 空白实验

由于酞酸酯通过塑料制品等已普遍存在于人们的生活环境中，因此很容易造成实验室的污染，从而导致分析测试结果不真实或浓度偏高。因此，在进行环境样品中酞酸酯类化合物分析时，严格控制各个环节的空白值，保证测定结果的准确性和可靠性。本研究就实验中需要用到的试剂、溶剂、器皿等进行空白实验。

实验中用到的玻璃器皿，放入铬酸中浸泡过夜，再用清水和蒸馏水洗净后烘干使用，对选定的甲醇、丙酮等溶剂进行空白实验，结果表明，所用溶剂均无目标化合物检出。

实验中使用固相微萃取柱，测定前均进行老化程序，确定无目标化合物检出。

2.2.2 工作曲线及检出限

配制一系列的标准溶液，加入水样中，用已选好的条件进行固相微萃取，以质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标进行线性拟合，得到工作曲线。空白样品中加入估计方法检出限的2～5倍的标样萃取检测，平行进行7次，得到方法的检出限。

表1 各种化合物的工作曲线和线性范围

2.3 回收率和精密度

在水样中添加6种化合物的混合标准工作溶液，加标水平为 0.025、0.125、0.25 μg/L，分别平行测定7次，获得如表2所示的结果。

表2 6种化合物在水中的添加回收率和精密度(n=7)

2.4 实际水样的测定

在已选定的最佳萃取条件下测定某制药厂的实际水样，最终测得水样中含有0.018 6 μg/L的DBP。

3 结论

建立了固相微萃取技术结合GC－FID测定水中PAEs的方法，固相微萃取前处理过程中不需有机溶剂，环境友好，适应绿色化学发展的需要。将该方法用于实际水样中6种PAEs的测定，操作简单，灵敏度高，能够满足环境水体中痕量PAEs的测定要求。

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