低压顶空固相微萃取–气相色谱–串联质谱法测定土壤中酞酸酯类化合物

何虹

(浙江省计量科学研究院，杭州 310018)

酞酸酯(PAEs)也称邻苯二甲酸酯，是塑料制品中常用的增塑剂。这类化合物属于环境内分泌干扰物，能够对人体和生物体的脏器、生殖系统和内分泌系统造成损伤［1］，并且具有潜在的致畸、致突变性［2］，因而受到研究者的广泛关注。由于PAEs与塑料聚合物间没有形成共价键，极易从塑料制品中迁移至环境中，而这类疏水性化合物容易分配到非水相，因此土壤成为了PAEs 在环境中的汇集区域。研究表明，土壤中的PAEs 能够被各种植物和农作物吸收，并通过食物链在生物体内积蓄，损害生物体的健康［3］。

针对土壤中PAEs 的检测，目前常用的提取方法主要有索氏提取、加速溶剂萃取、超声萃取、微波辅助萃取等［4］。索氏提取为传统的土壤有机污染物萃取方法，该方法萃取耗时长、溶剂用量大，且对塑化剂的记忆效应严重。采用索氏提取法提取后，对索提管进行加热烘烤，并用丙酮冷凝回流3 天后仍然能够检测到残留的邻苯二甲酸二(2–乙基)己酯(DEHP)［5］。加速溶剂萃取法耗时短，溶剂用量较少，具有较好的提取回收率和重复性，是目前实验室和检测机构常用的一种较为稳健的萃取方法［6–7］。超声萃取法操作简便，只需将土壤样品与溶剂充分混合后进行超声即可实现［8］。微波萃取法萃取速度快，溶剂用量少，但所需的仪器成本相对昂贵，没有广泛普及［9］。上述方法均属于溶剂萃取法，均需要一定量的有机溶剂实现萃取。有机溶剂不仅会对环境造成危害，而且由于塑料制品使用广泛，PAEs 的污染几乎无处不在，目前市售的有机溶剂即使是色谱纯级，仍然存在一定量的PAEs 残留，影响检测结果的准确性。

将土壤中的PAEs 解吸至气相并富集检测，能够有效避免有机溶剂的使用。固相微萃取(SPME)是一种常用的气相富集方法，已被用于水样、牛奶、化妆品、塑料玩具中PAEs 的分析［10–13］，但土壤基质由于其成分十分复杂，与这类化合物结合作用较强，直接进行SPME 萃取的富集效率十分有限。根据安托因方程，随着外部压力的降低，液体的沸点也随之降低，从而降低了土壤有机物热解吸的温度要求，以邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为例，标准大气压下其沸点为296℃，而在10 kPa 压力下沸点为210.5℃，1 kPa 压力下沸点为149.8℃。另一方面，真空度的提升显著增大了有机物从土壤解吸附到气相的扩散系数［14］，通过降低SPME 萃取环境的压力，能够进一步提升土壤中PAEs 的提取效率。基于此，笔者采用低压顶空–固相微萃取方法(LPHS–SPME)对土壤样品进行处理，建立了低压顶空–固相微萃取–气相色谱–串联质谱法测定土壤中酞酸酯类化合物的分析方法。该方法无需使用有机溶剂，环保，可为土壤环境中酞酸酯类有机污染物的检测提供技术参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱串联质谱联用仪：7890B／7000C 型，美国安捷伦科技有限公司；

自动加速溶剂萃取仪：APLE–3500 型，北京吉天仪器有限公司；

旋转蒸发仪：RE–5205 型，上海亚荣生化仪 器厂；

固相微萃取纤维：PDMS／DVB–65 μm，CAR／PDMS–85 μm，PDMS–100 μm和PDMS–7 μm型，美国色谱科公司；

硅胶固相微萃取柱：CNWBOND Si 型，上海安谱实验科技股份有限公司；

邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二(2–乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、邻苯二甲酸丁基苄(BBP)混合试剂： 质量浓度均为2 000 mg／L，美国O2 si 试剂有限 公司；

二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯：农残级，上海安谱实验科技股份有限公司；

氦气、氮气：纯度均为99.999%，杭州今工气体有限公司；

硅藻土：9.6 μm 中位粒径，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

土壤样品：采集自浙江省杭州市区。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 气相色谱

色谱柱：HP–5MS 毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司)；进样口温度：250℃；进样模式：不分流进样；载气：高纯氦气，柱流量为1 mL／min；柱温箱升温程序：初始温度为60℃维持1 min，以20℃／min 升温至220℃保持1 min，然后以5℃／min 升温至280℃保持1 min；传输线温度：280℃。

1.2.2 质谱

离子源：电子轰击电离源(EI)；电子能量：70 eV；离子源温度：280℃；扫描模式：多反应监测(MRM)模式，碰撞气：高纯氮气；MRM 扫描参数和定性、定量离子信息见表1。

表1 MRM 扫描参数和定性、定量离子信息

1.3 溶液配制

系列混合标准储备溶液：准确移取6 种酞酸酯类混合试剂，以丙酮作为溶剂，分别稀释得到6 种酞酸酯类化合物的质量浓度均分别为50，200，500，1 000，4 000，8 000 μg／L 的系列混合标准储备溶液，置于4℃冰箱中保存待用。

1.4 样品预处理

将采集到的土壤样品置于阴凉通风处，自然风干，研磨，过250 μm 筛，置于4℃冰箱中保存待用。硅藻土经450℃烘烤6 h，作为空白样品。

1.5 加标样品制备

称取6 份空白样品各10 g，分别加入上述6 种浓度的混合标准储备溶液各1 mL，混合均匀，并充分挥发溶剂，得到6 种酞酸酯类化合物含量均分别为5，20，50，100，400，800 μg／kg 的加标样品。

1.6 样品萃取

LPHS–SPME 萃取土壤中PAEs 流程如图1 所示。首先称取1 g 预处理的土壤样品置于50 mL 玻璃瓶内，用木塞密封瓶口，以减少可能的塑化剂影响。然后对玻璃瓶进行抽真空，在瓶内压力达到0.1 kPa 后关闭阀门，利用注射器将1 mL 饱和NaCl 溶液注入瓶内，并将NaCl 溶液与土壤样品混匀。最后将玻璃瓶加热至80℃，同时将SPME 萃取针伸入瓶内顶空进行萃取，40 min 后完成萃取并进样测定。

图1 LPHS–SPME 萃取土壤中PAEs 流程示意图

2 结果与讨论

2.1 固相微萃取纤维选择

不同材料的SPME 纤维涂层对不同极性的化合物吸附效果差异较大，分别选择PDMS／DVB–65 μm，CAR／PDMS–85 μm，PDMS–100 μm 和PDMS–7 μm 4 种SPME 纤维对空白硅藻土加标样品进行萃取，结果如图2 所示。由图2 可以看出，CAR／PDMS–85 μm 对质量数较低、挥发性较强的DMP 和DEP 萃取效果较好，而对其它4 种PAEs 的富集效果不佳；PDMS–7 μm 仅对DNOP 具有较好的萃取富集效果，对其它PAEs 的萃取富集效果较差；PDMS–100 μm 对DBP 和DEHP 具有较好的富集效果；PDMS／DVB–65 μm 对DNOP，DEHP，BBP 和DBP 均表现出较好的富集效果，并能够同时兼顾DMP 和DEP 两种PAEs 的富集萃取。因此选择PDMS／DVB–65 μm 作为SPME 纤维对土壤中6 种PAEs 进行萃取。

图2 6 种SPME 萃取纤维对土壤中6 种PAEs 的萃取富集效果

2.2 盐溶液用量选择

文献［15–16］研究显示，向土壤样品中加入盐溶液具有促进土壤中有机物解吸附的作用，然而土壤中有机物解吸附后会先溶解至液相，然后再转化至气相顶空，加入过多的盐溶液将会增加这一过程的耗时。以空白硅藻土加标样品为研究对象，在常温常压条件下，考察饱和NaCl 溶液用量分别为0，0.5，1.0，1.5，2.0 mL时的萃取效果，结果如图3所示。

图3 加入饱和NaCl 溶液体积对萃取土壤中6 种PAEs 的影响

由图3 可以看出，在相同条件下，当盐溶液加入量超过1 mL 时，DBP，BBP，DEHP，和DNOP 的信号强度显著降低，DMP 和DEP 下降趋势不明显，这是因为DMP、DEP 相对分子质量较小，具有较强的挥发性，当盐溶液加入量超过1 mL 时，对其扩散至顶空的影响较小。因此选择盐溶液用量为1 mL。

2.3 顶空压力与萃取温度选择

以空白硅藻土加标样品为研究对象，考察顶空压力分别为101.325(常压)，10，1，0.1 kPa 和萃取温度为20，40，60，80，100℃时的萃取效果，结果如图4 所示。由图4 可以看出，随着顶空压力逐步降低，PAEs 的提取效率均得到提升。同时随着温度从20℃升高至80℃，SPME 萃取效率也逐步提升，超过80℃后，进一步升高温度，萃取效率开始降低。这是因为加热能够加速土壤中有机化合物的解吸附，但过高的温度则不利于PAEs 类有机物在SPME纤维上的吸附，从而造成萃取效率降低。综合考虑，选择顶空压力为0.1 kPa，萃取温度为80℃。

图4 顶空压力与萃取温度对土壤中6 种PAEs 的萃取效果

图5 为其它条件相同的情况下，常压和0.1 kPa低压顶空萃取的测定结果对比，由图5 可以直观地看出，低压顶空的固相微萃取信号强度显著高于常压环境下的固相微萃取。

2.4 线性方程与检出限

按1.6 样品萃取方法，分别对1.5 中6 种酞酸酯类化合物含量为5～800 μg／kg 的加标样品进行处理，在1.2 仪器工作条件下测定，以待测化合物的含量(x)为横坐标，以色谱峰面积(y)为纵坐标绘制标准工作曲线，计算线性方程和相关系数。

图5 常压和0.1 kPa 低压顶空条件下的固相微萃取结果

分别以3 倍和10 倍信噪比所对应的被测化合物含量作为方法检出限和定量限。

6 种酞酸酯类化合物的线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限见表2。由表2 可知，6 种酞酸酯类化合物的含量在5～800 μg／kg 范围内与色谱峰面积具有良好的线性关系，相关系数均不小于0.992，检出限为0.5～4.2 μg／kg，定量限为1.7～14 μg／kg。

表2 线性范围、线性方程、相关系数、检出限及定量限

2.5 加标回收与精密度试验

取6 种酞酸酯类化合物含量分别为50，100，400 μg／kg 的加标样品各5 份，按1.6 样品萃取方法进行处理，在1.2 仪器工作条件下测定，结果见表3。由表3 可知，加标回收率为79.4%～102.8%，测定结果的相对标准偏差为7.5%～14.1%。表明该方法准确度和精密度良好，满足分析要求。

2.6 方法比对试验

分别采用LPHS–SPME 和加速溶剂萃取两种提取方法对实际土壤样品中的PAEs 进行提取，在1.2 仪器工作条件下测定，结果如图6 所示。由图6 可以看出，采用LPHS–SPME 方法萃取土壤中DMP，DEP，DBP，BBP 和DEHP 的测定结果结果与加速溶剂萃取法的测定结果基本一致，而对DNOP则未检出。根据加速溶剂萃取法的检测结果，土壤中DNOP 的含量较低，仅为2.2 μg／kg，低于LPHS–SPME 方法检出限(4.2 μg／kg)，因而未被检出。

表3 加标回收与精密度试验结果

图6 LPHS–SPME 与加速溶剂萃取测定结果

3 结语

建立了低压顶空固相微萃取–气相色谱–串联质谱法测定土壤中酞酸酯类化合物的分析方法。采用0.1 kPa 的顶空压力，选择PDMS／DVB–65 μm萃取纤维，在80℃加热条件下对DMP，DEP，DBP，BBP，DEHP 和DNOP 6 种PAEs 均具有较好的富集效果。该方法无需使用有机溶剂，更为环保，也避免了溶剂可能引入的外源性污染。该方法为土壤中PAEs 的提取富集提供了技术参考。