十溴联苯醚萃取条件优化研究

江利梅， 聂丽君， 牛显春， 刘正辉， 向音波

（广东石油化工学院a.环境科学与工程学院； b.生物与食品工程学院， 广东 茂名 525000）

多溴联苯醚（PBDEs）作为添加型阻燃剂被广泛地应用于电子、 电器、 建筑材料以及其他化工和日用产品中［1］。 PBDEs 共有209 种同系物， 目前商品化PBDEs 的种类主要包括五溴联苯醚（Penta－BDEs）、八 溴 联 苯 醚（Octa－BDEs）和 十 溴 联 苯 醚（Deca－BDE， 又称BDE－209）3 种， 其中BDE－209 占总产量的80%以上， Penta－BDEs 和Octa－BDEs 分别占12%和6%［2］。 PBDEs 在人和生物体达到一定浓度时能导致肝癌、 神经毒性及甲状腺机能障碍等疾病， 尤其是Penta－BDEs 和Octa－BDEs 具有较高的生态毒性， 在全球范围内正在逐步禁用［3］。 BDE－209 的环境和生态毒性尚未有定论， 因此在全球仍被广泛使用。 我国BDE－209 的产量和用量均位居世界首位， 再加上大量电子垃圾的集中拆解过程释放大量的PBDEs， 导致我国大气、 水体和土壤中， 甚至人体血清中均检出较高浓度的BDE－209［4-5］。 BDE－209 可以通过脱溴过程转化为毒性较强的Penta－BDE和Octa－BDEs， 因此， 由BDE－209 大量释放带来的环境污染治理问题已成为当前环境修复领域高度关注的焦点之一［6］。

BDE－209 及其同系物的定性和定量测定是控制其排放的重要手段。 BDE－209 及其同系物是低极性化合物， 在分析中需要使用有机溶剂萃取， 不同的萃取方法和操作步骤会影响其定性和定量分析的准确性。 目前， 常用的BDE－209 萃取方法有索氏抽提法［7－9］、 超声辅助萃取法［10］、 微波辅助萃取法和有机溶剂加速提取［11］等， 这些方法步骤比较繁琐或需要专门的仪器设备， 耗时长， 成本高［12］。

本研究对BDE－209 的常见萃取方法进行优化，主要探讨了样品的上清和沉淀、 样品烘干温度、 萃取剂种类和萃取次数对萃取效率的影响。 以期建立BDE－209 简便快速的萃取方法， 为类似样品的萃取提供一定的理论依据和试验基础。

1 材料与方法

1.1 样品来源

1.2 BDE－209 萃取方法优化

1.2.1 上清－沉淀复合法

为了更精确地测定微生物降解体系中的BED－209 浓度， 将样品分为上清样品和沉淀样品分别进行测试。

上清样品： 将8 mL 试验样品经12 000 r／min离心后取2 mL 上清液， 用0.22 μm 水相滤膜过滤于2 mL 棕色样品瓶中， 即得上清测试样品。

沉淀样品： 小心倒去剩余上清液后， 用2 mL DMSO 复溶沉淀， 在40 kHz 条件下超声30 min，经0.22 μm 有机相滤膜过滤除菌， 存于2 mL 棕色样品瓶， 即得沉淀样品。 将上清样品和沉淀样品同时进行HPLC 分析， 样品中BDE－209 的浓度即为上清样品和沉淀样品的浓度之和。

1.2.2 恒温烘干超声复溶法

研究不同样品烘干温度对萃取效率的影响。 设置试验样品（8 mL）分别在80、 100 和120 ℃3 个温度梯度恒温烘箱中干燥6 h， 蒸干样品的所有水分，然后用2 mL DMSO 复溶， 40 kHz 条件下超声30 min 后存于2 mL 棕色样品瓶， 即得测试样品。

1.2.3 液-液萃取法

液-液萃取是BDE－209 检测常用的萃取方法，使用了3 种常见萃取剂， 分别为正己烷、 异辛烷和乙酸乙酯。 试验样品在萃取过程中， 萃取剂与样品之比分别为： 2 mL 正己烷∶4 mL 样品（1 ∶2）、 2 mL异辛烷∶4 mL 样品（1 ∶2）和3 mL 乙酸乙酯∶3 mL样品（1 ∶1）。

在充分调研的基础上，2015年3月中旬，横溪坞村专门成立了以村党支部书记为组长的推进股份制合作社组建的工作小组，工作小组先后组织召开了3次以组建股份制合作社为主题的动员大会，邀请林业局干部向全体村民讲解股份制合作社概念、组建方式、合作效益及成功案例，并带领村班子、党员骨干到中张村、高家堂村现场参观学习股份制合作社的组建经验，从而达到统一思想的效果，提高林农对股份合作经营的认识，增强对合作社发展的信心。通过宣传发动引导村民参与毛竹股份制合作社组建。

为进一步探索菌体破坏与否及其对萃取效果的影响， 萃取过程中分2 种情况进行处理：

（1） 一次性萃取。 即为了先破坏菌体， 将含菌样品在40 kHz 条件下超声30 min， 然后加萃取剂在40 kHz 条件下超声20 min， 最后放于30 ℃、150 r／min 恒温摇床培养箱振荡3 h。

（2） 分2 次萃取。 即先加一半体积的（具体体积见上述萃取剂与样品之比）萃取剂在40 kHz 条件下超声30 min 破坏菌体， 然后再加剩下一半体积的萃取剂在40 kHz 条件下超声20 min， 最后放于30 ℃、 150 r／min 恒温摇床培养箱振荡3 h。

1.2.4 正己烷液－液萃取法（少量多次）

为了进一步探索萃取次数对BED－209 回收效率的影响， 本方案中使用正己烷作为萃取剂， 分3次对样品进行萃取， 减少萃取时间， 每次超声5 min。 具体操作如下： ①第一次加1 mL 正己烷于3 mL 培养瓶中， 摇匀后在10 ℃下间歇超声， 每次超声5 min， 每次超声前充分摇匀， 共超声3 次， 然后将1 mL 萃取液转移至容量瓶中； ②第2 次加1 mL正己烷于3 mL 培养瓶中， 其余步骤同①； ③第3次加1 mL 正己烷于3 mL 培养瓶中， 其余步骤同①； ④将3 次萃取合并的萃取液用于HPLC 分析。

1.4 分析方法

（1） HPLC 仪器分析条件

样品分析使用高效液相色谱仪， 检测器为二极管阵列检测器（DAD）， 色谱柱为Ultimate AQ－C18柱（4.6 mm×250 mm， 5 μm）， 流动相为水（A）－甲醇（B）梯度洗脱， 流速为1.0 mL／min， 柱温为35℃， 进样量为20 μL， 检测波长为230 nm。

样品预处理： 收集样品0.5 mL 以上， 经0.22 μm 针头式过滤器过滤。

（2） 萃取效率计算方法

萃取效率表示BDE－209 在萃取剂中的总含量与BDE－209 在两相中总含量的百分比。 公式如下：

式中： P 表示萃取效率， %； Ce表示BDE－209在萃取剂中的质量浓度， mg／L； Ct表示BDE－209总的质量浓度， mg／L。

2 结果与讨论

2.1 上清－沉淀复合法对萃取效率的影响

采用上清－沉淀复合法测试发现， 上清液中的BDE－209 质量浓度为1.25 mg／L， 萃取效率仅为2.5%； 沉淀物中BDE－209 质量浓度为9.65 mg／L，萃取效率为19.3%； 上清－沉淀复合法的总萃取效率为21.8%。 上清液的萃取效率低， 可能是BDE－209在水中极低的溶解度造成的（lgKow＝10）［15］。 同时，收集沉淀物时用枪头移去上清液时较易把部分沉淀物吸走， 降低了沉淀物的萃取效率。 该上清－沉淀复合法虽然操作简便， 但该方法在萃取操作时容易产生误差， 无法保证准确定量分析。

2.2 不同烘干温度对萃取效率的影响

不同烘干温度对萃取效率的影响如表1 所示。不同烘干温度条件下样品萃取效率均达到95% 以上， 恒温烘干条件对样品的萃取效率影响差异不显著。 样品高效液相图谱如图1 所示。

高温处理可能对样品产生影响， 对比图1（a）和图1（b）可以看出， 经高温处理后色谱图中出现额外2 个峰。 初步推测高温可能会使BDE－209 发生降解， 或是DMSO 参与反应， 也可能是超声影响。 江锦花等［16］的研究表明， 超声萃取法和微波萃取法能使有机物发生降解， 若不超声则回收率只有10% 左右。 因此， 该萃取方法存在较多因素干扰， 在实际运用中仍无法准确分析。

表1 不同烘干温度下的萃取结果Tab. 1 Extraction results at different drying temperatures

图1 样品高效液相图谱Fig. 1 HPLC maps

2.3 不同萃取剂和萃取步骤对萃取效率的影响

萃取剂和分步萃取对样品萃取效率的影响结果如表2 所示。 不同萃取剂的萃取效率差异很大， 同时2 次萃取比一次性萃取的萃取效率更高。 正己烷和乙酸乙酯的萃取效率远远高于异辛烷。 正己烷、异辛烷和乙酸乙酯在2 次萃取过程中的萃取效率比一次性萃取过程中的萃取效率分别提高了13.64%、29.61% 和21.47%。 正己烷和乙酸乙酯萃取时水相与有机相之间的分层较好； 异辛烷萃取时两相之间难以分层， 同时上层有机相出现乳化层， 严重影响对其进行定量分析， 这可能是造成异辛烷萃取效率较低的原因。

表2 不同萃取剂和萃取步骤的萃取效率Tab. 2 Extraction effect of different extractants and steps

2.4 少量多次萃取对萃取效率的影响

以正己烷作为萃取剂， 每次萃取完后转移萃取剂， 经过3 次超声萃取后， BDE－209 的萃取效率高达97.82%。 与文献［17］报道的萃取BDE－209 及其代谢产物的方法相比， 本操作方法简便， 且正己烷萃取剂位于水相上层， 便于两相之间的分离和更好地转移萃取液。 同时， 本方法相比1.2.3 节中的液-液萃取法所用时间更短， 液-液萃取法时需超声提取时间为50 min 和振荡混匀时间为180 min，而少量多次萃取仅需超声提取时间为45 min， 无需振荡混匀处理。 BDE－209 在正己烷中的溶解度不高， 因此， 本方法不宜萃取高浓度的样品， 而适用于较低浓度的BDE－209 的快速定量分析。

3 结论

（1） 上清－沉淀复合法对BDE－209 萃取效率较低， 移除上清液时易丢失部分沉淀物， 降低萃取效率； 恒温烘干超声复溶法的烘干温度对BDE－209萃取效率影响不显著， 萃取效率均在95%以上， 但高温干燥可能会使样品中BDE－209 发生少量降解；液-液萃取时， 不同萃取剂对BDE－209 萃取效率差异很大， 2 次萃取比一次性萃取的萃取效率高。

（2） 以正己烷作为萃取剂， 少量多次萃取对BDE－209 的萃取效率为97.82%。 该方法操作简便，节约了样品处理时间， 适于大部分水相低浓度样品的快速定量分析。