北京市典型湖泊中对羟基苯甲酸酯类化合物污染特征

孟甜，王晓伟，汪素芳，董淮晋，冯学良，何连生

中国环境科学研究院

对羟基苯甲酸酯类化合物（parabens，PBs），又称尼泊金酯，无色无味，结构如图1所示。PBs主要包括对羟基苯甲酸甲酯（MeP）、对羟基苯甲酸乙酯（EtP）、对羟基苯甲酸丙酯（PrP）、对羟基苯甲酸丁酯（BuP）等正烷基链酯类，对羟基苯甲酸苄基酯及一些氯代的对羟基苯甲酸酯。由于PBs具有广谱抗菌性，水溶液抗菌性好，在pH为4.5～7.5时有良好的化学稳定性，故其在酸、碱性溶液中均有防腐效果；又因其具有价格低廉等优点，被广泛应用于医药、食品、日化、纺织、饲料、食品及各种工业防腐中[1]。仅以化妆品而言，目前大约22 000种产品中使用PBs类化合物作为防腐剂，且PBs含量高达0.8%[2]。由于PBs被大量频繁地使用，使其不断进入环境，因此在环境中检测到该类物质的普遍存在。研究表明，PBs及其代谢物具有弱的雌激素活性[3-5]，属于内分泌干扰物[6]，与乳腺癌的发生有较高的相关性[7]，并且可以通过皮肤接触、呼吸道和胃肠道吸收等途径进入生物体[8]，部分在体内蓄积，部分通过人体代谢排出，最终进入环境[9]。因而水环境中的PBs作为人体环境健康风险中一类新兴的环境风险源，逐渐引起了人们的重视。

图 1 对羟基苯甲酸酯的分子结构Fig.1 Molecular structure of PBs

多年来，在全球各地的地表水和各类废水中均检测到了PBs[10]。Benijts等[11]在2004年研究发现，比利时河水中存在高达85.1 ng/L的PBs，并强调该现象非常值得重视。对加拿大污水处理厂进出水的检测发现，所有进水样品中都含有MeP、EtP、PrP和BuP，其中PrP浓度最高，达到200～2 430 ng/L；但在出水中4种PBs浓度均低于检测限，说明污水处理厂对这类化合物具有较好的去除效果[1]。Gorga等[12]对不同地区污水处理厂出水中PBs的浓度进行研究，发现差异显著，将其归结于污水处理厂处理能力和处理效果的差异。Peng等[13]在广州珠江三角洲地区开展了河水中PBs的研究，发现该地区城市河流中PBs的污染来源于药物产品，且PBs浓度能够反映该类药品的使用情况。Wei等[14]研究发现，随着发展中国家含PBs产品产量的增加，中国及印度PBs的人体暴露水平逐渐呈现高于美国及欧洲的趋势。鉴于工业废水排水口常与湖泊相连，后续开展动态的、流域生态系统尺度的PBs湖泊监测非常必要[15]。

笔者以北京市某典型湖泊为研究对象，调查PBs的污染特征、来源以及季节性变化规律，旨在为进一步研究PBs在湖泊水生态系统中随食物链的传递规律以及PBs对湖泊水生生物产生的风险提供参考。

1 材料与方法

1.1 试剂及药品

试验用甲醇与乙腈为色谱纯，产自美国Fisher公司。试验中采用的标准品如表1所示，纯度＞96.4%，购于上海安谱实验科技股份有限公司。

表 1 PBs的化学性质Table 1 Chemical property of PBs

替代物标准品：选取的替代物为对羟基苯甲酸甲酯-d4、对羟基苯甲酸乙酯-d5、对羟基苯甲酸丙酯-d7、对羟基苯甲酸丁酯-d9、对羟基苯甲酸苄酯-d7和对羟基苯甲酸-d4，纯度＞90.0%，购于上海安谱实验科技股份有限公司。

替代物标准品储备液的配制：各称取12.5 mg替代物标准品，用甲醇溶解并定容于25 mL的棕色容量瓶中，配制成500 mg/L的储备液，在-20 ℃下遮光密封保存。

标准储备液及标准工作液的配制：各称取25.0 mg标准品，用甲醇溶解并定容于25 mL的棕色容量瓶中，配制成1 000 mg/L的标准储备液，并于-20 ℃下遮光保存。取适量各标准储备液，用甲醇配制成所需浓度的标准工作液，于4 ℃下密封保存，备用。

1.2 仪器及设备

三重四级杆串联质谱检测系统（API 3200，美国ABI公司），配有电喷雾离子源；液相色谱仪（UltiMate 3000，美国赛默飞世尔公司）；分析柱AcclaimTMMixed-Mode HILIC-1（5 μm ， 2 mm×150 mm）；全自动固相萃取仪（AutoTrace 280，美国Dionex公司）；加速溶剂萃取仪（ASE 350，美国Dionex公司）；超纯水仪（Milli-Q，美国Millipore公司）。

1.3 液相色谱-三重四极杆串联质谱条件

采用两相梯度洗脱的方式进行分离，有机相（A）为甲醇，水相（B）为含有0.1%乙酸铵的水溶液。进样量为 15 μL。梯度洗脱条件：0～2 min，50% B；2～13 min，0%～50% B；13～15 min，0% B；15～16 min，50% B。

基于文献[18-19]建立质谱测试条件。采用电喷雾离子源，负离子扫描模式下，以多反应检测模式分析。优化后的质谱分析条件：碰撞气压力为0.02 MPa；气帘气压力为0.07 MPa；雾化气温度为450℃；电喷雾压力为-4 500 V；雾化气压力为0.31 MPa；辅助雾化气压力为0.31 MPa。其他质谱检测条件见表2。

表 2 质谱检测条件Table 2 Experimental condition of mass spectrometry

1.4 样品采集与前处理方法

分别于2020年11月（冬季）、2021年5月（春季）采集北京市某湖泊（位于通州）水样，采样点位置如图2所示，其中S6采样点靠近城市生活污水处理厂出水口，S1采样点靠近热电厂排水口。

图 2 采样点位置Fig.2 Location of sampling sites

按照文献[19-20]的方法进行湖水样品前处理：准确量取抽滤后水样500 mL，加入20 ng替代物标准品（MeP-d4、EtP-d5、PrP-d7、BuP-d9、BzP-d7、PHBA-d4）后摇匀。用Oasis HLB 固相萃取柱（沃特世，＞6 mL，200 mg）进行富集净化。用5 mL甲醇和5 mL超纯水对HLB柱进行活化，上样后，再用10 mL超纯水清洗HLB小柱，N2吹干，7 mL甲醇洗脱。洗脱液氮吹浓缩至1 mL以下，最后用甲醇水溶液（体积比为4∶6）定容至1 mL，离心后取上清液上机分析。

1.5 质量控制

现场使用棕色玻璃试剂瓶采集4 L水样，放入4 ℃采样箱中带回实验室，置于冰箱中冷藏保存，并在3 d内完成样品前处理。每个水样均平行测试3次，保证3次测试的相对标准偏差＜20%。此外，在每次采样后，选取1个检出的样品，加入50.0 ng/L的14种目标化合物混标，测定实际样品加标回收率。

2 结果与讨论

2.1 检测方法效能评价

14种PBs的色谱分离图如图3所示。

图 3 浓度为500 μg/L的14种PBs的标准色谱Fig.3 Standard chromatogram of 14 PBs at 500 μg/L

基于最佳质谱和色谱条件，分析混合标准样品标准曲线（每个样品中均加入20 ng MeP-d4、EtP-d5、PrP-d7、BuP-d9、BzP-d7和 PHBA-d4），以各分析物与内标物峰面积之比进行定量。14种PBs及其氯代衍生物的相关系数和线性范围等参数如表3所示。由表3可知，14种PBs浓度均在较宽的范围内（0.5～500 μg/L），并且具有良好的线性，仪器的检出限为0.04～0.43 μg/L，可进一步用于样品的分析。

表 3 14种PBs的线性范围和检出限Table 3 Linear range and limit of detection of 14 PBs

实际样品（S6采样点）加标结果见表4。所有物质的回收率均落在81.0%～93.8%，说明本测定方法的回收率和准确度良好，测定结果的可靠性较高。

表 4 S6采样点回收试验结果Table 4 Result of recovery test at S6 sampling site

2.2 湖泊中PBs污染特征

湖泊水样中PBs浓度如表5所示。2次共采集16个水样，检测出11种PBs。其中，MeP、PrP、3,5-2Cl-MeP、3,5-2Cl-EtP、3,5-2Cl-PrP 浓度较高，分别为24.8、44.8、19.7、28.0和 11.1 ng/L，相应的检出率也非常高，同时氯代-PBs检出率与浓度均较高。这表明该湖泊周围地区大量使用以MeP和PrP为防腐剂的日用品、工业用品等。

表 5 湖泊水样中PBs浓度Table 5 Concentration of PBs in water samples of the lake

本研究湖泊中PBs污染物以MeP和PrP为主，这与西班牙、日本等国家的地表水调查结果基本一致；MeP和PrP浓度属中等水平，低于西班牙（MeP为1 926～5 138 ng/L）[21]以及瑞士（MeP 为4.6～423 ng/）[22]报道的水样中PBs浓度，与包括日本（MeP为2.1～5.4，PrP 为 4.9～25 ng/）[23]在内的大部分国家水环境中的浓度水平相似。另外，研究发现PHBA的浓度极高，最高可达1 023 ng/L。PHBA为对羟基苯甲酸酯的降解产物，也是用途广泛的有机合成原料，广泛应用于染料、农药、液晶聚合物和塑料的生产过程中，因此在水环境中的浓度偏高[21]。

2.3 湖泊中PBs季节分布特征

2020年11月（冬季）和2021年5月（春季）各采样点水样中PBs及氯代-PBs浓度见图4。由图4可见，冬季各采样点水样中氯代-PBs浓度均显著高于PBs浓度，其中污水处理厂出水口附近采样点S6～S8的氯代-PBs浓度高于其他采样点，冬季各采样点氯代-PBs浓度高于春季。

图 4 湖泊水样中PBs及氯代-PBs浓度（n=3）Fig.4 Concentration of PBs and Chlorinated PBs in the sampling sites of the lake (n=3)

春季调查结果显示，S1采样点PBs浓度显著高于其他采样点。S2～S11采样点PBs和氯代-PBs总浓度无明显差异，PBs总浓度为8.48～18.22 ng/L，氯代-PBs总浓度为18.76～26.64 ng/L，且各采样点氯代-PBs浓度均高于PBs浓度。该结论与日本的研究报道[22]一致，表明氯代-PBs是春季水体中主要的化合物。热电厂出水口支流采样点S1在春季的PBs浓度远高于冬季，贡献最大的是PrP（高达44.8 ng/L），原因可能是热电厂工艺流程中容器或管路的上覆防腐材料PBs溶出并排放所致，释放原因有待进一步探究。同样受到S1采样点PBs春季浓度显著增高的影响，S3采样点春季PBs浓度高于冬季，而氯代-PBs浓度没有明显变化。

3 结论

（1）采用固相萃取-高效液相-质谱联用技术对北京市某典型湖泊中PBs污染特征进行分析，通过冬春两季采样调查可知，该湖泊中共检出11种PBs，包括 MeP、PrP、3,5-2Cl-MeP、3,5-2Cl-PrP和 PHBA等，其中MeP和PrP检出浓度较高，分别为24.8、44.8 ng/L。

（2）与其他国家同类研究对比，该典型湖泊中PBs属中等浓度水平。通过对比发现，湖泊中春季氯代-PBs浓度低于冬季，冬季湖泊中的氯代-PBs浓度均高于PBs浓度，热电厂出水口支流在春季是湖水中重要PBs污染源。由此可知，PBs已经成为北京市湖泊中典型的有机污染物，水中的PBs污染需要引起环境监管部门的重视。