薛 林 科

(甘肅醫(yī)學(xué)院 公共課教學(xué)部, 甘肅 平?jīng)?744000)

增塑劑,又稱塑化劑,是一種高分子材料助劑,普遍應(yīng)用于塑料、橡膠、粘合劑、纖維素、樹脂、醫(yī)療器械、電纜等材料以增強(qiáng)其柔韌性和可塑性[1].鄰苯二甲酸酯類化合物(phthalates, PAEs)是目前應(yīng)用最廣的一種增塑劑,被添加在玩具、醫(yī)用血袋和膠管、壁紙、乙烯地板、清潔劑、潤(rùn)滑油、個(gè)人護(hù)理用品、食品包裝材料等多種產(chǎn)品中[2-3].由于PAEs與基體之間沒有共價(jià)鍵作用,隨著使用時(shí)間的推移,易受到外在環(huán)境因素如溫度、pH值等的影響而釋放到環(huán)境中[4-5],經(jīng)食物鏈濃縮最終到達(dá)生物體.雖然PAEs物質(zhì)的急性毒性很低, 但其具有生物累積性,PAEs增塑劑具有影響生物體內(nèi)分泌和導(dǎo)致癌細(xì)胞增殖的作用,屬于致癌、致畸、致突變的環(huán)境激素.早在20世紀(jì)80年代,美國(guó)環(huán)境保護(hù)部門通過研究發(fā)現(xiàn)PAEs可以引發(fā)肝組織癌變,擾亂內(nèi)分泌系統(tǒng),從而影響生殖、發(fā)育和行為.其中鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)等已被歐盟等政府機(jī)構(gòu)限用或禁用[6],中國(guó)也將常用的6種PAEs列為優(yōu)先污染物.如今,由于被大量而廣泛地使用,PAEs被認(rèn)為是無處不在的環(huán)境污染物.PAEs及它們的代謝物和降解產(chǎn)物會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響,尤其是對(duì)肝、腎和睪丸[7-8].因此,有必要建立一種可靠、靈敏的分析方法來監(jiān)測(cè)這類化合物.

目前,各種各樣的預(yù)處理技術(shù)被用來從不同的樣品中萃取PAEs,如液-液萃取(LLE)[9]、固相萃取(SPE)[10],這類方法一般來說操作復(fù)雜繁瑣、成本較高,而且費(fèi)時(shí),勞動(dòng)強(qiáng)度大,會(huì)使用大量對(duì)人體有害的有機(jī)溶劑,易造成交叉污染,而且對(duì)人類健康和環(huán)境造成危害.近來的研究趨向開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)和小型化的樣品制備方法.固相微萃取(SPME)[11]、液相微萃取(LPME)[12]、攪拌棒吸附萃取(SBSE)[13]和中空纖維液相微萃取(HF-LPME)[14]已經(jīng)被用來測(cè)定環(huán)境中的PAEs.然而,這些方法一般需要很長(zhǎng)的萃取時(shí)間才能獲得較好的萃取效率.

分散液-液微萃取(DLLME) 是2006年由Rezaee等[15]提出的一種基于萃取劑、分散劑和水樣組成的三元液相微萃取技術(shù).操作步驟主要有2步,首先將微升級(jí)有機(jī)萃取劑和數(shù)毫升水溶性的分散劑混合均勻,然后用注射器將混合溶液快速注入到含有目標(biāo)物的樣品溶液中.在分散劑的輔助作用下,萃取劑形成極小的液滴廣泛而均勻地分布于整個(gè)樣品溶液中,由于萃取劑和樣品溶液之間有著無限大的接觸面積,所以目標(biāo)分析物在水溶液和萃取劑之間的分配平衡能在瞬間完成,萃取時(shí)間短是分散液-液微萃取最主要的優(yōu)勢(shì);最后經(jīng)過離心后密度大于水的萃取劑沉積在離心管底部,取出萃取劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚碇筮M(jìn)行相應(yīng)的儀器分析檢測(cè).DLLME是一種集采樣、萃取和濃縮于一體的樣品前處理技術(shù),它具有快速、操作簡(jiǎn)單、成本低、有機(jī)溶劑使用量少、對(duì)目標(biāo)物萃取效率和富集倍數(shù)高,以及易與大部分分析儀器聯(lián)用等特點(diǎn).DLLME不僅適用于痕量有機(jī)物的分離富集,也可用于痕量無機(jī)金屬離子的檢測(cè),已被廣泛應(yīng)用于壞境、醫(yī)療、工業(yè)、食品、生物等樣品中痕量組分的分析測(cè)定.

本文建立了一種超聲輔助分散液-液微萃取與高效液相色譜聯(lián)用測(cè)定環(huán)境水樣中常見PAEs的方法.采用超聲可以加速萃取平衡,極大地縮短了萃取時(shí)間,提高了萃取效率.利用高效液相色譜成功地測(cè)定了河水、雨水和廢水中的PAEs.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

日本島津Prominence-i LC-2030型液相色譜一體機(jī)(包括LC-2030泵、LC-2030脫氣機(jī)、LC-2030自動(dòng)進(jìn)樣器、SPD-M20A二級(jí)管陣列檢測(cè)器、LC-2030柱溫箱);島津LabSolutions色譜工作站; Shim-pack VP-ODS-C18柱(150 mm×4.6 mm,粒徑5 μm);KQ-250B型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);AXTD6M型高速離心機(jī)(金壇市精達(dá)儀器制造有限公司),UPH-I-20T型優(yōu)普系列超純水器(四川優(yōu)普超純科技有限公司),UH5300型紫外掃描儀(日本日立科技有限公司);PHS-3C酸度計(jì)(上海雷磁儀器有限公司).

鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DOP)和鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP) 標(biāo)準(zhǔn)品購自美國(guó)AccuStandard公司(由百靈威科技有限公司代理),它們的性質(zhì)見表1;CH2Cl2、CHCl3(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),CCl4(分析純,百靈威科技有限公司),CS2(分析純,阿拉丁試劑有限公司),C6H5Cl(分析純,上海中秦化學(xué)試劑有限公司);甲醇、乙腈(色譜純,山東禹王實(shí)業(yè)有限公司),丙酮和乙醇(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司).實(shí)驗(yàn)用水為超純水.

表1 實(shí)驗(yàn)用鄰苯二甲酸酯的性質(zhì)[16]Table 1 Physical properties of PAEs

本實(shí)驗(yàn)中,環(huán)境水樣包括涇河水樣,雨水樣和廢水樣.所有水樣收集在棕色的玻璃容器內(nèi),先用布氏漏斗粗濾,再用0.45 μm濾膜過濾后4 ℃避光保存.

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確稱取5種鄰苯二甲酸酯標(biāo)準(zhǔn)品各25 mg(精確至0.1 mg)至50 mL容量瓶中,用甲醇溶解并定容至刻度,配制成質(zhì)量濃度為500 mg·L-1的儲(chǔ)備液,4 ℃避光保存,分別量取4 mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液至100 mL容量瓶中,用甲醇定容至刻度,配制成質(zhì)量濃度為20 mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,準(zhǔn)確移取混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液2.5 mL用超純水稀釋至100 mL得到質(zhì)量濃度為50 μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取10.00 mL樣品溶液置于15 mL帶塞刻度玻璃離心管中,然后向其中迅速注入一定量的含有萃取劑和分散劑的混合液,超聲萃取2 min,使萃取劑均勻分散在樣品溶液中,形成乳濁液,然后將其放入離心機(jī)中,以3 500 r·min-1離心分離5 min后,含有PAEs的微量萃取劑沉積于離心試管底部,用微量進(jìn)樣器移取于樣品瓶中用甲醇稀釋至300 μL,置于樣品瓶架進(jìn)行分離檢測(cè),同時(shí)做對(duì)應(yīng)萃取劑和分散劑的空白試驗(yàn).

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

利用UH5300在200～500 nm對(duì)PAEs進(jìn)行紫外掃描,發(fā)現(xiàn)5種PAEs在254 nm有最大吸收,故選擇檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm,經(jīng)優(yōu)化其他色譜條件,甲醇與水體積比為90∶10,進(jìn)樣體積20 μL,流速為1.0 mL·min-1.

2.2 萃取條件的優(yōu)化

為了獲得最佳的萃取條件, 實(shí)驗(yàn)中采用富集因子(EF)來衡量分散液液微萃取的性能和效率, 考察不同萃取條件下對(duì)PAEs的富集和分離效果. 在常規(guī)DLLME中一般使用密度比水高的溶劑作萃取劑, EF被定義為目標(biāo)物在沉積相中的濃度(csed)和在樣品溶液中的初始濃度(c0)的比值,

式中,csed由一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的線性方程計(jì)算得到.

2.2.1 萃取劑的優(yōu)化

萃取劑一般需要滿足以下幾點(diǎn)要求:①萃取劑密度大于水;②萃取劑在水中的溶解度要盡可能小;③萃取劑對(duì)分析物有一定的萃取行為;④萃取劑能與分散劑混溶;⑤溶劑峰與目標(biāo)峰在適合的色譜條件下可以完全分離[17].依據(jù)這些原則,實(shí)驗(yàn)選取CH2Cl2、CHCl3、CCl4、CS2、C6H5Cl分別作為萃取劑(40 μL)與4種分散劑(1 000 μL)甲醇、乙醇、乙腈、丙酮對(duì)EF的影響.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),CH2Cl2、CS2和CHCl3萃取效果不理想,離心后沒有沉積相無法進(jìn)行HPLC分析,CCl4和C6H5Cl作為萃取劑時(shí),能有效地萃取5種PAEs,富集倍數(shù)相差不大,由于C6H5Cl和 DMP的色譜峰部分重疊,選擇CCl4作萃取劑.

2.2.2 分散劑的優(yōu)化

DLLME要求分散劑對(duì)萃取劑有良好的溶解性,能與水互溶,分散劑的加入有效降低兩相之間的界面張力,而且還可使萃取劑在水相中均勻分散成微小的液滴,形成水/分散劑/萃取劑的乳濁液體系,增大萃取劑與水相的接觸面積,從而快速高效萃取目標(biāo)物[18].因此,分散劑的選擇是影響EF的另一個(gè)關(guān)鍵因素.基于此,對(duì)4種常用分散劑甲醇、乙醇、乙腈和丙酮進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.如圖1a所示,4種分散劑和CCl4對(duì)PAEs均有較好的萃取效率,以乙腈為分散劑時(shí)對(duì)5種PAEs萃取效率最高,所以實(shí)驗(yàn)選擇乙腈作分散劑.

圖1 不同萃取條件對(duì)萃取PAEs(50 μg·L-1)的影響Fig.1 Effects of different eminating siastles on the extraction of PAEs(50 μg·L-1)

2.2.3 萃取劑體積的優(yōu)化

萃取劑的體積直接影響方法的富集倍數(shù),用1.0 mL乙腈與不同體積(20,40,60,80和100 μL)的CCl4分別作分散劑和萃取劑,考察了不同體積萃取劑對(duì)萃取效率的影響.萃取劑的體積太小,獲得的沉積相很少,則無法進(jìn)樣分析.圖1b表示的是目標(biāo)物的萃取效率與萃取劑體積之間的關(guān)系.從圖可以看出,隨著萃取劑的用量從20 μL增加到100 μL,富集倍數(shù)先增大后逐漸減小,當(dāng)萃取劑的體積為40 μL時(shí),萃取效率最高.這可能是因?yàn)镃Cl4為20 μL時(shí),萃取不完全;CCl4體積大于40 μL時(shí),過多的CCl4又會(huì)溶解沉積相,導(dǎo)致EF減小.因此,40 μL為CCl4的最佳用量.

2.2.4 分散劑用量的優(yōu)化

分散劑的量直接影響三相體系乳濁液的形成以及萃取劑在水樣中的分散程度,從而影響富集倍數(shù)和萃取效率.圖1c表示的是分散劑乙腈體積對(duì)萃取效率的影響,當(dāng)乙腈用量少于750L時(shí),萃取效率隨著乙腈用量的增加而增大;當(dāng)乙腈用量多于750L時(shí),萃取效率減小.這是因?yàn)橐译娴捏w積較小時(shí),無法使CCl4很好地分散,從而無法形成穩(wěn)定的乳濁液;但當(dāng)乙腈的用量過大時(shí),也會(huì)使PAEs和CCl4在水相中的溶解度增加.選擇750L為乙腈的最佳體積.

2.2.5 pH值的優(yōu)化

在DLLME中,溶液的pH值是影響萃取效率的重要因素,樣品溶液的pH值決定了目標(biāo)化合物在溶液中的存在狀態(tài),某些目標(biāo)化合物可能會(huì)在酸性或堿性條件下分解,或者發(fā)生解離,以離子狀態(tài)存在.對(duì)目標(biāo)化合物萃取效率的高低與其存在形式直接相關(guān).在該實(shí)驗(yàn)中,對(duì)pH值從3.0～8.0時(shí)對(duì)萃取效率的影響進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖1d所示,pH值在3.0～7.0時(shí),所有目標(biāo)物的萃取效率變化不大,pH值從7.0～8.0,EF下降較多.可能是因?yàn)镻AEs在酸性環(huán)境中水解程度小,堿性環(huán)境中水解程度大,選擇pH=7.0為最佳pH值.

2.2.6 離子強(qiáng)度對(duì)DLLME的影響

鹽的加入可以減小鄰苯二甲酸酯在水相中的溶解度,從而提高萃取效率.為此,在同一濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液中,以不同濃度的氯化鈉控制樣品溶液離子強(qiáng)度,研究了離子強(qiáng)度對(duì)DLLME萃取效率的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著溶液中鹽濃度的增大,EF逐漸減小.這可能是因?yàn)辂}析效應(yīng)在減小PAEs溶解度的同時(shí),萃取劑在水相中的溶解度也會(huì)有所降低,導(dǎo)致離心后沉積相的體積相應(yīng)增大,PAEs在沉積相的濃度相應(yīng)減小,反而使EF減小.由于鹽的加入對(duì)分析物的富集倍數(shù)沒有顯著改善,加入NaCl后,溶液的黏度和密度增大,給離心分離帶來不便,因此實(shí)驗(yàn)中不加鹽.

2.2.7 超聲時(shí)間的選擇

超聲是利用超聲波在超聲過程中產(chǎn)生的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、機(jī)械攪拌、強(qiáng)化擴(kuò)散、乳化作用等一系列效應(yīng),來加快萃取過程中的傳質(zhì)作用,從而提高萃取效率.考察了相同實(shí)驗(yàn)條件下超聲時(shí)間在0～5 min內(nèi)對(duì)5種PAEs萃取效率的影響.實(shí)驗(yàn)表明,超聲萃取宜在2 min內(nèi)完成.超聲有利于萃取劑在水相的分散和萃取,超聲時(shí)間過長(zhǎng)萃取效率反而下降,可能是由過長(zhǎng)超聲時(shí)間產(chǎn)生的熱效應(yīng)使沉積相溶解所致,實(shí)驗(yàn)中選擇超聲輔助時(shí)間為2 min.

2.3 分析方法評(píng)價(jià)

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)質(zhì)量濃度為1～100 μg·L-1的加標(biāo)超純水溶液進(jìn)行分析,以5種PAEs的峰面積為縱坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見表2),結(jié)果表明,5種PAEs的質(zhì)量濃度在1～100 μg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)均>0.99.

表2 5種鄰苯二甲酸酯的線性方程、檢出限Table 2 Linear equations and detection limits of fivekinds of PAEs

對(duì)同一質(zhì)量濃度(50 μg·L-1)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),考察方法的精密度和準(zhǔn)確度見表3.平均加標(biāo)回收率為94.6%～105.8%,PAEs的檢出限(S/N=3)為0.012～0.028 μg·L-1,5種PAEs峰面積的RSD為3.96%～5.38%(n=3),5種PAEs的富集倍數(shù)從75到279,可以滿足分析要求.

表3 分析方法特性

2.4 實(shí)際水樣分析

將該方法應(yīng)用于實(shí)際水樣PAEs含量的測(cè)定,并進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表4所示,雨水中未檢出PAEs,涇河水樣和生活污水中都檢測(cè)到DBP和DEHP,原因可能是涇河沿岸居民區(qū)生活垃圾和高密度蔬菜種植塑料大棚的普遍使用,說明當(dāng)?shù)丨h(huán)境已被PAEs污染,同時(shí)也證明DBP和DEHP是2種使用最為廣泛的增塑劑.上述水樣中加入濃度均為20g·L-1的DMP、DEP、DBP、DOP和DEHP,涇河水、雨水和廢水水樣的相對(duì)回收率分別為95.2%～104.1%、97.0%～108.2%和92.5%～107.2%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在4.59%和5.81%之間.這些數(shù)據(jù)表明,基體效應(yīng)對(duì)萃取和測(cè)定實(shí)際水樣中的PAEs影響不大.

表4 實(shí)際水樣分析結(jié)果Table 4 Analysis of water samples

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用超聲輔助,將分散液-液微萃取與高效液相色譜聯(lián)用,建立了環(huán)境水體中PAEs的快速檢測(cè)方法.樣品前處理步驟簡(jiǎn)單、快速、富集效率高,從而保證了對(duì)痕量PAEs的高靈敏分析,由于有機(jī)溶劑的使用量很少,所以不會(huì)造成有機(jī)溶劑污染,是一種操作簡(jiǎn)單、快速高效、環(huán)境友好的樣品前處理方法,適用于富集和測(cè)定環(huán)境水樣中的PAEs.