固相萃取-氣相色譜法測定水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯

沈 斐，蘇曉燕，李 睿，朱培瑜，許燕娟，陳 靜

無錫市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 無錫 214000

鄰苯二甲酸酯是環(huán)境中常見的有機污染物，特別是作為塑料增塑劑，由于未聚合到塑料基質(zhì)中，隨著使用時間的推移，逐漸轉(zhuǎn)移到環(huán)境中，造成對大氣、水體和土壤等的污染。鄰苯二甲酸酯可以通過呼吸、飲食和皮膚接觸進入人和動物體內(nèi)，對人和動物的毒性一般表現(xiàn)為中低度，具有中度蓄積作用，總的毒性作用表現(xiàn)為機體內(nèi)營養(yǎng)過程的損害，體重變化，神經(jīng)系統(tǒng)、肝和腎功能紊亂，甚至?xí)茐纳矬w再生器官的發(fā)育，模仿性激素中的雌激素干擾發(fā)育過程。目前鄰苯二甲酸酯已成為全球性污染物，許多國家的大氣、水體和土壤中均含有鄰苯二甲酸酯，我國的湖泊、江河和井水中都普遍檢出了鄰苯二甲酸酯。美國、歐盟已將其列為優(yōu)先監(jiān)測污染物，我國也將其列入重點控制的有毒污染物名單。美國測定水中鄰苯二甲酸酯的方法有 Method506、Method606、Method8061和Method8270。歐盟于2005年制定ISO 18856—2005用于測定地表水及廢水中的鄰苯二甲酸酯。日本也出臺了用于測定廢水中鄰苯二甲酸酯的標(biāo)準(zhǔn)K0450-30-10：2006。

水中鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的分析在國際上一般采用氣相色譜法［1-3］和液相色譜法［4-5］;前處理方法主要有固相萃?。?-8］，液液萃?。?-11］和固相微萃取［1-2］等方法。固相萃取法采用高效、高選擇性的固定相，利用吸附劑對大體積水樣中的有機污染物加以富集分離，具有溶劑用量少、分離效果好、操作簡單、省時省力等特點。EPA和ISO標(biāo)準(zhǔn)方法中均采用反相C18固相萃取柱富集水中鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)。我國戴樹桂等［6］使用反相C18固相萃取柱和C18鍵合硅膠固相萃取膜［7］，對環(huán)境水樣中PAEs類化合物的固相萃取預(yù)富集方法及固相膜萃取預(yù)富集方法進行了探索和研究，其中C18固相萃取柱萃取鄰苯二甲酸2-乙基己基酯時回收率不是很理想，采用C18鍵合硅膠固相萃取膜在顆粒物較多的實際水體中萃取鄰苯二甲酸2-乙基己基酯也同樣不太理想。Jara等［4］則采用聚苯乙烯二乙烯苯固相萃取小柱對PAEs類化合物的萃取進行了研究，對改變水樣pH、提高回收率進行了一定的闡述。任仁等［5］使用HLB固相萃取柱對印鈔行業(yè)廢水中鄰苯二甲酸酯類化合物進行了檢測。

該文采用固相萃取柱通過調(diào)節(jié)水樣pH對水樣進行提取、富集，用氣相色譜法測定了水樣中的6種鄰苯二甲酸酯。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GC2010氣相色譜儀，F(xiàn)ID檢測器，載氣為高純氮氣(純度大于99.99%)，GCsolution色譜化學(xué)工作站，日本;SE-54 5%苯甲基聚硅氧烷彈性石英毛細(xì)管柱(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)，美國;SPE固相萃取裝置，美國;SPE大體積上樣管和固相萃取玻璃小柱，北京;Waters Sep-Pak C18和HLB固相萃取小柱，美國;Supelco ENVI-18固相萃取小柱，美國;BESEP C18固相萃取小柱，北京;聚苯乙烯二乙烯苯(PSDVB)固相萃取小柱，美國。

甲醇、二氯甲烷和正己烷，均為農(nóng)藥殘留分析純，美國;濃硫酸，優(yōu)級純;鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、鄰苯二甲酸2-乙基己基酯(DEHP)和鄰苯二甲酸二正辛酯(DnOP)混標(biāo)2 000 mg/L，美國。

1.2 樣品分析用玻璃器皿處理

由于塑料制品的廣泛使用，鄰苯二甲酸酯不斷進入到環(huán)境中。因此，實驗室內(nèi)的玻璃器皿都有被鄰苯二甲酸酯污染的可能性。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、分析結(jié)果的可靠性，所有要使用到的玻璃器皿均需要洗凈。將干凈的玻璃器皿用鉻酸洗液清洗并沖洗干凈，150℃烘干后再用農(nóng)殘級的正己烷溶液蕩洗2遍，最后將玻璃器皿放入馬弗爐中于400℃下烘烤2 h，待冷卻到室溫后使用。

1.3 空白水樣

空白水樣的選擇非常關(guān)鍵，在歐盟標(biāo)準(zhǔn)中推薦采用地表水作為空白水樣。由于目前在實驗室內(nèi)已經(jīng)很難找到未受鄰苯二甲酸酯污染的水樣，因此采用分液漏斗中加入500 mL蒸餾水和100 mL正己烷，振搖10 min后靜置，制備空白水樣。

1.4 樣品前處理

由于市售的商品化固相小柱均為塑料管小柱，經(jīng)檢測均含有鄰苯二甲酸酯，可以將商品化小柱填料裝入玻璃小柱中，該實驗均采用玻璃小柱上樣。

取250 mL樣品用硫酸水溶液(體積比1∶1，下同)將水樣pH調(diào)至2～4，混勻待測。固相萃取小柱預(yù)先用10 mL二氯甲烷清洗2次，洗脫填料及小柱上殘留的鄰苯二甲酸酯。待二氯甲烷流干后用20 mL甲醇活化(活化時填料不可暴露在空氣中)，用10 mL純水過渡，將水樣加入到已洗凈的上樣瓶中(全玻璃容器，避免樣品污染)，打開真空泵上樣，最佳上樣速度為2～10 mL/min。萃取好后，二氯甲烷中作為洗脫溶劑重力沉降洗脫固相萃取小柱，洗脫液經(jīng)無水硫酸鈉脫水后氮吹濃縮至1 mL并轉(zhuǎn)移到自動進樣器用樣品瓶中，待分析。加標(biāo)實驗時，為了使標(biāo)準(zhǔn)物更好地溶解在水中，可用水樣體積0.5%的甲醇溶解后再加入到水樣中。

1.5 分析條件

色譜柱溫度：60℃恒溫1 min，以30℃/min升至160℃，再以10℃/min升至300℃，保持3 min。進樣口溫度280℃，不分流進樣，進樣體積1 μL;載氣為氮氣，純度不低于99.99%;流速1.9 mL/min;FID檢測器，溫度320℃，空氣流量400 mL/min，氫氣流量 40 mL/min，尾吹流量 30 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 鄰苯二甲酸酯分離效果

6種鄰苯二甲酸酯分離效果如圖1所示。6種峰的出峰時間分別是 6.734、7.868、11.278、14.919、16.474、17.940 min，代表的物質(zhì)分別是DMP、DEP、DBP、BBP、DEHP 和 DnOP。

圖1 6種鄰苯二甲酸酯的GC分離效果圖

2.2 固相萃取柱的影響

PAEs屬弱極性化合物，選用非極性的C18固相萃取小柱以及非極性聚合物固相萃取小柱，均符合相似相溶原理。對于同一種分析物，采用不同的萃取柱，不同廠家、不同批次，萃取效果也不同。在使用固相萃取萃取中性水樣時，鄰苯二甲酸2-乙基己基酯和鄰苯二甲酸二正辛酯萃取效果并不理想，回收率偏低，不同品牌小柱的萃取效果差異也比較大，見表1。通過硫酸水溶液調(diào)節(jié)水樣的pH，可以改變分析物在水相的存在形態(tài)和疏水性，使其更易與固定相吸附［12-14］，并且也改善了不同品牌、不同材質(zhì)的固相萃取小柱對回收率的影響，消除了對固相萃取小柱的歧視效應(yīng)，鄰苯二甲酸酯的回收率能達到93．2% ～116．3%，見表 1。

表1 不同固相萃取柱萃取中性水樣和酸性水樣對回收率的影響 %

2.3 pH的選擇

由于C18固相萃取小柱是由硅膠顆粒組成，通常穩(wěn)定的pH范圍是2.0～7.5。當(dāng)pH高于和低于這個范圍，鍵合相就會水解并從硅膠上斷鏈下來，或者硅膠本身就溶解了，所以分別在pH為2、3、4、5、6、7 條件下測試 pH 對萃取效果的影響，結(jié)果見圖2。從圖2可見：當(dāng)pH為2～4時，萃取效率最高并且穩(wěn)定;pH＞5時，回收率下降明顯。由于HLB和PSDVB是聚合物材質(zhì)而不受pH的限制，可以調(diào)節(jié)至 pH=1［4］。

圖2 pH對DEHP和DnOP萃取的影響

2.4 濃度對回收率的影響

在不同水體濃度的實驗中，發(fā)現(xiàn)未調(diào)節(jié)pH水體所萃取的DEHP和DnOP的回收率隨著樣品濃度的增大，回收率逐漸降低，在大于400 μg/L的水體濃度情況下，DEHP和DnOP的回收率很低(見圖3)，而 DMP、DEP、DBP、BBP 的回收率不受濃度影響，回收率基本穩(wěn)定。

圖3 DEHP和DnOP在不同濃度下的回收率

鄰苯二甲酸酯為揮發(fā)性很低、穩(wěn)定性高、黏稠油狀液體。在水中溶解度很小，容易溶于多數(shù)非極性有機溶劑中。特別是DEHP和DnOP在水中的溶解度極低，溶解濃度極限值分別為0.003 mg/L 和0.000 5 mg/L［15］(見表 2)。由于 DEHP和DnOP在高濃度時溶解度較低，導(dǎo)致大量的DEHP和DnOP以微液、叢聚物、膠體、甚至吸附于水體懸浮顆粒的形式存在于水體中，減少了與固相萃取固定相的吸附作用，固相萃取的萃取效率將大大降低，這種情況在實際水體的實驗中猶為明顯［7］。同時也可以解釋眾多文獻中 DEHP和DnOP回收率參差不齊、在低濃度情況回收率要遠好于高濃度的現(xiàn)象。調(diào)節(jié)水體pH，可以改善該2種物質(zhì)的溶解性，提高高濃度DEHP和DnOP的固相萃取回收率。同時在進行加標(biāo)實驗過程中，加入適量的甲醇，促進標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的充分溶解，提高待測物質(zhì)的回收率。

表2 鄰苯二甲酸酯物理化學(xué)性質(zhì)

2.5 校正曲線與檢出限

配制5點標(biāo)準(zhǔn)曲線用標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度分別為 2、6、10、16、20 mg/L。定量方法為外標(biāo)法，以峰面積為縱坐標(biāo)、質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。250 mL空白水中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為4.8 μg/L，分析10個該加標(biāo)樣品，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)，由MDL=S×tn－1(0．95)，求得 DMP、DEP、DBP、BBP的方法檢出限，見表3。由于DnOP和DEHP微量檢出，則采用測定空白水樣的值計算。

表3 鄰苯二甲酸酯回歸方程和檢出限

2.6 方法精密度和回收率

用該方法測定無錫工業(yè)廢水和運河水樣，進行低濃度和高濃度加標(biāo)回收率實驗，結(jié)果見表4?？梢?，該方法的精密度和回收率均較高。

表4 工業(yè)廢水和地表水加標(biāo)回收率和精密度(n=7)

3 結(jié)論

采用固相萃取提取技術(shù)，以二氯甲烷為洗脫溶劑，氣相色譜法測定水樣中6種鄰苯二甲酸酯。通過調(diào)節(jié)萃取水樣的pH，提高了固相萃取法萃取水中鄰苯二甲酸2-乙基己基酯和鄰苯二甲酸二正辛酯回收率。結(jié)果表明，該方法回收率高、操作簡便、重現(xiàn)性好、溶劑用量少，為水中鄰苯二甲酸酯測定標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施奠定了基礎(chǔ)。

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