水环境中EDC与POPs检测技术进展与要点分析

雷 萍，朱 佳

（1. 深圳市水质检测中心，广东 深圳 518055； 2. 深圳职业技术学院 建筑与环境工程学院， 广东 深圳 518055）

分析测试

水环境中EDC与POPs检测技术进展与要点分析

雷 萍1，朱 佳2*

（1. 深圳市水质检测中心，广东 深圳 518055； 2. 深圳职业技术学院 建筑与环境工程学院， 广东 深圳 518055）

介绍了水环境中环境激素和持久性有机物的检测技术发展现状和检测中运用的重要技术手段， 包括高分辩气相色谱/质谱联用或多重质谱（HSGC/MS/MS）、柱后衍生、大体积富集浓缩、固相萃取、净化柱等，并对他们的应用要点进行分析，以利环境研究工作者参考和借鉴。

环境激素；持久性有机物；高分辨GC/MS/MS；柱后衍生

环境激素（Endocrine disrupting chemicals，又称内分泌干扰物，简称EDCs）是一些由于人类生产和生活而释放到环境中的有害化学物质，这些物质在人体和动物体内发挥着类似于雌性激素的作用，通常称为“外因性内分泌干扰物质”，干扰体内正常分泌激素的作用，包括双酚A、多氯联苯工业合成物质、邻苯二甲酸脂类、乙草胺、阿特拉津等农药物质[1]。持久性有机污染物（Persistent organic pollutant，POPs)。对于自然环境下的生物代谢、光降解、化学分解等具有很强的抵抗能力，可以在水体、土壤和底泥等环境介质中存留数年甚至数十年或更长时间。2001年5月UNEP通过的《斯德哥尔摩公约》规定需要采取国际行动的首批12种（类）PoPs，包括艾氏剂等有机氯农药、多氯联苯等工业化学品和二噁英等副产物[2]。

EDC和POPs对生态环境和人体健康造成的不良影响，危害人类的生殖能力，诱发肿瘤、影响人类神经系统，成为继温室效应、臭氧层破坏之后的第三大环境问题，引起全球广泛关注，其分析检测技术和方法的相关研究也得到广泛关注。

EDC和POPs多有交叉，多数环境激素属于持久性有机污染物，而持久性有机物几乎都直接或间接地具有环境激素作用。我国从2004年开始开展水环境中持久性有机物和环境激素的检测，目前已有多个研究机构发展了EDC和Pops的分析能力，并应用于水环境污染与评价研究；国外对该类有机污染物的检测更是超过30年，如对水环境中多氯联苯（PCBs），多氯代烷烃（PCAS），多溴联苯醚（PBDEs）等的转化和迁徙均进行了大量的研究工作[3]。

当前水环境中持久性有机物和环境激素的检测技术仍随着检测新技术的发展而不断改进与提高。本文一方面介绍水环境中环境激素和持久性有机物的检测技术发展现状，另一方面对检测技术中运用的重要技术特点，包括高分辩气相色谱/质谱联用或多重质谱（HSGC/MS/MS）、柱后衍生、大体积富集浓缩等技术的要点进行分析，以利广大环境研究工作者参考和借鉴。

1 仪器分析技术

1.1 色谱与质谱分析

在水环境中，EDC和POPs具有分布广泛、残留浓度低的特点，因此，对水环境中的POPs进行分析时，要求分析手段必须具有灵敏、准确、快速和自动化程度高等特点。气相色谱法（GC）、气相色谱/质谱法（GC/MS）等是常用的分析方法。

采用气相色谱进行分离分析时，配合电子捕获检测器（ECD）可以提高灵敏度。采用大容量注射（如编程的温度汽化器，或柱上进样）注入几十微升的样本提取，可以提高检测限[4]。采用GC/MS，须针对环境激素的质谱裂解特征，确定各个化合物的灵敏度高、抗干扰能力强的准分子离子和子离子，优化质谱检测模式，各个化合物的检测条件，使每个组分均可获得高的专一性和高灵敏度，使同时快速检测痕量多组分成为可能。同时，用程序升温方法，优化气相色谱方法，尽可能的提高分离度，为质谱分析提供基础。薛南东等采用GC-ECD检测、GC-MSD定性证实的农药类内分泌干扰物检测方法,实现31种目标物同时检测[5]。常爱敏等采用GC-ECD定量检测, GC-MS定性验证, 建立了同时分析水中31种农药类环境激素的检测方法[6]。

采用GC/MS进行EDC的检测，对样品进行衍生化处理，可提高质谱检测灵敏度。普遍采用的方法为三甲基硅烷（TMS）衍生化，如加入100 μ L 吡啶，200 μ L含有1% 三甲基氯硅烷（TMCS）的双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺（BSTFA），混匀，密封，在70 ℃下水浴1 h。

1.2 GC或LC与串联质谱联用

POPs干扰物质多、组成复杂，且毒杀芬、多氯联苯、二恶英等包含多种同系物或异构体，普通的低分辨质谱难于达到上述要求。高分辨质谱或多级质谱，借助其高灵敏度和高选择性、高特异性，能达到对POPs定性和定量的要求，因此，成为目前的发展趋势[7]。

采用气相色谱/ 质谱/质谱( GC/MS/M S) 法测定多氯联苯(PCB ), 具有良好的灵敏度和选择性, 在地表水样品检测时, 样品只需进行简单的液液萃取一浓缩, 无须任何净化过程即可上机分析, 方法检出限低于ng/L级[8]。

液相色谱—串联质谱技术(LC-MS/MS), 颜流水等建立了基于时间分段技术的高效液相色谱—串联质谱技术测定饮用水中9种环境激素残留的方法，利用多反应监测( MRM) 和扫描时间分段检测技术实现正、负离子不同扫描模式一次完成双酚A 和邻苯二甲酸二丁酯的检测，研究并建立了饮用水中环境激素的多组分快速检测方法[9]。

2 预处理技术

在应用气相色谱法(简称GC)或高效液相色谱法(简称HPLC)进行有机物分析，尤其是环境中EDC、POPs、PCB、Dionex 等超痕量、多组分物质的分析时，由于特异性、选择性和灵敏度的要求极高，各种样品的预处理技术被予以重视并得到充分应用[10]。

2.1 大体积富集浓缩技术

无论是EDCs还是POPs的水环境样品检测，都需要对大体积样品进行富集、提取、浓缩，降低被测定物质的检测限，提高检测灵敏度，实现痕量检测。在EDC和POPs的检测中，一般情况下，每个样品都采集10 L至20 L水样，经过萃取浓缩，最后达到1 mL甚至0.1 mL的进样体积，以满足超痕量分析的需要。

在POPs水样预处理中，采用丙酮和正己烷等有机溶剂，对12 L水样进行液-液萃取分离。对这样大容量样品进行萃取，可以巧妙地利用磁力搅拌，充分混合水相和有机相，使水相中POPs最大限度地转移至有机相中。

2.2 固相萃取技术

固相萃取技术(Solid Phase Extraction，SPE) 是一种吸附剂萃取技术，样品通过填充吸附剂萃取柱，分析物和部分杂质被保留在柱上，然后用选择性溶剂除去杂质，洗脱出分析物，从而达到分离和富集目的。EDCs分析中，普遍采用SPE技术进行EDC样品的前处理。比如处理水样体积为10 L水样。采用oasis HLB 5cc萃取柱（玻璃壁）进行固相萃取，采用二氯甲烷和丙酮混合溶剂（70%二氯甲烷/30%丙酮）进行洗脱。

不同固相萃取吸附剂适用于不同环境激素的富集、净化，这方面的优化研究对象包括硅藻土吸附剂、氧化铝吸附剂、活性炭吸附剂、键合硅胶基吸附剂、有机聚合物吸附剂。经过优化筛选出回收率高，净化能力强的高效固相萃取剂，为痕量多组分同时检测提供样品处理方法。

2.3 滤膜技术的广泛应用

滤膜技术广泛应用于EDCs分析中，对大体积样品进行SPE之前，往往采用Millipore玻璃纤维滤膜（孔径1 μ m）对水样进行初步过滤，以去除杂质、固液分离、膜萃取有机物。在EDCs和POPs的分析技术，广泛应用各种滤膜。在POPs分析中，采用高通量滤膜将水样中的固体和液体部分过滤分离，分别处理后进行检测分析。

2.4 微波萃取技术

在利用液-液萃取分离富集固形物质中的POPs时，滤膜中固体物质可采用微波萃取进行分离。微波萃取时，为提高萃取效率，可将每张滤膜撕成条状，放入50 mL具有螺旋盖的圆底离心管，每瓶加入溶剂，采用微波进行多次提取，保证了提取效率。最后一次离心后挤压滤纸，收集残留的萃取液，保证提取完全。

2.5 大容量和分步浓缩技术

无论是EDC检测中SPE处理后的洗脱液，还是POPs检测中反复液-液萃取处理之后的丙酮层，均可使用浓缩仪进行浓缩。POPs分析中还采用了分步浓缩技术，先将萃取液浓缩至5 mL，进行净化处理，之后再浓缩至0.1 mL进行GC/MS分析。高效浓缩技术能保证富集效率，满足GC/MS的检测要求，有效降低方法的检测限。

2.6 净化柱技术

在EDC分析中，采用硅净化柱（5% aqueous Silica gel column）过滤，或者在固相萃取小柱之后连接净化柱，在SPE的洗脱步骤之后，连续实现样品的脱水和净化。对POPs分析中浓缩至5 mL的初步浓缩液，也同样使用净化柱，实现样品的脱水和净化。与采用无机物净化相比，净化柱能大大提高样品的净化程度，减少进入GC/MS的样品中的杂质，有利于后续GC/MS的高效分析工作。

3 快速检测方法的应用

EDC分析中，除了使用高分辨分析仪器，还可利用生物对POPs的某些特征反应进行检测，以实现对环境中POPs的检测，主要包括:生物传感器检测法、表面胞质团共振(SPR)检测法和以Ah受体为基础的生物测试方法等。

例如采用特异性核受体检测技术——Nuclear Ligand Assay的CoA-BaP系统（共激活剂－细菌碱性磷酸酶）进行EDC的生物分析。这是一种快速的生物配体筛选方法，易于使用，敏感度高，适用于大多数核受体。特异性核受体检测技术使用器材为ERα雌激素试剂盒（Microsystem Company），应用96孔板，具有高效、高通量筛选的特征[11]。

4 结束语

在EDC和POPs检测中，严密的工作方案是十分重要的，比如，对一个样品进行反复萃取，能提高POPs和其他目标物质的萃取效率。

实验过程中必须严格避免交叉污染，避免有毒物质对实验室环境的沾污。实验室操作中，非常注意器具和材料不能直接接触桌面。分离的滤膜如果不能立即分析，用无尘纸包覆，并置于锡箔内，严格避光保存于4 ℃以下。

另外，在EDC和POPs分析中的各个环节，使用高等级药剂（农残级、PCB检测专用实际等），以保证精确的试验效果。专用药剂在高精度有机分析中非常重要，也是保证分析检测成败的关键因素之一。POPs分析使用的去离子水，覆盖一层Hexane进行保存，避免实验室环境中有机物的污染。

综上所述，EDC和POPs的分析结合了丰富的技术和手段，在EDC和POPs检测需要非常注重技术细节，才能保证分析结果的准确性和稳定性。希望通过本文的介绍，对环境激素、POPs的研究和检测有所裨益，不足之处还望商榷。

[1] 沈万斌,白静仁,李向林,等.环境雌激素生态影响的研究进展[J].生态学杂志,2001, 20(5): 44-50.

[2] 余刚,牛军峰,黄俊,等.持久性有机污染物-新的全球性环境问题[M].北京:科学出版社,2005.

[3] Nguyen HM, Tu BM, Watanabe M.Open dumping site in Asian developing countries: a potential source of polychlorinated dibenz-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans[J]. Environal Science Technology,2003, 37(4):493-502.

[4] Van Leeuwen, SPJ.Advances in the gas chromatographic determination of persistent organic pollutants in the aquatic environment[J].Journal of Chromatography, 2008, 1186 (4): 161-182.

[5] 薛南冬,赵淑莉,李炳文.固相萃取-气相色谱法测定水中多种农药类内分泌干扰物[J].中国环境监测,2007, 23( 3):1-6.

[6] 常爱敏,宗栋良,梁栋,等.气相色谱法测定水中31种农药类环境激素[J].中国给水排水,2009,25(9):82-86.

[7] 肖文,姜红石. MS/MS的原理和GC/MS/MS在环境分析中的应用[J]. 环境科学与技术,2004,27(5):26 -28.

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[9] 颜流水，郑鄂湘，杨晓燕,等.固相萃取-液质联用法同时测定饮用水中双酚A和邻苯二甲酸二丁酯[J].分析试验室，2006,26（6）：10-14.

[10] Sower SA, Reed KL, Babbitt KJ. Limb malformations and abnormal sex ormone concentrations in frogs[J].Environ Health Perspect,2000,108(11): 1085-1090.

[11] Peter A Behnisch, Kazunori Hosoa,Shin-ichi Sakai. Bioanalytical screening methods for dioxins and dioxin-like compounds-a review of bioassay/ biomarker technology [J].Environment International, 2001,27(5): 413-439.

Research Progress and Characteristic Analysis of the Determination Technology of EDC and POPs in Water Environment

LEI Ping1， ZHU Jia2*
（1. Shenzhen Water Quality Center, Guangdong Shenzhen 518055，China；2. Department of Building and Environmental Engineering, Shenzhen Polytechnic, Guangdong Shenzhen 518055，China)

Development status of the determination technology of environmental hormone and persistent organic pollutants was introduced as well as technical means during the determination, such as HSGC/MS, post-column derivatization, collecting and condensation from large volume sample, solid phase extraction, purifying column and so on. Then their technological characteristics were analyzed briefly, which can provide the reference for environmental research.

EDC; POPs; HSGS/MS; Post-column derivatization

O 657

A

1671-0460（2012）02-0214-03

国家自然科学基金项目，项目号：50978170。

2011-12-12

雷萍（1968-），女，陕西西安人，高级工程师，博士，2005年毕业于西安交通大学生命科学院，研究方向：环境污染治理和环境监测。E-m ail：leiping83071705@163.com，电话：0755-26701669。

朱佳（1965-），女，副教授，博士，研究方向，污水资源化与环境监测。E-m ail：zhujia65@163.net，电话：0755-26731027。