加压流体萃取-气相色谱法测定土壤中酞酸酯类化合物

南淑清，张 丹，梁 晶，熊 飙，赵 颖，孔海燕

河南省环境监测中心，河南 郑州 450004

加压流体萃取-气相色谱法测定土壤中酞酸酯类化合物

南淑清，张 丹，梁 晶，熊 飙，赵 颖，孔海燕

河南省环境监测中心，河南 郑州 450004

建立了土壤中15种酞酸酯的加压流体萃取-弗罗里硅土柱净化-气相色谱测定方法。就萃取条件探讨了溶剂、温度、时间和循环次数对萃取效率的影响，就净化条件探讨了净化柱和洗脱溶剂对萃取效率的影响。根据研究结果，确定萃取条件以二氯甲烷为萃取溶剂，在萃取温度120 ℃、压强1 500 psi时，预热5 min，静态提取5 min，循环萃取2次，用体积为60%萃取池体积的萃取溶剂冲洗萃取池，之后用氮气吹扫萃取池90 s；净化条件为萃取溶液过弗罗里硅土固相萃取柱净化后，以正己烷∶丙酮(体积比为5∶1)洗脱。15种酞酸酯类化合物加标回收率为67.1%～124%，方法检出限为0.017～0.048 mg/kg。

土壤；酞酸酯；加压流体萃取；气相色谱

Abstract:A method was developed for the determination of 15 kinds of phthalate esters (APEs) in soil by pressurized fluid extraction, Florisil purification and gas chromatography in this study. The effects of extraction solvent, temperature, duration, repeating times, purification column and elution solvent on extraction efficiency were investigated in detail. The results showed that the optimized extraction procedures are circulating extraction of the soil twice with dichloromethane for 5 minutes at each time under the temperature of 120 ℃ degrees and the pressure of 1 500 psi after preheating for 5 minutes, purifying the solvent extract with Florisil column and eluting with Hexane ∶Acetone (5 ∶1). The average recoveries for 15 kinds of APEs are 67.1%-124%, and the detection limits are 0.017-0.048 mg/kg.

Keywords:soil; phthalate esters;pressurized fluid extraction;gas chromatography

酞酸酯(PAEs)，又称邻苯二甲酸酯，是塑料中必不可少的、增强其可塑性和强度的改性添加剂。随着塑料制品在人类生活中的普及，PAEs使用量迅速增加。1986年，PAEs世界年产量至少在200万t以上[1]；2015年，使用量即达到约600万t[2]。PAEs被广泛使用后，大量进入环境，不但土壤、水体和大气中广泛被检出，蔬菜、油品、酒类、方便面甚至生物体内均有不同程度检出，已成为“第二个全球性PCB污染物”。多项研究报道说明PAEs具有生殖发育毒性，并可致癌、致畸和致突变作用[3-8]。美国环保署(USEPA)将6种PAEs列入重点控制污染物名单，世界野生动物基金会(WWF)将8种PAEs列入环境激素名单，中国将3种PAEs列入优先控制黑名单。开发广泛适用的多种PAEs分析方法成为必然需求，土壤作为环境污染物的汇，测定其中PAEs尤为重要。

多位学者对测定土壤中PAEs做出了研究，陈永山等[9]比较了索氏提取和超声萃取PAEs的优缺点；周晓龙[10]等建立了超声萃取-弗罗里硅土(Florisi)固相萃取柱净化-气相色谱/火焰离子检测器(GC-FID)测定土壤中6种酞酸酯化合物的方法；李娟等[11]建立了微波萃取-Florisi固相萃取柱净化-高效液相色谱法(HPLC)分析土壤中的5种酞酸酯类化合物的方法；王盛才等[12]建立了加速溶剂萃取-气相色谱/质谱法(GC/MS)测定土壤中6种PAEs的方法；罗财红[13]等研究了加速溶剂萃取-凝胶色谱(GPC)净化-GC/MS/MS法分析沉积物中17种PAEs的方法。综合考虑各个国家和组织控制的PAEs种类及分析方法中的处理时间、萃取效率和方法灵敏度等因素，本文选择使用溶剂少、萃取时间短、萃取效率高的加压流体萃取(又称加速溶剂萃取、压力溶剂萃取)作为萃取方法，目标化合物分离可进行最优选择、灵敏度可满足需求的气相色谱法作为测定方法，对土壤中15种PAEs进行分析方法研究。

1 实验部分

1.1仪器设备与主要试剂

仪器设备：加速溶剂萃取仪(ASE 200，美国)；固相萃取装置(ASPE-4790，美国)；气相色谱仪(配FID，7890A，美国)；旋转蒸发仪(BUCHIR-200，瑞士)；氮吹仪(TTL-DC)。

试剂和材料：甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷、石油醚(色谱纯,德国)，Florisi固相萃取小柱(1 g/6 mL，美国)，C18固相萃取小柱(1 g/6 mL，美国)。

标准物质：15种PAEs混标(邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸双(2-甲氧基乙基)酯(DMEP)、邻苯二甲酸双(4-甲基-2-戊基)酯(BMPP)、邻苯二甲酸双(2-乙氧基乙基)酯(DEEP)、邻苯二甲酸二戊酯(DPP)、邻苯二甲酸二己酯(DHP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)、邻苯二甲酸双(2-正丁氧基乙基)酯(DBEP)、邻苯二甲酸二环己酯(DCHP)、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DINP)，Accustandard公司，1 000 μg/mL)。

1.2分析

1.2.1 样品采集和保存

根据分析目的，采集土壤表层或剖面样品，去除石块、植物根茎和其他较大颗粒。在常压下干燥，经粉碎机研磨，过筛后，保存于干净的棕色玻璃瓶中。

1.2.2 样品萃取

在萃取池底部放置1个过滤片，准确称取(10±0.05) g制备后土壤样品，加入适量硅藻土，于玛瑙研钵中充分研磨后全部转移至33 mL萃取池中，加硅藻土至萃取池顶部。用二氯甲烷做为萃取溶剂，萃取温度120 ℃，压强1 500 psi，预热5 min，静态提取5 min，循环2次，用体积为60% 萃取池体积的萃取溶剂冲洗萃取池，之后用氮气吹扫萃取池90 s。将收集瓶中的萃取液转移至浓缩瓶，经定量浓缩仪浓缩至1～2 mL，过Florisi净化小柱净化，收集并过无水硫酸钠干燥，然后氮吹浓缩至1 mL，上气相色谱仪测定。

1.3气相色谱条件

HP-5色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气流速：1.0 mL/min(恒流模式；色谱柱：柱温80 ℃保持1 min，以8 ℃/min的速率升至270 ℃，保持9 min；进样口温度：250 ℃；进样方式：1.0 μL，不分流，分流阀打开时间1.0 min；检测器温度：300 ℃；氢气流量：30 mL/min；空气流量：300 mL/min；尾吹流量：25 mL/min。15种酞酸酯色谱图见图1。

注：1.DMP；2.DEP；3.DIBP；4.DBP；5.DMEP；6.BMPP；7.DEEP；8.DPP；9.DHP；10.BBP；11.DBEP；12.DCHP；13.DEHP；14.DOP；15.DINP。图1 15种酞酸酯色谱图Fig.1 Chromatograms of the mixed standards of 15 componds

2 结果与讨论

2.1萃取条件选择

影响加压流体萃取效率的主要因素包括萃取溶剂、温度、时间、循环次数等。

2.1.1 萃取溶剂

萃取溶剂对目标化合物的萃取效率起到至关重要的作用。除强酸(盐酸、硫酸、硝酸)外，有机溶剂、水和缓冲溶剂均可用于加压流体萃取。根据相似相溶原理，初步选择正己烷、二氯甲烷、石油醚3种有机溶剂萃取土壤中15种酞酸酯，检验其对目标化合物的萃取效率，其他步骤条件见1.2.2小节。测定结果见图2。正己烷、二氯甲烷、石油醚对15种酞酸酯的萃取效率范围分别为0%～76.4%、61.5%～97.6%、13.5%～98.7%。因此，确定二氯甲烷为该方法的萃取溶剂。

图2 萃取溶剂Fig.2 Effect of the extracting agent

2.1.2 萃取温度

压力流体萃取时，升高温度可降低溶剂黏度，降低溶剂与样品基体之间的表面张力，增加溶剂对样品基质渗透性和对目标化合物的溶解度，从而提高萃取效率。但过高的温度可能导致目标化合物热解，降低萃取效率，须选择最佳萃取温度从而达到高萃取效率。常用萃取温度范围为50～200 ℃，选择80、100、120、140、160 ℃，考察不同温度对萃取效果的影响，其他步骤条件见1.2.2小节。结果见图3。自80 ℃起，升高温度，萃取效率增加；当温度升至120 ℃时，回收率最高(15种酞酸酯的萃取效率为81.6%～120%)；随着温度升高，回收率降低，在140 ℃时，目标化合物已出现热解现象。实验确定萃取温度为120 ℃。

图3 萃取温度Fig.3 Effect of extraction temperature

2.1.3 萃取时间

压力流体萃取时间一般为5～11 min，选择3、5、7、9、11 min，考察其萃取效率，其他步骤条件见1.2.2小节。结果见图4。3、5、7、9、11 min时，萃取效率范围分别为82.2%～96.5%、99.3%～119%、99.2%～119%、98.7%～119%、97.7%～119%。5 min时，萃取效率高且较稳定，确定其为萃取时间。

图4 萃取时间Fig.4 Effect of static extraction time

2.1.4 循环次数

压力流体萃取时，根据目标化合物和基质性质，循环次数一般选用1～3次，选择循环萃取1、2、3次进行条件试验，考察其对萃取效率的影响，其他步骤条件见1.2.2小节，结果见图5。循环萃取1、2、3次时，对15种酞酸酯化合物的萃取效率分别为65.2%～89.8%、81.0%～111%、82.0%～112%。循环萃取2次的萃取效率明显优于循环萃取1次，但与循环萃取3次基本一致，确定萃取的循环次数为2次。

图5 循环次数Fig.5 Effect of extraction cycle mumber

2.2净化条件

影响净化效果的因素主要包括净化柱类别和淋洗溶剂。

2.2.1 净化柱

考察C18(1 mg/6mL，玻璃)和Florisi固相萃取柱(1 g/6 mL，玻璃)对15种酞酸酯的净化效果，其他步骤条件见1.2.2小节。结果见图6。经C18和Florisi固相萃取柱净化后，15种目标化合物的回收率分别为11.9%～65.4%、56.8%～117%，Florisi固相萃取柱回收率较优，故最终确定Florisi固相萃取柱为净化柱。基质较干净、不干扰目标物定性、定量时，应不做净化步骤。

图6 净化柱Fig.6 Decontaminating column

2.2.2 淋洗溶剂

选用正己烷∶丙酮(体积比为5∶1)、二氯甲烷∶丙酮(体积比为9∶1)和二氯甲烷∶正己烷(体积比为1∶1)3种溶剂考察其在固相萃取柱净化步骤中洗脱15种酞酸酯的效率，其他步骤条件参见1.2.2小节。实验结果见图7。正己烷∶丙酮(体积比为5∶1)、二氯甲烷∶丙酮(体积比为9∶1)、二氯甲烷∶正己烷(体积比为1∶1)对目标化合物的洗脱效率分别为56.8%～117%、55.5%～103%、1.4%～29.9%。其中，正己烷∶丙酮(体积比为5∶1)除对DMP的洗脱效率为56.8%，对其余化合物的洗脱效率均在80%以上。因此，确定正己烷∶丙酮(体积比为5∶1)为洗脱溶剂。

图7 洗脱效率Fig.7 Elution efficiency

2.3质量保证和质量控制

2.3.1 标准曲线及方法检出限

配制15种酞酸酯类化合物混合标准溶液系列(0.50、1.00、2.00、5.00、10.0、15.0、20.0 mg/L)，采用优化后实验条件进行测定；取7份石英砂作为空白土壤，均加标至土壤中浓度为0.10 mg/kg测定，计算方法检出限[14]。结果如表1所示。15种酞酸酯类化合物在0.50～20.0 mg/L范围内呈良好线性，方法检出限为0.017～0.048 mg/kg。

表1 标准曲线及方法检出限Table 1 calibration curve and Detection limit

2.3.2 精密度和准确度

取6份石英砂作为空白土壤，加标至浓度为0.25 mg/kg，使用优化条件进行全程序测定。对4个不同类型土壤样品(棕壤土、褐土、耕地土、经济林土)进行全程序加标回收试验，加标量为0.25 mg/kg。精密度和准确度如表2所示。空白加标时，DBEP、DOP最低回收率均为67.1%，其余化合物回收率数据均为70%～130%，RSD为7.57%～13.4%；实际样品加标时，酞酸酯类化合物在棕壤、褐土、耕地土、经济林土中的回收率分别为63.7%～101%、61.9%～120%、61.8%～106%、60.3%～111%。

2.3.3 全程序空白

PAEs在环境中普遍存在，给实验中空白控制带来一定困难。实验前，对二氯甲烷等实验溶剂进行空白试验，确定溶剂中无酞酸酯目标物检出。用铬酸洗液清洗使用的所有玻璃器皿，使用前放置在洁净的封闭玻璃干燥器，以消除环境污染影响。以石英砂作为空白土壤样品，测定全程空白值，用于控制和扣除全程序空白。

表2 精密度和准确度Table 2 Relative standard deviation and recovery

3 结论

建立了土壤中加压流体萃取-Florisi固相萃取柱净化-气相色谱测定15种酞酸酯的方法。经方法精密度和准确度验证并测定实际样品，说明该方法快速便捷、灵敏度好、精密度高，适用于测定土壤中15种酞酸酯。

[ 1] PALACKVA J, JIRASEK J, PAUL A. The effect of sublethal anmonia concentration on selected physiolo-gical characteristics in carp (cyprinus carpio) [J]. Zivocisna, Vyrora, 1986, 31(10):893-900.

[ 2] XIE Z, EBINGHAUS R, TEMME C, et al. Occurrence and air-sea exchange of phthalates in the Arctic [J]. Environmental Science and Technology, 2007,41:4 555-4 560.

[ 3] MELNICK R L. Is peroxisome proliferation an obligatory precursor step in the carcinogenicity of di(2-ethylhexyl) phthalate(DEHP)? [J]. Environmental Health Perspectives, 2001, 109(5):437-44.

[ 4] ANDERSON D, YU T W, HINCAL F. Effect of some phthalate esters in human cells in the comet assay [J]. Teratogenesis Carcinogenesis & Mutagenesis, 1999, 19(4):275-280.

[ 5] DEES J H, GAZOULI M, PAPADOPOULOS V. Effect of mono-ethylhexyl phthalate on MA-10 leydig tumor cells [J]. Reproductive Toxicology, 2001, 15(2):171-187.

[ 6] DALGAARD M, NELLEMANN C, LAM H R, et al. The acute effects of mono(2-ethylhexyl) phthalate(MEHP) on testes of prepubertal wistar rats [J]. Toxicol Lett, 2001, 122(l):69-79.

[ 7] 冯碧,邵健忠.环境激素对动物生存的威胁[J].四川动物,2002,21(l):25-27.

FENG Bi, SHAO Jianzhong.The threats of environmental hormones on animals [J]. Sichuan Journal of Zoology, 2002,21(l):25-27.

[ 8] 邱东茹,吴振斌,贺锋.内分泌扰乱化学品对动物的影响和作用机制[J].环境科学研究,2000,13(6):52-55.

QIU Dongru, WU Zhenbin, HE Feng. Effects of endocrine disrupting chemicals on animals and mechanisms of action[J]. Research of Environmental Sciences, 2000,13(6):52-55.

[ 9] 陈永山,骆永明,章海波,等. 土壤样品中酞酸酯含量分析的前处理研究[J]. 土壤学报，2011，48(2):311-319.

CHEN Yongshan, LUO Yongming, ZHANG Haibo, et al. Pretreatment of soil samples for analysis of phthalate esters therein—effect of concentration and purification of the extract [J]. Acta Pedologica Sinica, 2011, 48(2):311-319.

[10] 周晓龙,刘河疆,钱宗耀,等. 气相色谱法测定土壤中的6种酞酸酯[J]. 现代科学仪器，2011(6)：136-137,140.

ZHOU Xiaolong, LIU Hejiang, QIAN Zongyao, et al. Determination of the 6 phthalates in soil samples by GC[J]. Modern Scientific Instruments, 2011(6):136-137,140.

[11] 李娟,赵永刚.微波萃取-高效液相色谱法测定土壤中的酞酸酯类化合物[J]. 科技资讯，2010(31)：210,212.

LI Juan, ZHAO Yonggang. Determination of phthalate esters in soil by microwave-assisted extraction and high performance liquid chromatography [J]. Science Technology Information, 2010(31)：210,212.

[12] 王盛才,胡华勇,罗岳平,等. GC-MS测定土壤中酞酸酯类化合物[J]. 中国环境监测，2007，23(4)：23-25.

WANG Shengcai, HU Huayong, LUO Yongping, et al. GC-MS determination of phthalates in soil samples[J]. Environmental Monitoring in China, 2007,23(4):23-25.

[13] 罗财红,郭志顺,孙静. 快速溶剂萃取-气相色谱-三重四极杆质谱法测定沉积物中的酞酸酯[J]. 色谱,2010,28(5):487-490.

LUO Caihong, GUO Zhishun, SUN Jing. Determination of phthalate esters in sediment by accelerated solvent extraction and gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2010,28(5):487-490.

[14] 环境保护部科技标准司.环境监测 分析方法标准制修订技术导则：HJ 168-2010 [S].北京:中国环境科学出版社,2010.

DeterminationofPhthalateEstersinSoilbyPressurizedFluidExtractionwithGasChromatographyMethod

NAN Shuqing, ZHANG Dan, LIANG Jing, XIONG Biao, ZHAO Ying, KONG Haiyan

Henan Environmental Monitoring Center, Zhengzhou 450004, China

X830.2

A

1002-6002(2017)03- 0154- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.03.23

2016-03-09;

2016-05-16

国家高技术研究发展计划(863计划)“化学品暴露和效应评估及监测关键技术”(2013AA06A308)

南淑清(1975-)，女，河南濮阳人，硕士，高级工程师。