气相色谱-串联质谱法测定土壤中16种邻苯二甲酸酯和2种邻苯二甲酸酯单酯代谢物

王晓燕,郇志博

(1.昌吉学院,昌吉 831100; 2.中国热带农业科学院 分析测试中心,海口 571101;3.海南省热带果蔬产品质量安全重点实验室,海口 571101)

邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类重要的化工产品,在塑料、建材、农药、肥料等行业广泛应用,近年来许多研究表明某些PAEs具有内分泌干扰、致癌、致畸、致突变的作用[1-3]。美国、中国和欧盟等已经将有些PAEs列为环境优先控制污染物,例如美国环保署(EPA)将邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯和邻苯二甲酸二辛酯等6种PAEs列为环境优先控制污染物[4],我国也把其中的3种PAEs(邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯)列为环境优先控制污染物[5]。

随着农业现代化进程的发展,农膜、化肥和农药等农业投入品的使用量逐年上升,伴随而来的是我国农业土壤不同程度地受到了PAEs的污染。文献[6]测定了北京、上海、沈阳、兰州等地农业土壤中PAEs的残留状况。结果显示:邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯等4 种PAEs 的质量分数为0.89～10.03 mg·kg-1。文献[7]表明广东农业土壤中PAEs的质量分数在25.99 mg·kg-1以内。文献[8-9]表明:PAEs的代谢物具有与母体同样的毒性作用,例如邻苯二甲酸二丁酯的代谢物邻苯二甲酸单丁酯和邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯的代谢物邻苯二甲酸乙基己酯被认为是造成各自母体毒性的主要原因。

随着针对土壤中PAEs污染研究的增多,许多测定土壤中PAEs含量的分析方法被开发出来。文献[10]采用快速溶剂萃取-气相色谱-串联质谱法测定土壤中15 种PAEs;文献[11]采用QuEChERS方法联合气相色谱-串联质谱法测定土壤中18 种PAEs;文献[12]采用气相色谱-串联质谱法测定土壤和沉积物中邻苯二甲酸酯单酯代谢物(MPEs)。但是这些方法皆存在检出限较高、前处理耗时较长的问题,不能满足痕量和批量测定的要求。

本工作采用气相色谱-串联质谱法测定土壤中邻苯二甲酸二甲酯(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)、邻苯二甲酸二(2-甲氧基)乙酯(DMEP)、邻苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯(BMPP)、邻苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯(DEEP)、邻苯二甲酸二戊酯(DPP)、邻苯二甲酸二己酯(DHXP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)、邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯(DBEP)、邻苯二甲酸二环己酯(DCHP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸二苯酯(DPHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)等16种PAEs和2种MPEs[邻苯二甲酸单丁酯(MBP)、邻苯二甲酸乙基己酯(MEHP)]的含量。本方法前处理简单且检出限较低,适用于16种邻苯二甲酸酯和2种邻苯二甲酸酯单酯代谢物的测定。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890B-7000C 型气相色谱-质谱联用仪,配7693自动进样器;Milli-Q 型超纯水器;PSA/Silica复合填料玻璃柱(1 000 mg/6 mL)。

16种PAEs和2 种MPEs的标准储备溶液:10.00 mg·L-1,分别将16种PAEs和2 种MPEs的标准品用正己烷溶解稀释而成,置于4 ℃冰箱保存,使用期限为6个月。

16种PAEs和2种MPEs标准品的纯度均大于95%;丙酮、正己烷、乙腈、二氯甲烷、甲醇均为色谱纯;无水硫酸钠和氯化钠均为分析纯。

1.2 仪器工作条件

1)色谱条件 DB-5MS 石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);载气为高纯氦气(纯度大于99.999%),流量1.0 mL·min-1;进样方式为不分流进样,进样量为1.0μL;16种PAEs和2种MPEs的进样口温度依次为260,270 ℃。16 种PAEs的柱升温程序:初始温度为60 ℃,保持1 min;以20 ℃·min-1速率升温至220 ℃;再以5 ℃·min-1速率升温至290 ℃,保持2 min。2种MPEs的柱升温程序:初始温度60 ℃,保持1 min;以20 ℃·min-1速率升温至220 ℃;再以5 ℃·min-1速率升温至240 ℃;再以25 ℃·min-1速率升温至290 ℃,保持1 min。

2)质谱条件 电子轰击离子源(EI),电离电压70 eV;离子源温度230℃,传输线温度280℃;采集方式为选择离子监测(SIM)模式。其余质谱参数见表1。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

1.3.1 样品的制备

将土壤样品(土壤类型为砖红壤)自然风干,去除石块和植物根茎后,磨碎过60目(0.3 mm)筛,放在玻璃容器中于-20 ℃保存待用。

1.3.2 样品的提取和净化

称取10.0 g 经上述处理后的土壤样品于100 mL锥形瓶中,加入30 mL 丙酮与正己烷以体积比1∶2组成的混合液,然后以180 r·min-1转速振荡提取20 min,静置10 min。将上清液过滤至100 mL圆底烧瓶中,然后于40℃旋蒸近干,再加入5.0 mL乙腈复溶,待净化。

净化过程需要过PSA/Silica复合填料玻璃柱。首先将净化小柱依次用5.0 mL 二氯甲烷、5.0 mL乙腈活化,然后取1.0 mL 待净化液加入净化小柱,待液面近填料层时,立即加入5.0 mL 乙腈洗脱,并用圆底烧瓶收集洗脱液,然后再次将洗脱液旋蒸近干,加入2.0 mL 正己烷,按仪器工作条件进行测定。

测定MPEs 时,将洗脱液旋蒸近干后,加入1 mL质量分数为14%的三氟化硼-甲醇溶液,然后置于60 ℃水浴锅中衍生30 min,冷却后加入2.0 mL正己烷和2.0 mL 饱和氯化钠溶液,涡旋后静置分层,取正己烷层按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

图1 16种PAEs和2种MPEs的总离子流色谱图Fig.1 TIC chromatograms of 16 PAEs and 2 MPEs

按仪器工作条件对16种PAEs的混合标准溶液和2 种MPEs的混合标准溶液进行测定,16 种PAEs和2种MPEs的总离子流色谱图见图1。

2.2 污染风险

PAEs分析的主要问题是存在污染风险,因为PAEs普遍存在,可能存在于水、有机溶剂、空气、玻璃容器和用于分析的塑料材料中。为防止容器、试剂的干扰,整个前处理过程宜使用玻璃容器,所用有机试剂首选为色谱纯,玻璃容器依次用水、丙酮、正己烷、二氯甲烷清洗,于200 ℃烘10 h以上,实验室避免使用任何塑料容器。

2.3 基质效应

考虑到基质中物质对质谱信号的影响,试验进行了基质效应评价。基质效应(%)为土壤基质标准曲线的斜率(k基质)除以溶剂标准曲线的斜率(k溶剂)再乘以100%。计算得到基质效应为93.5%～109%,因此本方法中土壤基质对16 种PAEs和2种MPEs的基质效应是可容忍的。

2.4 标准曲线和检出限

分别移取10.00 mg·L-1的16种PAEs和2种MPEs的标准储备溶液适量,用正己烷逐步稀释得到0.02,0.05,0.40,0.60,0.80 mg·L-1的16 种PAEs的混合标准溶液系列以及0.05,0.20,0.40,0.60,1.00 mg·L-1的2种MPEs的混合标准溶液系列。按仪器工作条件对上述16种PAEs的混合标准溶液系列和2种MPEs的混合标准溶液系列进行测定,以16种PAEs和2种MPEs的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。16种PAEs和2种MPEs的线性范围、线性回归方程和相关系数见表2。

根据3倍信噪比计算方法的检出限(3S/N),结果见表2。

表2 线性范围、线性回归方程、相关系数和检出限Tab.2 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients and detection limits

表2 (续)

2.5 精密度和回收试验

按试验方法对空白土壤样品进行加标回收试验。16种PAEs分别设置低浓度水平(0.07 mg·kg-1)、中浓度水平(0.30 mg·kg-1)和高浓度水平(0.80 mg·kg-1)等3个加标浓度水平并分别进行5次平行测定;2 种MPEs 分别设置低浓度水平(0.04 mg·kg-1)、中浓度水平(0.30 mg·kg-1)和高浓度水平(0.60 mg·kg-1)等3个加标浓度水平并分别进行5次平行测定。计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

表3 精密度和回收试验结果(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝5)%

由表3可知:回收率为71.1%～105%,RSD 为0.10%～14%。这符合国家标准GB/T 32465-2015《化学分析方法验证确认和内部质量控制要求》的要求。

虽然目前已有针对土壤中PAEs测定的方法报道,但与本方法相比仍存在不足。文献[10]建立的方法,需要特殊的萃取仪进行萃取而且检出限(20～40μg·kg-1)较高;文献[11]建立的方法,虽然前处理简单,但是方法的检出限(25～50μg·kg-1)较高;文献[13]建立的方法,虽然检出限(0.01～0.32μg·kg-1)较低,但是前处理耗时较长,仅提取过程就大于2 h。目前关于土壤中MPEs测定方法的文献较少,文献[12]建立的方法,需要使用15 mL的有机溶剂超声提取15 min,而且要重复提取3次。本工作建立了气相色谱-串联质谱法测定土壤中16种PAEs和2种MPEs的分析方法,检出限较低,前处理耗时较短,不需要特殊的仪器设备,并且基质效应较弱,能够满足土壤样品批量分析的要求。