快速溶剂萃取-GC-MS/MS测定土壤中邻苯二甲酸酯类化合物

王桂珍，张 飞

（河南省南水北调中线渠首生态环境监测中心，河南南阳 473000）

0 引言

邻苯二甲酸酯又称酞酸酯（Phthalic Acid Esters，简称PAEs，又名塑化剂），自20世纪20年代产生以来，使用量空前。目前，每年塑料制品的产量已达1.5×108t，且呈逐年增加趋势[1-2]。工业和各行业应用上，PAEs应用极为广泛[3]，一些行业如生产软管、制造人造革、外包装材料、各种聚氯乙烯薄膜、医疗器械用品等，除此之外，还用作其他产品的生产原料，如机械润滑剂、农药添加载体、驱虫灭虫剂以及各种化妆品、香味品等[4]。在化妆品使用的过程中，这些有机物质很容易挥发出来，并通过人体呼吸和皮肤接触进入体内，改变内分泌系统的正常功能，具有“三致性”[4]。早在20世纪90年代世界野生动物基金会就已经列出了包括8种邻苯二甲酸酯类化合物在内的68种环境激素类污染物[5]，中国也将一部分酞酸酯列为重点控制污染物[6]。对于这些有毒有害物质，目前还没有比较经济和环保的处理处置方式，国外和国内大部分只能采取填埋或者焚烧。而经过处置或者处理后的塑化剂广泛散播在水体、空气、土壤中，逐渐使酞酸酯变成最为普遍的环境有毒有害污染物之一[7]，全球范围内在湖泊、河流、地下水、空气、土壤中均不同程度地检测出塑化剂[8]。相关调查显示，在中国多个不同地区的数十个耕地土壤中，均一定程度的受到PAEs的污染[9]。因此，检测环境中邻苯二甲酸酯类化合物，已成为环境监测工作者迫在眉睫的新任务。

目前，国内有关土壤和沉积物中酞酸酯类化合物的监测分析方法的研究报道有很多，如气相法、液相法、液质联用法、气质联用法[10-13]。当针对单一化合物时，可以考虑采用GC、LC、LC/MS/MS[10-12]，但当针对多种化合物时，化合物种类多，不同物质保留时间及响应均会受到影响。由于气质联用对PAEs的灵敏度高，检出限更低，因此，在监测分析中应用广泛。在土壤和沉积物中邻苯二甲酸酯类化合物的测定分析中，前处理过程相对较难，土壤成分复杂，土壤萃取液含有的杂质也比较多，相关文献报道主要有液液萃取[14]、超声波式萃取、振荡混匀萃取[15]、快速溶剂加压萃取法、索氏提取[16]等。净化方法也有很多种，如硫酸法、吸附色谱法、凝胶渗透色谱法[3]、吸附剂法[17]、硅酸镁净化小柱、氧化铝小柱等。通过比较，笔者采用快速溶剂法萃取，净化小柱净化，结合气相色谱/质谱联用法，同时测定分析土壤中6种邻苯二甲酸酯类化合物。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

2019年2—6月，选取中心实验室周边空闲田间土壤。按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)进行取样、运输、制备和保存，所采样品均为1～2 kg，装入棕色玻璃瓶内，同时采集平行样，密闭冷藏[18]。并在所在单位中心实验室进行前处理和检测分析。

1.2 试验材料

1.2.1 试验所用设备 Agilent 7890B-7000C气相色谱质谱联用仪，安捷伦7693自动进样器，莱伯泰科Multivap-8平行浓缩仪，美国Supelco硅酸镁净化装置；赛默飞ASE150全自动快速溶剂萃取仪（配备33 mL萃取池）。

1.2.2 试验所用试剂 所用试剂乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、正己烷均为农残级；载气为氦气（纯度99.99%）；1、10、50、100 μL微量注射器（安捷伦）；经400℃灼烧4 h的Na2SO4，储存于密闭容器中；填料为硅酸镁的净化小柱，SimplyLab 1000 mg/6 mL的PSA/Silica复合填料玻璃小柱；邻苯二甲酸酯类化合物标准溶液，浓度1000µg/mL，来源于美国百灵威公司，冷藏并于暗处保存。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的提取 准确称取10.0 g经过自然风干的土壤试样，严格按照《土壤和沉积物有机物的提取加压流体萃取法》(HJ783—2016)执行[19]，试验空白采用硅藻土代替，按照与实际土样同样的程序进行。

1.3.2 净化步骤 对于本次所用的土壤样品，采用如下的净化方法：用10 mL正己烷活化净化柱，待小柱的溶剂近干时，用体积比为9:1的正己烷-丙酮混合溶剂5 mL淋洗净化柱，注意控制流速（约1滴/s），然后用体积比为1:1的正己烷-丙酮混合溶液10 mL洗脱小柱。通氮气进行干燥，并及时用正己烷润洗管壁。浓缩至约0.5 mL时，用正己烷定容至1 mL。

1.3.3 色谱条件 色谱柱：安捷伦HP-5MS，毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度300℃，不分流进样；柱箱温度为80℃ (1 min)→30℃/min→160℃→10℃/min→220℃→5℃/min→300℃。

1.3.4 质谱条件 四级杆温度150℃；离子源温度为230℃；质谱传输线温度300℃，采用电子轰击离子源(EI)，设定电离能量为70 eV。扫描方式选择MRM（多反应检测扫描）模式，在此条件下邻苯二甲酸酯类化合物的保留时间、监测离子及碰撞能量见表1。

2 结果与分析

2.1 定性方法

既定分析条件下，邻苯二甲酸酯类化合物总离子流色谱图见图1。

图1 邻苯二甲酸酯类化合物的总离子流色谱图

2.2 提取溶剂对回收率的影响

萃取溶剂和目标化合物本身的化学性质对实验过程和实验结果有很大关系。查阅相关文献后，按1.3所述步骤，分别以正己烷:丙酮(1:1，V:V)、二氯甲烷:丙酮(1:1，V:V)[15]、乙酸乙酯溶剂[7]作为提取液。结果表明，以上3种方式对萃取邻苯二甲酸酯类化合物均有效，回收率均在70%～112%之间，其中丙酮:二氯甲烷(1:1，V:V)溶剂萃取邻苯二甲酸酯类化合物的回收率在75.6%～112%之间，当萃取液为丙酮:正己烷(1:1，V:V)时，回收率最高为108%，最低为87.7%。而乙酸乙酯萃取效果为回收率在70.2%～95.0%之间。综上，使用丙酮:正己烷(1:1，V:V)为本试验方法的有效提取溶剂，加标回收效果相对更高、更好。

2.3 净化小柱对回收率的影响

净化方式有很多，受条件所限，笔者选择硅酸镁净化小柱、氧化铝小柱、PSA/Silica复合填料玻璃柱对样品进行净化。试验选用正己烷:丙酮(1:1)10 mL作为洗脱液，计算回收效果。试验结果显示，当用PSA/Silica复合填料玻璃柱作为净化柱时，邻苯二甲酸酯类化合物的回收率最低为75.0%；选择硅酸镁小柱作为净化柱时，邻苯二甲酸酯类化合物的回收率最低为70.0%；而用氧化铝小柱作为净化柱时，邻苯二甲酸酯类化合物的回收率最低为65.0%。因此，通过比较，本试验选用PSA/Silica复合填料玻璃柱作为净化柱。

2.4 定量方法

取1000µg/mL的碳酸酯类化合物标准溶液，用正己烷溶剂稀释，配制成浓度为10µg/mL的标准储备液，取标准储备液2、5、10、50、100 μL于1 mL正己烷的样品瓶中。标液现配现用，在1.3.3和1.3.4色谱条件下测定。按照仪器参考分析条件，配制成5个不同浓度的标准系列校准曲线见表2。

表2 6种邻苯二甲酸酯类化合物的标准工作曲线方程、相关系数

2.5 方法的检出限、精密度与正确度

试验采用外标法进行定量，称取7份空白土壤样品10.0 g，加入邻苯二甲酸酯类化合物标准溶液2 μL，此时土壤中邻苯二甲酸酯类化合物加标浓度为2 μg/kg，采用上述前处理过程，所有土壤样品经提取后浓缩至1 mL待测。按HJ 168—2010计算检出限(MDL)，如式(1)所示[18]。方法检出限见表2。

式中，当样品的平行测定次数n=7时，t(n-1,0.99)=3.143。各取6份空白土壤样品10.0 g进行加标测试，样品中邻苯二甲酸酯类化合物加标量分别为2、10 μg/kg，用该方法测定，邻苯二甲酸酯类化合物的加标回收率为84.6%～98.3%，测定结果的相对标准偏差为2.7%～12%。

3 结论

通过比较和结合土壤中邻苯二甲酸酯类化合物分析测定处理过程，选用ASE-GC/MS/MS测定土壤中碳酸酯类，当萃取溶剂为正己烷:丙酮(1:1)，选择PSA/Silica复合填料玻璃柱为净化柱时[22]，该方法相关性较好，R均大于0.995，这6种物质的回收效果好，回收率为84.6%～98.3%[18]，相对标准偏差为2.7%～12%，检出限在0.2～0.8 μg/kg之间。该方法简单便捷、高效、低毒、灵敏度高，极大程度上节约了人工及减少了人体的接触，完全符合土壤中邻苯二甲酸酯类化合物的测定分析要求，具有实际应用性。

4 讨论

土壤和沉积物中邻苯二甲酸酯类化合物的测定分析困难主要在于前处理过程。本试验方法采用加压流体萃取土壤中邻苯二甲酸酯类化合物，与以往液液萃取[14]、振荡萃取[15]、旋转蒸发浓缩、超声波萃取、索氏提取[16]等前处理方法相比，可以实现自动化、便捷化操作，大大节约了前处理时间，同时减少了人为接触过程，适于批量土壤样品的分析测定。

相关文献显示，邻苯二甲酸酯类化合物的测定方法主要有气相法和气质联用法，提取溶剂有乙腈[5]、二氯甲烷[16]、正己烷、丙酮[20]、乙酸乙酯[20-21]等，但乙酸乙酯平行性差，准确度低，二氯甲烷毒性比较大。通过方法对比及考虑加标回收率和人员操作安全性后，优先考虑将正己烷丙酮(1:1，V:V)作为萃取溶剂，对这6种物质可以实现很好的萃取分离[18]。

土壤和沉积物构成成分复杂，萃取出的溶液含有的杂质成分也比较多，如果不进行有效净化，会造成杂峰变多、色谱峰变形、柱效变差，严重损害色谱柱，并使仪器灵敏度下降。相关文献显示，试样净化方法有很多种，如吸附色谱法、硫酸法、凝胶渗透色谱法[3]、吸附剂法[17]等。受条件所限，本研究选择PSA/Silica复合填料玻璃柱、氧化铝小柱、硅酸镁净化小柱对样品进行净化比较。最终选用PSA/Silica复合填料玻璃柱作为净化柱，能实现很好的净化效果。

有的方法报道土壤中邻苯二甲酸酯类化合物的测定，当针对单一化合物时，可以考虑采用GC、LC、LC/MS/MS[10-12]，但当针对多种化合物时，化合物种类多，不同物种保留时间及响应均会受到影响。而质谱则不仅可以根据目标化合物的出峰时间、母离子、子离子等离子质荷比及其相对丰度定性[21]，还可以通过定量离子及辅助定量离子准确找到目标物。因此，本研究采用气质联用法来分析邻苯二甲酸酯类化合物混合样品。