水环境中邻苯二甲酸酯分析方法的研究

113水环境中邻苯二甲酸酯分析方法的研究---土壤或沉积物中邻苯二甲酸酯类有机污染物分析方法陈丽旋曾锋*(中山大学化学系，广州，510275)摘要本文以二氯甲烷为萃取溶剂，比较了微波萃取、超声波萃取、索氏提取等三种预处理方法对邻苯二甲酸酯的萃取效率。根据萃取时间、萃取溶剂用量两因素对微波萃取效率的影响，利用正交试验的方法进行了实验条件的优化，最佳微波萃取条件为萃取时间2.0min、萃取溶剂用量25.0mL，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯的萃取回收率分别为117.6％、116.3％。同时利用正交实验，探讨了萃取时间、萃取次数、萃取溶剂用量三个因素对超声波萃取的影响，当萃取时间5.0min、萃取次数1次，萃取溶剂40.0mL时,邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯的回收率分别在81.3％～120.4％、91.0％～128.5％之间。索氏提取的回收率范围分别在92.7％～110.3％，114.1％～130.0％。结果表明，微波萃取、超声波萃取在预处理土壤或沉积物样品中邻苯二甲酸酯时，与索氏提取方法相比均具有较高的回收率，而微波萃取、超声波萃取预处理速度快，萃取溶剂少。采用微波萃取、超声波萃取处理土壤样品中邻苯二甲酸酯，可提高分析效率、节约溶剂。另外，还研究了硅胶柱、氧化铝柱、硅胶－氧化铝混合柱对邻苯二甲酸酯的分离效果。实验表明，硅胶柱对邻苯二甲酸酯特别是邻苯二甲酸二甲酯的回收率较低，氧化铝柱的回收率虽高，但对有机氯农药、多环芳烃分离效果较差，硅胶－氧化铝混合柱可同时对邻苯二甲酸酯、有机氯农药、多环芳烃进行分离，并具有较高的回收率。关键词PAEs，微波萃取，超声波萃取，净化分离，土壤、沉积物分类号O657.36邻苯二甲酸酯（PhthalateEstersPAEs）又称酞酸酯，是世界上生产量大、应用面广的人工合成有机化合物之一，它可用作农药载体、驱虫剂、化妆品、香味品、润滑剂和去污剂的生产原料，其中用量最大的是塑料增塑剂，约占其总产量的80％。广泛用于聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯的生产。随着塑料工业的发展，PAEs的生产、使用量直线增加，并且已大量进入环境，目前，这类化合物已成为一种全球性的重要的环境有机污染物。为了解PAEs在水环境中的分配过程和迁移转化机制，研究水环境中邻苯二甲酸酯类有机污染物的简单、快速分析方法将具有积极的意义。国内外已建立了一些环境样品中邻苯二甲酸酯的分析方法，如GC（FID或ECD）、GC/MS、HPLC-UV等。由于环境样品复杂，样品均需进行预处理。常用的预处理方法有液－液萃取、索氏提取等，但试剂的使用量都较大，方法费时，很难适应环境应急监测及专项污染调查的连续、快速需要。为此，本课题以邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为研究对象，以GC-MS为分析手段，研究超声波萃取、微波萃取(MAE)及索氏提取等方法对土壤中邻苯二甲酸酯的预分离方法，比较三种前处理方法对邻苯二甲酸酯的分离富集效率。同时研究硅胶柱、氧化铝柱、硅胶－氧化铝混合柱等对邻苯二甲酸酯的分离富集效率。探讨水环境（土壤）邻苯二甲酸酯类有机污染物简单、快速分析方法。1实验部分1.1试剂与仪器二氯甲烷、正己烷、丙酮为分析纯（广州试剂一厂），经过全玻璃蒸馏器重蒸；邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）。*基金项目：中山大学化学与化学工程学院创新化学实验研究基金项目（98016）资助第一作者：陈丽旋中山大学化学院98级基地班指导老师：曾锋Email：[e-mail]114硅胶：甲醇超声30min，用二氯甲烷抽提72小时，120℃活化12小时，加3％双蒸水去活化。氧化铝：中性氧化铝，甲醇超声30min，用二氯甲烷抽提72小时，180℃活化12小时，加3％双蒸水去活化。无水硫酸钠:420℃下灼烧12小时，冷却后装入玻璃瓶，并放于干燥器中贮存。脱脂棉花:用二氯甲烷索氏抽提72小时，干燥后装入玻璃瓶，并放于干燥器中贮存。玻璃纤维滤膜:将玻璃纤维滤膜置于干净的蒸发皿中，放在马福炉中500℃下灼烧2小时，冷却后拿出，弃去上面一张，置于干燥器中备用。玻璃器皿：实验所用的玻璃器皿在使用前都需用洗液浸泡，再用双蒸水清洗两次，放在烘箱中300℃下烘4小时，冷却后拿出，使用前再用少量重蒸过的正己烷、丙酮各润洗两次。实验杜绝使用任何的塑料器皿。RE52-AA型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）超声波清洗机（上海申科机械研究所）MK-I型光纤自动控压微波消解系统（上海新科微波技术应用研究所）Hewiett－Packard6890-5973型气相色谱-质谱仪Hewiett－Packard4890型气相色谱仪1.2实验方法样品的处理：准确称取5g抽提过并经GC/MS检验过的不含有机物的土壤样品，加入250µgDMP、DBP标样，静置平衡6小时。微波萃取：将平衡好的样品放入PTFE萃取内罐中，加入萃取溶剂，盖上密闭活塞后，放入密闭萃取外罐中，旋好外盖，在微波炉中以600W功率加热到选定的时间，取出萃取罐后，在空气中冷却至罐内恢复至常压。萃取液过滤后，进行旋转蒸发，并用氮气吹扫至更小体积，最后用正己烷定容至4.0mL，取1.0L进行GC/MS测定。索氏提取：用净化过的滤纸将平衡好的样品封好后，置于索氏提取器中，索氏提取器的平底烧瓶装有200mL重蒸过的二氯甲烷，抽提至设定的时间。提取液转移至梨形瓶中，旋转蒸发后，用氮气吹扫至更小体积，最后，用重蒸过的正己烷定容。取1.0L进行GC/MS测定。柱层析净化分离：分别用40mL正己烷预淋洗已装好的硅胶柱、氧化铝柱、硅胶－氧化铝柱，弃去此部分的淋洗液，当溶剂液面刚好流至无水硫酸钠面时，关上活塞，将样品转移至无水硫酸钠的表面，开启活塞并控制流速2.0mL/min，当液面降至无水硫酸钠液面时，用15mL己烷进行淋洗（3次×5.0mL），此部分主要洗脱掉多环芳烃，弃去此部分的淋洗液（经气相色谱分析，此部分几乎不含邻苯二甲酸酯）；接着用40.0mL30：70的二氯甲烷/正己烷进行洗脱（8次×5.0mL），此部分主要洗脱掉有机氯农药等污染物，弃去此部分的淋洗液；用60mL20：80的丙酮/正己烷进行淋洗（12次×5.0mL），收集此部分的淋洗液，用旋转蒸发仪浓缩至适当体积，转移至有刻度的离心管中，用氮气浓缩至更小的体积，定容2mL进行色谱分析，进样量为1.0L。GC/MS操作条件：载气为氦气，流速1mL/min；进样口温度270℃；无分流进样，进样体积1μL；采用程序升温：初始温度60℃，保持1min，以20℃/min的速度升温至280℃，保持5min；检测器温度290℃；质谱条件：接口温度280℃，EI离子源，电子能量70eV，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，电子倍增器电压1500V，质量扫描范围30-550amu。2.结果与讨论2.1.DMP、DBP的色谱图DMP、DBP的色谱图见图1。由图可见，邻苯二甲酸二甲酯与邻苯二甲酸二丁酯保留时间分别为9.208min和12.105min。115Fig.1.ChromatogramfortheseparationofDMPandDBP2.2溶剂的选择萃取邻苯二甲酸酯一般用正己烷、环己烷或二氯甲烷，由于微波萃取的萃取效率与溶剂的极性有极大的关系，极性越大，溶剂接受微波辐射的能量越强，而前两者的极性极弱，不适合于微波萃取，故选择二氯甲烷作为萃取剂，根据文献的报道，二氯甲烷对邻苯二甲酸酯具有很好的萃取效果。2.3微波萃取PAEs的条件优化利用正交设计实验方法,以二氯甲烷做溶剂,对萃取时间、萃取溶剂的用量两个可能影响测定结果的因素进行研究，各因素均取三个水平。萃取剂用量为20.0、25.0、30.0mL，洗脱时间为2.0、4.0、6.0min。结果如表1。Table1DesignoftheexperimentalconditionsforMAEofPAEsNo.Heatingtime/minSolventvolume/mLAverageRecovery/%DMPDBP122094.0108.12225111.7118.4323082.898.8442095.7108.95425117.6116.3643074.8101.9762091.494.38625118.1124.1963081.1115.4K1288.5325.3281.1311.3∑867.2∑986.2K2288.1327.1347.3358.8K3290.6333.8238.8316.4K196.2108.493.7103.8K296.0109.0115.8119.6K396.9111.379.6105.4R2.58.5108.547.5116由表1可知：（1）萃取溶剂的用量是影响最大的因素，在溶剂用量为20.0mL与25.0mL间时，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯的萃取回收率随萃取剂用量的增加而增大，而在25.0mL与30.0mL间，萃取剂用量的增加反而使萃取率下降，这可能是因为30.0mL时，相对于萃取罐的容量来说，溶剂用量过大，从而使微波的萃取罐泄漏严重，使得样品流失，因而使萃取率下降；（2）萃取时间对萃取效率的影响较次之，萃取效率随萃取时间的增加略有提高，但与溶剂用量的影响程度相比较，则影响较小。考虑快速、简便，实验选择萃取时间4.0min；基于萃取罐的泄漏问题以及节约溶剂，减少试剂对环境造成的二次污染，萃取溶剂用量为25.0mL，在此条件下，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯的萃取率分别为117.6％、116.3％。2.4超声波萃取PAEs的条件优化利用三因素三水平正交设计实验方法，以二氯甲烷为萃取溶剂，考察了萃取时间、萃取次数、萃取溶剂用量三个因素对超声波萃取邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯效率的影响。各因素均取三个水平，萃取时间分别为5.0、15.0、20.0min，萃取次数分别选用1、2、3次，萃取溶剂的用量分别为20.0、40.0、60.0mL。正交实验结果见表2。Table2DesignoftheexperimentalconditionsforUltrasonicextractionofPAEsNo.Heatingtime/minTimesofextractionSolvent.volume/mLAverageRecovery/％DMPDBP15120112.1113.225240120.4120.935360109.0128.5415140139.5127.351526081.3124.261532072.291.0720160118.2125.482022073.786.3920340108.1112.0K1341.5362.6369.8365.9258.0290.5∑934.5∑1028.8K2293342.5275.4331.4368.0360.2K3300323.7289.3331.5308.5378.1K1113.8120.9123.3122.086.096.8K297.7114.291.8110.5122.6120.1K3100.0107.996.4110.5102.8126.0R48.538.994.434.511087.6由表2可知：（1）萃取溶剂的用量对萃取效率的影响最明显，随着溶剂用量的增加，萃取效率明显的提高，特别是对邻苯二甲酸二丁酯，其萃取效率受溶剂用量的影响较邻苯二甲酸二甲酯的要明显；（2）萃取次数对萃取效率的影响居中，萃取次数的增加反而使萃取效率下降；(3)萃取时间对萃取效率的影响相对于其它两因素来说是最小的，萃取时间的增加并不能有效地提高117超声波的萃取效率。为快速、简便、节约溶剂及减少其对环境的二次污染，实验选用超声波萃取的最佳实验条件为萃取时间5.0min、萃取次数1次，萃取溶剂40.0mL。2.5索氏提取采用250mL索氏提取器，200mL二氯甲烷为溶剂，萃取时间对萃取效率的影响,如图2。由图2可见，经典的索氏提取方法对邻苯二甲酸酯的提取具有较高效率，而且对于邻苯二甲酸酯，用索氏提取法6小时即能基本上将邻