用氣相色譜法測(cè)定土壤和蔬菜中PAEs的含量

1、用氣相色譜法測(cè)定土壤和蔬菜中PAEs的含量關(guān)鍵詞:PAEs;氣相色譜法;蔬菜樣品文章編號(hào):1009-2374 #8197;(2010)30-0039-04 PAEs(鄰苯二甲酸酯Phthalic Acid Esters的簡(jiǎn)稱,別名酞酸酯)是一類重要的有機(jī)化合物質(zhì),常見(jiàn)的有鄰苯二甲酸二甲酯(DMP);鄰苯二甲酸二乙酯(DEP);鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP);鄰苯二甲酸二正辛酯(DOP);鄰苯二甲酸二異辛酯(DEHP)和鄰苯二甲酸丁基芐酯(BBP)。其中,最常見(jiàn)的是DBP和DEHP,為無(wú)色油狀粘稠液體,一般難溶于水,易溶于有機(jī)溶劑,屬中等極性物質(zhì)。 1土壤和蔬菜中PAEs的來(lái)源 PAEs類有機(jī)物主

2、要用作塑料的增塑劑,增大產(chǎn)品的可塑性和提高產(chǎn)品的強(qiáng)度,它在塑料中的含量?jī)H次于高聚物如在聚氯乙烯(PVC)中的添加量,高達(dá)20%30%;也可用作農(nóng)藥載體,驅(qū)蟲劑、化妝品、香味品、潤(rùn)滑劑和去泡劑的生產(chǎn)原料。在塑料中PAEs與聚烯烴類塑料分子之間由氫鍵或范德華力連接,彼此保留各自相對(duì)獨(dú)立的化學(xué)性,因此隨著時(shí)間的推移,可由塑料中遷移到外環(huán)境,造成對(duì)空氣、水和土壤的污染。目前,PAEs在全球主要工業(yè)園的生態(tài)環(huán)境中已達(dá)到了普遍檢出的程度,過(guò)去一直認(rèn)為PAEs的毒性低,因而毫無(wú)限制地生產(chǎn),但近年來(lái)的研究結(jié)果表明多種PAEs具有一般毒性和特殊毒性。隨著工業(yè)生產(chǎn)和塑料制品的使用,塑料垃圾大量增加,PAEs不斷進(jìn)

3、入環(huán)境,已成為全球性最普遍的污染物之一,廣泛存在于大氣、水體、土壤、生物體等環(huán)境中。 PAEs的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了其進(jìn)入環(huán)境后的行為,對(duì)PAEs來(lái)說(shuō),水解作用、揮發(fā)作用和光解作用都不是它們的重要反應(yīng)過(guò)程。據(jù)估計(jì),PAEs的水解半衰期從鄰苯二甲酸二乙基酯的3.2年到鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯的2000年不等。由于其較低的蒸氣壓,它們的揮發(fā)損失是很少的,或者幾乎沒(méi)有揮發(fā)損失。盡管目前尙沒(méi)有見(jiàn)到有關(guān)PAEs光解作用的報(bào)道,但根據(jù)其在紫外光、可見(jiàn)光范圍內(nèi)沒(méi)有光譜吸收這一現(xiàn)象可以推斷,它們很難進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng),不可能通過(guò)光化轉(zhuǎn)化。 2PAEs的生態(tài)毒性 2.1對(duì)動(dòng)物的毒性 PAEs本身急性毒性較低,但在生物體

4、內(nèi)很容易降解為酞酸單酯、酞酸和醇而具有一定的毒性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,PAEs在大劑量情況下,對(duì)動(dòng)物有致畸、致癌和致突變作用。其亞急性毒性主要表現(xiàn)為損害肝、腎、睪丸,抑制精子形成,影響生殖機(jī)能等。PAEs含有較弱的雌性荷爾蒙活性成分。對(duì)大白鼠的飼料投放DEHP后發(fā)現(xiàn)雌性大白鼠性周期延長(zhǎng),血清中雌性激素濃度減輕;妊娠大白鼠胎鼠死亡率上升,并出現(xiàn)畸形胎鼠。對(duì)雄性大白鼠投放DEHP以后,年輕雄性大白鼠出現(xiàn)精管委縮和前列腺重量減輕的癥狀。此外,動(dòng)物試驗(yàn)還表明,PAEs具有影響生物體內(nèi)分泌和導(dǎo)致癌細(xì)胞增殖的作用。對(duì)動(dòng)物的生化效應(yīng)主要表現(xiàn)為過(guò)氧化酶體增生、足細(xì)胞毒性、肝臟促進(jìn)作用、抗雄激素等。 2.2對(duì)水生生物

5、的毒性 動(dòng)物和植物對(duì)PAEs都有一定的富集作用。生態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)和單個(gè)物種的研究都表明PAEs能對(duì)水生植物和魚類所富集。某些魚類的生物富集因子高達(dá)102104。 2.3對(duì)人體的危害 PAEs對(duì)人體健康的影響是一個(gè)慢性的過(guò)程,需要較長(zhǎng)的時(shí)間才會(huì)出現(xiàn),而且可能通過(guò)胎盤和授乳產(chǎn)生跨代影響。 3PAEs對(duì)環(huán)境的污染 PAEs在大氣中以氣態(tài)和吸附于顆粒物上兩種形態(tài)存在,對(duì)大氣的污染主要來(lái)源于噴涂涂料、焚燒塑料垃圾和農(nóng)用薄膜中增塑劑的揮發(fā)。世界各地的大氣中都已檢出PAEs,說(shuō)明對(duì)大氣的污染相當(dāng)普遍。 地表水和地下水中的PAEs的來(lái)源:直接途徑是含有該類化合物的工業(yè)廢水的排放、固體廢棄物的堆放和雨水淋洗以及PV

6、C塑料的緩慢釋放;間接途徑是該類化合物首先排入大氣,然后通過(guò)干沉降或雨水淋洗而轉(zhuǎn)入水環(huán)境中。 4PAEs在環(huán)境中的遷移 PAEs在環(huán)境中的遷移情況與其烷基的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。PAEs的正辛醇水分配系數(shù)Kow值與烷基的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)相關(guān),PAEs中烷基越長(zhǎng),Kow值越大。隨Kow值的增大,也越易于被有機(jī)物吸附,在不同介質(zhì)中的遷移速度也就越慢。由于PAEs的亨利系數(shù)低、沸點(diǎn)高和蒸氣壓低,所以只能緩慢的揮發(fā)到大氣中,而存在于大氣中的PAEs會(huì)強(qiáng)烈地吸附于顆粒物上,僅有少量以氣態(tài)形式存在。在水底泥體系中,PAEs大多吸附于底泥上,特別是烷基鏈較長(zhǎng)的PAEs。有人研究水中90%的DEHP吸附于底泥,底泥

7、中有機(jī)碳含量越高,吸附越強(qiáng)烈。雖然PAEs在水中溶解度很低,但是在表層水中由于有機(jī)物的吸附或溶于水中的有機(jī)大分子的存在,而使其中PAEs的含量大為增加。PAEs在水底泥體系中的遷移情況Kp值有關(guān),水底泥分配系數(shù)Kp分別為1.22和1400。分子量大,烷基鏈長(zhǎng)的DEHP Kp值最高,說(shuō)明其強(qiáng)烈地被吸附,難于遷移。而分子量小、烷基鏈短的DEP Kp值較小,它在該體系中遷移速度較快。 從文獻(xiàn)報(bào)道中可以看出,我國(guó)對(duì)于環(huán)境中PAEs的研究已經(jīng)取得了一定的成果,已建立了可靠的分析方法,并用這些方法在我國(guó)大氣、飲用水和土壤等環(huán)境樣品中檢出PAEs。PAEs由于難以迅速降解,已成了地球上無(wú)處不在的污染物質(zhì)。

8、PAEs能被植物吸收,并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體,可能會(huì)對(duì)人體健康造成危害并擾亂生態(tài)平衡,必須引起人們的重視。本文用氣相色譜法對(duì)當(dāng)?shù)赝寥篮褪卟酥蠵AEs含量的測(cè)定,了解PAEs對(duì)土壤和蔬菜的污染情況,為污染物的控制和治理提供基本數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)蔬菜進(jìn)行不同時(shí)間洗滌實(shí)驗(yàn)的比較,找出比較合理的浸泡時(shí)間和理想的洗滌材料,從而能減少蔬菜中PAEs的含量及對(duì)人體的危害。 5土壤和生物樣品的前處理技術(shù) 要將PAEs從生物體中提取出來(lái),必須采用適當(dāng)?shù)奶崛》椒?目前主要應(yīng)用的是超聲提取方法。對(duì)土壤樣品中PAEs的測(cè)定,樣品前處理與大氣樣品差不多,通常采用索氏提取或超聲提取等方法初步富集分離后,再用硅膠-氧化鋁雙柱層析或

9、微型硅膠柱層析進(jìn)行預(yù)分離。土壤中PAEs的處理方法一般是將土壤樣品風(fēng)干,研磨后過(guò)篩,過(guò)去使用索氏萃取法,但該方法溶劑用量大,萃取時(shí)間長(zhǎng),易受污染,空白值大。采用超聲萃取法萃取PAEs,溶劑用量少,空白值低,回收率在88.5%105.0%之間。微波溶出法和超臨界流體萃取是近幾年發(fā)展起來(lái)的樣品前處理技術(shù),主要適用于固體或半固體樣品。與傳統(tǒng)的索氏萃取法和超聲萃取法相比,微波萃取操作簡(jiǎn)便,溶劑消耗量少,樣品處理量大。利用微波萃取技術(shù)萃取海洋沉積物和土壤中的PAEs,回收率較高。超臨界流體萃取與液液萃取不同在于它的萃取劑是超臨界流體。超臨界流體萃取由于高效、快速、后處理簡(jiǎn)單,易于和其他儀器分析方法聯(lián)用,

10、可避免樣品轉(zhuǎn)移的損失,是一種很理想的樣品前處理技術(shù)。 6氣相色譜法 環(huán)境中PAEs的測(cè)試方法有分光光度法、氣相色譜法、高效液相色譜法。分光光度法只限于PAEs總量的測(cè)定,色譜法的選擇性強(qiáng),可單獨(dú)測(cè)定各種PAEs的含量。 氣相色譜(GC)尤其是高分辨毛細(xì)管氣相色譜是分析PAEs的有效方法之一。常用的檢測(cè)器有電子捕獲檢測(cè)器(ECD)和氫火焰離子化檢測(cè)器(FID),早期主要使用各種填充柱,上世紀(jì)八十年代以來(lái),以彈性好、分離效率高的涂壁開(kāi)口石英毛細(xì)管柱為主。在實(shí)際樣品的測(cè)試過(guò)程中,可根據(jù)待測(cè)樣品的特點(diǎn),選擇最佳的色譜條件。氣相色譜法具有較高的靈敏度,但檢測(cè)器易受其他有機(jī)物的污染,因而靈敏度變動(dòng)較大,對(duì)

11、樣品的前處理要求較高。 7采樣 7.1土樣 菠菜大棚內(nèi)的土樣、黃瓜大棚內(nèi)的土樣均采于本市蔬菜基地。用采樣器分別采取深度為05、510、1020、2040。樣品經(jīng)自然風(fēng)干后裝于紙袋中備用。 7.2蔬菜樣品 菠菜和黃瓜都購(gòu)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng),購(gòu)買時(shí)均用紙袋包裝,不能用塑料袋,以避免PAEs的污染。 8樣品處理 8.1土樣的處理 以風(fēng)干的土樣用研缽研磨后過(guò)50目篩,準(zhǔn)確稱5.00g于碘價(jià)瓶中,加入石油醚/丙酮(V/V)為11溶液60ml。搖勻,靜止。用振蕩提取器提取30min后靜置放置數(shù)小時(shí)。再用砂芯漏斗抽濾,砂芯上鋪一層助濾劑厚度要適中,并用11的石油醚/丙酮溶液將其潤(rùn)濕,并用真空泵抽干,防止倒入樣品

12、溶液時(shí)將其充散。將樣品的提取液混勻后連并土樣一起倒入砂芯漏斗中,打開(kāi)真空泵,同時(shí)將碘價(jià)瓶用11的石油醚/丙酮溶液每次10mL洗滌3次,將洗滌液轉(zhuǎn)入砂芯漏斗中,盡可能的將所需測(cè)定的成分轉(zhuǎn)移完全。 濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在32下濃縮至35ml后進(jìn)行凈化處理。稱取弗羅里硅土(已活化)6g 活性炭(已活化)0.5g,混勻后裝柱,上加2cm的無(wú)水硫酸鈉。打開(kāi)活塞,用100.4的石油醚/乙醚10ml預(yù)淋洗層析柱,當(dāng)預(yù)淋洗液的液面剛好下降到無(wú)水硫酸鈉上層時(shí)倒入濃縮好的提取液,并用103的石油醚/乙醚淋洗液沖洗平底燒瓶的瓶口,在燒瓶中加入少量淋洗液沖洗燒瓶?jī)?nèi)壁。當(dāng)液面下降到無(wú)水硫酸鈉上層時(shí),加入沖洗液并用淋洗液沖洗

13、瓶口,如此反復(fù)沖洗燒瓶5次,最后加入80mL 103的石油醚/乙醚,可將柱子淋洗干凈。在操作過(guò)程中要注意控制流速不能過(guò)快或過(guò)慢,過(guò)快色素吸收不充分,過(guò)慢吸收的色素帶容易隨著淋洗液下移,同時(shí)會(huì)造成層析柱內(nèi)吸附劑斷層。 將凈化好的提取液旋轉(zhuǎn)蒸干,所用溫度為35。用甲醇(一級(jí)色譜純)定容至2mL,搖晃數(shù)次使干燥于瓶底的待測(cè)物充分溶解。避光保存至少12小時(shí),保存期間不斷搖晃燒瓶,待到溶解完全后將溶解液轉(zhuǎn)移到5mL具塞試管中,氣相色譜分析,進(jìn)樣量為2ul。 8.2蔬菜樣品的處理 蔬菜樣品的處理分為兩部分: 處理一:搓洗一遍黃瓜后分別在清水中浸泡10min和15min,每個(gè)時(shí)間段做三個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。浸泡黃瓜用

14、不銹鋼或玻璃器皿,不能用塑料制品,避免交叉污染。 將浸泡后的樣品切碎后混勻,準(zhǔn)確稱取10.00g于碘價(jià)瓶中,加入100mL 31的石油醚/丙酮溶液,14000r/min條件下高速分散3min,每次分散打漿完畢后用適量的31的石油醚/丙酮溶液沖洗機(jī)頭,盡量將機(jī)頭洗干凈,減少PAEs的損失。沖洗液并入碘價(jià)瓶中,搖勻避光保存。同時(shí)注意避免不同樣品的交叉污染,在同種樣品高速分散以后用清水徹底清洗機(jī)頭。 高速粉碎后的植物樣品在處理過(guò)程中容易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象,需用2%無(wú)水硫酸鈉溶液分層處理,除去樣品中所含有的水分及提取液中的丙酮溶液。在分層之前需先通過(guò)砂芯漏斗抽濾,為減少PAEs的損失,可將砂芯漏斗與分液漏斗

15、連接,固定在鐵架臺(tái)上,砂芯漏斗直接接真空泵,分液漏斗內(nèi)盛放70mL 2%無(wú)水硫酸鈉溶液,濾液直接滴入分液漏斗中,這樣就可以減少一步的轉(zhuǎn)移操作。 抽濾完后,蓋好分液漏斗活塞,用力振搖,大約3min,每次振搖完畢后要注意旋轉(zhuǎn)活塞放氣。搖勻后將分液漏斗固定于鐵架臺(tái)上,使其靜止分層。溶液分為上下兩層,上一層有顏色,為有機(jī)相石油醚層,內(nèi)含有萃取的PAEs;下一層為乳白色,主要有無(wú)水硫酸鈉溶液和丙酮溶劑。將下層乳白色溶液放出,轉(zhuǎn)移至另一分液漏斗中,再加入50mL石油醚,再萃取兩次,使PAEs能萃取充分。將兩次所得有機(jī)相層全部接入平底燒瓶中,同時(shí)用石油醚沖洗兩個(gè)分液漏斗,沖洗液并入平底燒瓶中。在32旋轉(zhuǎn)濃縮

16、至35mL后過(guò)柱凈化,柱中先加已混勻的弗羅里硅土(已活化)7g 活性炭(已活化)0.5g,以下凈化步驟與土樣凈化步驟完全相同。氣相色譜分析進(jìn)樣量也為2ul。 處理二:在滴有洗潔精的洗滌液中搓洗一遍黃瓜,分別浸泡10min和15min后用清水沖洗干凈,每個(gè)時(shí)間段做三個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。其后的前處理過(guò)程同處理一。 菠菜的前處理過(guò)程同黃瓜。 9氣相色譜分析 9.1進(jìn)樣口溫度的選擇 PAEs的沸點(diǎn)高,進(jìn)樣口溫度低不利于汽化。選擇不同的進(jìn)樣口溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最后選用270,此溫度有利于PAEs的完全汽化,得到準(zhǔn)確數(shù)值。 9.2載氣流速的選擇 不同的載氣流速對(duì)PAEs的出峰時(shí)間有很大影響,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),從分析時(shí)間和分離

17、效果綜合考慮選用2.45374mL/min。 9.3進(jìn)樣方式的選擇 分流/不分流進(jìn)樣是毛細(xì)管GC最常用的進(jìn)樣方式,分流進(jìn)樣是載氣進(jìn)入汽化室與樣品氣體混合后又分為兩部分:大部分經(jīng)分流出口放空。小部分進(jìn)入色譜柱。分流進(jìn)樣的適用范圍寬,靈活性大,是毛細(xì)管GC的首選進(jìn)樣方式,但分流進(jìn)樣會(huì)降低檢測(cè)的靈敏度,不適合低濃度樣品的測(cè)定。不分流進(jìn)樣有明顯高于分流進(jìn)樣的靈敏度,適合痕量物質(zhì)的檢測(cè),但不分流進(jìn)樣產(chǎn)生的溶劑峰拖尾卻會(huì)延長(zhǎng)分析時(shí)間。考慮各因素,實(shí)驗(yàn)運(yùn)用分流進(jìn)樣,分流比為15。 9.4色譜條件 氫火焰光度檢測(cè)器(FID)溫度為300;進(jìn)樣口溫度為280;柱溫(程序升溫)為140(3min)50/min 2

18、70(5min);載氣為氮?dú)?純度為99.99%載氣壓為8.5MPa;總流速為24mL/min;流速為2.45374mL/min;分流進(jìn)樣分流比為15;進(jìn)樣量為2.0 micro;L;毛細(xì)管柱30m0.32mm0.25 micro;m。在此條件下,PAEs化合物可以得到良好的分離鑒定效果。 9.5標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 分別配制1.0102ppm、10ppm、5ppm、1ppm的鄰苯二甲酸酯甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液;制備DEHP的甲醇溶液及DBP和DEHP的混合標(biāo)樣。 9.6玻璃儀器的洗滌 由于PAEs廣泛的存在與大氣、土壤和水中,所以所用玻璃儀器要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的洗滌,以除去玻璃儀器中PAEs的干擾。先用重鉻酸鉀洗液

19、浸泡一天,用水沖洗干凈,再用洗滌液仔細(xì)洗滌,然后依次用冷水、熱水和蒸餾水沖洗,經(jīng)丙酮洗3次后放于100烘箱中烘干,使用之前再用丙酮洗2遍,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中避免使用塑料。 9.7定性分析 用PAEs單標(biāo)和混合標(biāo)樣測(cè)定各種PAEs的保留時(shí)間,樣品的定性分析采用與標(biāo)樣的保留時(shí)間相對(duì)照的方法進(jìn)行。 9.8定量分析 樣品處理后進(jìn)行色譜分析,所得的峰面積與標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)曲線相比較,通過(guò)計(jì)算得出樣品中含該種PAEs的實(shí)際濃度。 9.9標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 配制的1ppm和10ppm的DBP和DEHP的混合標(biāo)樣為標(biāo)準(zhǔn)品,用1ppm混標(biāo)4 micro;L,10ppm混標(biāo)2 micro;L、4 micro;L、6 micr

20、o;L、8 micro;L進(jìn)樣,得到分析數(shù)據(jù),以濃度為橫坐標(biāo),峰面積為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線。 DBP的標(biāo)準(zhǔn)曲線為:y=121.93x 1947.6R2=0.9973 DEHP的標(biāo)準(zhǔn)曲線為:y=142.97x 1116.3R2=0.9976 9.10樣品的添加回收率 向樣品中添加DBP和DEHP0.1ppm、1ppm、10ppm各2ml,經(jīng)過(guò)處理后用氣相色譜檢測(cè)分析,對(duì)其分析所得數(shù)值進(jìn)行計(jì)算,得出該方法的添加回收率,見(jiàn)表2: 表2該方法的添加回收率 (%) PAEs 土壤樣品 植物樣品 添加量(ppm) 0.1 1 10 0.1 1 10 DBP(%) 104.22.1 95.13.5 102.34

21、.2 101.54.5 93.52.2 101.84.1 DEHP(%) 105.02.5 101.24.3 99.63.7 102.12.9 98.25.5 103.43.9 經(jīng)過(guò)前處理的樣品用氣相色譜法分析測(cè)得峰面積,將數(shù)據(jù)帶入所得的標(biāo)準(zhǔn)曲線求出實(shí)際含量。由下列各表可以看出不同樣品中DBP、DEHP的含量: 表3土壤中PAEs的含量(mg/kg) 土樣 菠菜大棚 黃瓜大棚 DBP DEHP DBP DEHP 05cm 7.05 7.50 6.94 7.29 510cm 5.55 4.23 5.49 4.16 1020cm 2.40 2.14 2.65 2.03 2040cm 1.12 0.

22、79 1.10 0.82 表4黃瓜的洗滌實(shí)驗(yàn) 樣品 空白實(shí)驗(yàn) 清水浸 泡10min 清水浸 泡15min 洗滌液浸 泡10min 洗滌液浸 泡15min DBP (mg/kg) 1.3025 0.6315 0.5773 0.3674 0.2023 洗脫率 - 51.52% 55.68% 71.79% 84.47% DEHP (mg/kg) 1.7177 0.9165 0.8734 0.5978 0.3766 洗脫率 - 46.64% 49.15% 65.20% 78.08% 表5菠菜的洗滌實(shí)驗(yàn) 樣品 空白實(shí)驗(yàn) 清水浸 泡10min 清水浸 泡15min 洗滌液浸 泡10 min 洗滌液浸 泡15min DBP (mg/kg) 0.5155 0.2691 0.2329 0.1735 0.1008 洗脫率 - 47.79% 54.82% 66.34% 81.72% DEHP (mg/kg) 0.3209 0.1685 0.1504 0.1279 0.0667 洗脫率 - 47.49% 52.01% 60.14% 79.21% 9.11定容后靜置時(shí)間的影響 凈化液蒸干定容后要靜置一定的時(shí)間,至少在12小時(shí)以上,若定容后直接轉(zhuǎn)移到具塞試管中,PAEs不能完全溶解到甲醇溶液中,使得檢測(cè)值偏小。在靜置過(guò)程中不時(shí)搖晃燒瓶,使瓶壁上