用氣相色譜法測定土壤和蔬菜中PAEs的含量

1、用氣相色譜法測定土壤和蔬菜中PAEs的含量關(guān)鍵詞:PAEs;氣相色譜法;蔬菜樣品文章編號:1009-2374 #8197;(2010)30-0039-04 PAEs(鄰苯二甲酸酯Phthalic Acid Esters的簡稱,別名酞酸酯)是一類重要的有機化合物質(zhì),常見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,最常見的是DBP和DEHP,為無色油狀粘稠液體,一般難溶于水,易溶于有機溶劑,屬中等極性物質(zhì)。 1土壤和蔬菜中PAEs的來源 PAEs類有機物主

2、要用作塑料的增塑劑,增大產(chǎn)品的可塑性和提高產(chǎn)品的強度,它在塑料中的含量僅次于高聚物如在聚氯乙烯(PVC)中的添加量,高達20%30%;也可用作農(nóng)藥載體,驅(qū)蟲劑、化妝品、香味品、潤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,彼此保留各自相對獨立的化學(xué)性,因此隨著時間的推移,可由塑料中遷移到外環(huán)境,造成對空氣、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)境中已達到了普遍檢出的程度,過去一直認為PAEs的毒性低,因而毫無限制地生產(chǎn),但近年來的研究結(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

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)決定了其進入環(huán)境后的行為,對PAEs來說,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)過程。據(jù)估計,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,或者幾乎沒有揮發(fā)損失。盡管目前尙沒有見到有關(guān)PAEs光解作用的報道,但根據(jù)其在紫外光、可見光范圍內(nèi)沒有光譜吸收這一現(xiàn)象可以推斷,它們很難進行光化學(xué)反應(yīng),不可能通過光化轉(zhuǎn)化。 2PAEs的生態(tài)毒性 2.1對動物的毒性 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。動物實驗表明,PAEs在大劑量情況下,對動物有致畸、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,影響生殖機能等。PAEs含有較弱的雌性荷爾蒙活性成分。對大白鼠的飼料投放DEHP后發(fā)現(xiàn)雌性大白鼠性周期延長,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,動物試驗還表明,PAEs具有影響生物體內(nèi)分泌和導(dǎo)致癌細胞增殖的作用。對動物的生化效應(yīng)主要表現(xiàn)為過氧化酶體增生、足細胞毒性、肝臟促進作用、抗雄激素等。 2.2對水生生物

5、的毒性 動物和植物對PAEs都有一定的富集作用。生態(tài)模擬實驗和單個物種的研究都表明PAEs能對水生植物和魚類所富集。某些魚類的生物富集因子高達102104。 2.3對人體的危害 PAEs對人體健康的影響是一個慢性的過程,需要較長的時間才會出現(xiàn),而且可能通過胎盤和授乳產(chǎn)生跨代影響。 3PAEs對環(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,對大氣的污染主要來源于噴涂涂料、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,說明對大氣的污染相當普遍。 地表水和地下水中的PAEs的來源: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值與烷基的長度和結(jié)構(gòu)相關(guān),PAEs中烷基越長,Kow值越大。隨Kow值的增大,也越易于被有機物吸附,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會強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,特別是烷基鏈較長的PAEs。有人研究水中90%的DEHP吸附于底泥,底泥

7、中有機碳含量越高,吸附越強烈。雖然PAEs在水中溶解度很低,但是在表層水中由于有機物的吸附或溶于水中的有機大分子的存在,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,烷基鏈長的DEHP Kp值最高,說明其強烈地被吸附,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。 從文獻報道中可以看出,我國對于環(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,已成了地球上無處不在的污染物質(zhì)。

8、PAEs能被植物吸收,并通過食物鏈進入人體,可能會對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當?shù)赝寥篮褪卟酥蠵AEs含量的測定,了解PAEs對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)。通過對蔬菜進行不同時間洗滌實驗的比較,找出比較合理的浸泡時間和理想的洗滌材料,從而能減少蔬菜中PAEs的含量及對人體的危害。 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,必須采用適當?shù)奶崛》椒?目前主要應(yīng)用的是超聲提取方法。對土壤樣品中PAEs的測定,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、微型硅膠柱層析進行預(yù)分離。土壤中PAEs的處理方法一般是將土壤樣品風干,研磨后過篩,過去使用索氏萃取法,但該方法溶劑用量大,萃取時間長,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總量的測定,色譜法的選擇性強,可單獨測定各種PAEs的含量。 氣相色譜(GC)尤其是高分辨毛細管氣相色譜是分析PAEs的有效方法之一。常用的檢測器有電子捕獲檢測器(ECD)和氫火焰離子化檢測器(FID),早期主要使用各種填充柱,上世紀八十年代以來,以彈性好、分離效率高的涂壁開口石英毛細管柱為主。在實際樣品的測試過程中,可根據(jù)待測樣品的特點,選擇最佳的色譜條件。氣相色譜法具有較高的靈敏度,但檢測器易受其他有機物的污染,因而靈敏度變動較大,對

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)自然風干后裝于紙袋中備用。 7.2蔬菜樣品 菠菜和黃瓜都購于當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場,購買時均用紙袋包裝,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 以風干的土樣用研缽研磨后過50目篩,準確稱5.00g于碘價瓶中,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。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/丙酮溶液將其潤濕,并用真空泵抽干,防止倒入樣品

12、溶液時將其充散。將樣品的提取液混勻后連并土樣一起倒入砂芯漏斗中,打開真空泵,同時將碘價瓶用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的無水硫酸鈉。打開活塞,用100.4的石油醚/乙醚10ml預(yù)淋洗層析柱,當預(yù)淋洗液的液面剛好下降到無水硫酸鈉上層時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內(nèi)壁。當液面下降到無水硫酸鈉上層時,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。在操作過程中要注意控制流速不能過快或過慢,過快色素吸收不充分,過慢吸收的色素帶容易隨著淋洗液下移,同時會造成層析柱內(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(一級色譜純)定容至2mL,搖晃數(shù)次使干燥于瓶底的待測物充分溶解。避光保存至少12小時,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,每個時間段做三個平行實驗。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,準確稱取10.00g于碘價瓶中,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/丙酮溶液沖洗機頭,盡量將機頭洗干凈,減少PAEs的損失。沖洗液并入碘價瓶中,搖勻避光保存。同時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頭。 高速粉碎后的植物樣品在處理過程中容易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象,需用2%無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,固定在鐵架臺上,砂芯漏斗直接接真空泵,分液漏斗內(nèi)盛放70mL 2%無水硫酸鈉溶液,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上,使其靜止分層。溶液分為上下兩層,上一層有顏色,為有機相石油醚層,內(nèi)含有萃取的PAEs;下一層為乳白色,主要有無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。將兩次所得有機相層全部接入平底燒瓶中,同時用石油醚沖洗兩個分液漏斗,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,每個時間段做三個平行實驗。其后的前處理過程同處理一。 菠菜的前處理過程同黃瓜。 9氣相色譜分析 9.1進樣口溫度的選擇 PAEs的沸點高,進樣口溫度低不利于汽化。選擇不同的進樣口溫度進行實驗,最后選用270,此溫度有利于PAEs的完全汽化,得到準確數(shù)值。 9.2載氣流速的選擇 不同的載氣流速對PAEs的出峰時間有很大影響,經(jīng)過實驗,從分析時間和分離

17、效果綜合考慮選用2.45374mL/min。 9.3進樣方式的選擇 分流/不分流進樣是毛細管GC最常用的進樣方式,分流進樣是載氣進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。小部分進入色譜柱。分流進樣的適用范圍寬,靈活性大,是毛細管GC的首選進樣方式,但分流進樣會降低檢測的靈敏度,不適合低濃度樣品的測定。不分流進樣有明顯高于分流進樣的靈敏度,適合痕量物質(zhì)的檢測,但不分流進樣產(chǎn)生的溶劑峰拖尾卻會延長分析時間?？紤]各因素,實驗運用分流進樣,分流比為15。 9.4色譜條件 氫火焰光度檢測器(FID)溫度為300;進樣口溫度為280;柱溫(程序升溫)為140(3min)50/min 2

18、70(5min);載氣為氮氣,純度為99.99%載氣壓為8.5MPa;總流速為24mL/min;流速為2.45374mL/min;分流進樣分流比為15;進樣量為2.0 micro;L;毛細管柱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標準溶液的配制 分別配制1.0102ppm、10ppm、5ppm、1ppm的鄰苯二甲酸酯甲醇標準溶液;制備DEHP的甲醇溶液及DBP和DEHP的混合標樣。 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)過嚴格的洗滌,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,在整個實驗過程中避免使用塑料。 9.7定性分析 用PAEs單標和混合標樣測定各種PAEs的保留時間,樣品的定性分析采用與標樣的保留時間相對照的方法進行。 9.8定量分析 樣品處理后進行色譜分析,所得的峰面積與標樣的標準曲線相比較,通過計算得出樣品中含該種PAEs的實際濃度。 9.9標準曲線的繪制 配制的1ppm和10ppm的DBP和DEHP的混合標樣為標準品,用1ppm混標4 micro;L,10ppm混標2 micro;L、4 micro;L、6 micr

20、o;L、8 micro;L進樣,得到分析數(shù)據(jù),以濃度為橫坐標,峰面積為縱坐標做標準曲線。 DBP的標準曲線為:y=121.93x 1947.6R2=0.9973 DEHP的標準曲線為: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)過處理后用氣相色譜檢測分析,對其分析所得數(shù)值進行計算,得出該方法的添加回收率,見表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)過前處理的樣品用氣相色譜法分析測得峰面積,將數(shù)據(jù)帶入所得的標準曲線求出實際含量。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黃瓜的洗滌實驗 樣品 空白實驗 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菠菜的洗滌實驗 樣品 空白實驗 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定容后靜置時間的影響 凈化液蒸干定容后要靜置一定的時間,至少在12小時以上,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,使得檢測值偏小。在靜置過程中不時搖晃燒瓶,使瓶壁上