水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯分析方法的研究

1、水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯分析方法的研究- 土壤或沉積物中鄰苯二甲酸酯類有機污染物分析方法陳麗旋 曾鋒*基金項目：中山大學化學與化學工程學院創(chuàng)新化學實驗研究基金項目（98016）資助第一作者：陳麗旋 中山大學化學院98級基地班指導老師：曾鋒 Email：ceszf(中山大學化學系，廣州，510275)摘要 本文以二氯甲烷為萃取溶劑，比較了微波萃取、超聲波萃取、索氏提取等三種預處理方法對鄰苯二甲酸酯的萃取效率。根據(jù)萃取時間、萃取溶劑用量兩因素對微波萃取效率的影響，利用正交試驗的方法進行了實驗條件的優(yōu)化，最佳微波萃取條件為萃取時間2.0 min、萃取溶劑用量25.0 mL，鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二

2、丁酯的萃取回收率分別為117.6、116.3。同時利用正交實驗，探討了萃取時間、萃取次數(shù)、萃取溶劑用量三個因素對超聲波萃取的影響，當萃取時間5.0 min、萃取次數(shù)1次，萃取溶劑40.0 mL時, 鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯的回收率分別在81.3120.4、91.0128.5之間。索氏提取的回收率范圍分別在92.7110.3，114.1130.0。結果表明，微波萃取、超聲波萃取在預處理土壤或沉積物樣品中鄰苯二甲酸酯時，與索氏提取方法相比均具有較高的回收率，而微波萃取、超聲波萃取預處理速度快，萃取溶劑少。采用微波萃取、超聲波萃取處理土壤樣品中鄰苯二甲酸酯，可提高分析效率、節(jié)約溶劑。另外，

3、還研究了硅膠柱、氧化鋁柱、硅膠氧化鋁混合柱對鄰苯二甲酸酯的分離效果。實驗表明，硅膠柱對鄰苯二甲酸酯特別是鄰苯二甲酸二甲酯的回收率較低，氧化鋁柱的回收率雖高，但對有機氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴分離效果較差，硅膠氧化鋁混合柱可同時對鄰苯二甲酸酯、有機氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴進行分離，并具有較高的回收率。 關鍵詞 PAEs，微波萃取，超聲波萃取，凈化分離，土壤、沉積物分類號 O657.36鄰苯二甲酸酯（Phthalate Esters PAEs）又稱酞酸酯，是世界上生產(chǎn)量大、應用面廣的人工合成有機化合物之一，它可用作農(nóng)藥載體、驅蟲劑、化妝品、香味品、潤滑劑和去污劑的生產(chǎn)原料，其中用量最大的是塑料增塑劑，約占其總產(chǎn)量的

4、80。廣泛用于聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯的生產(chǎn)。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，PAEs的生產(chǎn)、使用量直線增加，并且已大量進入環(huán)境，目前，這類化合物已成為一種全球性的重要的環(huán)境有機污染物。為了解PAEs在水環(huán)境中的分配過程和遷移轉化機制，研究水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯類有機污染物的簡單、快速分析方法將具有積極的意義。國內(nèi)外已建立了一些環(huán)境樣品中鄰苯二甲酸酯的分析方法，如GC（FID或ECD）、GC/MS、HPLC-UV等。由于環(huán)境樣品復雜，樣品均需進行預處理。常用的預處理方法有液液萃取、索氏提取等，但試劑的使用量都較大，方法費時，很難適應環(huán)境應急監(jiān)測及專項污染調查的連續(xù)、快速需要。為此，本課題以鄰苯二甲

5、酸二甲酯（DMP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）為研究對象，以GC-MS為分析手段，研究超聲波萃取、微波萃取(MAE)及索氏提取等方法對土壤中鄰苯二甲酸酯的預分離方法，比較三種前處理方法對鄰苯二甲酸酯的分離富集效率。同時研究硅膠柱、氧化鋁柱、硅膠氧化鋁混合柱等對鄰苯二甲酸酯的分離富集效率。探討水環(huán)境（土壤）鄰苯二甲酸酯類有機污染物簡單、快速分析方法。1 實驗部分1.1 試劑與儀器二氯甲烷、正己烷、丙酮為分析純（廣州試劑一廠），經(jīng)過全玻璃蒸餾器重蒸；鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）。硅膠：甲醇超聲30min，用二氯甲烷抽提72小時，120活化12小時，加3雙蒸水去活化。氧化鋁

6、：中性氧化鋁，甲醇超聲30min，用二氯甲烷抽提72小時，180活化12小時，加3雙蒸水去活化。無水硫酸鈉: 420下灼燒12小時，冷卻后裝入玻璃瓶，并放于干燥器中貯存。脫脂棉花: 用二氯甲烷索氏抽提72小時，干燥后裝入玻璃瓶，并放于干燥器中貯存。玻璃纖維濾膜: 將玻璃纖維濾膜置于干凈的蒸發(fā)皿中，放在馬福爐中500下灼燒2小時，冷卻后拿出，棄去上面一張，置于干燥器中備用。玻璃器皿：實驗所用的玻璃器皿在使用前都需用洗液浸泡，再用雙蒸水清洗兩次，放在烘箱中300下烘4小時，冷卻后拿出，使用前再用少量重蒸過的正己烷、丙酮各潤洗兩次。實驗杜絕使用任何的塑料器皿。RE52-AA型旋轉蒸發(fā)儀（上海亞榮生化

7、儀器廠）超聲波清洗機（上海申科機械研究所）MK-I型光纖自動控壓微波消解系統(tǒng)（上海新科微波技術應用研究所）HewiettPackard 6890-5973型氣相色譜-質譜儀HewiettPackard 4890型氣相色譜儀1.2實驗方法樣品的處理：準確稱取5g抽提過并經(jīng)GC/MS檢驗過的不含有機物的土壤樣品，加入250µg DMP、DBP標樣，靜置平衡6小時。微波萃?。簩⑵胶夂玫臉悠贩湃隤TFE萃取內(nèi)罐中，加入萃取溶劑，蓋上密閉活塞后，放入密閉萃取外罐中，旋好外蓋，在微波爐中以600 W功率加熱到選定的時間，取出萃取罐后，在空氣中冷卻至罐內(nèi)恢復至常壓。萃取液過濾后，進行旋轉蒸發(fā)，并用

8、氮氣吹掃至更小體積，最后用正己烷定容至4.0 mL，取1.0 mL進行GC/MS測定。索氏提?。河脙艋^的濾紙將平衡好的樣品封好后，置于索氏提取器中，索氏提取器的平底燒瓶裝有200 mL重蒸過的二氯甲烷，抽提至設定的時間。提取液轉移至梨形瓶中，旋轉蒸發(fā)后，用氮氣吹掃至更小體積，最后，用重蒸過的正己烷定容。取1.0 mL進行GC/MS測定。柱層析凈化分離：分別用40mL正己烷預淋洗已裝好的硅膠柱、氧化鋁柱、硅膠氧化鋁柱，棄去此部分的淋洗液，當溶劑液面剛好流至無水硫酸鈉面時，關上活塞，將樣品轉移至無水硫酸鈉的表面，開啟活塞并控制流速2.0 mL/min，當液面降至無水硫酸鈉液面時，用15mL己烷進

9、行淋洗（3次×5.0 mL），此部分主要洗脫掉多環(huán)芳烴，棄去此部分的淋洗液（經(jīng)氣相色譜分析，此部分幾乎不含鄰苯二甲酸酯）；接著用40.0 mL30：70的二氯甲烷/正己烷進行洗脫（8次×5.0 mL），此部分主要洗脫掉有機氯農(nóng)藥等污染物，棄去此部分的淋洗液；用60mL20：80的丙酮/正己烷進行淋洗（12次×5.0 mL），收集此部分的淋洗液，用旋轉蒸發(fā)儀濃縮至適當體積，轉移至有刻度的離心管中，用氮氣濃縮至更小的體積，定容2mL進行色譜分析，進樣量為1.0 mL。GC/MS操作條件：載氣為氦氣，流速1mL/min；進樣口溫度270；無分流進樣，進樣體積1L；采用程

10、序升溫：初始溫度60，保持1min，以20/min的速度升溫至280，保持5min；檢測器溫度290；質譜條件：接口溫度280，EI離子源，電子能量70eV，離子源溫度230，四極桿溫度150，電子倍增器電壓1500V，質量掃描范圍30-550amu。2.結果與討論2.1. DMP、DBP的色譜圖DMP、DBP的色譜圖見圖1。由圖可見，鄰苯二甲酸二甲酯與鄰苯二甲酸二丁酯保留時間分別為9.208min和12.105min。 Fig.1. Chromatogram for the separation of DMP and DBP 2.2溶劑的選擇萃取鄰苯二甲酸酯一般用正己烷、環(huán)己烷或二氯甲烷，由

11、于微波萃取的萃取效率與溶劑的極性有極大的關系，極性越大，溶劑接受微波輻射的能量越強，而前兩者的極性極弱，不適合于微波萃取，故選擇二氯甲烷作為萃取劑，根據(jù)文獻的報道，二氯甲烷對鄰苯二甲酸酯具有很好的萃取效果。2.3微波萃取PAEs的條件優(yōu)化利用正交設計實驗方法,以二氯甲烷做溶劑,對萃取時間、萃取溶劑的用量兩個可能影響測定結果的因素進行研究，各因素均取三個水平。萃取劑用量為20.0、25.0、30.0 mL，洗脫時間為2.0、4.0、6.0 min。結果如表1。Table 1 Design of the experimental conditions for MAE of PAEsNo.Heati

12、ng time/minSolvent volume /mLAverage Recovery /%DMPDBP122094.0108.12225111.7118.4323082.898.8442095.7108.95425117.6116.3643074.8101.9762091.494.38625118.1124.1963081.1115.4K1288.5325.3 281.1311.3867.2 986.2K2288.1327.1347.3358.8K3290.6333.8238.8316.4K196.2108.493.7103.8K296.0109.0115.8119.6K396.9111

13、.379.6105.4R2.58.5108.547.5由表1可知：（1）萃取溶劑的用量是影響最大的因素，在溶劑用量為20.0 mL與25.0 mL間時，鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯的萃取回收率隨萃取劑用量的增加而增大，而在25.0 mL與30.0 mL間，萃取劑用量的增加反而使萃取率下降，這可能是因為30.0 mL時，相對于萃取罐的容量來說，溶劑用量過大，從而使微波的萃取罐泄漏嚴重，使得樣品流失，因而使萃取率下降；（2）萃取時間對萃取效率的影響較次之，萃取效率隨萃取時間的增加略有提高，但與溶劑用量的影響程度相比較，則影響較小?？紤]快速、簡便，實驗選擇萃取時間4.0 min；基于萃取罐的泄

14、漏問題以及節(jié)約溶劑，減少試劑對環(huán)境造成的二次污染，萃取溶劑用量為25.0 mL，在此條件下，鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯的萃取率分別為117.6、116.3。2.4超聲波萃取PAEs的條件優(yōu)化利用三因素三水平正交設計實驗方法，以二氯甲烷為萃取溶劑，考察了萃取時間、萃取次數(shù)、萃取溶劑用量三個因素對超聲波萃取鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯效率的影響。各因素均取三個水平 ，萃取時間分別為5.0、15.0、20.0 min，萃取次數(shù)分別選用1、2、3次，萃取溶劑的用量分別為20.0、40.0、60.0mL。正交實驗結果見表2。Table 2 Design of the experimenta

15、l conditions for Ultrasonic extraction of PAEs No.Heating time /minTimes of extractionSolvent. volume /mLAverage Recovery /DMPDBP15120112.1113.225240120.4120.935360109.0128.5415140139.5127.351526081.3124.261532072.291.0720160118.2125.482022073.786.3920340108.1112.0K1341.5362.6369.8365.9258.0290.5934

16、.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）萃取溶劑的用量對萃取效率的影響最明顯，隨著溶劑用量的增加，萃取效率明顯的提高，特別是對鄰苯二甲酸二丁酯，其萃取效率受溶劑用量的影響較鄰苯二甲酸二甲酯的要明顯；（2）萃取次數(shù)對萃取效率的影響居中，萃取次數(shù)的增加反而使

17、萃取效率下降；(3)萃取時間對萃取效率的影響相對于其它兩因素來說是最小的 ，萃取時間的增加并不能有效地提高超聲波的萃取效率。為快速、簡便、節(jié)約溶劑及減少其對環(huán)境的二次污染，實驗選用超聲波萃取的最佳實驗條件為萃取時間5.0 min、萃取次數(shù)1次，萃取溶劑40.0 mL。2.5索氏提取Fig.2 Effects of the time of extraction on PAEs recoveries by Soxhlet extraction 采用250mL索氏提取器，200mL二氯甲烷為溶劑，萃取時間對萃取效率的影響,如圖2。由圖2可見，經(jīng)典的索氏提取方法對鄰苯二甲酸酯的提取具有較高效率，而且對

18、于鄰苯二甲酸酯，用索氏提取法6小時即能基本上將鄰苯二甲酸酯完全提取，增加提取時間并不能有效的提高其對鄰苯二甲酸酯的提取效率2.6分離富集方法的比較鄰苯二甲酸酯采用GC/MS分析，其主要問題是其它有機物組分的干擾，對于復雜環(huán)境樣品，經(jīng)萃取后，需進行凈化。硅膠、氧化鋁、硅膠氧化鋁混合柱對鄰苯二甲酸酯的分離效果如圖3。Fig.3 Comparision of PAEs cleanup efficiencies among Florisil cleanup, Alumina cleanup and Florisil-Alumina cleanup.由圖3可知：（1）硅膠柱對鄰苯二甲酸酯的回收率偏低，特

19、別是對鄰苯二甲酸二甲酯，其回收率只有41；（2）氧化鋁柱對鄰苯二甲酸酯的分離效率較高，但根據(jù)有關文獻的報道，氧化鋁柱對有機氯農(nóng)藥的分離效果比較差，不適合用于同時分離有機氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴等有機污染物。（3）硅膠氧化鋁混合柱對鄰苯二甲酸酯的分離效率居中，相對于單獨的硅膠柱，它能獲得不錯的回收率，雖然混合柱的回收率不及氧化鋁柱的，但它彌補了氧化鋁柱的不足，硅膠氧化鋁混合柱能利用洗脫液極性的不同，能實現(xiàn)鄰苯二甲酸酯、有機氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴等有機污染物的有效的分離。實驗采用硅膠氧化鋁混合柱，從而使操作簡便、快速、高效。3.結語快速、簡便的前處理技術可省時、省力。超聲波萃取和微波萃取對鄰苯二甲酸酯都有很好的

20、萃取效率，較索氏提取既可節(jié)約大量試劑，又可節(jié)約時間，從而提高了工作效率。所以，可用超聲波萃取或微波萃取取代液液萃取、索氏提取對PAEs進行前處理。利用硅膠氧化鋁混合柱作為凈化分離柱，能彌補硅膠與氧化鋁柱單獨使用的不足。從而使得能用同一根柱通過改變洗脫劑的極性來分離復雜的環(huán)境樣品中的多種有機污染物，提高了工作效率。由于此次實驗的時間有限，不能對整個富集分離的方法進行系統(tǒng)的研究，希望在將來能進一步對此進行探討。參 考 文 獻1 Ryuzkeshita.J.Chromatogr.1977，133:3032 張銀華等. 分析測試學報，1995，5（14）：173 郝金玉等.云南化工，1999，3，26

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24、eng(Department of Chemistry,Zhongshan University,Guangzhou,510275)Abstract Analysis of Phthalate Esters in Sediments or soil by GC/MS is a common method. For the sample of the environment is very complicated, it should be pre-treated before GC/MS analysis. The phthalate esters were separated from complex organics with di-chloromethane by use of Microwave Aided extraction or Ultrasonic extraction. Compared with Soxhlet extraction, ,these two methods for extraction can save the time of