环境水样中邻苯二甲酸酯类化合物及降解产物的检测方法

摘要

本发明公开了环境水样中邻苯二甲酸酯类化合物及降解产物的检测方法，属于水环境质量检测分析领域。本发明根据被检测物质的极性，优选离子液体的比例，通过毛细力将其支载到中空纤维膜壁的微孔内形成液膜，调节合适的样品及受体酸碱度，将受体封装在中空纤维膜的内腔中制成萃取装置。将该萃取装置置于样品中，即形成一个水/有机溶剂两相或水/有机溶剂/水三相体系。富集净化后，甲醇洗脱，高效液相色谱分析目标污染物浓度。该方法可用于环境中邻苯二甲酸酯类塑化剂的检测、为其环境行为分析提供数据，评价环境水体的质量；方法快速、可靠、操作简单、环境友好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种环境水样中邻苯二甲酯类塑化剂的检测方法，特别是涉及一种采 用中空纤维支载离子液体液相微萃取法富集和检测环境水样中邻苯二甲酸酯类化合物及 其降解产物的方法，属于水环境质量检测分析领域。

背景技术

邻苯二甲酸酯类化合物(Phthalateesters,PAEs)作为一类最常用的增塑剂，主 要用于聚氯乙烯加工行业，也可用作农药载体，化妆品、润滑剂、去污剂、油漆的生产原料， 甚至替代棕榈油，非法添加到食品中。由于此类化合物仅通过氢键或范德华力与塑料基质 联接，没有聚合到塑料的高分子碳链上，随着时间的推移，很容易释放到环境中。PAEs进入 水体后，经生物降解、光解、水解等反应后，先打开一条侧链，降解为邻苯二甲酸单酯 (Monoalkylphthalateesters，MPEs)。研究发现，邻苯二甲酸酯及其降解产物有类雌激素 的作用，干扰内分泌系统，对人和动物均有致癌、致畸、致突变作用，可造成生殖功能异常， 具有潜在的健康风险。尤其是邻苯二甲酸单酯更易通过细胞膜的磷脂双分子层，表现出比 邻苯二甲酸酯更强的毒性。

邻苯二甲酸酯类化合物是全球传播最广的污染物之一，在大气、水体、土壤等环境 介质中均可检测到邻苯二甲酸酯类物质的存在，且其在环境中降解速度慢，被称为“第二个 全球性PCB(多氯联苯)污染物”。邻苯二甲酸酯类化合物溶解度低，在环境水样中痕量分布， 物质种类也较多。PAEs及其降解产物MPEs的正辛烷-水分配系数logP、酸度系数pKa差异较 大，水体中基质复杂，净化富集等前处理难度较大。

现有的检测邻苯二甲酸酯类物质前处理方法，液液萃取(LLE)、固相萃取(SPE)，需 要使用大量有毒的有机溶剂，损害分析人员的健康，且易造成对环境的二次污染；固相微萃 取(SPME)由于萃取纤维使用寿命有限，易折断，且在分析过程中可能会有残留，在实际应用 过程中受到许多限制。中空纤维支载离子液体液相微萃取技术(HF-LPME)，将挥发性小、黏 度适宜、与水不混溶的离子液体附着中空纤维上形成液膜，使用溶剂量小，集萃取、富集于 一体，纤维一次性使用，无交叉污染问题，有效改善了萃取的稳定性和可靠性。通过调整有 机液膜的成分，选择合适的供体相、接受相pH值，供体相离子强度、萃取时间，基质效应等因 素，优化富集倍数，实现同步萃取多种邻苯二甲酸酯类化合物及其降解产物，对于了解其环 境行为和归趋，准确、有效的评估其对环境健康的影响具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种能净化、富集、同步检测水样中邻苯二 甲酸酯类化合物及其降解产物的方法。使用的有机溶剂量少，无交叉污染问题，富集效率 高，检测结果重复性好。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：环境水样中邻苯二甲酸酯类化合物 及降解产物的检测方法，按照下述步骤进行：

(1)邻苯二甲酸酯类化合物及其降解产物邻苯二甲酸单酯标准溶液的配制；

(2)环境水样的前处理：取中空纤维，丙酮清洗，晾干；用微注射器将一定pH值的接 受相注入中空纤维内腔；将其浸入离子液体中以形成液膜；漂洗掉纤维表面的离子液体；再 次用微注射器将接受相注入内腔直至充满；弯曲纤维，两端用铝箔密封成环状，制成萃取装 置，然后用0.45μm的微孔滤膜过滤环境水样；调节样品溶液的pH值，将中空纤维萃取装置完 全浸没于样品溶液中，置于恒温平衡箱中振荡萃取0.5～4h进行富集；萃取结束，取出纤维， 去掉铝箔，将纤维一端连接于微注射器，另一端放置于高效液相色谱进样瓶中，缓慢地将微 注射器内的20～200μL甲醇推入纤维内腔，以洗脱富集在液膜和接受相的目标分析物。

(3)标准曲线的绘制；

(4)样品的高效液相色谱测定。

所述步骤(1)中，标准溶液采用国家标准物质配制，选择三种实际生产中用量较 大、在环境中分布较多的邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基 己基)酯、邻苯二甲酸单乙酯、邻苯二甲酸单丁酯、邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯共6种，物 质的CAS号、化学结构式如表1所示。三种邻苯二甲酸酯不表现出明显的酸碱性，亲油性比相 应的邻苯二甲酸单酯强，三种邻苯二甲酸单酯具有中等酸性。先用甲醇配制成1g/L的储备 液，根据需要进一步用容量瓶定容成一系列浓度梯度的混合标准溶液。

表1三种邻苯二甲酸酯及其降解产物的化学结构式

优选的，步骤(2)中的聚丙烯中空纤维：内径280μm，壁厚50μm，孔径0.1μm，孔率 60％，长度12cm；微量注射器：针头外径0.3mm，长8mm，针筒体积0.5mL；离子液体由1-丁基- 3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 按1:1:1体积比混合配成，接受相为用NaOH调节pH值为10的超纯水。

优选的，所述步骤(2)中样品溶液用HCl调节pH值为2～3，恒温平衡箱温度为25℃， 200rpm速度下振荡萃取时间为1.5h。

优选的，所述步骤(2)中微注射器用50μL甲醇一次洗脱。

所述步骤(3)中标准曲线的绘制，具体方法为：取等体积的步骤(1)制得的标准溶 液加入超纯水中，稀释成一系列0.1～100μg/L浓度的模拟污染水样，采用步骤(2)方法前处 理，富集洗脱后进高效液相色谱仪分析，色谱软件积分算出峰面积，拟合得被测物浓度与峰 面积之间的标准工作曲线，线性相关系数R²大于0.99；

每个样品平行测定3次，取平均值；色谱条件为：EclipseXDB-C18液相色谱分离 柱，150mm×4.6mm，粒径5μm；柱温30℃；进样量10μL；流动相组成为用乙酸调pH值至3的纯水 和甲醇，流速1mL/min；梯度洗脱条件：0-15min，70％甲醇线性增加到100％；保持10min；25- 30min，线性降低到70％。

所述步骤(4)中样品的高效液相色谱测定，具体方法如下：

将步骤(2)前处理好的环境水样，按步骤(3)的色谱条件进样检测，用外标法将测 得色谱峰与标准曲线比较，换算得到检测环境水样中邻苯二甲酸酯类化合物及其降解产物 邻苯二甲酸单酯的浓度。

本发明的优点和有益技术效果是：

本发明提供同步检测环境水样中邻苯二甲酸酯类化合物及其降解产物的方法，涉 及三种实际用量较大、在环境中分布较多的邻苯二甲酸酯类化合物及其相应的初级降解产 物邻苯二甲酸单酯，这两类物质正辛烷-水分配系数、酸度系数差异较大、在环境水体中痕 量分布。本发明集萃取、富集、净化于一体，具有有机溶剂使用量少、萃取效率高、富集倍数 大、操作简单、环境友好等优点，可为分析邻苯二甲酸酯类塑化剂的环境行为提供数据，为 评估其环境健康风险奠定基础。通过图1的高效液相色谱图可以看出，本发明检测方法，可 同时将多种邻苯二甲酸酯类化合物及其降解产物清淅的分离并检测出其含量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明实施例中3种邻苯二甲酸酯及其相应降解产物的液相色谱分离图。为 10mg/L标品溶液的液相色谱图，保留时间为MEP：2.656min，DEP：3.185min，MBP：3.803min， DBP：8.426min，MEHP：8.909min，DEHP：16.428min。

具体实施方式

下面根据本发明的具体实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将更加明 显。

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用 于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

标准溶液采用国家标准物质配制，选择三种实际生产中用量较大、在环境中分布 较多的邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲 酸单乙酯、邻苯二甲酸单丁酯、邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯共6种。先用甲醇配制成1g/L 的储备液，各取100μl6种标准储备液于10mL容量瓶，用甲醇定容至10ml，配制成混合标品 溶液，每种目标污染物的浓度均为10mg/L。

为验证高效液相色谱分离效果，取上述混合标品溶液进行HPLC分析。试验用液相 色谱仪为美国Waters公司Breeze2液相色谱系统，1525二元泵，2707自动进样器，2489紫外/ 可见检测器；EclipseXDB-C18液相色谱分离柱，150mm×4.6mm，粒径5μm；柱温30℃；进样量 10μL；流动相组成为用乙酸调pH值至3的纯水和甲醇，流速1mL/min；检测波长为280nm；梯度 洗脱条件：0-15min，70％甲醇线性增加到100％；保持10min；25-30min，线性降低到70％。目 标污染物混合标品溶液分离色谱图见图1，各目标污染物分离效果较好，满足分析要求。

实施例2：

标准溶液采用国家标准物质配制，选择三种实际生产中用量较大、在环境中分布 较多的邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲 酸单乙酯、邻苯二甲酸单丁酯、邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯共6种。先用甲醇配制成1g/L 的储备液，各取100μl6种标准储备液于10mL容量瓶，用甲醇定容至10ml，配制成混合标品 溶液，每种目标污染物的浓度均为10mg/L。

为了获得6种目标污染物的标准曲线，将上述10mg/L的混合标品溶液用超纯水稀 释成一系列不同浓度的模拟污染水样(0.1～100μg/L)。

取12cm长的聚丙烯中空纤维(内径280μm、壁厚50μm、孔径0.1μm、孔率60％)，置于 丙酮中超声清洗，以去除表面杂质，晾干备用；用微注射器(针头外径0.3mm，长8mm，针筒体 积0.5mL)将超纯水(用NaOH调节pH值10)作为接受相注入中空纤维内腔；将中空纤维浸入离 子液体(由1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲 基咪唑六氟磷酸盐按1:1:1体积比混合配成)中，超声振荡30秒，在中空纤维膜壁的微孔内 形成液膜；超纯水漂洗掉残留在纤维表面的离子液体；再次用微注射器将接受相注入内腔 直至充满；弯曲纤维，两端用铝箔密封成环状，制成萃取装置。

将一系列目标污染物浓度为0.1～100μg/L模拟污染水样分别用0.45μm的微孔滤 膜过滤；用HCl调节水样pH值为3；将中空纤维萃取装置完全浸没于样品溶液中，置于恒温平 衡箱中25℃，200rpm速度下振荡萃取1.5h。

萃取结束后，取出纤维，去掉铝箔，将纤维一端连接于微注射器，另一端放置于高 效液相色谱进样瓶中，缓慢地将微注射器内的50μL甲醇推入纤维内腔，以洗脱富集在液膜 和接受相的目标分析物。高效液相色谱仪进样分析，每个浓度样品平行测定3次，取平均值。

试验用液相色谱仪为美国Waters公司Breeze2液相色谱系统，1525二元泵，2707自 动进样器，2489紫外/可见检测器；EclipseXDB-C18液相色谱分离柱，150mm×4.6mm，粒径5 μm；柱温30℃；进样量10μL；流动相组成为用乙酸调pH值至3的纯水和甲醇，流速1mL/min；检 测波长为280nm；梯度洗脱条件：0-15min，70％甲醇线性增加到100％；保持10min；25- 30min，线性降低到70％。

色谱软件积分算出峰面积，拟合被测物浓度与峰面积之间的标准曲线，该方法的 线性范围在0.200-50μg/L，线性相关系数R²大于0.99，三个平行样品的相对标准偏差在 4.1-8.9％之间，检出限在0.028-0.072μg/L，方法的线性方程、富集倍数见表2，满足水环境 中痕量邻苯二甲酸酯类化合物及其降解产物的检测要求。

表2三种邻苯二甲酸酯及其降解产物的高效液相检测线性范围、富集倍数、检出限

实施例3：

应用所建立方法对实验室自来水、京杭大运河镇江段河水2种环境水样进行邻苯 二甲酸酯类化合物及其降解产物的富集及检测。

取12cm长的聚丙烯中空纤维(内径280μm、壁厚50μm、孔径0.1μm、孔率60％)，置于 丙酮中超声清洗，以去除表面杂质，晾干备用；用微注射器(针头外径0.3mm，长8mm，针筒体 积0.5mL)将超纯水(用NaOH调节pH值10)作为接受相注入中空纤维内腔；将中空纤维浸入离 子液体(由1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲 基咪唑六氟磷酸盐按1:1:1体积比混合配成)中，超声振荡30秒，在中空纤维膜壁的微孔内 形成液膜；超纯水漂洗掉残留在纤维表面的离子液体；再次用微注射器将接受相注入内腔 直至充满；弯曲纤维，两端用铝箔密封成环状，制成萃取装置。

将环境水样分别用0.45μm的微孔滤膜过滤；用HCl调节水样pH值为3；将中空纤维 萃取装置完全浸没于样品溶液中，置于恒温平衡箱中25℃，200rpm速度下振荡萃取1.5h。

萃取结束后，取出纤维，去掉铝箔，将纤维一端连接于微注射器，另一端放置于高 效液相色谱进样瓶中，缓慢地将微注射器内的50μL甲醇推入纤维内腔，以洗脱富集在液膜 和接受相的目标分析物。高效液相色谱仪进样分析，每个浓度样品平行测定3次，取平均值。

试验用液相色谱仪为美国Waters公司Breeze2液相色谱系统，1525二元泵，2707自 动进样器，2489紫外/可见检测器；EclipseXDB-C18液相色谱分离柱，150mm×4.6mm，粒径5 μm；柱温30℃；进样量10μL；流动相组成为用乙酸调pH值至3的纯水和甲醇，流速1mL/min；检 测波长为280nm；梯度洗脱条件：0-15min，70％甲醇线性增加到100％；保持10min；25- 30min，线性降低到70％。

用外标法将测得色谱峰与标准曲线比较，换算得到检测环境水样中邻苯二甲酸酯 类化合物及其降解产物邻苯二甲酸单酯的浓度。结果显示见表3，在实验室自来水、京杭大 运河镇江段河水中都检测出了DBP、DEHP，其他四种物质未检出，水样中加标10μg/L，测得回 收率为84.0-106.2％。

表3实际水样中三种邻苯二甲酸酯及其降解产物的检测结果

注：ND-未检出。