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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*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：ceszf@

(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2.0 min、萃取溶剂用量25.0 mL，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5.0 min、萃取次数1次，萃取溶剂40.0 mL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（Phthalate Esters PAEs）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）。
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－Packard 6890-5973型气相色谱-质谱仪
Hewiett－Packard 4890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250µg DMP、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600 W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4.0 mL，取1.0 mL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200 mL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 mL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2.0 mL/min，当液面降至无水硫酸钠液面时，用15mL己烷进行淋洗（3次×5.0 mL），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40.0 mL30：70的二氯甲烷/正己烷进行洗脱（8次×5.0 mL），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×5.0 mL），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 mL。
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。
Fig.1. Chromatogram for the separation of DMP and DBP
2.2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、30.0 mL，洗脱时间为2.0、4.0、6.0 min。结果如表1。
Table 1 Design of the experimental conditions for MAE of PAEs
No.
Heating time
/min
Solvent volume
/mL
Average Recovery /%
DMP
DBP
1
2
20
94.0
108.1
2
2
25
111.7
118.4
3
2
30
82.8
98.8
4
4
20
95.7
108.9
5
4
25
117.6
116.3
6
4
30
74.8
101.9
7
6
20
91.4
94.3
8
6
25
118.1
124.1
9
6
30
81.1
115.4
K1
288.5
325.3
281.1
311.3

∑867.2 ∑986.2
K2
288.1
327.1
347.3
358.8
K3
290.6
333.8
238.8
316.4
K1
96.2
108.4
93.7
103.8
K2
96.0
109.0
115.8
119.6
K3
96.9
111.3
79.6
105.4
R
2.5
8.5
108.5
47.5
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20.0 mL与25.0 mL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25.0 mL与30.0 mL间，萃取剂用量的增加反而使萃取率下降，这可能是因为30.0 mL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4.0 min；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25.0 mL，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、20.0 min，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。
Table 2 Design of the experimental conditions for Ultrasonic extraction of PAEs
No.
Heating time
/min
Times of extraction
Solvent. volume /mL
Average Recovery /％
DMP
DBP
1
5
1
20
112.1
113.2
2
5
2
40
120.4
120.9
3
5
3
60
109.0
128.5
4
15
1
40
139.5
127.3
5
15
2
60
81.3
124.2
6
15
3
20
72.2
91.0
7
20
1
60
118.2
125.4
8
20
2
20
73.7
86.3
9
20
3
40
108.1
112.0
K1
341.5
362.6
369.8
365.9
258.0
290.5

∑934.5 ∑1028.8
K2
293
342.5
275.4
331.4
368.0
360.2
K3
300
323.7
289.3
331.5
308.5
378.1
K1
113.8
120.9
123.3
122.0
86.0
96.8
K2
97.7
114.2
91.8
110.5
122.6
120.1
K3
100.0
107.9
96.4
110.5
102.8
126.0
R
48.5
38.9
94.4
34.5
110
87.6

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5.0 min、萃取次数1次，萃取溶剂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苯二甲酸酯完全提取，增加提取时间并不能有效的提高其对邻苯二甲酸酯的提取效率
2.6分离富集方法的比较
邻苯二甲酸酯采用GC/MS分析，其主要问题是其它有机物组分的干扰，对于复杂环境样品，经萃取后，需进行净化。硅胶、氧化铝、硅胶－氧化铝混合柱对邻苯二甲酸酯的分离效果如图3。
Fig.3 Comparision of PAEs cleanup efficiencies among Florisil cleanup,
Alumina cleanup and Florisil-Alumina cleanup.

由图3可知：（1）硅胶柱对邻苯二甲酸酯的回收率偏低，特别是对邻苯二甲酸二甲酯，其回收率只有41％；（2）氧化铝柱对邻苯二甲酸酯的分离效率较高，但根据有关文献的报道，氧化铝柱对有机氯农药的分离效果比较差，不适合用于同时分离有机氯农药、多环芳烃等有机污染物。（3）硅胶－氧化铝混合柱对邻苯二甲酸酯的分离效率居中，相对于单独的硅胶柱，它能获得不错的回收率，虽然混合柱的回收率不及氧化铝柱的，但它弥补了氧化铝柱的不足，硅胶－氧化铝混合柱能利用洗脱液极性的不同，能实现邻苯二甲酸酯、有机氯农药、多环芳烃等有机污染物的有效的分离。实验采用硅胶－氧化铝混合柱，从而使操作简便、快速、高效。
3.结语
快速、简便的前处理技术可省时、省力。超声波萃取和微波萃取对邻苯二甲酸酯都有很好的萃取效率，较索氏提取既可节约大量试剂，又可节约时间，从而提高了工作效率。所以，可用超声波萃取或微波萃取取代液－液萃取、索氏提取对PAEs进行前处理。
利用硅胶－氧化铝混合柱作为净化分离柱，能弥补硅胶与氧化铝柱单独使用的不足。从而使得能用同一根柱通过改变洗脱剂的极性来分离复杂的环境样品中的多种有机污染物，提高了工作效率。
由于此次实验的时间有限，不能对整个富集分离的方法进行系统的研究，希望在将来能进一步对此进行探讨。

参 考 文 献
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Study of Phthalate Esters Analytical Methods
in Aquatic System

--Analytical methods of Phthalate Esters in sediment or soil
Li-xuan Chen, Feng Zeng
(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 extraction and use less extraction agent .The results show that the recovery of Microwave Aided extraction or Ultrasonic extraction can meet the demand of the microanalysis. In this paper, we discussed the best experimental condition and determined the amount of extraction agent, the times of extraction and the time of extraction for Ultrasonic extraction, and the amount of extraction agent, the time of extraction for Microwave Aided extraction, the results are satisfactory. Also, we compared different methods for cleanup the extraction, for example ,Alumina cleanup, Florisil cleanup and Florisil-Alumina mixed cleanup, and found that the florisil-alumina mixed cleanup is better than the others.

Key words Phthalate esters， Microwave Aided extraction，Ultrasonic extraction， GC/MS，Florisil cleanup，Alumina cleanup