土壤中10種多溴聯(lián)苯醚的加速溶劑—固相萃取凈化方法優(yōu)化研究

1 引 言 
　　多溴聯(lián)苯醚（Polybrominated diphenyl ethers， PBDEs）作為一類(lèi)溴代阻燃劑（BFRs）， 廣泛應(yīng)用于電子、紡織、建材和家具等工業(yè)產(chǎn)品。PBDEs屬于持久性有機(jī)污染物（POPs）， 具有疏水性， 易于在顆粒物和沉積物中吸附[1]。PBDEs在環(huán)境中難降解， 滯留時(shí)間長(zhǎng)。大氣、水體、土壤中的PBDEs可通過(guò)“蚱蜢跳效應(yīng)”廣域遷移， 導(dǎo)致污染[2]。毒理學(xué)研究表明， PBDEs在動(dòng)物和人體中會(huì)累積， 并通過(guò)食物鏈和生物放大作用向人體轉(zhuǎn)移， 影響甲狀腺[3～7]、內(nèi)分泌及神經(jīng)[7～9]等系統(tǒng)的正常功能， 同時(shí)可能存在潛在的致癌性[10]。 
　　目前，對(duì)土壤樣品中PBDEs的提取方法有索氏萃取[11～13]、聲波輔助萃取[14]、微波輔助萃取[13]、加速溶劑萃取等[13～19]。索氏萃取法費(fèi)時(shí)， 且有機(jī)溶劑消耗量大；聲波和微波萃取法可節(jié)省提取時(shí)間和溶劑， 但提取不*[11，14]。加速溶劑萃取技術(shù)（Accelerated solvent extraction， ASE）具有操作簡(jiǎn)便、萃取效率高、速度快、有機(jī)溶劑用量少等特點(diǎn)， 是一種省時(shí)、安全、自動(dòng)化的萃取技術(shù)， 廣泛應(yīng)用于土壤中農(nóng)藥殘留[15]、多氯聯(lián)苯[13，16]、多環(huán)芳烴以及多溴聯(lián)苯[12，14，16，19，20]等污染物的分析檢測(cè)。 
　　ASE土壤提取液成分復(fù)雜， 雜質(zhì)較多， 須進(jìn)行凈化處理。本研究將固相萃取技術(shù)（Solid phase extraction， SPE）應(yīng)用于土壤樣品的凈化。SPE樣品前處理技術(shù)具有、快速、方便和高選擇性等優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用于環(huán)境樣品分析的前處理過(guò)程中[21～27]。目前， 土壤介質(zhì)中PBDEs的凈化存在過(guò)程復(fù)雜、有機(jī)溶劑用量大、靈敏度低、重現(xiàn)性差等問(wèn)題[14，28，29]。選擇合適的填料是提高除雜效率、獲得良好的回收率及重現(xiàn)性的關(guān)鍵， 因此， 本研究重點(diǎn)優(yōu)化了ASE提取和SPE純化條件， 并結(jié)合氣相色譜電子捕獲法（Gas chromatography with electron capture detector， GCECD）， 建立一種、快捷、高靈敏度且具有低檢出限的土壤中PBDEs分析方法。 
　　2 實(shí)驗(yàn)部分 
　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑 
　　正己烷、二氯甲烷（DCM）、丙酮（色譜純，美國(guó)Merck公司）；硅藻土（100～200目， 德國(guó)Fluka公司）；弗羅里硅土（60～100目， 美國(guó)TEDIA公司）；無(wú)水Na2SO4、Al2O3（100～200目）、硅膠（100～200目）、石英砂、H2SO4（分析純）購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。 
　　PBDEs標(biāo)準(zhǔn)樣品：BDE15， BDE28， BDE47， BDE66， BDE77， BDE99， BDE100， BDE153， BDE154， BDE183， 濃度為1000 ng/mL， 購(gòu)自美國(guó)AccuStandard公司。 
　　2.2 供試土壤 
　　2.3 PBDEs標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及檢出限的確定 
　　采用Agilent 7890A GCECD（美國(guó)Agilent公司）， 對(duì)PBDEs進(jìn)行定性與定量分析。色譜條件：DB5色譜柱（30 m × 0.32 mm × 0.25 μm）， 進(jìn)樣口溫度為265℃， 載氣為高純氮?dú)猓?流量為2 mL/min， 檢測(cè)器溫度為298℃， 進(jìn)樣量為1 μL， 不分流進(jìn)樣。升溫程序：初始溫度140℃， 保持2 min， 5℃/min升至180℃， 保持5 min；5℃/min 升至265℃， 保持5 min；15℃/min升至315℃， 保持10 min。 
　　配制濃度為10， 25， 50， 100， 250和500 ng/mL的PBDEs混標(biāo)溶液， GC測(cè)定。以進(jìn)樣濃度為橫坐標(biāo)， 峰面積為縱坐標(biāo)， 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。同時(shí)， 以信噪比S/N=3時(shí)對(duì)應(yīng)的濃度作為儀器的方法檢出限。 
　　2.4 固相萃取柱制備及洗脫實(shí)驗(yàn) 
　　選取實(shí)驗(yàn)室常用的硅膠、弗羅里硅土、硅藻土、氧化鋁4種填料， 并通過(guò)濃H2SO4改性制備了酸性硅膠、酸性弗羅里硅土、酸性硅藻土3種改性填料。SPE柱裝填順序（自下而上）為墊片、0.5 g無(wú)水Na2SO4、填料層、1 g無(wú)水Na2SO4及墊片。根據(jù)不同填料的單一及復(fù)配組合， 共制備了10種SPE柱（表2）。 
　　洗脫實(shí)驗(yàn)：用5 mL正己烷活化SPE柱后向柱中加入40 μL 1000 ng/mL PBDEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液， 移取1 mL正己烷進(jìn)行洗脫， 以進(jìn)樣瓶接收洗脫液， 待洗脫液*過(guò)柱后更換進(jìn)樣瓶。重復(fù)以上操作， 直至洗脫液總體積達(dá)18 mL。洗脫液氮吹定容至0.5 mL， GC測(cè)定。以洗脫體積為橫坐標(biāo)， 總回收率（累積求和）為縱坐標(biāo)， 繪制洗脫曲線。2.5 PBDEs土壤提取液凈化實(shí)驗(yàn) 
　　土壤中PBDEs提?。悍Q(chēng)取1.00 g供試土壤于燒杯中， 加入40 μL 1000 ng/mL PBDEs混標(biāo)溶液， 待溶劑揮發(fā)后加入2 g硅藻土， 攪拌均勻后裝入不銹鋼萃取池， 采用ASE200型加速溶劑萃取儀（美國(guó)DIONEX公司）進(jìn)行提取。萃取儀爐溫為100℃， 壓力為1500 psi， 提取劑為正己烷丙酮（4∶1， V/V）。萃取過(guò)程：加熱5 min， 靜態(tài)萃取5 min， 沖洗體積60%， 氮?dú)獯祾?0 s， 循環(huán)2次。提取液用R210/R215型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（瑞士Buchi公司）濃縮至約1 mL。 
　　PBDEs土壤提取液凈化：選取2.4節(jié)制備的10種SPE柱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)均設(shè)置6個(gè)平行， 并設(shè)置3個(gè)對(duì)照。凈化過(guò)程：5 mL正己烷活化SPE柱后， 將濃縮后的土壤提取液加入柱中， 用正己烷洗脫， 洗脫體積由洗脫曲線確定， 收集全部洗脫液， 濃縮定容至1 mL， GC測(cè)定。 
　　2.6 ASE萃取溶劑優(yōu)化 
　　ASE萃取溶劑直接影響PBDEs的萃取效率及基質(zhì)效應(yīng)。為確定佳萃取溶劑， 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了以下4種萃取體系：正己烷、正己烷DCM（1∶1， V/V）、正己烷丙酮（4∶1， V/V）、正己烷丙酮（4∶1， V/V）進(jìn)行萃取劑優(yōu)化實(shí)驗(yàn)， 采用酸性硅膠柱進(jìn)行凈化， GC測(cè)定（具體步驟參照2.5節(jié)）。 
　　3 結(jié)果與討論 
　　3.1 方法線性關(guān)系和檢出限 
　　由表1可知， 各目標(biāo)化合物在各自濃度范圍內(nèi)（10～500 ng/mL）均呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系， 相關(guān)系數(shù)均大于0.999， 檢出限為0.042～0.22 ng/mL。 
　　3.2 SPE填料選擇和洗脫優(yōu)化 
　　由圖1可知， 硅藻土柱、酸性硅藻土柱、弗羅里硅土柱、硅膠柱和酸性硅膠柱的洗脫趨勢(shì)大體一致， 對(duì)PBDEs的大洗脫量出現(xiàn)在1～3 mL之間， PBDEs*洗脫所需體積為5 mL（即洗脫體積， Vmax）；酸性弗羅里硅土柱和氧化鋁硅膠復(fù)合柱洗脫趨勢(shì)大體一致， 大洗脫量在2～5 mL之間， Vmax為8 mL； 氧化鋁柱、氧化鋁弗羅里硅土復(fù)合柱和氧化鋁酸性硅膠復(fù)合柱的大洗脫量在5～10 mL之間， Vmax為15 mL；氧化鋁柱和氧化鋁酸性硅膠復(fù)合柱對(duì)PBDEs拖尾現(xiàn)象較明顯。 
　　硅藻土具有良好的微孔結(jié)構(gòu)， 比表面積較大， 吸附能力較強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明， 土壤提取液過(guò)硅藻土柱和酸性硅藻土柱后， 溶液顏色仍然較深， 說(shuō)明兩種SPE柱除雜效果較差。由表 2可知， 雜質(zhì)的存在影響了PBDEs的定量分析， 使PBDEs回收率偏高。 
　　弗羅里硅土是一種極性較強(qiáng)的硅鎂型吸附劑， 對(duì)脂肪及類(lèi)脂類(lèi)雜質(zhì)有較的去除效果， 常用于凈化土壤、植物和動(dòng)物組織樣品的萃取液[20，29，30]。酸性弗羅里硅土極性更強(qiáng)， 同時(shí)， 濃H2SO4的存在可有效去除有色有機(jī)雜質(zhì)。由表2可知， 兩種SPE柱的回收率相對(duì)偏低。 
　　氧化鋁對(duì)目標(biāo)物保留的主要機(jī)理是偶極偶極作用， 可用于除去土壤提取液中極性較強(qiáng)的有機(jī)酸類(lèi)及其它極性雜質(zhì)。氧化鋁對(duì)PBDEs有一定的保留能力， 這使得PBDEs在氧化鋁柱中出現(xiàn)不同程度的拖尾現(xiàn)象， Vmax為15 mL。隨著洗脫量增加， 雜質(zhì)會(huì)隨洗脫液共流出， 凈化效果變差。為減少氧化鋁的拖尾現(xiàn)象， 本研究制備了氧化鋁硅膠柱、氧化鋁弗羅里硅土柱和氧化鋁酸性硅膠柱。實(shí)驗(yàn)表明， 硅膠、酸性硅膠及弗羅里硅土中加入氧化鋁后， 洗脫速度明顯變慢， 洗脫時(shí)間明顯增加， 有機(jī)溶劑用量增多， 增加了環(huán)境污染。由表2可知， 氧化鋁柱和其它3種氧化鋁復(fù)合柱對(duì)PBDEs回收率在75.3%～110.9%之間。 
　　硅膠表面由于吸水作用形成硅醇基， 合理數(shù)量的硅醇基可以增加硅膠與極性物質(zhì)之間除疏水作用以外的氫鍵作用、離子相互作用和偶極偶極相互作用， 故硅膠表面硅醇基的數(shù)量決定了硅膠的吸附性能[31]。本研究對(duì)所用硅膠行去活化處理后， 再進(jìn)行定量活化， 這樣制備出的硅膠的表面硅醇基含量均一， 性質(zhì)穩(wěn)定， 了實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性。酸改性使得硅膠表面引入了磺酸基， 增加了酸性硅膠對(duì)極性雜質(zhì)吸附作用；同時(shí)濃H2SO4能較好地去除有色有機(jī)雜質(zhì)[32，33]。由表2可知， 酸性硅膠柱與硅膠柱相比回收率更高， 除雜效果更好。由圖1還可知， 濃H2SO4改性的硅膠對(duì)PBDEs的作用機(jī)制及強(qiáng)度并無(wú)明顯變化， 而良好的回收率說(shuō)明濃H2SO4的存在并沒(méi)有使PBDEs發(fā)生氧化降解等現(xiàn)象。 
　　綜上， 對(duì)于土壤提取溶液的凈化， 當(dāng)以正己烷作為洗脫液時(shí)， 酸性硅膠具有洗脫溶劑用量少、價(jià)格低廉、凈化效果好、回收率及重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)， 是一種的PBDEs土壤提取溶液SPE凈化的柱填料。 
　　3.3 ASE萃取條件優(yōu)化 
　　由表 3可知， 對(duì)于土壤中PBDEs的提取， 正己烷回收率為87.6%～113.4%， 但提取穩(wěn)定性（RSD=4.1%～9.1%）較正己烷丙酮（4∶1， V/V）體系差一些（RSD=1.7%～4.6%）， 故極性和非極性溶劑的組合提取效果更好。在正己烷中加入極性溶劑（丙酮或二氯甲烷）后， PBDEs的提取效率增加， 而隨著提取體系極性增加， 所得提取溶液顏色越深， 提取出的雜質(zhì)越多， 這增加了凈化過(guò)程的復(fù)雜性， 而未凈化除掉的雜質(zhì)的存在會(huì)影響儀器的定性及定量性。 
　　終實(shí)驗(yàn)選取正己烷丙酮（4∶1， V/V）作為ASE提取劑， 該提取體系對(duì)PBDEs的平均加標(biāo)回收率為85.4%～103.1%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.7%～4.6%， 實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性較好；提取液經(jīng)凈化后雜質(zhì)較少， 且不影響定量分析， 可用作加速溶劑萃取土壤中PBDEs的提取劑。 
　　3.4 方法度和精密度 
　　以1.00 g海南磚紅壤作為基質(zhì)， 分別加入濃度相當(dāng)于10、40和100 ng/mL PBDEs進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)（參照2.5節(jié)）， 每個(gè)濃度重復(fù)6次， 并設(shè)置3個(gè)對(duì)照。方法的度和精密度分別通過(guò)加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。由表4可知， 低、中、高 3組（濃度分別為10， 40和100 ng/mL ）的平均加標(biāo)回收率分別為74.4%～115.2%， 87.5%～125.2%， 87.3%～115.9%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.4%～14.4%， 5.0%～13.8%， 4.8%～7.1%。3.5 實(shí)際樣品分析 
　　采用上述優(yōu)化后的方法， 對(duì)采集自某地的土樣進(jìn)行分析。由表5可知， 該地區(qū)存在不同程度的PBDEs污染， ΣPBDEs為5.91～17.69 ng/g， 污染物以中、高溴代PBDEs為主。同時(shí)， 實(shí)際樣品分析結(jié)果說(shuō)明， 優(yōu)化的方法可用于測(cè)定土壤中的PBDEs。 
　　4 結(jié) 論 
　　采用ASE法提取土壤中的PBDEs， 正己烷丙酮（4∶1， V/V）的提取效果佳；采用酸性硅膠SPE柱對(duì)樣品凈化， PBDEs*流出僅需5 mL正己烷， 溶劑用量少， 環(huán)境污染小， 洗脫速度快， 雜質(zhì)干擾少。本方法簡(jiǎn)單、快捷， 具有良好的凈化效果、度和精密度（回收率74.4%～125.2%， RSD<15%）， 良好的線性關(guān)系（r>0.999）及較低的檢出限（≤0.22 ng/mL）， 可作為土壤介質(zhì)中PBDEs的有效凈化和檢測(cè)方法。