PAES分析方法及影响因素.doc

PAEs的分析方法及影响因素1.邻苯二甲酸酯类综述 1.1 来源及危害 邻苯二甲酸酯又名酞酸酯(PAEs),是一类普遍使用的化学工业品, 主要用作塑料制品的改性添加剂（增塑剂）,也应用于涂料、油漆、医疗产品、汽车玻璃、化妆品、杀虫剂等产品的生产过程中。PAEs大量进入环境, 在水、大气、土壤及生物体等各种环境介质中均有检出,已渗透到人类生活的方方面面，成为全球最普遍的内分泌干扰物，是环境中“类雌激素”污染的主要源头。由于PAEs与塑料之间并未形成共价键而是仅以氢键或范德华力连接，因此极易释放到环境之中且随着塑料的老化和分解，其释放速度加快，使人们身处富含邻苯二甲酸酯的环境之中，美国疾病控制与预防中心对许多美国人进行检查，发现他们的尿液中有多种邻苯二甲酸酯的代谢物。 环境中PAEs的浓度在不同季节是不同的，夏季由于高温的原因浓度最高。近年来研究表明，邻苯二甲酸酯具有生殖发育毒性、胚胎毒性， 肿瘤和致癌作用、可导致女性性早熟还与皮炎、过敏症、还与乙酰胆碱酯酶活性等相关。目前针对PAEs的检测方法的研究主要集中于含水样品分析，主要是生理体液、环境水、饮用水等 。 1.2 监测现状早期的测试技术由于仪器设备的落后，具有很大的局限性，常规的分析手段只能适用于常量分析，对于有机物的痕量分析十分不准确，并且由于有机物的理化特性，使得检测目标化合物相对来说比较单一，对于检出限的要求也不是很高，随着化工及其他产业的发展和人们对生活环境的渐渐重视，色谱技术对于有机物的检测逐渐广泛的应用于石化过程分析、环境保护监测、生物样品分析、食品分析、法庭取证分析、医疗诊断、核能以及燃料分析等领域4。目前, 常用PAEs测定方法为气相色谱法(GC), 高效液相色谱法(HPLC)。随着分析技术的发展, 联用技术灵敏准确选择性强, 比如气相色谱质谱连用GC-MS技术、电喷雾离子化LC/MS技术等也发展迅猛。水中有机污染物的分析检测主要靠GC来解决,所以存在大量的研究论文,讨论各种水中挥发和半挥发性有机物,如苯系物、卤代烃、残留农药以及各种化学品。在分析这些有害物质时,普遍使用了像顶空进样、吹扫捕集、固相萃取、固相微萃取、管内固相微萃取以及顶空和固相微萃取结合的样品处理新技术,也大量使用了GC /MS进行分离及鉴定的有效手段。其中，GC-MS检测的效果最令人满意,对于特定PAEs,气相色谱表现出了比液相色谱更高的应用价值, 但考虑到气相色谱检测项目范围的限制,液相色谱与适当前处理方法的联用效果更值得关注和研究,但随着对顶空进样和裂解进样等进样方式和其他高效前处理方法的发展，GC和LC适应对象的差异正逐渐减小。对于基质较复杂的样品，用色谱法定性时常出现假阳性; 气相色谱质谱联用法灵敏度不高，对含量低的样品无法检测; HPLC-MS/MS采用多重反应监测(MRM)模式，结合液相保留时间及MRM特征离子对目标物进行定性和定量4，可大大减少由于保留时间相同而待测离子不同所带来的干扰，同时大大提高了检测灵敏度，尤其适合于水产品等基质复杂样品的分析。2.分析方法PAEs的分析方法包括滴定法、比色法、分光光度法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、荧光分析法等。滴定法和比色法灵敏度较差, 仅限于PAEs总量的测定;分光光度法和薄层色谱法较以上两种方法灵敏度较高且选择性好5。分光光度法采用紫外225nm波长, 也有学者采用阻抑动力学光度法6。荧光分析法则是利用PAEs碱性水解得到的钠盐同Fenton试剂反应, 产生具有荧光的羟基邻苯二甲酸钠的原理进行分析。目前, 常用PAEs测定方法为气相色谱法(GC), 高效液相色谱法(HPLC)。随着分析技术的发展, 联用技术灵敏准确选择性强, 比如气相色谱质谱连用GC-MS技术、电喷雾离子化LC/MS技术等也发展迅猛。2.1 气相色谱技术及GCMS 气相色谱法主要利用物质的物理或物理化学性质进行分离并通过适当的检测手段测定混合物中各组分。其原理：当多种组分的混合样品进入色谱仪的气化室气化后呈气态。当载气流入时，气化的物质被带入色谱柱内，在固定相和流动相中不断地进行分配。在理想状态下，溶质于气- 液两相间的分配可用分配系数描述，由于不同物质有不同的分配系数，所以将混合样品通过气- 液色谱柱时，其所含组分就可得到分离。韩云辉等7曾以苯甲酸苄酯为内标和三氯甲烷作溶剂，采用超声溶剂萃取气相色谱法测定54种烟用拉线中的7种PAEs残留量。普通的气相色谱和高效液相色谱在分析过程中只根据保留时间来定性和定量可能会出现假阳性的问题, 复杂的环境介质(如土壤样品)往往存在众多的干扰物质，影响和干扰样品中PAEs分析的准确性，GCMS可通过特征离子扫描(模式)，减少定性定量的干扰信息而获得更为可靠的结果。目前GCMS技术已广泛应用于环境检测行业中。黄玉娟等8用气相色谱质谱联用内标法测定土壤中11种酞酸酯，并用苯甲酸苄酯作为内标物，用内标法对11种肽酸酯进行定量，方法检出限0.01-0.07mg/kg，土壤加标回收率基本在93.0%-115%范围内，结果可行。田福林9等采用C-18固相萃取结合气相色谱/三重串联四极杆质谱联用仪建立了地表水中痕量酞酸酯（PAEs）类化合物的分析方法。2.2高效液相色谱高效液相色谱是在经典的液相色谱基础上发展起来的一种分析方法，是以高压下的液体为流动相的色谱过程。通常所说的柱层析、薄层层析或纸层析就是经典的液相色谱。所用的固定相为大于100mm的吸附剂（硅胶、氧化铝等）。这种传统的液相色谱所用的固定相粒度大，传质扩散慢，因而柱效低，分离能力差，只能进行简单混合物的分离。而高效液相色谱所用的固定相粒度小，传质快，柱效高。目前世界上约80%的有机化合物可以HPLC来分析测定。王青等10采用超声波辅助DLLME-HPLC对水样中的痕量PAEs进行富集分离和测定，样品前处理步骤简便、快速、富集效率高，适用于环境水样中的富集分离和测定。孙春云等1建立了同时测定邻苯二甲酸酯(PAES)类等7种环境雌激素的反相高效液相色谱(RP-HPLC)分析方法并探讨塑料玩具挥发蒸气中环境雌激素的溶出情况。该方法有效证明了塑料玩具可溶出较大量的环境雌激素:有必要采取适当措施保护儿童健康。2.3比较分析气-质联用检测的效果最令人满意,对于特定PAEs,气相色谱表现出了比液相色谱更高的应用价值, 但考虑到气相色谱检测项目范围的限制,液相色谱与适当前处理方法的联用效果更值得关注和研究,但随着对顶空进样和裂解进样等进样方式和其他高效前处理方法的发展，GC和LC适应对象的差异正逐渐减小。对于基质较复杂的样品，用色谱法定性时常出现假阳性; 气相色谱质谱联用法灵敏度不高，对含量低的样品无法检测; HPLC-MS/MS采用多重反应监测(MRM)模式，结合液相保留时间及MRM特征离子对目标物进行定性和定量2，可大大减少由于保留时间相同而待测离子不同所带来的干扰，同时大大提高了检测灵敏度，尤其适合于水产品等基质复杂样品的分析。3.分析中常见的影响因素3.1系统因素 在实验操作过程中，每次样品分析的色谱条件(检测器的相应性能, 柱温, 流速及柱效等)很难完全相同, 因此容易出现较大的误差。另外, 标准工作曲线绘制时,一般使用欲测组分的标准样品(或已知准确含量的样品), 所以对样品的前处理过程中欲测组分的变化无法进行补偿。因此，选择合适的定量方法是减小系统误差的关键因素。 汪春艳3采用了内标、外标双结合方法对水质中一些特征污染物进行分析，研究表明外标内标相结合的定量分析方法可以达到提高分析准确性，而不需要购置高级自动化进样装置，从而降低了分析成本。在内标物的选则上可以选择和被测物质出峰时间相差不大的物质。 内标法与外标法都是定量的一种方法, 各有优缺点, 对不同的样品进行不同的分析, 就会有不同的要求, 再加上分析成本、分析效率等等问题来选择定量方法, 因此简单而有效进行定量分析法才是最重要的。 3.1.1 色谱柱的选择 色谱柱是气相色谱仪的核心部件，用以分离各种复杂的混合物。色谱柱可分为填充柱和毛细管柱两类，填充柱的柱材主要是不锈钢和玻璃材料，内径一般在2.04.0mm，长度在13m范围内，填充柱的形状有U型和螺旋形两种。毛细管又叫做空心柱，其柱柱材主要是熔融二氧化硅和铝，内径一般在0.2mm0.53mm，长度在10100m范围内。毛细管柱主要分为涂壁、多孔层和涂载体空心柱。毛细管柱渗透性好，传质阻力小，而柱长可达几十米。与填充柱相比，其效率高（理论塔板数可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较困难。熔融二氧化硅毛细管色谱柱的出现使得毛细管色谱柱分析已成为主要的分离模式，但填充柱在永久性气体，低级烃类以及水分含量的测定等分析领域具有独特的用途，在日常分析工作中仍是具有一定价值的分离分析手段。 色谱柱由柱管和固定相组成，根据固定相的聚集状态有气固色谱固定相和气液色谱固定相。气固色谱固定相主要有无机吸附材剂、包括硅胶、氧化铝、碳素以及分子筛等，高分子多孔微球和化学键合固定相等。气液色谱固定相是由固定液和载体组成，目前气固色谱固定相的应用最为广泛。根据固定液是否具有极性可分为极性柱和非极性柱。固定液的选择一般按照“相似相溶”的原则，即极性样品选择极性固定液，极性样品按极性强弱先后流出色谱柱而分离。分离非极性和极性混合物时一般选用极性固定液，分离沸点差别较大的混合物时选用非极性固定液。 按组分的主要差别选择固定液，若组分的沸点是主要差别，选用非极性固定液。若极性是组分间的主要差别，选用极性固定液。固定液的选择和组分的出峰顺序见表1。表1 固定液的选择和组分的出峰顺序组分固定液流出色谱柱的顺序非极性组分非极性固定液按沸点顺序流出色谱柱，沸点低的组分先出峰中等极性组分中等极性固定液，如OV-17出峰顺序与极性和沸点有关，若组分之间极性差异小、沸点差异大则按沸点顺序出峰；若组分沸点相近、极性有大差异，则极性小的组分先出峰。极性组分极性固定液，如OV-225组分按极性大小流出色谱柱，非极性组分先流出色谱柱能形成氢键的组分氢键型固定液，如PEG-20M组分按与固定液分子形成氢键的能力大小先后流出色谱柱，形成氢键能力弱的化合物先流出色谱柱。 GC-MS中常使用毛细管色谱柱，多数情况下选用非极性固定相，因为非极性具有不易氧化、高效、高使用温度及柱寿命长等优点；对于中等极性和强极性样品，有时需要使用一定极性的固定相，以增加被分离组分与固定相的相互作用；光学异构体的分离则需要使用手性固定相。要求样品具有足够的挥发性，具有一定的稳定性，对于复杂样品要考虑是否需要进行预处理，是否需要衍生化。 3.1.2 载气的选择 载气指的是气相色谱中用的流动相。用于气相色谱的载气，要求化学稳定性好；纯度高；价格便宜并容易获得；能适合于所用的检测器。载气在进入色谱柱系统之前，一般需要经过净化、稳压和流量控制。气相色谱法中常用的载气有氢气、氦气、氩气和氮气等。为使检测器充分发挥自身的性能，提高分析灵敏度，得到较满意的色谱图，选用的载气必须与检测器匹配。氢气具有相对分子质量小、热导系数大、黏度小等特点，是热导检测器常用的载气、氢火焰离子化检测器中必备的燃气，但氢气易燃、易爆，使用时要特别注意安全。氮气相对分子质量较大、扩散系数小、柱效相对较高、安全、价格便宜，因此是这4种气体中最为常用的载气，在氢火焰离子化检测器中最为常用，但由于其热导系数低、灵敏度差、定量线性范围较窄，因此在热导检测器中少用。氦气相对分子量小、热导系数大、黏度小、使用时线速度大。与氢气相比，更安全，但成本高，常用于气质联用分析。氩气相对分子量大、热导系数小，但由于成本高，因而应用较少。由于组分在载气中的扩散系数与载气的相对分子质量的平方根成反比，即载气的相对分子质量越大，组分在载气中的扩散系数越小，塔板高度越小，柱效越高，因此，采用相对分子质量较大的载气可以减小分子扩散，提高柱效。但是载气相对分子质量较大时，黏度大，柱压较大，因此，通常载气线速度高时，应选择相对分子量小的氦气或氢气等作载气；载气线速度低时，应选择相对分子量大的氮气或氩气等作载气。 3.1.3程序升温 程序升温控制主要用于多组分、且沸点范围很宽的混合物。当分析沸点范围很宽的混合物时，用恒温的方法很难完成分离的任务，此时就要采用程序升温的方法来完成分析。所谓程序升温是指在一个分析周期里，色谱柱的温度随分析时间的增加连续地从低温向高温线性或非线性地变化，升温速率可为130/min，使沸点不同的气体组分在相应柱温下流出，检测流出气体组成和浓度的变化或固体(表面)物理和化学性质变化的技术。该法有效改善宽沸程样品的分离度并缩短分析时间，目前已广泛应用于各类色谱检测中。升温速率减小，峰形变得矮宽，分离度增大，未分离的两峰分离，间距变大；升温速率增大，峰形变得尖锐，分离度减小，峰的相互重叠趋势增加，如图3所示14；图3 不同升温速率下的脱附曲线 本实验中17种待测邻苯二甲酸酯的沸程较宽，若采用恒温很难达成实验目标，故采用程序升温。升温程序为：150维持1min,以20/min升至220，停留1min，再以5/min升至275，保持3min。柱子为HP-5MS(30mm0.25mm0.25m),(5%-苯基)-甲基聚硅氧烷非极性柱。 3.1.4选择离子 选择离子检测（SIM）方式下，仅对待测组分的定性和定量离子信号进行采集，不采集杂质离子，因而大大提高了灵敏度，减少了杂质峰的干扰。一般定量离子的选择应考虑以下几点：选择特征性高的离子；选择质量数高的离子；选择对称性高且重现性好的离子；选择与柱流失碎片离子不同的离子。 一般为了得到最大的灵敏度，往往会由分析目的物的标准质谱图中选择感度最大的碎片峰，作为定量的依据，这种选择方式在浓度较高的定量时不会有太大的问题出现，但并不适用于浓度较低尤其是有低的侦测极限时。所以在低浓度时，选择定量离子就不能一味的选择感度高的碎片峰了，这时可以考虑选择感度较低但不受干扰的碎片峰。3.2 环境因素在实验过程中，环境中的有机物很容易从实验的各个环节入侵，从而造成污染影响测定结果。因此，保证清洁的实验环境是十分必要的。所有的玻璃器皿必须经严格的清洗。所有玻璃器皿要求用马弗炉在400下处理2至4小时，或使用前经过用农残级的溶剂冲洗。玻璃容量瓶不得在马弗炉中加热 15。及时用铝箔包裹玻璃器皿，实验室保存的玻璃器皿仍会导入污染。应在使用前彻底清洗。为避免再次污染，预清洗的材料必须保存在玻璃盖的玻璃瓶中或用预清洗铝箔覆盖的玻璃瓶中，保存周期不得超过两周。3.3其他分析过程中的每一个操作环节都是影响分析结果的重要因素。实验员的工作习惯也是很重要的因素，不同的实验员所得出的分析结果也有所不同，因此，养成良好的工作习惯是对于每一个仪器工作者所必须具备的。4.结语 随着人类对环境的重视程度加深，目前对于PAEs的检测需要已不能满足人类对生活质量的要求。越来越多的新技术被发明出来，仪器不断改进，灵敏度越来越高，检测范围越来越广，并逐渐趋向于更高的自动化程度、更短的检测时间。GC和LC之间适用检测对象的界限越来越模糊，色谱分离不只局限在一维，GCGC二维色谱甚至多维色谱正逐渐进入人们的视野。参考文献：1 吕怡兵,付强等. 环境中邻苯二甲酸酯类物质的污染现状与监测方法J. 中国环境监测,2007,23(5): 66-69.2 Ying Zhang,eq. The in fluence of facility agriculture production on phthalate esters distribution in black soils of northeast ChinaJ. Science of the Total Environment, 506-507(2015):118125.3 张东,薛雅琳等. 邻苯二甲酸酯毒性及检测方法研究进展J. 粮油食品科技,2014,22(5):70-75.4赵文华,赵冬梅等.环境中PAEs的分析方法研究J. 江