佟 玲，潘 萌，楊志鵬，田 芹，宋淑玲

(國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100037)

合成麝香和紫外線吸收劑是一類新興污染物，常作為個(gè)人護(hù)理品中的添加物質(zhì)，廣泛用于日用化工產(chǎn)品中。這些化合物存在潛在的致癌性、雌激素作用，會(huì)抑制生物生長(zhǎng)發(fā)育[1]，同時(shí)具有生物累積性和內(nèi)分泌干擾效應(yīng)[2]，對(duì)人體健康具有一定的威脅。這類物質(zhì)可通過污水處理廠、娛樂活動(dòng)場(chǎng)所排污，以及垃圾滲濾液滲透等多種途徑持續(xù)不斷地進(jìn)入環(huán)境，也被稱作“偽持續(xù)性”化合物[3]。其中，硝基麝香具有生物蓄積作用和潛在的致癌性，歐盟一些國(guó)家已對(duì)其中的一些產(chǎn)品做出了禁止和限制使用的規(guī)定[1]，我國(guó)2007年修訂的《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中也明確將硝基麝香列入禁限用物質(zhì)表中[4]。據(jù)調(diào)查，我國(guó)約82%的日化產(chǎn)品中含有合成麝香，其中多環(huán)麝香中的佳樂麝香和吐納麝香檢出率最高，分別達(dá)78%和65%[5]。隨著化學(xué)合成技術(shù)的不斷發(fā)展，一些易降解的新型合成麝香(如大環(huán)麝香)不斷涌現(xiàn)。紫外線吸收劑產(chǎn)量較高的兩類是苯并三唑類和二苯酮類，在化妝品、清洗劑、防凍劑、食品包裝材料中都有應(yīng)用，而我國(guó)紫外線吸收劑的年產(chǎn)量從2010年開始已經(jīng)達(dá)到了萬噸以上[6]，但對(duì)這些物質(zhì)在環(huán)境排放的限制以及環(huán)境中污染水平的監(jiān)測(cè)還處于起步階段。

目前，多采用固相萃取技術(shù)對(duì)水樣中合成麝香和紫外線吸收劑進(jìn)行分離富集[7-10]，濃縮富集大多選用HLB小柱。固相萃取技術(shù)的富集倍數(shù)較大，能夠得到更低的方法檢出限，但存在樣品用量大、耗時(shí)較長(zhǎng)、操作繁瑣等問題。近年來，一些簡(jiǎn)便、綠色的富集手段，如固相微萃取[11-12]、攪拌棒吸附萃取(SBSE)[13-14]被廣泛應(yīng)用。SBSE結(jié)合熱解吸[15-16]進(jìn)樣技術(shù)能夠減少有機(jī)溶劑的使用量。Zhang等[17]采用分散液液微萃取(DLLME)技術(shù)分析紫外吸收劑時(shí)富集因子為64～110；Homem等[18]采用三氯甲烷作為DLLME的提取溶劑分析了12種麝香類化合物。該技術(shù)的有機(jī)溶劑用量少、萃取時(shí)間短、具有較高的萃取效率和富集倍數(shù)，但不適用于批量分析。合成麝香和紫外線吸收劑的測(cè)定方法主要有氣相色譜法[19]、氣相色譜-質(zhì)譜法[20-23]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[8,24]，以及液相色譜-質(zhì)譜法[25-26]，其中氣相色譜-質(zhì)譜法應(yīng)用較為廣泛。

目前，我國(guó)缺少包括大環(huán)麝香在內(nèi)的多種合成麝香的分析方法，且未見同時(shí)測(cè)定合成麝香和紫外線吸收劑的報(bào)道。這兩類化合物極性不同，同時(shí)萃取存在一定的難點(diǎn)。因此，本工作擬采用SBSE技術(shù)對(duì)水樣中這兩類目標(biāo)物進(jìn)行富集，少量有機(jī)溶劑解吸攪拌棒后結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法分析其中16種合成麝香及2種紫外線吸收劑，希望能為我國(guó)地表水中合成麝香及紫外線吸收劑的監(jiān)測(cè)提供方法參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

TRACE DSQ-Ⅱ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)Thermo公司產(chǎn)品；磁力攪拌器：美國(guó)Thermo Scientific公司產(chǎn)品；超聲波清洗器：中國(guó)昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品； 12位恒溫水浴氮吹儀：北京康林科技股份有限公司產(chǎn)品；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：瑞士BUCHI公司產(chǎn)品；聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂層的磁力攪拌子(20 mm×1.0 mm)：德國(guó)GERSTEL公司產(chǎn)品。

硝基麝香、多環(huán)麝香、大環(huán)麝香和替代物標(biāo)準(zhǔn)品：德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司產(chǎn)品；紫外線吸收劑和內(nèi)標(biāo)物：百靈威公司產(chǎn)品；丙酮、乙腈、正己烷：均為色譜純，百靈威公司產(chǎn)品；氯化鈉(NaCl)、鹽酸、氫氧化鈉(NaOH)：均為分析純，北京化工廠產(chǎn)品。

空白水樣為Milli-Q超純水：由美國(guó)Millipore Simplicety 185制備；待測(cè)試樣為北京市內(nèi)公園、河流地表水、實(shí)驗(yàn)室自來水。

具體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)信息列于表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)信息Table 1 Information of reference compounds

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

將5種硝基麝香配制成濃度為2.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液；將6種多環(huán)麝香配制成濃度為1.6 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液；將5種大環(huán)麝香配制成濃度為5.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液；將紫外線吸收劑配制成濃度為10.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，均置于4 ℃冰箱中保存。使用時(shí)，將待測(cè)物配制成500 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(用甲醇定容并加入適量的丙酮混勻)。采用正己烷將內(nèi)標(biāo)菲-d10稀釋成1.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作液，備用。替代物為吐納麝香-d3和二甲苯麝香-d15，用甲醇稀釋并加入適量的丙酮混勻，配制成1.0 mg/L的混合工作溶液。

1.3 樣品分析

用棕色玻璃瓶采集地表水樣品后冷藏保存。分析時(shí)，水樣經(jīng)濾紙過濾去除大顆粒雜質(zhì)，準(zhǔn)確量取50 mL水樣于三角瓶中，加入50 μL 1.0 mg/L的替代物，混合均勻，待分析。

樣品提?。河描囎訉DMS磁力攪拌棒加入50 mL水樣中，40 ℃下以950 r/min攪拌萃取4 h。取出攪拌棒，用無塵紙吸水，待下一步解吸。將攪拌棒放入帶刻度的錐形試管中，加入0.6 mL乙腈-丙酮萃取液(1∶1，V/V)，超聲提取20 min，再次加入0.6 mL萃取液，重復(fù)解吸10 min，合并提取液，氮?dú)鉂饪s至約0.2 mL，加入一定濃度的內(nèi)標(biāo)物(絕對(duì)質(zhì)量為25 ng)后，用丙酮定容至0.5 mL，進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜分析。

1.4 實(shí)驗(yàn)條件

1.4.1色譜條件 DB-5MS Ultra Inert毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣為氦氣，流速1.2 mL/min；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1.0 μL；程序升溫：初始溫度70 ℃，保持1 min，以40 ℃/min升至150 ℃，保持3 min，再以5 ℃/min升至200 ℃，最后以20 ℃/min升至300 ℃，保持5 min。

1.4.2質(zhì)譜條件 接口溫度280 ℃；離子源溫度240 ℃；電離方式為電子轟擊電離，電離能量70 eV；溶劑延遲5 min。為了提高分析靈敏度，選擇化合物的基峰作為定量離子，但大環(huán)麝香高豐度的特征離子質(zhì)量數(shù)較小，為了降低背景干擾，選擇較高質(zhì)量數(shù)的特征離子作為定量離子，各目標(biāo)化合物的保留時(shí)間及質(zhì)譜參數(shù)列于表2。

表2 保留時(shí)間及質(zhì)譜參數(shù)Table 2 Retention time and parameters of mass spectrometry

注：*為定量離子

2 結(jié)果與討論

2.1 空白實(shí)驗(yàn)及質(zhì)量控制

由于合成麝香和紫外線吸收劑容易受到環(huán)境干擾，因此實(shí)驗(yàn)前應(yīng)確保玻璃器皿清潔，避免使用洗滌精等進(jìn)行清洗，清洗后用溶劑潤(rùn)洗。實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)佩戴手套。

PDMS磁力攪拌棒預(yù)處理：用乙腈浸泡過夜，再用超純水清洗3次，確保無目標(biāo)物殘留及其他雜質(zhì)。樣品分析前，采用空白水樣進(jìn)行全流程空白實(shí)驗(yàn)，監(jiān)控測(cè)定的質(zhì)量過程。吐納麝香-d3和二甲苯麝香-d15的理化性質(zhì)與待測(cè)物相近，在樣品提取前加入已知濃度的兩種化合物作為替代物用于監(jiān)控樣品的測(cè)試過程，2種替代物的回收率應(yīng)控制在70%～120%之間。菲-d10化合物的性質(zhì)穩(wěn)定，保留時(shí)間處于20種待測(cè)化合物中間，將其選為內(nèi)標(biāo)物，可以避免儀器的波動(dòng)帶來測(cè)試結(jié)果的偏差。

2.2 萃取條件的優(yōu)化

PDMS作為商業(yè)化的攪拌棒涂層，應(yīng)用范圍較廣，適用于水中非極性化合物的富集[29]。本實(shí)驗(yàn)選用PDMS攪拌棒作為富集材料，并優(yōu)化了影響富集效率的主要參數(shù)。

圖1 提取時(shí)間對(duì)目標(biāo)化合物平均回收率的影響Fig.1 Effect of extraction time on average recovery of target compounds

2.2.1萃取時(shí)間、溫度及攪拌速度 將攪拌速度設(shè)為500 r/min，在室溫下，比較了添加樣品在1、2、4、6、12 h不同提取時(shí)間的提取效果，示于圖1。可以看出，提取4 h和12 h時(shí)，20種化合物的平均提取回收率較高，因此選擇4 h作為提取時(shí)間。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步比較了25、40、60 ℃的提取效果，結(jié)果表明，提高提取溫度有助于目標(biāo)物的富集，但溫度過高會(huì)影響PDMS的使用壽命，并降低Kow分配系數(shù)[30]，因此選擇40 ℃作為提取溫度。

在40 ℃下，實(shí)驗(yàn)比較了500、750、950、1 200 r/min不同攪拌速度提取4 h對(duì)添加樣品中目標(biāo)物的富集情況，結(jié)果示于圖2。由圖可見，當(dāng)攪拌速度為950 r/min時(shí)，所有目標(biāo)分析物的平均回收率最高。

圖2 不同轉(zhuǎn)速下，目標(biāo)化合物的平均提取回收率Fig.2 Average recoveries of target compounds at different rotational speeds

2.2.2離子強(qiáng)度 向水溶液中加入適量的NaCl能夠提高溶液的離子強(qiáng)度，并促進(jìn)目標(biāo)分析物從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相，可以提高提取效率，但對(duì)于logKow<3.5的極性化合物，則會(huì)減小提取效率[16]。本實(shí)驗(yàn)比較了NaCl含量為0%、5%、10%、20%時(shí)目標(biāo)物的提取回收率，結(jié)果示于圖3?？梢钥闯?，除了BP-3和UV-P，其余大部分化合物在NaCl含量為0%時(shí)的提取效果最好。

2.2.3pH值 用2 mol/L鹽酸或NaOH調(diào)節(jié)空白添加水樣的pH值，比較pH值為2、7和12時(shí)的提取效果，結(jié)果示于圖4。當(dāng)pH 12時(shí)，musk T、UV-P和BP-3的回收率明顯降低，僅為5.2%～11.3%。這是由于大環(huán)內(nèi)脂類化合物musk T在堿性條件易降解，而UV-P和BP-3具有酚羥基基團(tuán)，堿性條件增大其在水中的溶解度。大部分化合物在pH 2和pH 7時(shí)的回收率差別不大，因此選擇pH 7作為萃取條件。

2.2.4有機(jī)改性劑 加入有機(jī)改性劑(甲醇)能夠減少目標(biāo)化合物對(duì)玻璃瓶的吸附作用，并提高疏水性化合物的提取回收率[13]。本實(shí)驗(yàn)比較了0%、10%、20%、30%不同甲醇含量時(shí)添加樣品的提取效果，示于圖5。可以看出，當(dāng)甲醇含量為10%時(shí)，BP-3、UV-P的提取回收率最高，表明玻璃瓶對(duì)含有酚羥基化合物的吸附作用減弱，甲醇含量過高會(huì)影響PDMS對(duì)目標(biāo)化合物的吸附作用。對(duì)于大部分化合物，不加甲醇時(shí)的提取效率最高。因此，選擇不添加甲醇進(jìn)行提取。

圖3 不同離子強(qiáng)度對(duì)提取效率的影響Fig.3 Effect of ionic strength on extraction efficiency

圖4 不同pH值條件下的提取效率Fig.4 Extraction efficiency at different pH value

圖5 甲醇含量對(duì)提取效率的影響Fig.5 Effect of methanol content on extraction efficiency

2.2.5萃取體積 增大樣品體積能夠降低方法檢出限，但同時(shí)會(huì)延長(zhǎng)萃取平衡時(shí)間，降低分析效率。在其他條件不變的情況下，本實(shí)驗(yàn)比較了樣品不同體積對(duì)提取回收率的影響。當(dāng)樣品體積為100 mL時(shí)，目標(biāo)化合物的平均回收率為60.9%；樣品體積為30 mL和50 mL時(shí)，平均回收率在77.6%～81.7%之間，綜合考慮，選擇樣品體積為50 mL進(jìn)行分析。

2.2.6解吸條件的優(yōu)化 攪拌棒采用有機(jī)溶劑進(jìn)行解吸，無需熱解吸進(jìn)樣裝置就能與GC/MS結(jié)合進(jìn)行分析，同時(shí)解吸過程有機(jī)溶劑用量很少，明顯減少了對(duì)環(huán)境的二次污染。一般選擇甲醇、乙腈等[31-32]作為解吸溶劑。由于采用氣相色譜進(jìn)行分離，本實(shí)驗(yàn)比較了正己烷、乙腈、乙腈-丙酮(1∶1，V/V)作為解吸溶劑超聲萃取2次，每次20 min的萃取效果。當(dāng)解吸溶劑為正己烷時(shí)，平均回收率為73.7%；當(dāng)解吸溶劑為乙腈-丙酮時(shí)，平均回收率為100.2%，且該混合溶劑比乙腈更易濃縮。因此，選擇乙腈-丙酮混合體系作為解吸溶劑。當(dāng)溶劑解吸1次時(shí)，攪拌棒上殘留的目標(biāo)物含量在7.6%～19.5%之間，說明解吸不完全，因此選擇解吸2次對(duì)攪拌棒進(jìn)行反萃取。解吸時(shí)間是影響提取回收率的一個(gè)重要參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)比較了不同超聲解吸時(shí)間對(duì)目標(biāo)化合物回收率的影響，結(jié)果示于圖6。可以看出，超聲時(shí)間為(20+10) min時(shí)的解吸效果最好，分析攪拌棒溶劑浸泡過夜后的濃縮提取液，未發(fā)現(xiàn)殘留情況。

圖6 溶劑解吸時(shí)間對(duì)目標(biāo)化合物回收率的影響Fig.6 Effect of different liquid desorption time on the recovery of target compounds

2.3 方法性能確證

將混合標(biāo)準(zhǔn)工作液用正己烷稀釋成不同濃度的溶液，考察方法的線性范圍及相關(guān)系數(shù)。采用空白水樣添加的方法考察本方法對(duì)待測(cè)物的分析精密度，3個(gè)添加水平分別為0.05(其中Exaltolide、Muscone和Ambrettolide的最低添加水平為0.1 μg/L)、0.5、1.0 μg/L。添加樣品的制備：向50 mL水樣中加入一定體積500 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液和1.0 mg/L的替代物標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，混合均勻后待測(cè)定。按照1.3節(jié)方法進(jìn)行富集，并重復(fù)測(cè)定7次，采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行定量分析。根據(jù)低濃度添加測(cè)定數(shù)據(jù)，按照EPA推薦方法計(jì)算方法檢出限(MDL=S×t，S為重復(fù)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，t為T分布檢驗(yàn)，查表可得)，具體結(jié)果列于表3?？梢?，各化合物的回收率在68.5%～126%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%～14.9%，方法檢出限在0.003～0.038 μg/L之間。

2.4 實(shí)際樣品分析

為考察方法的適用性，選取自來水樣和護(hù)城河水樣進(jìn)行基質(zhì)加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，添加水平為1.0 μg/L，按照1.3節(jié)步驟操作，分別重復(fù)測(cè)定2次。18種待測(cè)物和2種替代物的回收率范圍為：自來水69.8%～96.3%，河水樣80.2%～117.8%，表明該方法能夠應(yīng)用于實(shí)際樣品的分析。應(yīng)用本方法分析2017年9月北京市內(nèi)采集的7個(gè)地表水樣品(編號(hào)1～7)和1個(gè)自來水樣品(編號(hào)8)，采樣點(diǎn)示于圖7。檢出化合物的結(jié)果列于表4。樣品的替代物回收率在70.8%～88.6%之間，能夠滿足分析要求。樣品中佳樂麝香的濃度范圍在0.003～0.337 μg/L之間，其他可檢出的化合物有環(huán)十五烷酮和麝香酮，2種紫外線吸收劑均未檢出。可以看出，佳樂麝香的檢出率最高，而我國(guó)已經(jīng)限用的麝香酮也有檢出，表明地表水中該類物質(zhì)的監(jiān)控應(yīng)引起人們的進(jìn)一步重視。

表3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、回收率及檢出限Table 3 Linear ranges, correlation coefficients, relative standard deviations (RSDs), spiked recoveries and LODs

注：*添加水平為0.1 μg/L

圖7 地表水采樣分布圖Fig.7 Distribution of sampling sites of surface water

化合物Compounds樣品濃度 Concentration/(μg/L)12345678DPMI————————ADBI————————AHMI————————Exaltone0.024——0.018————MA————————Exaltolide————————ATII————————HHCB0.3370.0160.0030.0140.0170.003——MX————————Muscone————————AHTN————————MM————————MT————————Ambrettolide————————MK0.004———————Musk T————————BP-3————————

注：—表示未檢出

3 結(jié)論

本研究建立了測(cè)定地表水中多種合成麝香及2種紫外線吸收劑的快速分析方法。該方法采用PDMS攪拌棒富集地表水中的目標(biāo)化合物，結(jié)合有機(jī)溶劑解吸-氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)，簡(jiǎn)化了操作流程，減少了樣品用量，提高了分析效率，同時(shí)減小了有機(jī)溶劑的使用量，達(dá)到了綠色環(huán)保的目的。該方法適用于地表水中16種合成麝香及2種紫外線吸收劑的同時(shí)定量分析。