邻苯二甲酸酯(phthalate esters，PAEs)，又称为酞酸酯，是一类人工合成的有机物. PAEs主要作为改性添加剂添加在塑料中，以增加塑料制品的延展性和柔韧性^[1]，也可用于油漆、 黏合剂、 农药、 涂料、 化妆品、 香料和润滑剂的生产^[2]. PAEs在使用过程中，没有与塑料等材料形成稳定的化学键，而是以氢键和范德华力相互结合. 随着时间的推移和外界环境的改变，容易从塑料制品中迁出，进入环境中^[3]. 随着PAEs的大量使用，大气和悬浮颗粒物^[4]、 河水^{[5, 6, 7, 8]}、 饮用水^[9]、 酒水^{[10, 11]}、 蔬菜^[12]、 沉积物^{[6, 7, 13]}、 生物样品^[14]、 食物^[15]、 药品^{[16, 17]} 化妆品^[18]和污泥^[19]等环境样品中大量检出PAEs. PAEs是一种类雌性激素性质的内分泌干扰物，严重威胁着人类的健康. 因此中国环境保护局将邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate，DMP)、 邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate，DBP)和邻苯二甲酸二辛酯(dioctyl phthalate，DOP)列入了优先控制污染物名单^[20]，并规定集中式生活饮用水地表水源地DBP和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯[dibutyl phthalate (2-ethylhexyl) phthalate，DEHP]的标准限值分别是3μg ·L^-1和8μg ·L^-1. 欧洲将邻苯二甲酸丁基苄基酯(butyl benzyl phthalate，BBP)和DEHP列入了内分泌干扰物名单.

国内外已开发出淡水水体^[9]、 气体^{[21, 22]}、 固体^{[23, 24]}等样品中PAEs的检测方法，鲜有关于海水中PAEs检测方法报道. 海水的成分复杂，干扰多，PAEs含量较少，检测比较困难. 需要在检测前对样品进行富集和净化. 常用的富集净化技术有固相萃取^[25]和固相微萃取^[26]. 但是固相萃取操作复杂，容易引起二次污染； 固相微萃取装置中萃取头上覆盖的涂层体积一般少于5μL，限制了对样品中目标物质的萃取量. 为了进一步提高对样品的萃取量，减少基质的干扰，提高方法的灵敏度，降低检出限，采用搅拌棒吸附萃取(stir bar sorptive extraction，SBSE)，这一技术是将体积为50~300 μL的聚二甲基硅氧烷(PDMS)覆盖在包有不锈钢的玻璃衬管上，顶空或直接没入水样以萃取目标物^[27]. SBSE大大简化了操作步骤，提高了对目标物质的萃取量. 气相色谱-质谱联用(gas chromatography mass spectrometry，GC-MS)能进行准确的定性和定量，并能提高分析的选择性和灵敏度，满足了PAEs检测要求.

本研究针对海水成分复杂，难以萃取邻苯二甲酸酯的问题，构建并优化搅拌棒吸附萃取-气相色谱-质谱联用(SBSE-GC-MS)方法，检测分析海水中DMP、 DEP(diethyl phthalate)、 DBP、 BBP、 DEHP和DOP这6种PAEs，以期为海洋污染监测和控制提供技术支持.

安捷伦7890-5975c气相色谱-质谱联用仪(安捷伦，美国)； 安捷伦HB-5MS毛细管柱色谱柱(30 m×0.25 μm×0.25 μm)； 吸附磁力搅拌棒，吸附涂层厚度1 mm，搅拌棒长度10 mm； 磁力搅拌器RO10(IKA,德国)； 超声波清洗器KQ-3000B(昆山舒美，江苏).

DMP、 DEP、 DBP、 DEHP、 BBP、 DOP和内标物苯甲酸苄酯(benzyl benzenecarboxylate，BBZ)标准品(Dr. Ehrenstorfer，德国)； 乙腈、 二氯甲烷、 丙酮(科密欧，天津)、 甲醇(Sigma-Aldrich，意大利)、 正己烷(百灵威，北京)，均为色谱级； 氯化钠(国药，上海).

内标溶液： 用甲醇配置一定质量浓度的BBZ储备液，避光保存. 使用时使样品中BBZ的质量浓度均为10μg ·L^-1. 标准工作溶液： 分别称取上述PAEs标准品，溶于甲醇中，制成10mg ·L^-1的标准储备液，-20℃冰箱避光保存. 使用时，用甲醇稀释至需要的质量浓度. 样品采集： 用铁桶采集水样后移入棕色的玻璃瓶中4℃保存，一周内完成前处理. 海水样品使用前，用0.45 μm的GF/F玻璃纤维膜萃取.

移取30 mL水样于带盖玻璃瓶中，加入定量的甲醇，放入搅拌棒和氯化钠. 置于磁力搅拌器上，在室温下以360r ·min^-1搅拌一定的时间后，取出并清洗搅拌棒. 将搅拌棒放入1.5 mL的玻璃瓶中，加入定量的解析溶剂，超声解析，解析溶液供GC-MS分析.

研究了不同的萃取时间(1、 2、 3、 4 h)、 甲醇添加量(0、 5%、 10%)和氯化钠添加量(0、 5%、 10%)对萃取效果的影响，并研究了不同的解析时间(20、 30、 40、 50 min)和不同的解析溶剂(甲醇和乙腈混合溶液，其中甲醇所占的体积分数分别为100%、 80%和60%)对解析效果的影响. 分析不同质量浓度样品间的相关性系数和线性范围，计算出方法的检出限、 定量限、 准确度和精确度，最后将优化的方法检测实际样品.

程序升温： 起始温度70℃，保持2 min； 以25℃ ·min^-1的速率升至150℃； 以60℃ ·min^-1的速率升至225℃； 以8℃ ·min^-1的速率升至280℃，保持10 min. 载气为氦气，纯度≥99.999%，流速为1mL ·min^-1. 传输线温度为280℃，离子源温度为230℃，进样口温度为300℃. 不分流进样，进样量1 μL，选择离子模式(SIM)下扫描.

为减少对实验结果的干扰，实验过程中全部使用玻璃器皿. 玻璃器皿需在配置的洗液中浸泡12 h，然后用自来水洗净，超纯水冲洗，放置在450℃的烘箱中灼烧5 h. 使用前，依次用丙酮、 二氯甲烷和正己烷润洗. 实验过程中，需要做空白实验以保证实验的准确性，每组实验设3个平行. 采用线性范围、 相对标准偏差、 检出限、 准确度、 精确度评价方法. 采用Spss statistics 17.0和Origin 8.5对实验数据进行处理、 分析.

萃取时间是影响目标物质在水样和涂层中分布的一个重要的因素. 为了保持实验的准确性，采用了单一变量法. 向空白水样中加入内标物和6种PAEs的工作溶液，使水样中内标物和PAEs质量浓度分别为10μg ·L^-1和20μg ·L^-1. 分别验证了当萃取时间分别为1、 2、 3、 4 h时对萃取结果的影响(图 1). 随着萃取时间的增加，PAEs逐渐由水相转移到搅拌棒涂层中，然后在两相中的分配逐渐达到平衡，趋于稳定状态. 实验结果表明，对于DEP、 BBP、 DEHP和DOP，1~2 h内，峰面积随着萃取时间的增加不断的增加，说明在这段时间内，PAEs不断的由水相转移到萃取层； 2 h后，随着时间的增加，峰面积基本保持不变，说明PAEs在水相和涂层间的分配达到了平衡. 对于DMP，1~2 h内，随着时间的增加，峰面积增长迅速，2~3 h时间内，峰面积增长缓慢，3 h后逐渐达到平衡状态. 根据吸附动力学理论，吸附剂比较容易吸附辛醇水分配系数大的物质，所以BBP、 DEHP和DOP达到吸附平衡所用的时间较短. 因此实验选择的最佳吸附时间为2 h.

图 1

Fig. 1

图 1 萃取时间对萃取效果的影响 Fig. 1 Effect of extraction time on the extraction efficiency

SBSE方法中，向水样中添加甲醇等有机调节剂，避免目标物质吸附到器皿壁上和集中在液面上，以增加萃取效果，特别是对于疏水性强、 辛醇水分配系数大的非极性物质. 图 2中显示了当甲醇和水样的体积比为0、 5%、 10%时，对萃取PAEs峰面积的影响. 从中可知，对于6种PAEs，当甲醇的添加量由0增大到5%时，峰面积均显著地增加； 当甲醇的添加量增大到10%时，DEP、 DBP、 BBP、 DEHP和DOP的峰面积达到最大值. 但对于DMP，甲醇添加量为10%时的峰面积大于甲醇添加量为0时的峰面积，而小于添加量为5%的峰面积，其原因主要是DMP较其余的5种PAEs的溶解度大，吸附在瓶壁上的量较小. 当添加量大于5%时，甲醇与涂层间竞争吸附DMP，致使进入涂层的DMP数量减少，从而导致峰面积下降. 因此对于该6种PAEs，加入甲醇后可显著增加峰面积. 所以在实验的过程中甲醇的最佳添加量为10%.

图 2

Fig. 2

图 2 有机调节剂甲醇对萃取效果的影响 Fig. 2 Effect of organic modifier on the extraction efficiency

向水样中添加的氯化钠，主要通过盐析效应调节PAEs在水样中的溶解度，进而增加萃取效果. 本研究考察了当氯化钠的添加量分别为0、 5%、 10%时，对6种PAEs萃取效果影响(图 3). 由图 3可知，当氯化钠的加入量为0~5%时，所有物质的峰面积增加，说明当加入氯化钠后，PAEs在水中溶解度减少，促使PAEs向搅拌棒涂层中转移，进而增加萃取效果. 当添加量由5%增加到10%时，DBP、 BBP、 DEHP和DOP的峰面积减少，说明加入过多的氯化钠后，盐溶效应占据主导地位，即这些物质在水中的溶解度增加，致使PAEs转移到搅拌棒涂层上的量减少，因而峰面积逐渐减少. 因此实验中严格控制氯化钠的加入量为5%.

图 3

Fig. 3

图 3 氯化钠对萃取效果的影响 Fig. 3 Effect of salt on the extraction efficiency

为了获得最好的解析效果，保证PAEs最大量的从搅拌棒上解析下来，对解析过程中的解析时间进行优化. 解析过程在超声的条件下进行以增加解析效率. 本研究考察了当解析时间分别为20、 30、 40和50 min时解析效果的影响(图 4). 解析的过程中，PAEs不断地由搅拌棒涂层转移到解析溶剂中，PAEs峰面积随着解析时间的增加而增加，特别是对于长链的DBP和BBP这两种物质，峰面积增加量更显著. 而当萃取时间继续增加时，搅拌棒涂层可能从搅拌棒上脱落. 因此在实验的过程中保持解析时间为50 min.

图 4

Fig. 4

图 4 解析时间对解析效果的影响 Fig. 4 Effect of desorption time on the desorption efficiency

由于PAEs的极性不同，在解析过程中需要调节解析溶剂的极性以获得最优的解析效果. 甲醇和乙腈的极性不同，因此实验通过调节甲醇和乙腈混合液中甲醇的体积分数以改变解析溶剂的极性，以研究其对解析效果的影响(图 5). 由图 5可知，当甲醇的体积分数由100%降至80%时，峰面积有所增加； 继续减小甲醇所占的比例，除了DBP外，其余物质的峰面积均减少. 这是由于甲醇的洗脱能力弱于乙腈，当向甲醇中添加少量的乙腈时，PAEs的洗脱量有所增加； 而继续添加乙腈时，导致解析溶剂的极性过小，不能完全将PAEs洗脱，PAEs的峰面积降低. 因此最优的解析溶剂配比为甲醇 ∶乙腈=4 ∶1(体积比).

图 5

Fig. 5

图 5 解析溶剂甲醇体积分数对解析效果的影响 Fig. 5 Effect of different amount of methanol volume fraction on the desorption efficiency

分别采用线性范围和检出限来评价SBSE-GC-MS方法能准确测量的质量浓度范围和最小质量浓度. 为减小仪器误差，使用内标物质对仪器检测结果进行校正，根据3倍和10倍的信噪比算出检出限和定量限，见表 1. 结果表明6种不同质量浓度PAEs与峰面积的相关性系数较好，相关性系数均大于0.997，DMP、 DEP和DBP质量浓度的线性范围是0.01~100μg ·L^-1，BBP和DEHP质量浓度的线性范围是0.1~100 μg ·L^-1，DOP质量浓度的线性范围为1~100μg ·L^-1. 检出限最低为DBP，低至0.25ng ·L^-1； 随后由低到高依次为DEP、 BBP、 DMP、 DEHP和DOP，其检出限明显高于其他的前处理方法^{[28, 29]}.

为了检测方法的准确度和精确度，分别在空白水样中加入1、 10和50μg ·L^-1的6种PAEs混合工作溶液，测定其回收率和相对标准偏差，见表 2. 结果表明，对于辛醇水分配系数较小的DMP和DEP，所有质量浓度梯度的加标回收率均在52.97%~86.72%之间，对于其他的4种物质，其回收率在52.48%~124.22%之间. SBSE方法中，水样的体积(V_W)和涂层体积(V_SBSE)之比为一个常数β，目标物在萃取涂层与水样之间的分配系数约等于辛醇水分配系数. 回收率与辛醇水分配系数之间的关系列于图 6，从中可知，DMP和DEP的理论回收率分别为16.6%和71.2%，DBP、 BBP、 DEHP和DOP的理论回收率分别为99.7%、 99.6%、 99.9%和99.9%，接近于实验过程的回收率. 说明SBSE方法富集海水中的PAEs具有较好的准确度. PAEs不同加标质量浓度回收率的相对标准偏差均在20%以内，说明方法具有良好的精确度. 所以，SBSE-GC-MS能够同时富集海水中6种PAEs.

表 1(Table 1)

表 1 方法的标准曲线、 相关性系数、 线性范围、 检出限和定量限 Table 1 Calibration curve,correlation coefficient,linear range,limit of detection and quantification of the method PAEs 标准曲线 相关性系数 线性范围/μg ·L-1 检出限/ng ·L-1 定量限/ng ·L-1 DMP y=1E-08x-2E-06 0.9996 0.01~100 3.21 10.71 DEP y=3E-08x+1E-05 0.9995 0.01~100 0.34 1.15 DBP y=6E-08x+6E-05 1 0.01~100 0.25 0.82 BBP y=4E-08x-4E-05 0.9988 0.1~100 2.30 7.67 DEHP y=1E-09x+1E-05 0.9972 0.1~100 28.06 93.55 DOP y=2E-10x+5E-06 0.9991 1~100 174.42 581.40

表 1 方法的标准曲线、 相关性系数、 线性范围、 检出限和定量限 Table 1 Calibration curve,correlation coefficient,linear range,limit of detection and quantification of the method

表 2(Table 2)

表 2 PAEs不同加标质量浓度的回收率 Table 2 Recovery of different concentrations of PAEs PAEs 加标量/μg ·L-1 回收率% 相对标准偏差% 加标量/μg ·L-1 回收率% 相对标准偏差% 加标量/μg ·L-1 回收率% 相对标准偏差/% DMP 1 86.72 0.41 10 52.97 13.69 50 82.80 13.24 DEP 1 73.59 10.98 10 83.23 1.44 50 82.20 9.53 DBP 1 85.60 2.63 10 92.94 8.33 50 59.59 5.31 BBP 1 103.13 3.21 10 52.48 9.35 50 106.50 7.70 DEHP 1 116.73 14.39 10 97.53 12.24 50 94.34 2.21 DOP 1 103.54 9.66 10 124.22 0.84 50 114.13 13.11

表 2 PAEs不同加标质量浓度的回收率 Table 2 Recovery of different concentrations of PAEs

图 6

Fig. 6

图 6 理论回收率和实际回收率与logKOW的关系 Fig. 6 Theoretical and experimental recovery date against logKOW

于2014年12月采集胶州湾附近主要河流入海口的水样. 采用优化的SBSE-GC-MS方法测定,检测结果见表 3. 从中可知，所有的采样点均检出PAEs，且DEP的检出率为100%. 海泊河入海口检出6种PAEs，BBP、 DEHP和DOP质量浓度远大于其余PAEs，占总质量浓度的97%. 李村河入海口检出了除DOP外的5种PAEs，BBP和DEHP的质量浓度较大，占总质量浓度的98%. 墨水河入海口检出了DMP、 DEP和DEHP，DEHP所占的比例为83%. DBP、 BBP和DEHP的使用范围广泛，消耗量大，所以样品中检出的质量浓度范围较大，为主要的污染物.

表 3(Table 3)

表 3 海水样品的检测 1) Table 3 Detection of marine sample PAEs 海泊河入海口/μg ·L-1 李村河入海口/μg ·L-1 娄山河入海口/μg ·L-1 大沽河入海口/μg ·L-1 墨水河入海口/μg ·L-1 DMP 0.75 0.14 n. d. 0.04 0.18 DEP 0.52 0.47 0.24 0.17 0.26 DBP 0.35 2.48 0.64 n. d. n. d. BBP 5.84 0.33 0.20 0.10 n. d. DEHP 16.83 42.52 0.66 n. d. 2.20 DOP 37.02 n. d. n. d. n. d. n. d. 1)n. d. 为未检出含量

表 3 海水样品的检测 1) Table 3 Detection of marine sample

(1)本研究应用SBSE-GC-MS方法检测分析海水中常见的6种PAEs. 采用单因素变量法优化了萃取时间、 甲醇的添加量、 氯化钠添加量、 解析时间和解析溶剂，结果表明最佳的萃取时间为2 h，最佳甲醇的添加量为10%，最佳氯化钠的添加量为5%，最佳优化的解析时间为50 min，最佳解析溶剂配比为甲醇 ∶乙腈=4 ∶1(体积比).

(2)SBSE-GC-MS方法具有较宽的线性范围，能够检测PAEs最大的质量浓度范围在0.01~100 μg ·L^-1之间，相关性系数均在0.99以上. 该方法具有较低的检出限，最低达0.25ng ·L^-1,具有较高的精密度和准确度，且操作简单、 灵敏度高，能够同时测定海水中多种PAEs的含量.

(3)SBSE-GC-MS测定胶州湾入海口海水中PAEs，结果表明DEP的检出率为100%，DBP、 DEHP和DOP的质量浓度较大，占总质量浓度的80%以上.