摘 要： 建立了有机肥料中6种痕量邻苯二甲酸酯类残留的气相色谱-串联质谱检测方法。通过对样品处理参数的优化，确定了以正己烷-丙酮（体积比为1∶1）混合溶剂为提取溶剂，100 kHz功率超声波震荡提取30 min，旋转蒸发浓缩并将溶剂转换成正己烷，浓缩液经硅胶固相萃取小柱净化，使用15 mL正己烷-丙酮（体积比为8∶2）混合溶剂洗脱，洗脱液经旋转蒸发浓缩后再氮吹浓缩至1.00 mL以下，并用正己烷定容至1.00 mL。样品经气相色谱分离后，由三重四极杆串联质谱仪检测，采用多反应离子监测模式扫描，以保留时间及特征离子对定性，外标法定量。6种邻苯二甲酸酯类化合物在质量浓度2～500 ng/mL内与定量离子对色谱峰面积线性关系良好，相关系数为0.996～0.999 1，方法检出限为4～6 μg/kg，加标回收率为74.33%～94.50%，测定结果的相对标准偏差为6.2%～13.4%（n=6）。该方法灵敏度高、准确、操作便捷，抗干扰强，适用于有机肥料中痕量的邻苯二甲酸酯类残留检测。

关键词： 气相色谱-串联质谱法； 有机肥料； 邻苯二甲酸酯； 塑化剂

 

塑化剂是在工业生产上被广泛使用的高分子材料助剂，又称增塑剂。塑化剂的使用可以改善高分子材料的性能，降低生产成本，提高生产效益。塑化剂用途非常广泛。各种塑料制品均可能含有塑化剂，比如塑料玩具、塑料袋、塑料碗、塑料杯、塑料瓶等。最常用的塑化剂是邻苯二甲酸酯类(PAEs)，又名酞酸酯。按沸点分类，它们属于一类半挥发性有机物(SVOCs)。邻苯二甲酸酯类种类很多，具有相似的化学结构，其主要特点是由一个固定的苯环和两条相邻的侧链组成。

目前全人类对塑料产品的需求量巨大，导致塑化剂的消耗激增。但是，塑化剂的大量使用甚至泛滥使用造成邻苯二甲酸酯类的污染不可忽视，比如室内积尘[1‒3]、土壤[4‒6]、食用油[7‒9]、各类食品[10‒13]均有不同程度的污染。多项研究已经表明或证实，某些邻苯二甲酸酯类化合物是内分泌干扰物质[14‒15]，长期接触会导致内分泌失调、紊乱，甚至可能产生致癌、致突变、致畸、生殖毒性及遗传毒性[16‒17]等危害。

肥料作为农作物生长的营养物质来源，其有毒有害物质的检测越来越重要。目前肥料中有毒有害物质的检测主要以检测重金属含量居多，对于有机污染物的检测比较少。诸如邻苯二甲酸酯类等有机污染物一旦污染了肥料，就有可能随着植物根系进入植物细胞内从而造成农产品的污染，而有机肥料的使用量相对于其他化肥要大得多，污染风险更高。另外，有机肥料样品的基体较其他化肥更为复杂，检测技术要求更高。笔者建立了超声波提取-硅胶固相萃取净化-气相色谱-串联质谱法检测有机肥料中邻苯二甲酸酯类，降低了基质的干扰，提高了检测灵敏度及准确度。

 

1. 实验部分

 

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-三重四极杆质谱联用仪：GCMS TQ-8040型，附带自动进样器AOC-20i+s，日本岛津公司。

分析天平：AB104型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司。

旋转蒸发仪：RE-52A型，上海亚荣生化仪器。

超声波震荡仪：KQ-500DB型，昆山市超声仪器有限公司。

硅胶固相萃取净化柱：CNWBOND Si SPE Cartridge，1 g/(6 mL)，上海安谱实验科技公司。

6种邻苯二甲酸酯类混合标准储备液：质量浓度均为2 000 mg/L，6种组分分别为邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己基酯(DEHP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)，上海安谱实验科技有限公司。

二氯甲烷、正己烷、丙酮：色谱纯，德国默克公司。

无水硫酸钠：优级纯，于550 ℃烘6 h，冷却后装入玻璃瓶内，存放于干燥器中。

有机肥料样品：粪尿类有机肥料，原料为猪粪，市售。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 气相色谱仪

色谱柱：DB-5ms型毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25 µm，美国安捷伦科技有限公司)；载气：高纯氦气(体积分数大于99.999%)；柱流量：1.2 mL/min；进样方式：不分流进样；进样体积：1.0 µL；进样时间：1 min；隔垫吹扫：3.0 mL/min；进样口温度：280 ℃；程序升温：初始温度为50 ℃，以20 ℃/min升温至250 ℃，保持3 min。

1.2.2 质谱仪

电离方式：电子轰击电离(EI)；电离能量：70 eV；离子源温度：230 ℃；传输线温度：280 ℃；碰撞气：氩气；扫描模式：多反应离子监测(MRM)；溶剂延迟时间：3 min。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品处理

提取：称取过0.5 mm孔径筛的有机肥料样品1.00 g (精确至0.000 1 g)于150 mL具塞锥形瓶中，加入30 mL正己烷-丙酮(体积比为1∶1)混合液，盖好塞子，在100 kHz功率下超声波震荡提取30 min，冷却至室温，将样品过滤至150 mL平底烧瓶中。滤纸及残渣重新放回锥形瓶中，继续按上述步骤再提取一次，并再次过滤至平底烧瓶中。上清液使用无水硫酸钠脱水后旋转蒸发浓缩至约1 mL，加入5 mL左右正己烷重复旋蒸两次，将溶剂转化成正己烷，待净化。

净化：依次用10 mL正己烷-丙酮(体积比为5∶1)混合溶剂、10 mL正己烷活化层析柱，溶剂流量控制在2 mL/min以下，当溶剂接近柱面时关闭柱子的阀门。用玻璃滴管将浓缩液转移至已活化的硅胶柱上，用6 mL正己烷分3次洗涤浓缩器皿，并将洗液全部移入硅胶柱上，当洗液即将流干时立刻用10 mL正己烷-丙酮(体积比为5∶1)混合溶剂进行洗脱，洗脱液收集于100 mL平底烧瓶中，于旋转蒸发仪上浓缩至近干，加入3 mL正己烷，继续浓缩至1 mL左右，定量转移至10 mL带刻度的玻璃试管中，氮吹至1 mL以下，用正己烷准确定容至1.00 mL，待测。

1.3.2 溶液配制

(1)标准中间液：100 mg/L。准确移取标准储备液0.50 mL于10 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线。

(2)标准使用液Ⅰ：2 mg/L。准确移取标准中间液0.20 mL于10 mL容量瓶中，使用正己烷定容至标线。

(3)标准使用液Ⅱ：100 ng/mL。准确移取标准使用液Ⅰ 0.50 mL于10 mL容量瓶中，使用正己烷定容至标线。

(4)系列标准工作溶液：分别准确移取标准使用液Ⅰ 0.01、0.05、0.25、0.50、1.00、2.50 mL于不同10 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线，配制成质量浓度分别为2、10、50、100、200、500 μg/L的系列标准工作溶液。

1.3.3 定性分析方法

将样品中目标物与标准溶液中目标物的保留时间、离子对丰度比等信息进行比较，对目标物进行定性。测定系列标准工作溶液时得到目标物的保留时间均值，以平均保留时间±3s (s为标准差)为保留时间置信区间，当样品的保留时间在其置信区间内时方可认为保留时间一致。另外，目标物所有定性离子对必须存在，且定性离子对的相对丰度与标准质谱中的相对丰度偏差必须在±30%之内。如果图谱分析时发现存在明显的背景干扰，应扣除背景后再进行分析。

1.3.4 定量分析方法

采用外标法定量，以目标物质量浓度为横坐标，定量离子对色谱峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，并拟合得到回归方程。将测得的样品中目标物定量离子对峰面积代入回归方程，即可求得样品中目标物的含量。

 

2. 结果与讨论

 

2.1 加标回收试验样品制备

实际的样品中，邻苯二甲酸酯类可能被肥料基体牢牢地吸附着，要经过有效的提取方法才可提取出来。而加标试验是人为添加目标物，如未经过长时间的吸附作用，目标物只存在于样品的表面，当加入提取溶剂时，目标物就会立即溶解于提取溶剂，这就不能客观真实地反映提取过程的有效性。

称取1.00 g混匀后的样品于具塞锥形瓶中，加入一定量的标准使用液Ⅰ，用玻璃棒搅拌均匀，盖好瓶塞，置于冰箱中保存12 h以上，使样品充分吸附目标物。按上述步骤制备加标回收试验样品，能真实反映提取过程的有效性。

2.2 提取方式及提取溶剂的选择

半挥发有机物的提取方法有超声波提取、索氏提取以及加压流体萃取等。加压流体萃取是一种比较先进的提取方式，目标物提取效率高，提取时间短，但是需配置专门的仪器，并不是首选的提取方法；索氏提取是经典的提取方法，但是耗时较长，需要连续回流十几个小时，期间比较容易出意外，比如冷却循环水不流动、溶剂蒸干等，对于沸点低的化合物回收率影响较大；超声波提取耗时短，操作方便，回收率得到保证，应用广泛。综合考虑选择超声波提取作为提取方式，并对提取条件及参数进行优化。

使用哪种溶剂比较合适，与目标物分子的极性息息相关。对于邻苯二甲酸酯类来说，两条侧链越长，分子极性越小，越易溶于极性小的溶剂，反之亦然。为了能覆盖全部的目标物，选择混合溶剂较为合适。而丙酮的极性比较大，甚至能和水任意互溶，添加丙酮的目的就是针对一些水分较大的样品，它能将样品的水膜破坏，使目标物顺利溶解于溶剂中。为此，选取了水分含量达30%的有机肥料进行了加标回收试验，分别使用正己烷、二氯甲烷和丙酮进行提取，考察提取溶剂对加标回收率的影响，结果见表1。由表1数据可知，正己烷-丙酮(体积比为1∶1)混合溶剂为最佳选择。

表1   使用不同提取溶剂时加标样品的回收率

Tab. 1   Recovery rates of spiked samples using different extraction solvents ( % )

 

2.3 超声波提取时间的优化

向空白样品中加入质量浓度为2.00 mg/L的标准使用液Ⅰ100 μL，按2.1步骤制备加标样品。按1.3.1样品处理步骤进行提取，改变超声波提取时间，考察加标回收率的变化情况，结果见表2。由表2可知，回收率开始随着超声波提取时间的增加而增大，当提取时间达到30 min后所有化合物的回收率都变化不大。另外，超声波时间越短，对侧链越长的化合物影响越大，原因可能是侧链越长，样品对其吸附力越强，越不容易被提取出来，只是提取时间足够长，各个化合物的回收率相差不大，因此，最终确定超声波提取时间为30 min。

表2   不同超声波提取时间时加标样品的回收率

Tab. 2   Recovery rates of spiked samples with different ultrasonic extraction times ( % )

 

2.4 固相萃取净化小柱洗脱液配比及用量优化

准确称取2.0 mL质量浓度为50 μg/L（总量为100 ng）的6种PAEs系列标准曲线工作溶液，转移至活化后的硅胶固相萃取小柱内，打开旋塞，待液面接近填料时，分别用不同体积比的正己烷-丙酮混合溶液洗脱30 mL，全部接收洗脱液，并将洗脱液浓缩定容至1.00 mL后上机测定，计算各目标物的回收率，结果见表3。由表3可知，正己烷-丙酮混合溶剂洗脱液最优的体积比为8∶2。最后，保持洗脱液的体积比不变，重复以上试验，并按5 mL为一组分段收集洗脱液并浓缩上机测试，发现目标物主要集中在5.0～10.0 mL，因此，确定洗脱液的体积为15 mL，可以保证目标物完全洗脱下来。

表3   不同体积比洗脱液时加标样品的回收率

Tab. 3   Recovery rate of spiked samples with different volume ratios of eluent ( % )

 

2.5 色谱条件的讨论

参考GB/T 39234—2020对色谱条件进行优化，6种PAEs混合标准溶液的总离子流色谱图如图1所示。由图1可见，各组分均得到非常好的分离，且分析时间较短。按照这样的分离度，还有很大空间缩短各组分的保留时间以节省分析时间，即在色谱柱不变的情况下，可以提高载气流量或者提高柱温，使目标物更快地流出色谱柱，而6种PAEs还能得到有效分离。然而，在分析实际样品时，由于样品基体较为复杂，有可能含有一些未知的杂质，目标物和这些杂质不能得到有效分离，从而干扰定性定量分析。图2空白试验色谱图表明试验所用的试剂、器具均未带来干扰峰以及杂峰；而图3样品加标回收试验色谱图出现了杂峰，虽然杂峰与目标峰实现了有效分离，但保留时间相差不大，因此不能再缩短分析时间以免影响分析结果。

图1   6种邻苯二甲酸酯标准物质的多反应离子监测（MRM）色谱图

Fig. 1   Chromatograms of Multi Reactive ion Monitoring （MRM） for six phthalate ester

图2   空白试验色谱图

Fig. 2   Chromatograms of Blank Test

图3   样品加标回收试验色谱图

Fig. 3   Chromatograms of sample spiked recovery test

2.6 方法的线性、检出限及定量限

参照《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168—2020)附录A进行检出限的测试，以1 g石英砂代替样品，加入100 μL质量浓度为100 ng/mL的标准使用液Ⅱ，配制成质量分数为0.01 mg/kg的空白加标样品，按照方法的全过程进行处理和测定，共进行7次平行测定。

方法检出限MDL按式(1)计算：

MDL=t×s (1)

式中：t——自由度为n-1、置信度为99%的t分布值(单侧)，7次重复测定时t=3.143；

s——重复测定7次的标准偏差。

6种PAEs的线性范围、线性方程、相关系数检出限及定量限见表4。由表4可知，标准曲线最低点仅2 ng/mL，方法检出限为4～6 μg/kg，表明该方法的灵敏度很高，这是得益于采用串联质谱技术，使用离子对进行定性定量分析，消除了其他离子的干扰，降低了仪器的噪音，进而提高了灵敏度。相关系数均不低于0.996，表明线性良好，可满足定量要求。

表4   6种PAEs方法的线性范围、线性方程、检出限及定量限

Tab. 4   Linear range，linear equation，detection limit，and quantification limit of 6 PAEs

2.7 方法的精密度及准确度

称取3份有机肥料样品，分别添加不同体积的标准使用液Ⅰ，使加标量分别为20、100、500 μg/kg，重复测定6次，计算加标回收率及测定结果的相对标准偏差(RSD)，结果见表5。由表5可知，6种PAEs加标回收率平均值为74.33%～94.50%，RSD为6.2%～13.4%，表明方法的精密度及准确度良好。

 

3. 结语

 

采用超声波提取-硅胶固相萃取净化-气相色谱-串联质谱法建立了有机肥料中6种痕量邻苯二甲酸酯类分析方法。方法检出限低，灵敏度高，样品前处理方法可行性好，测量准确度高。利用多反应离子监测扫描模式检测，具有很强的抗干扰能力，可以消除复杂基质的干扰。该方法适用于基质较为复杂的有机肥料中痕量邻苯二甲酸酯类的检测。

 

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引用本文： 潘扬昌，莫达松，何禹钦，等 . 气相色谱-串联质谱法测定有机肥料中6种痕量邻苯二甲酸酯［J］. 化学分析计量，2025，34（2）： 12. (PAN Yangchang, MO Dasong, HE Yuqin, et al. Determination of 6 trace plasticizers in organic fertilizers by gas chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2025, 34(2): 12.)

 

来源：化学分析计量

关键词： 邻苯二甲酸酯 有机肥料