氣相和顆粒物中鄰苯二甲酸酯的采樣與檢測技術
1 樣品采集方法
1.1鄰苯二甲酸酯在環境空氣中的分布狀況
鄰苯二甲酸酯類的蒸汽壓從3.6×10-1KPa到6.7×10-4KPa（30℃），分子中醇基碳原子數目比較少的鄰苯二甲酸酯類蒸汽壓較高，在大氣中主要分布在氣相，醇基碳原子數目較多的鄰苯二甲酸酯類蒸汽壓較低，主要吸附在顆粒物表面上，介于二者之間的在氣相和大氣顆粒物中均有分布。
將鄰苯二甲酸酯混合標樣均勻滴加到采樣頭的濾膜上，以100L/min流量采集環境空氣24h，分別測定濾膜及其后面的吸附樹脂上的鄰苯二甲酸酯含量，根據標準添加量和測定結果計算目標化合物在濾膜和樹脂上的分配比例（見表1），采樣時環境溫度為22～25℃。
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表1 鄰苯二甲酸酯在濾膜和樹脂上的分配 |
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1.2吸附材料
研究表明，只有蒸汽壓小于1.3×10-8KPa的非揮發性有機物才會被捕集在玻璃纖維濾膜上，而且吸附在濾膜上（顆粒物中）的有機物在采樣過程中還可能揮發而導致損失，特別是在夏季氣候溫熱的條件下，鄰苯二甲酸酯從濾膜上揮發可達90%。所以現代半揮發性有機物的采樣技術推薦在濾膜后加裝吸附劑。常用的吸附材料包括：超細石英（或玻璃）纖維濾膜、ADX-2樹脂和聚氨酯泡沫（PUF）。對存在于氣相中的鄰苯二甲酸酯，ADX-2樹脂比PUF有更高的吸附效率，由于鄰苯二甲酸類多具有揮發性（蒸汽壓均高于1.3×10-8KPa），推薦在超細玻璃纖維濾膜后加吸附樹脂采集氣相和顆粒物中的鄰苯二甲酸酯。
1.3采樣器和采樣頭
環境空氣中鄰苯二甲酸酯濃度較低，為滿足控制標準和方法檢測限的需要，國外采集環境空氣中的半揮發性有機物一般用大流量采樣器，采氣流量為0.22m3/min，連續24h采集能獲得300m3的樣品體積。由于氣體流速大，為避免穿透，將裝吸附劑的采樣頭設計得比較大（濾膜直徑為102mm,吸附管內徑為65mm，高為125mm），回到實驗室以后需要大量的有機溶劑（700~750ml）進行回流提取。
為節省溶劑，沈陽市環境監測中心站研究試制了中流量采樣器和體積較小的采樣頭，并對該采樣器的采樣效率進行了測定與評估。采樣效率的測定方法：將含有目標化合物的標準溶液定量、均勻地加到干凈的濾膜上，按預定的采樣程序現場采集空氣樣品，標準添加量至少為環境空氣中目標化合物濃度的3倍，但最多不超過10倍。將鄰苯二甲酸酯類混合標樣均勻滴加到采樣頭的濾膜上，以100L/min流量采集環境空氣24h，同時采集環境本底樣品（采樣時環境溫度為22~25℃）。濾膜和ADX-2樹脂對鄰苯二甲酸二甲酯捕集效率為30%~40%，對鄰苯二甲酸二乙酯捕集效率為60%，對其他苯二甲酸酯的捕集效率為80%~110%。
2樣品預處理方法
2.1樣品的提取
采樣后將濾膜連同吸附劑一起放入索氏提取器中，用合適的有機溶劑回流提取16~24h。二氯甲烷和1：9的乙醚/正己烷（V/V）混合溶劑對于鄰苯二甲酸酯類它們都是優良的提取液，對各目標化合物回流提取效率均大于85%。二氯甲烷比乙醚/正己烷混合溶劑沸點低，回流提取和濃縮時水浴可以控制在較低溫度，節省能源，也比較安全，但不適用于聚氨酯泡沫（PUF）的提取，PUF經二氯甲烷浸泡后，體積膨脹，結實程度明顯變差，變糟，不再適合于樣品采集。回流提取時水浴溫度一般控制在比提取液組分溶劑的沸點高10~15℃，每小時循環回流次數不少于4次，采集樣品后的吸附劑經回流提取16～18h后，一般可以重復用于下一個樣品的采集。
2.2樣品的凈化
將鄰苯二甲酸酯類的正己烷萃取液濃縮至2ml左右，加入5ml濃硫酸，正己烷中的鄰苯二甲酸酯類在用濃硫酸萃取時轉移到濃硫酸相中，用20ml水稀釋濃硫酸相，再用正己烷反萃取。該方法對于干擾物質的去除效果甚好，但操作人員與硫酸接觸，比較危險。另外樣品與濃硫酸的接觸時間也不易掌握，接觸時間稍長目標化合物損失嚴重，重復性較差，回收率只能達到20%～40%。
美國EPA推薦使用硅酸鎂（弗羅里Florisil）或氧化鋁（中性）層析柱凈化。層析氧化鋁和硅酸鎂在使用前需要烘干并脫活，方法是先在400℃加熱16h，冷卻后每100g加入3ml試劑水，振搖10min后放置2h密封保存。凈化方法：稱取10g層析硅酸鎂或氧化鋁裝入10mm內徑層析柱中，柱頂填充1g無水硫酸鈉，先用40ml正己烷淋洗（棄去淋洗液），然后用100ml（2+8）乙醚/正己烷（V/V）混合溶劑洗脫，收集洗脫液到濃縮器中，濃縮定容到1.0～2.0ml。需要指出的是使用層析柱凈化時，必須事先測定流出曲線，確定淋洗條件，證明待測組分的回收率不低于80%。
使用市售弗羅里（Florisil）小柱凈化，節省溶劑、使用方便、重復性好，國內已有批量生產。凈化柱使用前，依次用4ml洗脫液和5ml正己烷平衡凈化柱，棄去流出的溶劑。取濃縮定容后的樣品溶液0.5～1.0ml加入到規格為1000mg的弗羅里小柱上，棄去流出的溶劑；用10ml(2+8)乙醚/正己烷混合溶液（V/V）洗脫。更換溶劑和添加樣品時應注意，在柱填料露出液面之前關閉活塞，任何情況下不得讓溶劑流干。濃縮時水浴溫度不宜超過洗脫液沸點，千萬不得將溶劑吹干。
使用弗羅里小柱凈化可去除樣品中的極性物質和部分芳香烴類，凈化柱對三環和三環以下的PAH去除效果明顯，對四環以上的PAH無去除效果，但只要色譜條件合適，它們不干擾測定。弗羅里小柱的凈化回收率在70%～103%之間。環境樣品經弗羅里小柱凈化后，雜質峰明顯減少。
3 檢測方法
3.1概述
檢測鄰苯二甲酸酯類的方法主要有分光光度法、氣相色譜法、氣相色譜-質譜法和液相色譜法。鄰苯二甲酸酯在紫外區范圍內有224nm和275nm兩個最大吸收峰，其醇基碳原子的多少對吸收光譜的影響不大，分光光度法一般選擇224nm和275nm為工作波長，其靈敏度和重現性較好，但特異性較差，只限于聚合材料中增塑劑總量的測定。色譜法（包括氣相色譜法、氣相色譜-質譜法和液相色譜法）不但能夠對各種鄰苯二甲酸酯實現完全分離，而且靈敏度高、選擇性強，代表了鄰苯二甲酸酯類檢測的發展趨勢。方法檢測限可達到ppt級。
3.2氣相色譜
用氣相色譜法分析鄰苯二甲酸酯，色譜柱可采用填充柱也可采用毛細管柱。檢測器一般使用氫焰檢測器（FID）和電子捕獲檢測器（FCD）。檢測實際樣品時，分析人員可以根據樣品的組成特點，選擇最優的色譜條件。美國EPA方法606推薦的色譜條件：色譜柱，玻璃柱1.8mm×4mm,填料，1.5%SP-2250/1.95%SP-2401涂于100～200目SupelCoport上，載氣為含5%甲烷的氬氣，流速為60ml/min；同時推薦使用以3%OV-1/SupelCoport(100～200目)填料的色譜柱作為輔助定性柱。也有使用硅酮系列作為分離柱的，如OV-1、OV-17、SE-30、SE-54等。填充色譜柱使用前，特別是新裝的柱子，應進行充分餓較長時間的老化，才能獲得較為理想的色譜峰和重復性，即反復多次注入高濃度的鄰苯二甲酸酯標準溶液，使分離柱達到正常狀態。另外使用FCD檢測器靈敏度高，但檢測器易受污染，靈敏度波動較大，因此使用FCD檢測器時，定量關系應經常校正。
使用毛細管柱可以對組成復雜的樣品獲得更為理想的分離效果，而且平衡時間短，無需長時間老化。推薦的色譜條件：色譜柱，DB-5MS，30m×250μm×250μm，柱溫45℃保持2min，以10℃/min升至320℃，保持5.5min；進樣口溫度270℃，氦氣恒流1.0ml/min。
3.3氣相色譜-質譜法（GC-MS）
氣相色譜-質譜法是目前國內外分離鑒定鄰苯二甲酸酯的主要方法，美國EPA規定用GC-MS法測定城市和工業排水中的鄰苯二甲酸酯類。除鄰苯二甲酸二甲酯外，鄰苯二甲酸酯的質譜圖中都有一個很強的鄰苯二甲酸二烷基酯的m/e=149的特征峰，鄰苯二甲酸二正丁酯的另一個特征峰在m/e=223處，鄰苯二甲酸二辛酯的另一個特征峰在m/e=279處。
推薦的色譜-質譜條件：色譜柱，石英毛細管柱（DB-5MS）30m×250μm×0.25μm；柱溫45℃保持2min，以10℃/min升至320℃，保持5.5min；進樣口溫度270℃；傳輸線溫度280℃；進樣方式，分流進樣；氦氣恒流，1.0ml/min；離子源溫度230℃；電離方式，EI源；離子源電子能量70ev；采集方式，全掃描或選擇離子方式（SIM），SIM方式可提高方法靈敏度。
鄰苯二甲酸酯類沸點高，不容易氣化，可能會在氣相色譜的進樣口、色譜柱或檢測器中滯留，影響測試的精密度和準確度。為克服上述的問題，應盡量選擇穩定性好的進樣墊、襯管和低流失的色譜柱，以便提高色譜系統的溫度。
3.4液相色譜法（HPLC）
用液相色譜分離鄰苯二甲酸酯類，可以用正相結合色譜，也可以用反相鍵合相色譜，戴天有曾建立過用氰基柱（Zorbax-CN柱，250cm×4.6mm；流動相為含3%異丙醇的正己烷，1.0ml/min）分離鄰苯二甲酸酯類液相色譜分離系統，沈陽市環境監測站也曾建立過用醇基柱分離測定六種鄰苯二甲酸酯類的分析方法在全國推薦使用，上述兩種方法用的都是正相色譜分離系統。考慮到反相色譜柱比正相色譜柱使用方便、易于維護，在實際工作中應用比較廣泛，更容易推廣使用，筆者推薦使用反相鍵合相色譜分離鄰苯二甲酸酯。
對于反相鍵合相色譜，流動相的主體為水，甲醇和乙腈都是常用的優選溶劑。甲醇的紫外截止波長為210nm，乙腈紫外截止波長190nm。鄰苯二甲酸酯類在225nm處有最大吸收峰，甲醇的紫外截止波長距離檢測波長較近，低濃度時基線波動較大，影響方法檢出限。所以推薦選用乙腈/水二元混合溶劑作為流動相。在乙腈-水混合溶劑中，七種目標化合物在短時間內就可以獲得基線分離。但是在實際環境樣品及樣品預處理過程中難免會帶進一些雜質，這些雜質都有可能在紫外檢測器上出峰，所以在基線分離的基礎上進一步改善各組分的分離度，對于避開雜質的干擾是非常必要的。推薦的色譜柱：ODS-C18柱，250mm×4.6mm；色譜條件：乙腈濃度在20min內從60%增加到100%進行梯度淋洗。在實際環境空氣樣品中發現有一個濃度相當高的干擾組分與鄰苯二甲酸二甲酯同時出峰。將乙腈濃度在55%保持6min，然后在20min內增加到100%進行梯度淋洗時，可以使該干擾組分與鄰苯二甲酸二甲酯分離，有效避開其干擾。
4 質量保證與質量控制
現代質量管理不僅關注產品的質量，更強調全過程的質量控制。為了保證數據的質量，必須將質量控制的理念貫穿到從采樣到分析的全過程。每一項新的標準方法都應該明確質量控制的具體要求。使用這些標準方法的實驗室必須制定一套完整的質量控制程序。該程序中應包括儀器設備的校準（包括采樣器流量的校準、儀器性能的校準等）；實驗室能力證明；樣品的采集、運輸、貯存和分析；運輸空白、現場空白、試劑空白、空白加標、基體加標、質控樣品的分析以及數據的處理等。實驗室必須保留所有這些質量記錄并建立檔案以備查證。下面僅是一般的質控要求，各實驗室應該根據需要制定更加詳細的質控措施。
4.1儀器的調試和校準
現代色譜法的靈敏度很高，常用于微量分析和痕量分析，校準曲線的線性范圍很寬，一般曲線最高點和最低點濃度可相差1~2個數量級，所以當線性范圍確定以后，可采用單點校準，也可以采用3點校準，最多不超過5點。
校準方法有內標法和外標法兩種。內標物質常在樣品預處理后、注入色譜前加入。氣相色譜法和氣相色譜-質譜法進樣量少（1~2μl），常用內標法定量，以抵消由進樣體積不一致引起的系統誤差。若將內標在采樣后、樣品的預處理前加入，還可以抵消樣品預處理引起的系統誤差。若樣品組分多、分離時間長，一般在不同的時間段用不同的內標定量。美國EPA方法8061采用毛細管柱GC-ECD法測定液體、固體和泥中的酞酸酯，使用芐基苯甲酸酯為內標。本實驗室建立的氣相色譜-質譜法則用苊-d7、菲-d10、和-d12為內標。使用內標法繪制校準曲線，須計算相對響應因子。響應因子的相對標準偏差應小于等于15%，或者相關系數大于等于0.995，否則重新調整儀器進行測定。
氣相色譜-質譜法在校準和分析樣品之前，先要對質譜儀的質量數、分辨率和靈敏度進行校準。儀器每運行24小時需注入50ng十氟三苯基磷（DFTPP），對儀器整個系統進行校準，所得質量豐度應滿足儀器規定要求。
4.2實驗室能力證明
將10倍于檢測限的鄰苯二甲酸酯標準物質加到干凈的濾膜和吸附樹脂上，按樣品的分析步驟測定并計算回收率。4個平行樣中至少有3個樣品的回收率應該落在方法規定的平均回收率的30%以內或偏離不超過相對標準偏差的3倍。
4.3空白的分析
由于塑料制品的廣泛應用，酞酸酯的污染幾乎無處不在。實驗室、空氣、試劑、去離子水、玻璃器皿、試劑的包裝等都可能存在酞酸酯類污染。因此所有試劑和水在臨用前必須洗凈，可用洗滌劑、水、丙酮、正己烷順序洗滌。也可將器皿在濃硫酸中浸泡數小時，洗凈后在烘箱（180℃）中烘烤2h。實驗室操作應使用全玻璃儀器，嚴格避免使用塑料制品。實驗室用水應使用蒸餾水，不得使用去離子水。無水硫酸鈉一般裝在塑料瓶內，也是空白值高的主要原因。無水硫酸鈉使用前應在高溫（500～700℃）下，烘烤數小時，于磨口玻璃瓶中或在干燥器中保存。
處理樣品前，必須證明所有的玻璃器皿和試劑空白受控，特別是吸附劑。每分析一批樣品（最多不超過20個）或當更換試劑時必須分析試劑空白。為考察采樣現場、樣品運輸和貯藏過程中對樣品造成的玷污情況，還應分析運輸空白、現場空白和貯存空白。若有干擾的存在應查找原因并設法分離或減小。一般要求空白值低于檢測限，最高不得超過檢測限的3倍。
4.4質控樣品
每批樣品上機前、后或每隔12h，應該分析一個中等濃度的標準樣品，質控樣品應每隔一到兩個月定期制備，并對準確度重新檢查。當使用內標校準程序時，任何一個樣品的內標響應因子與日常樣品內標響應的平均值比較，偏離不得大于20%~30%。
4.5加標回收及替代物的使用
每批樣品須分析1~2個空白加標（LFB），加標濃度至少應該是檢測限的10倍。每批樣品還應做1~2個基體加標，加標擺弄度不應少于原樣的濃度，根據加入量和背景濃度計算加標回收率，與控制范圍限比較，若基體回收率失控，而空白加標在受控狀態，則原樣品的分析結果必須標記為可疑或受基體效應影響。
基體加標回收率實驗需要對原樣及其加標后分析兩次，成本高、時間長。氣相色譜-質譜聯用法利用質譜的特征離子碎片的質量優勢，在每個樣品預處理前，加入同位素跟蹤替代品，根據替代品的加標回收率跟蹤樣品分析的準確度，同時完成原樣的分析和加標樣品分析，快捷方便。氣相色譜法和液相色譜法則加入與目標化合物性質相近且在環境中不存在該物質的替代物。美國EPA方法8061采用毛細管柱GC-ECD法測定液體、固體和泥中的酞酸酯，使用芐基苯甲酸酯為內標，鄰苯二甲酸二芐酯、異鄰苯二甲酸二苯酯和鄰苯二甲酸二苯酯為替代物。沈陽市環境監測中心站建立的氣相色譜-質譜法用苊-d7、菲-d10、和-d12為內標，用鄰苯二甲酸二苯酯為替代物；液相色譜法用鄰苯二甲酸二苯酯為替代物。一般要求替代品的加標回收率應該落在75%~125%之間，回收率小于50%和大于150%的分析結果應該舍棄并查找原因。
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