荧光法快速测定邻苯二甲酸酯的总量
蔡其洪*, 武园园, 林江伟
莆田学院 药学与医学技术学院 福建 莆田 351100
通讯联系人:蔡其洪,教授; Tel/Fax:0594-2784947; E-mail:cqh118@163.com; 研究方向:分子发光分析
摘要

基于邻苯二甲酸酯在浓硫酸下荧光增强的原理构建了一种测定邻苯二甲酸酯总量的荧光分析新方法。 体系的荧光强度与邻苯二甲酸酯的浓度在5.00~600 μg/L的范围内呈线性关系,方法的检出限为0.57 μg/L,回收率在91.6%~105.1%之间。 该方法简单、快速、灵敏度高、线性范围宽。 用于塑料水杯和聚氯乙烯水管中邻苯二甲酸酯总量的测定,结果令人满意。

关键词: 邻苯二甲酸酯; 荧光分析法; 塑料水杯; 聚氯乙烯水管
中图分类号:O657.3 文献标志码:A 文章编号:1000-0518(2015)01-0118-05
Rapid Determination of Total Phthalic Acid Esters by Fluorescence Spectrometry
CAI Qihong*, WU Yuanyuan, LIN Jiangwei
Pharmaceutical and Medical Technology College of Putian University,Putian,Fujian 351100,China
Corresponding author:CAI Qihong, professor; Tel/Fax:0594-2784947; E-mail:cqh118@163.com; Research interests:molecular luminescence analysis
Abstract

A fluorescence method for phthalic acid esters determination has been developed based on enhanced fluorescence intensity of phthalic acid esters in concentrated sulfuric acid. The fluorescence intensity of the system has a linear relationship with phthalic acid esters concentration in the range of 5.00~600 μg/L with the detection limit of 0.57 μg/L. The recovery is in the range of 91.6%~105.1%. This method is simple, rapid and sensitive, and has a wide linear range. It has been successfully applied to determine the total phthalic acid esters in plastic cups and polyvinyl chloride pipe with satisfying results.

Keyword: phthalic acid esters; fluorescence spectrometry; plastic cup; polyvinyl chloride pipe

邻苯二甲酸酯是一类常见的塑料增塑剂, 普遍存在于水体、空气、土壤和塑料制品等样品中[1]。 该物质可通过呼吸、饮食和皮肤接触直接进入人和动物体内, 对人和动物造成很大的危害, 临床上表现为生殖能力下降、生殖器官畸形和发育异常, 长期体内积累也会导致癌变和突变等[2]。 由于其对人体健康产生危害, 我国和美国、欧盟等国家都把其列为优先监测污染物, 因此邻苯二甲酸酯目前已成为国际上广泛关注的一类环境激素污染物[3, 4, 5]

邻苯二甲酸酯类化合物测定的方法主要有紫外分光光度法[6, 7]、气相色谱法[8, 9]、高效液相色谱法[10, 11]和质谱法[12, 13]等, 其中紫外分光光度法选择性和灵敏度相对较差, 而色谱法和质谱法对样品的前处理要求高, 须对实际样品采用有机溶剂萃取、浓缩富集等繁琐的前处理步骤。 采用荧光分析法报道的很少, 主要有庄惠生课题组[14, 15]研究了在酸性和碱性条件下荧光法分别测定邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二甲酯; 李满秀等[16]利用Fenton反应产生羟基自由基, 与邻苯二甲酸酯水解产生的邻苯二甲酸钠反应, 生成具有荧光的羟基邻苯二甲酸钠, 从而间接测定邻苯二甲酸酯。 而我们实验研究了邻苯二甲酸酯在不同硫酸浓度下荧光性质的变化, 发现邻苯二甲酸酯在浓硫酸条件下, 荧光强度大大增强, 而且不同化合物的荧光性质存在高度的相似, 据此首次建立了荧光法测定邻苯二甲酸酯的总量, 可在浓硫酸下直接荧光测定, 省去复杂的样品前处理步骤, 实现快速、简单的测定。 另外由于荧光法灵敏度高, 检出下限低, 可实现痕量分析。

1 实验部分
1.1 仪器和试剂

F-4600 型荧光分光光度计(日本日立公司)。

配制邻苯二甲酸二甲酯(DMP, 德国Dr公司98.0%)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP, 德国Dr公司98.0%)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP, 德国Dr公司99.0%)的标准无水乙醇储备液浓度都为500 mg/L, 冰箱冷藏备用, 使用时根据需要进行稀释, 浓硫酸(国药集团, 98%, 分析纯), 无水乙醇(国药集团, 99.7%, 分析纯), 超纯水(西门子Ultra Clear TWF系统超纯水机制备)。

1.2 测定方法

取DMP(或DEP、DBP)的母液适量于10 mL的具塞刻度试管后, 缓慢加入适量的浓硫酸, 用超纯水定容后混匀待反应10 min, 放置冷却。 取适量于1 cm石英比色皿中, 设置仪器扫描参数:激发和发射单色仪狭缝宽度均为5 nm, 扫描速度为1200 nm/min, 进行荧光光谱扫描。

1.3 样品测定

模拟实际样品的正常用水。 塑料水杯和聚氯乙烯(PVC)水管分别用热水与冷水浸泡约30 min, 得浸泡水样。 各取2 mL水样于10 mL具塞刻度试管中, 缓慢加入浓硫酸8 mL混合均匀, 静置冷却后进行荧光测定。

2 结果与讨论

2.1 3种邻苯二甲酸酯的荧光激发和发射光谱

准确量取DMP、DEP和DBP母液4 μ L于3支10 mL试管中, 加入8 mL浓硫酸, 超纯水定容至刻度, 振荡均匀, 放置冷却, 得邻苯二甲酸酯浓度为0.2 mg/L工作液。 分别扫描它们各自的荧光激发和发射光谱, 结果见图1。 从图1可以看出, 3种物质在硫酸作用下生成产物的荧光激发波长λ ex=218 nm, 发射波长λ em=356 nm, 荧光强度强, 且荧光光谱的形状和强度几乎一致, 据此建立起荧光法测定该3种物质的总量。

图1 DMP(a)、DEP(b)和DBP(c)酸化处理后及加入和未加入硫酸水溶液的荧光激发和发射光谱Fig.1 Excitation and emission spectra of DMP(a), DEP(b) and DBP(c) after treatment with H2SO4

图2 不同硫酸浓度下DMP(a)、DEP(b)和DBP(c)体系的荧光强度的变化Fig.2 The fluorescence intensity of DMP(a), DEP(b) and DBP(c) changes in H2SO4 at different concentrations

2.2 浓硫酸浓度的影响

准确量取4 μ L的DMP、DEP和DBP母液于10 mL刻度试管中, 各加入不同体积的浓硫酸0.01、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8和10 mL后用超纯水定容得浓度为0.2 mg/L工作液, 在实验条件下测定各种物质的荧光强度, 结果如图2所示。 从图2可以看出, 3种物质在不同硫酸浓度下荧光强度发生明显地变化, 随着硫酸浓度的增加荧光强度也逐渐递增, 且在不同体积的浓硫酸下3种物质的荧光强度变化几乎一致。 为了方法能用于直接测定实际的水样, 选定2 mL实际水样加8 mL的浓硫酸作为测定的条件。

2.3 反应机理

图3 邻苯二甲酸酯在浓硫酸下反应方程式Fig.3 Reaction scheme of phthalic acid esters in concentrated sulfuric acid

邻苯二甲酸酯在浓硫酸条件下水解生成邻苯二甲酸, 而邻苯二甲酸在浓硫酸作用下进一步分子内脱水生成邻苯二甲酸酐, 其反应方程式见图3。 由于邻苯二甲酸酐的生成, 扩大了环状平面, 使平面共轭程度增大, 因此荧光强度明显地增强。

2.4 标准工作曲线和检出限

由于3种物质的荧光强度几乎一致, 因此选择DBP作为测定的标准物质。 配制一系列不同浓度的DBP溶液, 按照实验选定的测定

图4 DBP标准工作曲线Fig.4 Calibration curve of DBP

方法进行荧光测定, 其中每一浓度平行配制3份, 测定3次, 结果取平均值。以荧光强度对DBP浓度作标准工作曲线, 结果如图4所示。 DBP的浓度在5.00~600 μ g/L范围内荧光强度与浓度呈良好的线性关系, 其线性方程为F=14.70ρ -120.09, 相关系数R=0.9992, 检出限为0.57 μ g/L(D=3S/K, D为检出限, S为11次空白值的标准偏差, K为线性方程的斜率)。

2.5 精密度实验

平行配制相同浓度0.20 mg/L的DBP溶液6份, 按设定的实验方法进行荧光测定, 可得DBP的相对标准偏差为1.0%。 从实验结果看, 该方法的精密度好。

2.6 回收率实验

通过加标回收实验的方法, 验证新方法测定结果的准确度。 取含有邻苯二甲酸酯的PVC材质塑料水管的水浸泡液2 mL于10 mL刻度试管中, 加入不同量的标准品DBP后, 缓慢加入8 mL浓硫酸, 混合均匀, 静置冷却, 按实验设定的方法进行荧光测定, 结果见表1。 DBP的回收率范围为91.6%~105.1%。

表1 DBP回收率实验 Table 1 Recovery of DBP

图5 PVC塑料管在冷、热水下的荧光激发与发射光谱Fig.5 Excitation and emission spectra of PVC pipe in hot and cold water

2.7 实际样品测定

购买流通市场上一次性饮用塑料水杯6个品牌30份样品和PVC材质塑料水管5个品牌15份样品, 按1.3节步骤进行测定。 结果发现, 一次性饮用塑料水杯目前尚未检出邻苯二甲酸酯类物质, 而个别PVC材质的软塑料水管检出不同量的邻苯二甲酸酯类物质, 所得结果如图5所示, 水管在水的浸泡下溶出一定量的邻苯二甲酸酯类物质, 且在热水中溶出量更多。

3 结论

实验所建立的荧光分析新方法测定邻苯二甲酸酯的总量简单、快速、灵敏度高、检出限低、检测费用低廉, 用于实际样品的测定有效可行, 且适用于痕量物质的分析, 完全可以满足各级环保、质检部门的检测需要。

参考文献
[1] Mahmoud M A, José R U, Raúl O P, et al. Environmental Impact of Phthalic Acid Esters and Their Removal from Water and Sediments by Different Technologies-A Review[J]. J Environ Manage, 2012, 109(10): 164-178. [本文引用:1] [JCR: 3.057]
[2] Howdeshell K L, Wilson V S, Furr J, et al. A Mixture of Five Phthalate Esters Inhibits Fetal Testicular Testosterone Production in the Spraguee Dawley Rat in a Cumulative, Dose-additive Manner[J]. Toxicol Sci, 2008, 105(6): 153-165. [本文引用:1] [JCR: 4.328]
[3] Liu X W, Shi J H, Bo T, et al. Occurrence of Phthalic Acid Esters in Source Waters: A Nationwide Survey in China During the Period of 2009-2012[J]. Environ Pollut, 2014, 184(1): 262-270. [本文引用:1] [JCR: 3.73]
[4] Zheng X X, Zhang B T, Teng Y G. Distribution of Phthalate Acid Esters in Lakes of Beijing and Its Relationship with Anthropogenic Activities[J]. Sci Total Environ, 2014, 476/477(4): 107-113. [本文引用:1]
[5] Zhang L F, Dong L, Ren L J, et al. Concentration and Source Identification of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Phthalic Acid Esters in the Surface Water of the Yangtze River Delta, China[J]. J Environ Sci, 2012, 24(2): 335-342. [本文引用:1]
[6] YANG Wenhong, YE Changming. Simultaneous Determination of Phthalic acid and Dimethyl Phthalate by Dual-wavelength Spectrophotometry[J]. Environ Chem, 1995, 14(2): 145-150(in Chinese).
颜文红, 叶常明. 分光光度法同时测定水中邻苯二甲酸和邻苯二甲酸二甲酯[J]. 环境化学, 1995, 14(2): 145-150. [本文引用:1] [JCR: 2.652]
[7] HUANG Xiaodong, TAO Ran, XU Qiang. UV Spectrometric Determination of Diethylhexyl Phthalatein Purified Drinking Water[J]. Food Sci, 2012, 33(16): 237-240(in Chinese).
黄晓东, 陶然, 徐强. 紫外分光光度法测定饮用纯净水中邻苯二甲酸二己酯含量[J]. 食品科学, 2012, 33(16): 237-240. [本文引用:1] [CJCR: 0.805]
[8] Li X J, Zeng Z R, Chen Y, et al. Determination of Phthalate Acid Esters Plasticizers in Plastic by Ultrasonic Solvent Extraction Combined with Solid-phase Microextraction Using Calix[4]arene Fiber[J]. Talanta, 2004, 63(4): 1013-1019. [本文引用:1] [JCR: 3.498]
[9] Gabriela P, Katerina H, Jan P, et al. Development of a Solid-phase Microextraction Method for the Determination of Phthalic Acid Esters in Water[J]. Anal Chim Acta, 2002, 457(2): 211-223. [本文引用:1] [JCR: 4.387]
[10] XIAO Shangyou, WANG Jiefeng, XIA Zhining, et al. Determination of Trace Dimethyl Phthalate in Water by High Performance Liquid Chromatography Coupled with on-Column Enrichment[J]. Chinese J Anal Chem, 2009, 37(8): 1193-1196(in Chinese).
肖尚友, 王杰峰, 夏之宁, . 原柱富集-高效液相色谱法测定水体中痕量邻苯二甲酸二甲酯[J]. 分析化学, 2009, 37(8): 1193-1196. [本文引用:1] [JCR: 0.769] [CJCR: 1.29]
[11] DU Xinzhen, CAO Xu, WANG Xuemei, et al. Determination of Diethyl Phthalate by Solid-phase Microextraction Coupled to HPLC Using a Fiber with Mesoporous Coating[J]. J Northwest Nor Univ(Nat Sci), 2009, 45(4): 56-59(in Chinese).
杜新贞, 曹旭, 王雪梅, . 介孔材料固相微萃取-高效液相色谱联用测定水样中邻苯二甲酸二乙酯[J]. 西北师范大学学报(自然科学版), 2009, 45(4): 56-59. [本文引用:1]
[12] Xu D M, Deng X J, Fang E H, et al. Determination of 23 Phthalic Acid Esters in Food by Liquid Chromatography Tand em Mass Spectrometry[J]. J Chromatogr A, 2014, 1324(1): 49-56. [本文引用:1] [JCR: 4.612]
[13] Akos K, Lajos N, Miklos Z, et al. Fast Identification of Phthalic Acid Esters in Poly(vinyl chloride) Samples by Direct Analysis in Real Time(DART) Tand em Mass Spectrometry[J]. Int J Mass Spectrom, 2011, 303(2/3): 225-228. [本文引用:1] [JCR: 2.142]
[14] ZHANG Mingcui, ZHUANG Huisheng. Determination of Dibutyl Phthalate in Water by Fluorescence Spectrophotometry[J]. J Instrum Anal, 2006, 25(5): 113-115(in Chinese).
张明翠, 庄惠生. 酸性条件下荧光光度法测定水中邻苯二甲酸二丁酯[J]. 分析测试学报, 2006, 25(5): 113-115. [本文引用:1]
[15] LANG Qing, ZHANG Mingcui, WANG Qionge, et al. Fluorophotometric Determination of Dibutyl Phthalate in Water[J]. Phys Test Chem Anal Part B: Chem Anal, 2006, 42(4): 243-244, 251(in Chinese).
郎庆, 张明翠, 王琼娥, . 荧光光度法测定水中邻苯二甲酸二甲酯的研究[J]. 理化检验-化学分册, 2006, 42(4): 243-244, 251. [本文引用:1] [CJCR: 0.762]
[16] LI Manxiu, WANG Huayan. Determination of Phthalate Esters in Environmental Samples by Fluorimetry[J]. Chinese J Anal Chem, 2005, 33(9): 1315-1317(in Chinese).
李满秀, 王华燕. 荧光法测定环境样品中的邻苯二甲酸酯[J]. 分析化学, 2005, 33(9): 1315-1317. [本文引用:1] [JCR: 0.769] [CJCR: 1.29]