气相和颗粒物中邻苯二甲酸酯的采样与检测技术
1 样品采集方法
1.1邻苯二甲酸酯在环境空气中的分布状况
邻苯二甲酸酯类的蒸汽压从3.6×10-1KPa到6.7×10-4KPa（30℃），分子中醇基碳原子数目比较少的邻苯二甲酸酯类蒸汽压较高，在大气中主要分布在气相，醇基碳原子数目较多的邻苯二甲酸酯类蒸汽压较低，主要吸附在颗粒物表面上，介于二者之间的在气相和大气颗粒物中均有分布。
将邻苯二甲酸酯混合标样均匀滴加到采样头的滤膜上，以100L/min流量采集环境空气24h，分别测定滤膜及其后面的吸附树脂上的邻苯二甲酸酯含量，根据标准添加量和测定结果计算目标化合物在滤膜和树脂上的分配比例（见表1），采样时环境温度为22～25℃。
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表1 邻苯二甲酸酯在滤膜和树脂上的分配 |
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1.2吸附材料
研究表明，只有蒸汽压小于1.3×10-8KPa的非挥发性有机物才会被捕集在玻璃纤维滤膜上，而且吸附在滤膜上（颗粒物中）的有机物在采样过程中还可能挥发而导致损失，特别是在夏季气候温热的条件下，邻苯二甲酸酯从滤膜上挥发可达90%。所以现代半挥发性有机物的采样技术推荐在滤膜后加装吸附剂。常用的吸附材料包括：超细石英（或玻璃）纤维滤膜、ADX-2树脂和聚氨酯泡沫（PUF）。对存在于气相中的邻苯二甲酸酯，ADX-2树脂比PUF有更高的吸附效率，由于邻苯二甲酸类多具有挥发性（蒸汽压均高于1.3×10-8KPa），推荐在超细玻璃纤维滤膜后加吸附树脂采集气相和颗粒物中的邻苯二甲酸酯。
1.3采样器和采样头
环境空气中邻苯二甲酸酯浓度较低，为满足控制标准和方法检测限的需要，国外采集环境空气中的半挥发性有机物一般用大流量采样器，采气流量为0.22m3/min，连续24h采集能获得300m3的样品体积。由于气体流速大，为避免穿透，将装吸附剂的采样头设计得比较大（滤膜直径为102mm,吸附管内径为65mm，高为125mm），回到实验室以后需要大量的有机溶剂（700~750ml）进行回流提取。
为节省溶剂，沈阳市环境监测中心站研究试制了中流量采样器和体积较小的采样头，并对该采样器的采样效率进行了测定与评估。采样效率的测定方法：将含有目标化合物的标准溶液定量、均匀地加到干净的滤膜上，按预定的采样程序现场采集空气样品，标准添加量至少为环境空气中目标化合物浓度的3倍，但最多不超过10倍。将邻苯二甲酸酯类混合标样均匀滴加到采样头的滤膜上，以100L/min流量采集环境空气24h，同时采集环境本底样品（采样时环境温度为22~25℃）。滤膜和ADX-2树脂对邻苯二甲酸二甲酯捕集效率为30%~40%，对邻苯二甲酸二乙酯捕集效率为60%，对其他苯二甲酸酯的捕集效率为80%~110%。
2样品预处理方法
2.1样品的提取
采样后将滤膜连同吸附剂一起放入索氏提取器中，用合适的有机溶剂回流提取16~24h。二氯甲烷和1：9的乙醚/正己烷（V/V）混合溶剂对于邻苯二甲酸酯类它们都是优良的提取液，对各目标化合物回流提取效率均大于85%。二氯甲烷比乙醚/正己烷混合溶剂沸点低，回流提取和浓缩时水浴可以控制在较低温度，节省能源，也比较安全，但不适用于聚氨酯泡沫（PUF）的提取，PUF经二氯甲烷浸泡后，体积膨胀，结实程度明显变差，变糟，不再适合于样品采集。回流提取时水浴温度一般控制在比提取液组分溶剂的沸点高10~15℃，每小时循环回流次数不少于4次，采集样品后的吸附剂经回流提取16～18h后，一般可以重复用于下一个样品的采集。
2.2样品的净化
将邻苯二甲酸酯类的正己烷萃取液浓缩至2ml左右，加入5ml浓硫酸，正己烷中的邻苯二甲酸酯类在用浓硫酸萃取时转移到浓硫酸相中，用20ml水稀释浓硫酸相，再用正己烷反萃取。该方法对于干扰物质的去除效果甚好，但操作人员与硫酸接触，比较危险。另外样品与浓硫酸的接触时间也不易掌握，接触时间稍长目标化合物损失严重，重复性较差，回收率只能达到20%～40%。
美国EPA推荐使用硅酸镁（弗罗里Florisil）或氧化铝（中性）层析柱净化。层析氧化铝和硅酸镁在使用前需要烘干并脱活，方法是先在400℃加热16h，冷却后每100g加入3ml试剂水，振摇10min后放置2h密封保存。净化方法：称取10g层析硅酸镁或氧化铝装入10mm内径层析柱中，柱顶填充1g无水硫酸钠，先用40ml正己烷淋洗（弃去淋洗液），然后用100ml（2+8）乙醚/正己烷（V/V）混合溶剂洗脱，收集洗脱液到浓缩器中，浓缩定容到1.0～2.0ml。需要指出的是使用层析柱净化时，必须事先测定流出曲线，确定淋洗条件，证明待测组分的回收率不低于80%。
使用市售弗罗里（Florisil）小柱净化，节省溶剂、使用方便、重复性好，国内已有批量生产。净化柱使用前，依次用4ml洗脱液和5ml正己烷平衡净化柱，弃去流出的溶剂。取浓缩定容后的样品溶液0.5～1.0ml加入到规格为1000mg的弗罗里小柱上，弃去流出的溶剂；用10ml(2+8)乙醚/正己烷混合溶液（V/V）洗脱。更换溶剂和添加样品时应注意，在柱填料露出液面之前关闭活塞，任何情况下不得让溶剂流干。浓缩时水浴温度不宜超过洗脱液沸点，千万不得将溶剂吹干。
使用弗罗里小柱净化可去除样品中的极性物质和部分芳香烃类，净化柱对三环和三环以下的PAH去除效果明显，对四环以上的PAH无去除效果，但只要色谱条件合适，它们不干扰测定。弗罗里小柱的净化回收率在70%～103%之间。环境样品经弗罗里小柱净化后，杂质峰明显减少。
3 检测方法
3.1概述
检测邻苯二甲酸酯类的方法主要有分光光度法、气相色谱法、气相色谱-质谱法和液相色谱法。邻苯二甲酸酯在紫外区范围内有224nm和275nm两个最大吸收峰，其醇基碳原子的多少对吸收光谱的影响不大，分光光度法一般选择224nm和275nm为工作波长，其灵敏度和重现性较好，但特异性较差，只限于聚合材料中增塑剂总量的测定。色谱法（包括气相色谱法、气相色谱-质谱法和液相色谱法）不但能够对各种邻苯二甲酸酯实现完全分离，而且灵敏度高、选择性强，代表了邻苯二甲酸酯类检测的发展趋势。方法检测限可达到ppt级。
3.2气相色谱
用气相色谱法分析邻苯二甲酸酯，色谱柱可采用填充柱也可采用毛细管柱。检测器一般使用氢焰检测器（FID）和电子捕获检测器（FCD）。检测实际样品时，分析人员可以根据样品的组成特点，选择最优的色谱条件。美国EPA方法606推荐的色谱条件：色谱柱，玻璃柱1.8mm×4mm,填料，1.5%SP-2250/1.95%SP-2401涂于100～200目SupelCoport上，载气为含5%甲烷的氩气，流速为60ml/min；同时推荐使用以3%OV-1/SupelCoport(100～200目)填料的色谱柱作为辅助定性柱。也有使用硅酮系列作为分离柱的，如OV-1、OV-17、SE-30、SE-54等。填充色谱柱使用前，特别是新装的柱子，应进行充分饿较长时间的老化，才能获得较为理想的色谱峰和重复性，即反复多次注入高浓度的邻苯二甲酸酯标准溶液，使分离柱达到正常状态。另外使用FCD检测器灵敏度高，但检测器易受污染，灵敏度波动较大，因此使用FCD检测器时，定量关系应经常校正。
使用毛细管柱可以对组成复杂的样品获得更为理想的分离效果，而且平衡时间短，无需长时间老化。推荐的色谱条件：色谱柱，DB-5MS，30m×250μm×250μm，柱温45℃保持2min，以10℃/min升至320℃，保持5.5min；进样口温度270℃，氦气恒流1.0ml/min。
3.3气相色谱-质谱法（GC-MS）
气相色谱-质谱法是目前国内外分离鉴定邻苯二甲酸酯的主要方法，美国EPA规定用GC-MS法测定城市和工业排水中的邻苯二甲酸酯类。除邻苯二甲酸二甲酯外，邻苯二甲酸酯的质谱图中都有一个很强的邻苯二甲酸二烷基酯的m/e=149的特征峰，邻苯二甲酸二正丁酯的另一个特征峰在m/e=223处，邻苯二甲酸二辛酯的另一个特征峰在m/e=279处。
推荐的色谱-质谱条件：色谱柱，石英毛细管柱（DB-5MS）30m×250μm×0.25μm；柱温45℃保持2min，以10℃/min升至320℃，保持5.5min；进样口温度270℃；传输线温度280℃；进样方式，分流进样；氦气恒流，1.0ml/min；离子源温度230℃；电离方式，EI源；离子源电子能量70ev；采集方式，全扫描或选择离子方式（SIM），SIM方式可提高方法灵敏度。
邻苯二甲酸酯类沸点高，不容易气化，可能会在气相色谱的进样口、色谱柱或检测器中滞留，影响测试的精密度和准确度。为克服上述的问题，应尽量选择稳定性好的进样垫、衬管和低流失的色谱柱，以便提高色谱系统的温度。
3.4液相色谱法（HPLC）
用液相色谱分离邻苯二甲酸酯类，可以用正相结合色谱，也可以用反相键合相色谱，戴天有曾建立过用氰基柱（Zorbax-CN柱，250cm×4.6mm；流动相为含3%异丙醇的正己烷，1.0ml/min）分离邻苯二甲酸酯类液相色谱分离系统，沈阳市环境监测站也曾建立过用醇基柱分离测定六种邻苯二甲酸酯类的分析方法在全国推荐使用，上述两种方法用的都是正相色谱分离系统。考虑到反相色谱柱比正相色谱柱使用方便、易于维护，在实际工作中应用比较广泛，更容易推广使用，笔者推荐使用反相键合相色谱分离邻苯二甲酸酯。
对于反相键合相色谱，流动相的主体为水，甲醇和乙腈都是常用的优选溶剂。甲醇的紫外截止波长为210nm，乙腈紫外截止波长190nm。邻苯二甲酸酯类在225nm处有最大吸收峰，甲醇的紫外截止波长距离检测波长较近，低浓度时基线波动较大，影响方法检出限。所以推荐选用乙腈/水二元混合溶剂作为流动相。在乙腈-水混合溶剂中，七种目标化合物在短时间内就可以获得基线分离。但是在实际环境样品及样品预处理过程中难免会带进一些杂质，这些杂质都有可能在紫外检测器上出峰，所以在基线分离的基础上进一步改善各组分的分离度，对于避开杂质的干扰是非常必要的。推荐的色谱柱：ODS-C18柱，250mm×4.6mm；色谱条件：乙腈浓度在20min内从60%增加到100%进行梯度淋洗。在实际环境空气样品中发现有一个浓度相当高的干扰组分与邻苯二甲酸二甲酯同时出峰。将乙腈浓度在55%保持6min，然后在20min内增加到100%进行梯度淋洗时，可以使该干扰组分与邻苯二甲酸二甲酯分离，有效避开其干扰。
4 质量保证与质量控制
现代质量管理不仅关注产品的质量，更强调全过程的质量控制。为了保证数据的质量，必须将质量控制的理念贯穿到从采样到分析的全过程。每一项新的标准方法都应该明确质量控制的具体要求。使用这些标准方法的实验室必须制定一套完整的质量控制程序。该程序中应包括仪器设备的校准（包括采样器流量的校准、仪器性能的校准等）；实验室能力证明；样品的采集、运输、贮存和分析；运输空白、现场空白、试剂空白、空白加标、基体加标、质控样品的分析以及数据的处理等。实验室必须保留所有这些质量记录并建立档案以备查证。下面仅是一般的质控要求，各实验室应该根据需要制定更加详细的质控措施。
4.1仪器的调试和校准
现代色谱法的灵敏度很高，常用于微量分析和痕量分析，校准曲线的线性范围很宽，一般曲线最高点和最低点浓度可相差1~2个数量级，所以当线性范围确定以后，可采用单点校准，也可以采用3点校准，最多不超过5点。
校准方法有内标法和外标法两种。内标物质常在样品预处理后、注入色谱前加入。气相色谱法和气相色谱-质谱法进样量少（1~2μl），常用内标法定量，以抵消由进样体积不一致引起的系统误差。若将内标在采样后、样品的预处理前加入，还可以抵消样品预处理引起的系统误差。若样品组分多、分离时间长，一般在不同的时间段用不同的内标定量。美国EPA方法8061采用毛细管柱GC-ECD法测定液体、固体和泥中的酞酸酯，使用苄基苯甲酸酯为内标。本实验室建立的气相色谱-质谱法则用苊-d7、菲-d10、和-d12为内标。使用内标法绘制校准曲线，须计算相对响应因子。响应因子的相对标准偏差应小于等于15%，或者相关系数大于等于0.995，否则重新调整仪器进行测定。
气相色谱-质谱法在校准和分析样品之前，先要对质谱仪的质量数、分辨率和灵敏度进行校准。仪器每运行24小时需注入50ng十氟三苯基磷（DFTPP），对仪器整个系统进行校准，所得质量丰度应满足仪器规定要求。
4.2实验室能力证明
将10倍于检测限的邻苯二甲酸酯标准物质加到干净的滤膜和吸附树脂上，按样品的分析步骤测定并计算回收率。4个平行样中至少有3个样品的回收率应该落在方法规定的平均回收率的30%以内或偏离不超过相对标准偏差的3倍。
4.3空白的分析
由于塑料制品的广泛应用，酞酸酯的污染几乎无处不在。实验室、空气、试剂、去离子水、玻璃器皿、试剂的包装等都可能存在酞酸酯类污染。因此所有试剂和水在临用前必须洗净，可用洗涤剂、水、丙酮、正己烷顺序洗涤。也可将器皿在浓硫酸中浸泡数小时，洗净后在烘箱（180℃）中烘烤2h。实验室操作应使用全玻璃仪器，严格避免使用塑料制品。实验室用水应使用蒸馏水，不得使用去离子水。无水硫酸钠一般装在塑料瓶内，也是空白值高的主要原因。无水硫酸钠使用前应在高温（500～700℃）下，烘烤数小时，于磨口玻璃瓶中或在干燥器中保存。
处理样品前，必须证明所有的玻璃器皿和试剂空白受控，特别是吸附剂。每分析一批样品（最多不超过20个）或当更换试剂时必须分析试剂空白。为考察采样现场、样品运输和贮藏过程中对样品造成的玷污情况，还应分析运输空白、现场空白和贮存空白。若有干扰的存在应查找原因并设法分离或减小。一般要求空白值低于检测限，最高不得超过检测限的3倍。
4.4质控样品
每批样品上机前、后或每隔12h，应该分析一个中等浓度的标准样品，质控样品应每隔一到两个月定期制备，并对准确度重新检查。当使用内标校准程序时，任何一个样品的内标响应因子与日常样品内标响应的平均值比较，偏离不得大于20%~30%。
4.5加标回收及替代物的使用
每批样品须分析1~2个空白加标（LFB），加标浓度至少应该是检测限的10倍。每批样品还应做1~2个基体加标，加标摆弄度不应少于原样的浓度，根据加入量和背景浓度计算加标回收率，与控制范围限比较，若基体回收率失控，而空白加标在受控状态，则原样品的分析结果必须标记为可疑或受基体效应影响。
基体加标回收率实验需要对原样及其加标后分析两次，成本高、时间长。气相色谱-质谱联用法利用质谱的特征离子碎片的质量优势，在每个样品预处理前，加入同位素跟踪替代品，根据替代品的加标回收率跟踪样品分析的准确度，同时完成原样的分析和加标样品分析，快捷方便。气相色谱法和液相色谱法则加入与目标化合物性质相近且在环境中不存在该物质的替代物。美国EPA方法8061采用毛细管柱GC-ECD法测定液体、固体和泥中的酞酸酯，使用苄基苯甲酸酯为内标，邻苯二甲酸二苄酯、异邻苯二甲酸二苯酯和邻苯二甲酸二苯酯为替代物。沈阳市环境监测中心站建立的气相色谱-质谱法用苊-d7、菲-d10、和-d12为内标，用邻苯二甲酸二苯酯为替代物；液相色谱法用邻苯二甲酸二苯酯为替代物。一般要求替代品的加标回收率应该落在75%~125%之间，回收率小于50%和大于150%的分析结果应该舍弃并查找原因。
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