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有機磷酸酯(OPEs)是阻燃劑和塑化劑的主要原料,通常以添加形式存在于各種材料中,在生產(chǎn)和使用過程中伴隨磨損和揮發(fā)易釋放到環(huán)境中,現(xiàn)已成為新興污染物。因為該類化合物的神經(jīng)毒性、致癌性、破壞內(nèi)分泌系統(tǒng)以及生殖系統(tǒng)等毒性,食品樣品中OPEs的檢測成為近年來關注的熱點。該文重點圍繞食品基質(zhì)中OPEs檢測存在的含量低、本底干擾嚴重、缺乏靈敏可靠分析方法等問題,對OPEs類化合物的性質(zhì)、樣品前處理、檢測技術、質(zhì)量控制等進行了全面評述。首先總結了30余種常見OPEs類化合物的類型、官能團、極性、沸點等理化性質(zhì),對可能的前處理和檢測技術進行了理論分析;其次梳理了加速溶劑萃取(ASE)、基質(zhì)固相分散萃取(MSPD)、微波輔助萃取(MAE)、超聲輔助萃取(UAE)、QuEChERS、固相萃取(SPE)、凝膠滲透色譜(GPC)、分散固相萃取(d-SPE)等前處理方法在食品中OPEs化合物分析中的特點,其中UAE和QuEChERS結合多步凈化能夠有效降低高脂類食品的基質(zhì)效應,具有良好應用前景;此外比較了氣相色譜和液相色譜在分離和檢測方面的優(yōu)缺點,比較已有文獻的檢出限、回收率等數(shù)據(jù);概括了標準品和內(nèi)標物來源、過程污染與基質(zhì)效應的產(chǎn)生原因和預防措施;最后對高分辨質(zhì)譜篩查和鑒別OPEs未知代謝物,以及相關分析方法趨勢進行了展望。
阻燃劑是賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑,有機磷酸酯(organophosphateesters,OPEs)阻燃劑作為已禁用的溴化阻燃劑替代品被廣泛應用。2016年,OPEs位居阻燃劑產(chǎn)量第二,達到全球總市場的18%,其全球消費量從2001~2015年增加了49.4萬噸。根據(jù)取代基類型不同,OPEs主要分為烷基類、鹵化類、芳香類,其中烷基類和芳香類OPEs主要應用于潤滑劑、合成橡膠等;而鹵化類OPEs常混合聚氨酯材料,用于家具、電子設備等產(chǎn)品,其阻燃機理可能是通過Br-、Cl-取代氣相中的H+和OH-,降低火勢的蔓延。
作為機械混合方法直接加入到聚合物中的添加型阻燃劑,OPEs在原料生產(chǎn)和使用過程中極易揮發(fā)釋放到空氣、灰塵、水體及淤泥沉淀物等環(huán)境中。近年來,OPEs在水稻、果蔬、水生生物等食品、尿液、母乳和血清中均有檢出。研究表明,部分OPEs具有較強的生物效應,如:磷酸三(2-氯異丙基)酯(TCIPP)、磷酸三苯酯(TPHP)和磷酸三丁酯(TnBP)會破壞人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和生殖功能。人類流行病學研究表明,長期暴露于TCIPP,磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(T13DCIPP)和磷酸三(2-丁氧基乙基)酯(TBOEP)會導致人類激素水平和精液量降低。Du等基于生物體內(nèi)和體外研究,系統(tǒng)總結了OPEs的生物積累和放大作用,探討了OPEs的釋放和暴露途徑,例如皮膚暴露,粉塵和飲食攝入等,并通過幾種暴露途徑評估了OPEs毒性,分析對人類產(chǎn)生潛在的健康威脅。
鑒于OPEs對人體健康的潛在危害,Van和deBoer等綜述了OPEs的理化性質(zhì)、毒理學研究及當前環(huán)境樣品分析方法,發(fā)現(xiàn)固相萃取(SPE)和微波輔助提取(MAE)技術常用于水和沉淀物中提取OPEs,并表現(xiàn)出較好的回收率和重復性;氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)、氣相色譜-氮磷檢測器(GC-NPD)、氣相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜(GC-ICP-MS)檢出限相當,但GC-ICP-MS分析相對干擾少;當采用同位素內(nèi)標稀釋法對OPEs進行定量檢測時,GC-MS較GC-NPD表現(xiàn)出更高的靈敏度。Li等綜述了世界各地食品樣品中30種常見OPEs的濃度和分布情況,發(fā)現(xiàn)不同地域食品中OPEs含量有較大差異,推測可能是OPEs的理化特性、代謝途徑、工業(yè)食品生產(chǎn)過程以及不同生物中OPEs的積累和降解性的差異所致,同時指出開發(fā)合適的多殘留提取分離方法、建立通用分析標準,對于準確比較不同區(qū)域各類食品中OPEs含量水平至關重要。
目前,相對環(huán)境樣品中OPEs檢測而言,關于食品中OPEs的檢測方法鮮有報道,可能主要是因為食品樣品中OPEs含量檢測起步較晚,基體成分更為復雜,含量更低,質(zhì)量控制要求更加嚴格。本文系統(tǒng)總結了食品中常見OPEs化合物的性質(zhì)、樣品前處理和檢測技術、質(zhì)量控制技術現(xiàn)狀,并對相關技術進行了比較和展望。
1有機磷酸酯類化合物性質(zhì)
烷基類、鹵化類、芳香類OPEs含有不同的取代基團,其理化性質(zhì)存在較大差異,極性范圍寬,食品中常見OPEs理化性質(zhì)見表1。烷基類OPEs取代基主要是由C、H元素組成的直鏈或支鏈化合物,常見的有磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三正丙酯(TnPP)、TnBP、磷酸三異丁酯(TiBP)、磷酸三戊酯(TPeP)、磷酸三(2-甲基丙基)酯(TiPP)、磷酸三(2-乙基己基)酯(TEHP)、TBOEP。其中TnPP和TiPP,TnBP和TiBP互為同分異構體,只有TBOEP的烷烴取代基上含有O元素。鹵化類OPEs取代基是由氯和溴2種鹵素取代烷烴鏈上H的化合物,主要有磷酸三(氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(氯丙基)酯(TCPP)、TCIPP、T13DCIPP、三(2,3-二氯-2-丙基)磷酸酯(T23DCIPP)、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯(TDCIPP)、2,2-雙(氯甲基)三亞甲基(V6)、磷酸三(三溴新戊酯)(TTBNPP)、磷酸三(2,3-二溴丙基)酯(TDBPP)等,其中氯化類OPEs中TCPP和TCIPP,T13DCIPP、T23DCIPP和TD-CIPP互為同分異構體,由于后3種化合物結構和性質(zhì)非常相似,色譜分離困難;溴化類OPEs相對分子質(zhì)量均在500以上,沸點也相對較高,很難進行汽化,因此常使用液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)對此類化合物進行分析。芳香類OPEs取代基一般含有一個或多個芳香環(huán),對于該類化合物分析相對較多,主要有TPHP、磷酸2-乙基己基二苯酯(EHDPP)、磷酸三鄰甲苯基酯(o-TCP)、磷酸三間甲苯基酯(m-TCP)、磷酸三對甲苯基酯(p-TCP)、磷酸三(2-異丙基苯基)酯(TiPPP)、叔丁基磷酸三芳基酯(TBPP)、二丁基苯基磷酸酯(dBPhP)、丁基二苯基磷酸酯(BdPhP)、磷酸三(3,5-二甲基苯基)酯(T35DMPP)、磷酸甲苯基二苯酯(CDPP)、異癸基磷酸二苯酯(IDDP),其中o-TCP、m-TCP以及p-TCP互為同分異構體,該類化合物在質(zhì)譜上碎片離子大多相同,但由于不同的空間位阻和誘導效應,各化合物碎片離子豐度存在一定差異。
圖1是OPEs相對分子質(zhì)量數(shù)與沸點和辛醇-水分配系數(shù)(logKow)的關系圖??梢钥闯觯寤怬PEs相對分子質(zhì)量和沸點相對較高,其他OPEs化合物相對分子質(zhì)量范圍為140.08(TMP)~583.00(V6),沸點范圍為197(TMP)~620(V6)℃,化合物沸點隨相對分子質(zhì)量增加呈上升趨勢。OPEs化合物的logKow范圍在-0.65(TMP)~10.43(TBPP),僅TMP的logKow為負值,表明OPEs化合物相對親酯,隨相對分子質(zhì)量增大logKow也逐漸升高,該結果為OPEs水中溶解性會隨相對分子質(zhì)量增加而減弱提供了依據(jù)。V6雖然相對分子質(zhì)量較大,但其結構是由兩個磷酸基團組成,穩(wěn)定性相對較差,因此logKow值較小。
研究發(fā)現(xiàn),在脂質(zhì)含量較高的食品樣品中常檢測到相對分子質(zhì)量較大的OPEs。而相對分子質(zhì)量較小的TMP、TEP等化合物,親水性較強且具有一定的揮發(fā)性,在前處理過程中常伴隨損失,回收率較差。Liu等采用加標回收法結合GC-MS測定魚肉中12種OPEs,回收率為56%~108%,TiPP回收率較差,而TEP在加標魚樣中未檢測到。該結果可能是因為TEP揮發(fā)性較強,導致蒸發(fā)濃縮提取液時TEP損失較大,即使在同種提取溶劑下,由于化合物性質(zhì)不同,也會存在提取效率的顯著差異。對于食品中多組分OPEs同時檢測,選擇合適的提取溶劑,滿足寬極性范圍化合物的提取效率至關重要。此外,雖然OPEs在中性條件下不易水解,但在強酸強堿條件下會發(fā)生一定程度的降解,因此不可以在強酸強堿條件下去除食品基質(zhì)中脂質(zhì)以及其他干擾物。
聲明:本文所用圖片、文字來源《色譜》2020年12月,版權歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權等問題,請與本網(wǎng)聯(lián)系
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