水中环境内分泌干扰物的检测方法研究进展
沈登辉1, 陆蓓蓓1, 单晓梅1,2     
1. 安徽医科大学公共卫生学院 劳动卫生与环境卫生学系;
2. 安徽省疾病预防控制中心
摘要: 综述了近年来国内外针对水体中环境内分泌干扰物的检测分析研究,介绍了水样的前处理技术以及环境内分泌干扰物的化学分析和生物学分析方法。
关键词: 环境内分泌干扰物          样品前处理     检测方法    
Advances on the Methods of Detecting Environmental Endocrine Disrupters in Water
Shen Denghui1, Lu Beibei1, Shan Xiaomei1,2     
Abstract: The recent status and development of methods and techniques on endocrine disrupting compounds (EDCs) in water was described in this review. The pretreatment of samples and the determination methods for EDCs, including chemical and biological analytical techniques were introduced, respectively.
Key words: endocrine disrupting compounds     water     sample pretreatment     detecting method    

环境内分泌干扰物(EDCs)是指存在于环境中,对人类和动物体内的激素产生影响,干扰机体正常内分泌物质的合成与代谢、激活或抑制内分泌系统功能的外源性化学物质,目前初步证实的内分泌干扰物已达百种[1]。由于工农业及生活排放污染,许多内分泌干扰物进入到水环境中。根据近年来文献中的调查研究,内分泌干扰物在我国一些地区的地表水和饮用水中都能被检测到,如酞酸酯类在我国许多城市水源水和饮用水中均有检出[2-4]。此外,在我国城市饮用水和地表水中检出的内分泌干扰物还有烷基酚类、苯系物、有机农药类、重金属镉、汞等[5-8],我国饮用水中内分泌干扰物污染及其可能带来的健康危害问题不容忽视。而对于EDCs的研究目前尚属起步阶段,由于此类物质在环境中广泛存在,而水体作为其主要存在场所之一,含量低、检测难度较大,对其检测方法的探讨是当前研究的重点之一,也是EDCs暴露效应研究深入开展的限制性“瓶颈”。本文针对这些方面的研究进展作了一些综述。

1 样品前处理

待测样品在测定前需要进行有效的前处理,主要是为了富集痕量组分、消除基体干扰、提高检测方法的灵敏度,同时还利于去除分析过程中对仪器或分析系统的干扰物质。

传统的从水样中提取内分泌干扰化合物方法主要是液液萃取(LLE)法,该方法操作简单,易于实行,但需消耗大量的有机溶剂,对环境和实验人员污染较大。由于分析痕量有机污染物要求使用高纯度溶剂,造成分析成本较高。现在已经逐渐被更加有效的、多功能的固相萃取技术(SPE)和固相微萃取技术(SPME)所取代。

固相萃取技术是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附,使其与样品的基体和干扰化合物分离,然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附,达到分离和富集目标化合物的目的。其优点是:能分离富集挥发性和非挥发性的有机化合物; 既能对单个分析物进行测定,也能对总参数(TOC总碳,TOS总硫等)进行测定; 吸附剂不与被富集的分析物发生化学反应,能够被再生利用; 富集倍数大,一般可达到103~105;溶剂用量较少; 被分析物能吸附在吸附剂上并能被运输、贮存,便于测定; 富集过程快、易自动化,可使用SPE自动连续萃取仪或蠕动泵加缓冲瓶方式进行调节。该方法已在环境内分泌干扰物分析中得到了广泛应用,并逐渐取代传统方法,成为常用的样品预处理手段,尤其是在天然水样品处理过程中显示出强大的优势。马晓雁等[9]应用SPE固相萃取装置,同时对水中邻苯二甲酸二甲酯,邻苯二甲酸二丁酯,壬基酚,双酚A,阿特拉津5种常见内分泌干扰物进行萃取和分离,5种物质的超纯水和原水加标回收率均达到70 %以上。奚稼轩[10]使用C18固相萃取柱,对饮用水中六种酚类化合物进行富集和分离,加标回收率均在70%以上,其中五氯酚的加标回收率达90%以上。

固相微萃取技术是在固相萃取的基础上发展起来的萃取分离技术,该装置类似进样器,利用暴露于样品的纤维涂层对目标化合物进行吸附,以一定方式解吸,进行分离分析。SPME技术主要优点是完全不使用溶剂而达到萃取目的; 简单快速,无污染,与GC联用有很高的灵敏度; 当一些标准参数(离子强度、酸度等)被控制时,该法对基体效应不敏感,即使含量较高的其它有机成分也不会干扰萃取; 分析所需样品量少(约1~10 mL),能重复使用。但缺点是价格比较昂贵,分析成本较高,且目前萃取纤维类型还较少,选择余地有限,对多组分化合物同时进行分析时,存在的样品吸附竞争问题,尚不能很好解决。Yoshihiro Saito等[11]采用固相微萃取技术富集水样中邻苯二甲酸盐类,系统地研究了其各种影响条件如萃取时间、温度、压力等并进行优化,然后进行液相色谱(LC)分析,结果表明提取效率大于90%,且快速简便,适用于多样品前处理。Marcel Silveira dos SANTOS[12]采用固相微萃取技术萃取水中邻苯二甲酸酯和己二酸酯类塑化剂,并对萃取时间、温度以及盐效应进行了研究,绘制了响应值、萃取温度、盐含量3者间的三维图,GC/MS检测,结果表明检测限介于0.18 μg/L~0.75 μg/L,提取效率介于72.3%~124.3%间,方法灵敏快速,适用于实际样品检测。

2 样品分析方法 2.1 化学分析法

2.1.1 气相色谱法(GC)和气相色谱—质谱法(GC/MS)

测定有机类环境内分泌干扰物质的最常用方法为气相色谱法(GC)和气相色谱—质谱法(GC/MS),这是因为在众多的分析仪器中,GC和GC/MS是发展最快、应用最广的一个,并且已经建立起了一个包含十几万种标准物质的质谱库,例如美国国家标准技术研究院建立的NIST谱库,可以方便的进行物质查询和定性,大大提高了效率。尤其是在环境监测领域,GC和GC/MS已被广泛用作基本分析方法。气相色谱仪对混合物中的各组分具有高效分离作用,而质谱仪则具有灵敏度高、定性能力强的特点。近年来,GC/MS法以其高灵敏度、高通用性和高选择性而成为检测痕量EDCs的重要手段,且经选择离子检测(SIM)可以获得更高的灵敏度,并能确证化合物的结构,成为多国有机污染物检测的标准方法(表 1)。

表 1 GC和GC/MS法测定水环境中内分泌干扰物[13-22]

2.1.2

液相色谱法(LC)和液相色谱质谱法(LC/MS)尽管在环境内分泌干扰物的检测中,GC和GC/MS发挥极其重要的作用。随着工业的发展,环境中具有内分泌干扰活性的有机污染物的种类越来越多。对于那些高沸点、相对分子量大、热稳定性差的有机化合物,液相色谱(LC)和液相色谱质谱(LC/MS)技术显示出其优势,有助于全面把握各种内分泌干扰物的污染现状。例如对于一些极性化合物的检测,在用GC分析时需经过衍生化过程,使得样品的预处理更加复杂化。因此,在这些化合物的分析和检测中,液相色谱和液相色谱-质谱方法也逐渐得到应用和发展,还成为一些内分泌干扰化合物(如烷基酚类、合成或天然类固醇类化合物)检测的常规方法。并且,伴随着超高效液相(UPLC)及其超高效液相质谱(UPLC/MS)的出现,其检测效率大大提高,而试剂消耗大幅下降(表 2)。

表 2 LC和LC/MS法测定水环境中内分泌干扰物[23-30]

2.1.3 其他分析化学方法

对于重金属类EDCs,例如砷、镉、铅、汞,我国多采用原子吸收法来检测,在新的国家推荐标准方法[31]中,还加入了电感耦合等离子体(ICP)方法为水中重金属类物质检测的标准方法。因其对多元素测定广泛的适用性,且检测限较原子吸收方法更低,越来越受到重视和应用,成为重金属类EDCs检测新的重要方法。李国莲等[32]利用等离子体发射光谱(ICPOES)方法分析了巢湖主要支流南淝河、裕溪河与杭埠河的Cd,Cr,Cu,Pb和Zn元素含量,了解了其分布情况,为巢湖重金属污染治理提供了科学的依据。

2.2 生物学分析方法

随着生物监测方法的发展,基于分子生物学技术的测定方法也将在内分泌干扰类有机污染物的检测和分析中发挥重要的作用,以其简易、快速、有效、特异性强等[33]特点在筛查与检测EDCs的研究中独树一帜,成为色谱质谱联用技术最有力的补充。目前色谱质谱联用技术仪器价格相对比较昂贵,在用于环境内分泌干扰物质的检测时,成本较高,预处理时间相对较长,难以适应大通量快速检测需要。生物传感器和生物芯片技术的出现和发展就是顺应这一发展要求,它可以一次性对样品大量序列进行检测和分析,为其实现高通量检测和分析提供了光辉的前景[34-35]

2.2.1 免疫测定法

免疫测定法是基于抗原和抗体的特异性结合性质的分析方法,是最常用的生物学分析方法,可广泛用于水中多种内分泌干扰物质监测。Camille Pasquet等[36]利用酶联免疫吸附(ELISA)试验测定环境土壤和水中的壬基酚和辛基酚,并与LC/MS/MS分析法比较,作为参考。结果表明该法检测限达到ng/g(土壤)和ng/L(水样)水平,平均回收率介于74%~117%间,成功用于实际分析。Chenxi Wei等[37]采用间接酶联免疫法测定水、塑料、化妆品中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)含量,其中加标水样的平均回收率为104.4%,方法快速、灵敏、准确、适用范围广。Yu Zhou等[38]使用酶联免疫吸附(ELISA)法检测水中汞(Ⅱ)、铅(Ⅱ)和镉(Ⅱ) 3种重金属,建立了适于高通量样本检测的方法。方法检测限均低于1.2 ng/L,线性关系良好,选择性强,适用于各种水样的检测。

2.2.2 生物传感器检测法

生物传感器是利用固定化的生物敏感材料作识别元件与分析物发生特异性反应,反应产生的信号经换能器转化为可定量的物理、化学信号,从而测定待测分析物的含量。王翔[39]利用乙酰胆碱酯酶与有机磷农药的特殊亲和力,以乙酰胆碱酶为固定相,采用石英晶体为载体,研制有机磷传感器,初步得到了酶固定的最佳pH值和浓度条件,并对敌百虫溶液进行了测定,验证了其合理性。G.R. Marchesini等[40]利用Spreeta结构为原型,建立了部分内分泌干扰物检测的生物传感器,并应用于双酚A的快速检测中,方法简便快速,成本低,应用前景良好。

3 发展前景与研究展望

当前由于农药的大量使用、药物(如抗生素类、激素类)的滥用以及工业废水和污泥的肆意排放与堆积,环境污染日益凸显,由此而产生的EDCs更是对人类健康造成了极大的威胁[41]。水作为人类赖以生存发展的基础,更需加强监测,重视其安全。

对水环境样品中EDCs的检测,目前仍以昂贵、复杂的化学分析方法为主。许多生物技术虽然已经介入EDCs的环境监测领域,但要发展为成熟稳定、系统规范、便捷实用的检测方法,仍需进行大量的研究工作予以完善。但生物技术的发展为EDCs检测方法的研究提供了许多新的突破点,其具有的便捷、灵敏、高效、易规范应用等优势,无疑为EDCs检测方法的发展提供了崭新的方向。

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DOI:
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