《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Eco-friendly method for the analysis of the soluble fraction of parabens leached from sludge of a hospital wastewater treatment plant—proof of concept
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开发环境友好型分析方法对于监测复杂基质中的新兴污染物至关重要。本研究提出了一种基于绿色化学的方法学，用于测定医院污水处理厂污泥中对羟基苯甲酸甲酯（MeP）、对羟基苯甲酸乙酯（EtP）、对羟基苯甲酸丙酯（PrP）和对羟基苯甲酸丁酯（BuP）的生物有效部分。该方法
开发环境友好型分析方法对于监测复杂基质中的新兴污染物至关重要。本研究提出了一种基于绿色化学的方法学，用于测定医院污水处理厂污泥中对羟基苯甲酸甲酯（MeP）、对羟基苯甲酸乙酯（EtP）、对羟基苯甲酸丙酯（PrP）和对羟基苯甲酸丁酯（BuP）的生物有效部分。该方法将原位浸出与反模式旋转盘吸附萃取（RDSE）相结合，随后采用直接浸入式固相微萃取（DI-SPME）和顶空固相微萃取（HS-SPME）并进行纤维上衍生化。气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析确定DVB/CAR/PDMS纤维因其对分析物具有高亲和力而最为有效。衍生化在室温下10分钟内成功完成，质谱匹配因子高于85%。主动分析流程（SPME萃取、纤维上硅烷化和GC-MS分析）每个样品在60分钟内完成，一旦平行的过夜浸出完成后即可实现高通量筛查。该方法具有高灵敏度（检出限LOD：2.1–5.2 ng/g）、良好的重现性（RSD<9%）和准确度（回收率：800 ng/g时为80–96%，n=3）。在真实污泥样品中定量了四种对羟基苯甲酸酯；MeP、EtP和BuP的检出量低于其定量限（
一、研究背景与意义
对羟基苯甲酸酯（parabens）是由对羟基苯甲酸衍生出的酯类化合物，因烷基链长度不同而有所差异，广泛用作食品、个人护理产品和药物制剂中的防腐剂。它们被归类为具有内分泌干扰潜力的新兴污染物，对环境和人类健康均产生不利影响。研究推测对羟基苯甲酸酯可能影响恶性肿瘤或黑色素瘤的生长和发育。约80%的个人护理产品中含有对羟基苯甲酸酯；丹麦一项评估含对羟基苯甲酸酯物质流的研究报告显示，751种产品中有36%被认为含有对羟基苯甲酸酯；挪威一项研究显示117种婴儿护理产品中有32%含有对羟基苯甲酸酯；另一项估计表明，丁基对羟基苯甲酸酯存在于13%的化妆品和个人护理产品中，而丙基对羟基苯甲酸酯和/或甲基对羟基苯甲酸酯存在于48%的这些产品中。对亚洲多国、希腊和美国人体尿液样本的检测证实，甲基对羟基苯甲酸酯和乙基对羟基苯甲酸酯是浓度最高的对羟基苯甲酸酯。污水处理厂（WWTPs）的污水污泥因其含有包括对羟基苯甲酸酯在内的大量新兴污染物而被视为危险废物，必须经过稳定化处理以降低污染物负荷，最终获得称为生物固体的产品。生物固体可用作有机肥料、修复污染土壤的基质或建筑中的人造土壤。因此，测定污泥中污染物的生物有效部分至关重要，因为这代表了土地利用时能够有效浸出并释放到环境中的部分。然而，现有污泥中对羟基苯甲酸酯的分析方法通常涉及液-液萃取结合固相萃取（SPE）或基质固相分散（MSPD），需要大量时间、有毒有机溶剂和专门试剂。本研究旨在开发一种基于绿色化学的替代分析方法，利用反模式RDSE结合SPME和GC-MS，评估医院污水处理厂污泥中对羟基苯甲酸酯的生物有效部分。
二、研究内容与主要技术方法
研究人员开发并验证了一种反模式旋转盘吸附萃取（RDSE）-固相微萃取（SPME）-气相色谱-质谱联用（GC-MS）方法。污泥样品采自哥伦比亚马尼萨莱斯圣索菲亚医院的污水处理厂，该厂采用活性污泥系统和细菌联合体（Septitrim?）运行。样品经室温干燥7天、研磨、过筛（<1 mm和50 μm）后储存于4°C琥珀色瓶中。关键技术方法包括：反模式RDSE装置（将40 mg污泥样品置于0.44 cm3的旋转特氟龙盘腔体内，覆盖0.2 μm孔径玻璃纤维滤纸并用特氟龙环密封，在25 mL Milli-Q水中以1500 rpm搅拌过夜约12小时，模拟自然降雨或农业土地利用时高移动性水溶性部分的释放）；DVB/CAR/PDMS固相微萃取纤维直接浸入萃取30分钟；MSTFA纤维上硅烷化衍生化（室温10分钟）；GC-MS分析（EI模式，全扫描和选择离子监测SIM模式）。
三、研究结果
纤维评价： 研究人员比较了DVB/CAR/PDMS和聚丙烯酸酯（PA）两种纤维的萃取效率，DVB/CAR/PDMS纤维对四种对羟基苯甲酸酯均产生显著更高强度的信号，表明其具有优异的萃取效率，因此被选为后续分析的最佳纤维。
SPME萃取动力学与热力学原理： 萃取量在前30分钟内增加，代表动力学阶段，并接近实际平衡。在50分钟时，较轻的对羟基苯甲酸酯（MeP和EtP）峰面积略有下降，归因于DVB/CAR/PDMS纤维吸附位点上更疏水、更重的对羟基苯甲酸酯（PrP和BuP）的竞争性置换。热力学亲和力遵循log Kow值顺序（MeP=1.96，EtP=2.47，PrP=3.04，BuP=3.57）。1500 rpm的剧烈搅拌加速了萃取动力学，减少了纤维界面的边界层厚度，促进了在30分钟实际窗口内的快速萃取。
RDSE-SPME-GC-MS方法评价： 由于污水污泥基质中观察到显著的基质效应（约50%信号抑制），研究人员采用标准加入校准方案建立线性。该方法在10至1000 ng/g动态范围内表现出优异的线性，所有分析物的决定系数（R2）>0.99。检出限（LOD）范围为2.1 ng/g（PrP）至5.2 ng/g（MeP），定量限（LOQ）约为10至20 ng/g。方法重复性和重现性通过三个独立重复（n=3）评估，相对标准偏差（RSD）低于9%。准确度通过在800 ng/g浓度下加标清洁污泥基质的回收率测试评估，回收率范围为80%至96%。在50 ng/g较低水平下也验证了方法的准确度，回收率为82–95%。
真实污泥样品分析： 将验证后的方法应用于医院污水处理厂原始污泥样品。采用标准加入方案，所有四种对羟基苯甲酸酯均在样品中确认存在。MeP、EtP和BuP的检出量低于其定量限（
方法比较： 与文献报道的SPE、MSPD或传统SBSE方法相比，该方法提供了极具竞争力的检出限（2.1–5.2 ng/g，而文献报道的典型范围为5–20 ng/g）。传统污泥萃取需要克级样品和数十毫升有机溶剂，而RDSE方法仅需40 mg固体样品并直接萃取到水中。
方法绿色性、实用性和创新性评估： 使用AGREEprep工具评估样品制备步骤的环境足迹，得分为0.54，反映了最小化样品量（40 mg）、使用水作为主要萃取溶剂避免有毒有机废物以及能量高效的室温纤维上衍生化步骤。使用BAGI工具评估实际适用性和常规可行性，得分75.0，显著超过60.0的实用性阈值。使用VIGI工具评估创新性，得分75，远高于50的创新阈值。
四、结论
作为概念验证研究，该方法存在一定的结构性局限性：用于验证的彻底基质清洗程序可能无法完全反映未改变的自然污泥中对羟基苯甲酸酯的物理化学截留，可能影响真实场景中的回收率；对真实样品的应用仅限于单一标本，其中四种分析物中有三种检出量低于定量限（LOQ）；观察到的严重基质效应（信号降低约50%）证实了分析物与基质组分的强烈相互作用，这印证了使用标准加入法等基质效应校正策略的绝对必要性和必要性，尽管未来在常规应用中强烈建议纳入同位素标记内标以进一步提高准确度和精密度。联用的反模式RDSE-SPME-GC-MS方法代表了分析污水污泥中对羟基苯甲酸酯生物有效部分的可持续和创新解决方案。在优化条件下，该方法仅使用40 mg样品且萃取过程中避免有机溶剂，实现了低检出限（2.1–5.2 ng/g）和回收率（80–96%）。方法的绿色、实用和创新资质通过AGREEprep（0.54）、BAGI（75.0）和VIGI（75）得分得到确认，证明符合白色分析化学原则。在真实医院污泥样品中，PrP定量为20.0±2.4 ng/g，而MeP、EtP和BuP检出量低于定量限（1000 ng/g），表明该生物有效部分的直接生态毒理学风险较低。然而，这些化合物的存在凸显了使用绿色实用工具持续监测的必要性。
