土壤与生菜中8类36种卤代消毒副产物（DBPs）固液萃取及固相萃取（SPE）净化方法的开发与性能评价：面向再生水农业回用风险监测

《Analytical Methods》：Development and performance evaluation of extraction and purification procedures for halogenated DBPs in soil and lettuceOpen Access

　　

农业中再生水回用使土壤和可食用作物暴露于氯化过程中形成的有毒化合物——卤代消毒副产物（halogenated disinfection byproducts, DBPs）。尽管DBPs在水体中已有充分表征，但针对土壤和植物基质的分析方法仍然稀缺，限制了食品安全和地下水污染风险评估。该空白阻碍了欧盟第2020/741号法规关于安全废水回用的实施。研究人员开发并评价了两种固液萃取方法，用于人工/天然土壤和生菜中8个家族36种DBPs，即三卤甲烷（THMs）、卤乙腈（HANs）、卤代硝基甲烷（HNMs）、卤代酮（HKs）、卤代醛（HALs）、卤乙酰胺（HAcAms）、卤代苯甲醚（HAs）和卤乙酸（HAAs），并结合流通式固相萃取（pass-through SPE）净化（生菜用ENVI-Carb，土壤用Florisil），以降低基质效应并提高系统稳定性和灵敏度。使用气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD）优化了萃取参数（pH、离子强度和振荡/超声时间）。HAAs在净化前进行酯化以避免保留。回收率为54.3–117.4%（土壤中29/36种分析物>80%，生菜中28/36种>80%），方法检测限比先前生菜研究低14倍（干土或鲜生菜中0.06–11.69 ng g^?1）。净化步骤使用GC-ECD（定量）和气相色谱-质谱（GC-MS，定性）优化。基质效应被最小化，SPE方法提高了系统稳健性。稳定性试验显示，湿土中HNMs、HALs、HANs和HKs快速降解（<24 h），并鉴定出卤代醇、HAcAms和HAAs为降解产物。本工作为监测农业土壤/植物系统中的卤代DBPs提供了灵敏、可靠的工具，支持废水回用法规合规，并解决食品安全风险评估中的关键空白。

论文解读：

研究背景与问题：全球水危机和农业用水需求推动再生水回用，欧盟第2020/741号法规将其纳入循环经济框架。为保障微生物安全，回用常需氯化等消毒，但消毒剂可与水和土壤中的有机/无机前体反应生成卤代消毒副产物（DBPs），包括三卤甲烷（THMs）、卤乙腈（HANs）、卤代硝基甲烷（HNMs）、卤代酮（HKs）、卤代醛（HALs）、卤乙酰胺（HAcAms）、卤代苯甲醚（HAs）和卤乙酸（HAAs）等。DBPs在水中研究较多，但在土壤和可食用作物等陆地基质中的归趋和分析方法仍缺乏。土壤具有固、液、气三相，可通过吸附、降解或挥发保留或转化DBPs；植物可吸收半挥发性或水溶性DBPs，但相关研究少。现有研究多关注采后消毒，缺乏标准化定量方法，这阻碍了食品安全和地下水污染风险评估，也影响再生水安全回用政策实施。

研究人员开展的工作、结论与意义：研究人员开发并评价了两种固液萃取方法，用于人工/天然土壤和生菜中8个家族36种DBPs，结合流通式固相萃取（SPE）净化（生菜用ENVI-Carb，土壤用Florisil），以降低基质效应、提高系统稳定性和灵敏度，并采用GC-ECD定量、GC-MS定性。结果表明，回收率为54.3–117.4%，土壤中29/36种、生菜中28/36种分析物回收率>80%；方法检测限（MDLs）为0.06–11.69 ng g^?1，比先前生菜研究低14倍。净化显著降低基质效应并改善仪器稳定性。稳定性试验显示，HNMs、HALs、HANs和HKs在湿土中<24 h快速降解，生成卤代醇、HAcAms和HAAs等产物；而生菜中多数DBPs在冷藏缓冲条件下可稳定68 h。该工作为农业土壤/植物系统中卤代DBPs监测提供了灵敏可靠工具，支持废水回用法规合规和食品安全风险评估。

关键技术方法（≤250字）：研究人员建立两套固液萃取-流通式SPE净化-GC-ECD/GC-MS方法，针对人工土壤、法国南部天然钙质砂质粉砂黏土及商业罗马生菜（Lactuca sativa longifolia）中36种DBPs。以甲基叔丁基醚（MTBE）萃取，优化水相pH、离子强度、振荡/超声时间；HAAs酯化后净化；生菜用ENVI-Carb、土壤用Florisil；GC-ECD定量，GC-MS定性；评估线性、MDL/MQL、回收率、基质效应和稳定性。样本来源包括商业生菜和法国南部天然土壤，人工土壤按配方制备。

研究结果：

3.1 提取优化。3.1.1 生菜：研究人员在pH 3、4.5、6下优化，pH 4.5对HANs尤其溴代物较好；柠檬酸盐缓冲总体影响有限，仅DCAcAm略降、BCNM略升。THMs、TCAN和HAcAms回收低，HNMs回收差，BCNM和DBNM<25%，TCNM约50%，故选pH 4.5。将Na₂SO₄从3 g增至6 g使二卤HAcAms平均提高24%，对TBAL有益但降低溴代HAs；超声无改善。振荡15 min比5 min提高24-DBA和246-TBA约15%，30 min无进一步改善。HAAs中6 g Na₂SO₄使所有HAAs回收率>80%，但RSD由4.3%升至9.2%。3.1.2 人工土壤：湿土提取并加缓冲，pH 4.5对HAs、HANs和HAcAms较优；HKs、THMs和HALs在pH 3和4.5较一致，pH 6较低；HNMs在pH 4.5和3较高但仍<35%。3 g Na₂SO₄且不超声为多数化合物最佳条件；6 g提高TCAL但降低BCNM和DBNM，超声对DCAL、HALs、HANs和THMs不利。

3.2 净化优化。3.2.1 MTBE中分析标准品回收：HKs和THMs在多数吸附剂上>80%；HAs、HAcAms、HALs和HANs仅Florisil和ENVI-Carb总体>75%，PC差，PHLB部分改善；故选EC和Flo。HAAs未酯化时被EC和Flo保留，酯化后回收97–150%，但会降低净化效率。3.2.2 生菜提取物：Florisil对色素保留差，后续聚焦ENVI-Carb；回收68–109%，仅TCM、24-DBA和TBAA<90%，TCM因挥发损失约40%。3.2.3 人工土壤提取物：EC在含水相时降低基质效应不佳，故用Florisil；未条件化Florisil回收最好（76.6–121%，平均RSD 4.1%）；HCO₃^?洗涤降低多种HNMs、HAcAms和TBAL，MTBE条件化进一步降低HAcAms、HALs和HNMs；故保留未条件化Florisil。BDCNM仅在纯MTBE中检出，提示在基质中降解。

3.3 干扰去除。3.3.1 人工土壤和生菜提取物：全扫描GC-MS显示净化后提取物脱色；Florisil优先去除脂肪酸，ENVI-Carb更有效降低重烷烃、部分长链脂肪酸和背景；HCO₃^?洗涤对短链脂肪酸有限；水相使背景强度降低约40%。酯化后总信号强度在HCO₃^?、EC和Flo处理后分别降低15%、92%和97%，说明Flo和EC去除脂肪酸及晚流出干扰物更优。土壤ECD色谱受净化影响较小，但未净化或HCO₃^?洗涤提取物重复进样导致仪器稳定性快速下降。生菜非酯化提取物总信号降低0.5–87%，Flo>EC>PC>HCO₃^?；酯化后HCO₃^?、EC和Flo分别降低1%、53%和82%。3.3.2 酯化后净化：HAAs。由于HAAs在EC和Flo上保留，衍生化在净化前进行。土壤提取物经Flo净化后总强度仅降40%，低于净化前衍生化的>80%；酯化脂肪酸约降40%。生菜提取物经EC净化后总强度降25%，低于净化前衍生化的53%；44和48 min的主要酯化脂肪酸峰仅降约30%，>50 min峰消失但占比较小。原文提出未来可考虑净化后衍生化，但需优化洗脱溶剂或使用混合模式阴离子交换吸附剂。

3.4 基质效应。3.4.1 生菜：EC净化使基质效应（ME）为?26.9–92.9%（中位绝对|ME|=11.3%），优于HCO₃^?洗涤（?100–79.1%，26.6%）和未净化（?100–75.4%，33.5%）。27种分析物中13种在MTBE与EC净化提取物间校准斜率无显著差异，而HCO₃^?和未净化分别为4种和5种。EC使其余化合物ME降低约20–30%。HCO₃^?洗涤导致溴代HNMs和TBAL降解，TBAL完全损失并伴随TBM增加，DBNM消失。EC净化保持这些化合物并改善仪器稳定性。HAA基质效应未研究。3.4.2 人工土壤：不考虑HAAs时，Flo净化ME为?100–32.3%（中位|ME|=1.7%），HCO₃^?为?100–87.8%（22.2%），未净化为?100–64.4%（21.2%）。Flo净化使75%的ME在?10.6–4.8%，27种化合物中26种在MTBE与Flo净化提取物间斜率无显著差异。BDCNM仅在MTBE中检出。HCO₃^?对四种HAcAms的ME高于未净化。Flo能降低基质效应并维持系统稳定性。HAA衍生后Flo净化无显著增益，甚至对TCAA和DBAA有反作用，但为改善色谱仍保留。

3.5 土壤和生菜中DBP行为。3.5.1 生菜：稳定性研究表明，在pH 4.5柠檬酸盐缓冲下，THMs、HALs、除TCAN外的HANs、HKs和HAcAms可稳定至68 h，说明THMs低回收主要来自提取步骤；减少管体积和转移可改善THM回收。TCAN和HNMs在生菜基质中快速降解，需快速提取。缓冲可稍改善THMs、HANs和HKs保存，允许4 °C储存68 h。研究人员怀疑三种HNM降解产物同时出现但未用GC-MS鉴定，基于保留时间可能为去卤代产物DCNM、CNM和BNM。HAAs稳定性未测，但Cardador and Gallego证明九种HAAs在冰生菜中可稳定36 h，五种可稳定72 h。HA回收下降20%，可能归因于芳环吸附。3.5.2 人工土壤和天然土壤：加标与提取间隔为关键。THMs和HAs稳定92 h；HANs、HNMs、HALs和HKs在24 h后未检出或仅痕量，湿土损失更大。吸附不是主要假设，因含芳环HAs回收高。损失原因不确定，可能包括非生物转化（水解、氧化还原）、生物降解和挥发。HALs可氧化为HAAs或还原为醇，TCNM在土壤中快速生物降解，HANs、HALs、HKs和HNMs可水解或在Fe(ii)等还原剂存在下还原。在人工和天然湿土中数小时内鉴定到HALs和HKs降解产物：TCAL生成2,2,2-三氯乙醇和TCAA，TCPone生成TCPol（1,1,1-trichloropropan-2-ol），后者此前未被报道为TCPone降解产物。加标HANs后检测到HAcAms，可能进一步水解为HAAs。TCM损失有限，挥发非主要损失途径；干沙中损失显著更低。3.5.3 对农业废水回用的意义：HNMs、HANs、HAcAms、HALs和HKs在湿土中快速降解，限制其积累和向地下水迁移，但依赖土壤湿度并生成潜在毒性副产物如HAAs和硝基甲烷。HAAs因多前体和植物吸收潜力而受关注，尽管土壤积累有限。TCPol检出提示需考虑未充分表征DBPs的归趋。THMs和HAs在土壤中更持久，监测尤为重要。DBP向作物转移仍不清楚；生菜中多数DBPs至少稳定68 h，短周期作物可能积累，支持调整灌溉实践，尤其是避免收获前施用。

3.6 方法性能：人工土壤回收54.3%（BCAcAm）–113.8%（246-TBA），平均95.3%，中位100.4%；除HAcAms中位55.8%外，各家族回收>80%；29种>80%，仅4种<75%；RSD多<10%，TBAL为10.9%。天然土回收相似，但BCNM和DBNM降至2.9%和2.4%。生菜回收67.5%（MCAA）–117.4%（DCAA），平均92.0%，中位94.2%；8个家族回收>80%，仅4种<75%；HALs和HAcAms在生菜中回收更好，HAs平均降30%；RSD多<10%，TCAN为10.5%、TBAA为29%。土壤MDL为0.09–11.69 ng g^?1干土，中位0.53，75%<1.33；生菜MDL为0.06–8.99 ng g^?1鲜重，中位0.29，75%<0.58。校准曲线R²多接近1，但TCNM、BDCAA、DBCAA、TBAA等偏低。与先前研究相比，本工作MDL平均比Lee et al.的固液萃取-GC-ECD方法低14倍；比Cardador and Gallego的静态顶空（SHS）-GC/MS方法高约1.4倍，但SHS不能分析HAcAms。回收率总体相似，部分化合物有差异。

讨论总结与结论翻译：讨论指出，流通式SPE净化降低基质效应、改善仪器稳定性，并获得满意回收率和低MDL；土壤中不同DBP家族降解与持久性差异显著，HAA形成途径复杂；生菜中多数DBP稳定68 h。结论部分翻译为：本工作开发并评价了用于测定与农业废水回用相关的土壤和生菜中传统和新兴卤代DBPs的分析方法。使用流通式SPE净化降低了基质效应，改善了仪器稳定性，并为八个DBP家族提供了满意回收率和低方法检测限。研究还表明，若干DBP家族在土壤中快速降解，形成副产物，而其他则更持久。特别是，若干降解产物的鉴定或疑似形成，以及导致HAA形成的多重DBP途径，凸显了DBP在环境基质中归趋的复杂性。在碎生菜中，大多数DBP在冷藏缓冲条件下可稳定长达68 h。基质加标与提取之间的时间被确定为影响回收率的关键因素，尤其在土壤中；该方面值得进一步研究，以提高未来研究的重现性和可比性。总体而言，本工作提供了用于研究农业系统中DBP的分析工具，同时增进了对其环境归趋的理解。进一步工作应包括通过实验室间协作研究或其他适当方法对分析程序进行额外验证，以评估其重现性和更广泛适用性。DBP的不同持久性、转化和向植物潜在转移值得进一步研究，以加强废水回用的风险评估，包括表征不足的DBP类别如高分子量DBPs、其他土壤和作物以及田间验证。