化学教与学 2021年第 12期
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邻苯二甲酸酯(Phthalates,PAEs),作为一种增塑
剂,被广泛应用于日常的生活产品之中,如瓶装水包
装、食品包装、血袋、玩具等制品。目前,瓶装水的全
球需求量正以年均 1.3%的速度持续增长
[1]
,而 PAEs
已成为全球瓶装水中的重要新兴污染物之一
[2]
。
PAEs主要通过呼吸、皮肤接触、饮用水与食品摄
入等方式进入人体,而饮用水中 PAEs 是人体每日摄
入量的重要来源之一
[3]
。我国已成为瓶装水消费的第
一大国
[4]
,瓶装水因其快捷方便、口感优异,更是备受
青少年学生的青睐,饮用水摄入的 PAEs 约有 60%来
自于瓶装水
[5]
。PAEs 与塑料之间主要通过氢键或范
德华力的作用进行物理结合,伴随着塑料材质的老
化,PAEs从瓶装材料向水中迁移的速率增大,通过瓶
装水摄入的 PAEs的潜在风险正逐步上升
[6-7]
。
PAEs具有类雌激素的效应,可对内分泌系统、神
经系统、心血管系统、生殖系统产生不同程度的负面
影响,与成人相比,儿童代谢和排泄增塑剂的能力较
弱
[8]
,因此更容易受到毒性作用的影响,尤其对青少
年的性别发育存在诸多不良影响。最新的一项研究
表明,从香港儿童尿液和头发样本中发现了常见的
增塑剂(邻苯二甲酸酯和代谢物),浓度高达 126-
2140 ng/L
[9]
。
瓶装水作为人体摄入 PAEs 的一种重要途径,研
究瓶装水中 PAEs 的存在水平、影响因素、潜在风险及
其对于青少年学生丰富化学知识、规避潜在风险、提
升饮水安全具有重要的教育意义。
一、PAEs结构与性质
PAEs的化学结构如图 1 所示,由一个苯环和两个
可塑性非线性脂肪链组成(其中 R 与 R’为烷基)
[10]
。
PAEs 通常在酸催化的条件下,由邻苯二甲酸酐与醇
类酯化合成,但塑料瓶中的 PAEs 通常不是化学合成
的,而是由塑料迁移产生的。PAEs 的亲水性与其侧
链长短有关,当侧链越短时,其亲水性越强。PAEs 为
无色、透明的粘稠液体,有特殊气味,难溶于水
[11]
。
O
C O R
C O R̓
O
图 1 PAEs的分子结构式
目前世界各国关注最多且被优先列入控制清单
的 PAEs 主 要 包 括 :邻 苯 二 甲 酸 二 甲 酯(Dimethyl
phthalate,DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(Diethyl phthal⁃
ate,DEP)、邻 苯 二 甲 酸 二 丁 酯(Dibutyl phthalate,
DBP)、邻苯二甲酸苄基丁基酯(Benzyl Butyl Phthal⁃
ate,BBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(Bis-(2-
ethylhexyl)Phthalate,DEHP)
[12]
(表 1)。
二、检测方法
PAEs 在检测前需要进行一定的预处理,这些预
处理方法主要包括液液萃取、固相萃取、固相膜萃
取、固相微萃取、液相微萃取、液液微萃取、浊点萃取
等
[13]
。目前,关于 PAEs的检测方法主要包括:气相色
谱法(Gas Chromatography,GC)、气相色谱-质谱联用
法(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)、
高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatog⁃
瓶装水中邻苯二甲酸酯的存在水平与风险
邢启华 朱旭文
(南京市金陵中学 江苏 南京 210005)
摘要:邻苯二甲酸酯(Phthalates,PAEs)是普遍存在于瓶装水中的一种污染物,随着瓶装水消费数量的持续增长,其对青
少年潜在的风险正逐渐上升。文章主要从 PAEs的理化特性、瓶装水中的存在水平及影响因素、潜在的摄入风险等方面
进行了综述,一方面能让学生提高饮用水安全意识,规避潜在的健康风险,另一方面通过生活实例,引导学生关注与化
学有关的社会问题,提出有探究价值的科学问题,提高科学探究能力。
关键词:瓶装饮用水;邻苯二甲酸酯;摄入风险
文章编号:1008-0546(2021)12-0090-04 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.023
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·科普之窗··科普之窗·
raphy,HPLC)、高效液相色谱-质谱联用法(High Per⁃
formance Liquid Chromatography- Mass Spectrometry,
HPLC-MC)
[14]
等。
三、瓶装水中 PAEs的限制标准及影响因素
1.限制标准
世界卫生组织(World Health Organization,WHO)
要求食品、饮用水中 PAEs 浓度不得超过 8 μg/L,美国
环 境 保 护 署(U.S.Environmental Protection Agency,
USEPA)与美国食品和药品管理局(U.S.Food and Drug
Administration,USFDA)对 PAEs 的限制浓度为不超过
6 μg/L
[15-16]
。我国对PAEs的限制标准为DBP < 3 μg/L,
DEHP<8 μg/L。
2.影响因素
环境因素会影响 PAEs 从塑料瓶到水中的迁移,
从而导致瓶装水中 PAEs 的风险上升,这些影响因素
主要包括温度、储存时间、光照强度、pH、塑料材质等。
(1)温度
瓶装水应在远离阳光的阴凉环境下(<18℃)存
放,但在瓶装水的运输、库存过程中这个建议并未得
到有效的执行,因此导致了瓶装水中 PAEs的超标
[17]
。
高温有利于加速 PAEs 的挥发迁移,对于密封的
瓶装水,在高温条件下 PAEs 可在较短时间内由瓶体
向水中迅速迁移。在未封装的条件下,通过加热和沸
腾的方式可以挥 发掉一部分 PAEs,从而降 低水中
PAEs 的存在水平,Shi 等研究表明,几种 PAEs 在加热
条 件 下 的 平 均 去 除 率 为 :DEHP(20.4%)、BBP
(12.3%)、DBP(7.4%)
[18-19]
。
此外,热水在与一次性塑料杯和纸杯的接触过程
中,会大大增加饮用水中的邻苯二甲酸盐水平(p 值
<0.05),这主要是由于高温接触加速了 DEHP 从塑料
材料向水中的迁移,因此应尽可能避免使用一次性纸
杯与热水接触。
(2)储存时间
Jeddi 等
[20]
研究表明,储存时间与 PAEs 从塑料瓶
向水中的迁移呈正相关(如图2所示)。不合理的储存
方式会导致瓶装水中 PAEs在水质保质期内超标。虽
然短期内储存的瓶装水中 PAEs 貌似对人体无害,但
是考虑到其雌激素当量的时滞增加效应,仍需要警惕
其可能导致的危害。
■
10
3
10
2
10
1
10
0
10
-1
PAEs浓度(μg/l)
■
▲
●
▲
▲
▲
▲
▲
▲
●
●
●
●
●
●
■
■
■
■
■
■
●
▲
4℃
25℃
40℃
0 50 100 150 200 250 300 350
时间(天)
图 2 不同温度下瓶装水中 PAEs随时间的变化
(3)pH与光照强度
Rastkari 等
[21]
研究表明,较高的 pH 值促进 PAEs
从塑料瓶向水的迁移,酸性条件会提高瓶中 PAEs 的
浸 出 率 与 非 生 物 降 解 率 。 PET 瓶 装 的 碳 酸 饮 料
(2.2<pH<4.3)、柠檬汁(pH约为 3)、醋(pH 约为 2)中
PAEs 随时间变化如图 3 所示,以 4 ℃储存环境为例,
DEHP 与 DEP 相对含量较 DBP 较高,DBP 呈现先上升
后缓慢下降,DEHP 保持稳定线性增长,DEP 在储存 2
个月后保持稳定。
Lertsirisopon等
[22]
在 pH 值为 5~9的区间范围内研
究了有无光照对 PAEs 浓度变化的影响,其结果表明;
在无光照的条件下,PAEs 呈线性变化;在有光照的条
件下,PAEs 呈现指数变化,光照条件对于 PAEs 的非
生物降解作用显著。
(4)塑料材质与使用方法
塑料瓶主要由聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyl⁃
ene Terephthalate,PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)
和高密度聚乙烯(High-density Polyethylene,HDPE)制
成,而瓶盖 则由 HDPE、低密度聚乙 烯(Low-density
Polyethylene,LDPE)和 聚 苯 乙 烯(Polystyrene,PS)制
成。
当塑料瓶重复使用时,DEHP 的迁移速度将达到
惊人的速度,因此禁止空 PET 瓶的重复使用的法规尤
化合物
BBP
DBP
DEHP
DEP
DMP
分子式
C
19
H
20
O
4
C
16
H
22
O
4
C
24
H
38
O
4
C
12
H
14
O
4
C
10
H
10
O
4
分子量
312
278
391
222
194
水溶性
mg/L
2.7
11.2
0.003
1100
4200
稳定常数
Log(K
ow
)
4.59
4.45
7.5
2.38
1.61
表 1 五种 PAEs的理化性质
—— 91
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为重要,而目前塑料瓶的重复使用在发展中国家非常
普遍,需要引起足够的重视
[23]
。瓶装水的频繁开关会
促进促进瓶颈或瓶盖内的微塑料的显著增加(其颗粒
数可达 63400~1225500 个)
[24]
,从而导致水中 PAEs 含
量的同步上升。
四、PAEs对青少年的健康风险
PAEs 的半衰期通常为 4-24 h,代谢速度较快,主
要通过尿液与粪便排除体外。PAEs 通过肝、肾等器
官代谢后,生成易被血液吸收的有毒物质邻苯二甲酸
单酯(Mono-2-ethylhexyl Phthalate,MPAE),这是造成
PAEs 不良影响的主要成分
[25]
。PAEs 影响甲状腺受
体、男性生育能力、糖皮质激素受体、心血管系统,同
时可增加致癌风险。
王晨晨等以 DEHP 为例,对北方某城市瓶装水、
桶装水、自来水中 PAEs 的致癌与非致癌风险同自来
水进行了对比分析,如图 4 所示。美国食品和药品管
理局(SFDA)规定了 DEHP 每日可耐受摄入量(Toler⁃
able Daily Intakes,TDI)为 20 μg·kg
-1
day
-1[26]
。
丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
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丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
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丁丁丁丁丁丁
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丁丁丁丁丁丁
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丁丁丁丁丁丁
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
1.6×10
-6
1.4×10
-6
1.2×10
-6
1.0×10
-6
8.0×10
-7
6.0×10
-7
4.0×10
-7
2.0×10
-7
0.0
致癌风险
自来水
自来水煮沸
煮沸入塑料杯
煮沸入塑料杯
煮沸入塑料杯
桶装水
桶装水室温 7 天
瓶装水
瓶装水 40℃7 天
瓶装水 50℃7 天
瓶装水 50℃7 天
丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
丁丁丁丁丁丁
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
丈丈丈丈丈丈
自来水
桶装水
瓶装水
图 4 不同饮用水中 DEHP的致癌风险
自来水与桶装水的 DEHP 致癌风险均低于最大
可接受风险水平(即 1×10
-6
),开水在一定程度上可降
低 DEHP 的致癌风险;但是,使用一次性塑料杯接触
沸水后的风险会显著上升,在此种情况下,DEHP 的致
癌风险(7×10
-7
~1.15×10
-6
)。瓶装水在室温(25±3℃)
下的致癌风险高于桶装水,但仍低于 1×10
-6
。相比之
下,瓶装水在高温下储存 7天后致癌风险显著增加,尤
其是储存温度为 60 ℃时,致癌风险大于 1×10
-6
。当
DEHP通过饮用水引起的致癌风险达到最大可接受风
险阈值 1×10
- 6
时,饮用水中所对应的 DEHP 浓度为
2.143μg/L,瓶装水在 40℃下储存 8.8 天、在 50 ℃下储
存 7.7 天,或在 60 ℃下储存 6.1 天,其 DEHP 浓度即可
超过 2.143 μg/L。
五、PAEs控制的建议
(1)在饮用瓶装水的时候,养成观察生产日期的
习惯,尽量避免饮用储存时间过久或高温存放的瓶装
水;
(2)要了解各种塑料材质的温度耐受范围,尽量
避免使用塑料材质容器接触沸水;
(3)在饮用过程中,尽量避免反复频繁开关瓶盖
对塑料材质的机械冲击;
(4)对弃用的瓶装水瓶谨慎重复利用,对丢弃的
塑料瓶要按要求进行垃圾分类。
正确认识 PAEs 的特征性质、存在水平、影响因素
及其健康风险对青少年学生饮水安全至关重要,一方
面能提高学生的饮用水安全意识,规避学生成长过程
中潜在的健康风险,另一方面通过生活实例,引导学
生关注与化学有关的社会问题,提出有探究价值的问
题并提高科学探究能力,同时也有助于提高学生的环
保意识,积极响应国家控制使用塑料制品防止白色污
染的号召。
参考文献
[1] LUO Q,LIU Z-H,YIN H,et al. Migration and potential risk
of trace phthalates in bottled water:A global situation[J].
Water Research,2018,147:362-372
■
●
▲
柠檬汁
碳酸饮料
醋
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
■
▲
●
▲
▲
▲
●
●
●
■
■
■
0 1 2 3 4 5 6
时间(月)
DBP(μg/L)
■
●
▲
柠檬汁
碳酸饮料
醋
0 1 2 3 4 5 6
时间(月)
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
DEHP(μg/L)
▲
●
■
▲
▲
▲
●
●
●
■
■
■
■
●
▲
柠檬汁
碳酸饮料
醋
0 1 2 3 4 5 6
时间(月)
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
DEP(μg/L)
■
■
■
■
●
●
●
●
▲
▲
▲
▲
■
●
▲
柠檬汁
碳酸饮料
醋
0 1 2 3 4 5 6
时间(月)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
PAEs(μg/L)
▲
▲
▲
▲
●
●
●
●
■
■
■
■
图 3 不同酸性饮品中 PAEs随时间的变化(4℃)
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化学教与学(http://www.jschemedu.com)化学教与学(http://www.jschemedu.com)
·科普之窗··科普之窗·
[2] AKHBARIZADEH R,DOBARADARAN S,SCHMIDT T C,
et al.Worldwide bottled water occurrence of emerging con⁃
taminants:A review of the recent scientific literature[J].
Journal of Hazardous Materials,2020,392(122271):1-12
[3] DING M,KANG Q,ZHANG S,et al.Contribution of phthal⁃
ates and phthalate monoesters from drinking water to daily
intakes for the general population[J].Chemosphere,2019,
229:125-131
[4] 李慧.瓶装水和果干果脯休闲类食品中 22 种邻苯二甲酸
酯污染水平调查与风险评估[D].海口:海南大学,2019
[5] MARTINE B,MARIE-JEANNE T,CENDRINE D,et al.As⁃
sessment of Adult Human Exposure to Phthalate Esters in
the Urban Centre of Paris(France)[J].Bulletin of Environ⁃
mental Contamination and Toxicology,2013,90(1):91-96
[6] SCHECTER A,LORBER M,GUO Y,et al.Phthalate Con⁃
centrations and Dietary Exposure from Food Purchased in
New York State[J].Environmental Health Perspectives,
2013,121(4):473-479
[7] MOUSA A,BASHEER C,AL- ARFAJ A R.Determination
of phthalate esters in bottled water using dispersive liquid-
liquid microextraction coupled with GC- MS[J].Journal of
Separation Science,2013,36(12):2003-2009
[8] BRAUN J M. Early-life exposure to EDCs:role in childhood
obesity and neurodevelopment[J]. Nature Reviews Endocri⁃
nology,2017,13(3):161-173
[9] LI N,YING G-G,HONG H,et al.Plasticizer contamination
in the urine and hair of preschool children,airborne parti⁃
cles in kindergartens,and drinking water in Hong Kong
[J]. Environmental Pollution,2021,271(116394):1-10
[10] 李平.重庆主城区水域邻苯二甲酸酯有机污染物污染水
平及生态风险评价[D].重庆:重庆大学,2009
[11] 裴小强.室内空气中邻苯二甲酸酯的污染特征及健康风
险[D].杭州:浙江大学,2013
[12] WANG C C,HUANG P P,QIU C S,et al.Occurrence,mi⁃
gration and health risk of phthalates in tap water,barreled
water and bottled water in Tianjin,China[J].Journal of
Hazardous Materials,2021,408(124891):1-10
[13] 张悦,袁骐,蒋玫等. 邻苯二甲酸酯毒性及检测方法研究
进展[J].环境化学,2019,38(5):69-80
[14] 刘芃岩,高丽,申杰等.固相微萃取-气相色谱法测定白洋
淀水样中的邻苯二甲酸酯化合物[J].色谱,2010,28(5):
517-520
[15] ZAKI G,SHOEIB T. Concentrations of several phthalates
contaminants in Egyptian bottled water:Effects of storage
conditions and estimate of human exposure[J]. Science of
the Total Environment,2018,618:142-50
[16] ABTAHI M,DOBARADARAN S,TORABBEIGI M,et al.
Health risk of phthalates in water environment:Occurrence
in water resources,bottled water,and tap water,and bur⁃
den of disease from exposure through drinking water in teh⁃
ran,Iran[J]. Environmental Research,2019,173:469-79
[17] AMIRIDOU D,VOUTSA D. Alkylphenols and phthalates in
bottled waters[J]. Journal of Hazardous Materials,2011,
185(1):281-286
[18] KERESZTES S,TATAR E,CZEGENY Z,et al. Study on
the leaching of phthalates from polyethylene terephthalate
bottles into mineral water[J]. Science of the Total Environ⁃
ment,2013,458:451-458
[19] SHI W,HU X,ZHANG F,et al. Occurrence of Thyroid Hor⁃
mone Activities in Drinking Water from Eastern China:Con⁃
tributions of Phthalate Esters[J]. Environmental Science &
Technology,2012,46(3):1811-1818
[20] JEDDI M Z,RASTKARI N,AHMADKHANIHA R,et al.
Endocrine disruptor phthalates in bottled water:daily expo⁃
sure and health risk assessment in pregnant and lactating
women[J]. Environmental Monitoring and Assessment,
2016,188(534):1-16
[21] RASTKARI N,JEDDI M Z,YUNESIAN M,et al. The Ef⁃
fect of Storage Time,Temperature and Type of Packaging
on the Release of Phthalate Esters into Packed Acidic Liq⁃
uids[J]. Food Technology and Biotechnology,2017,55(4):
562-569
[22] LERTSIRISOPON R,SODA S,SEI K,et al. Abiotic degra⁃
dation of four phthalic acid esters in aqueous phase under
natural sunlight irradiation[J]. Journal of Environmental
Sciences,2009,21(3):285-290
[23] JAYAWEERA M,PERERA H,BANDARA N,et al. Migra⁃
tion of phthalates from PET water bottle in events of repeat⁃
ed uses and associated risk assessment[J]. Environmental
Science and Pollution Research,2020,27(31):39149-
39163
[24] 曾永平. 环境微塑料概论[M]. 北京:科学出版社,2020
[25] MITTERMEIER A,VOELKEL W,FROMME H. Kinetics of
the phthalate metabolites mono- 2- ethylhexyl phthalate
(MEHP)and mono-n-butyl phthalate(MnBP)in male sub⁃
jects after a single oral dose[J]. Toxicology Letters,2016,
252:22-28
[26] DOBARADARAN S,AKHBARIZADEH R,MOHAMMADI
M J,et al. Determination of phthalates in bottled milk by a
modified nano adsorbent:Presence,effects of fat and stor⁃
age time,and implications for human health[J]. Microchem⁃
ical Journal,2020,159(105516):1-9
—— 93