氣相色譜-質(zhì)譜法測定水質(zhì)中酚類化合物的方法驗(yàn)證與優(yōu)化

馮若矩，袁 姁，王小敏，梁時軍，李 晉

(1.四川省南充生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 南充 637000;2.四川省圖書館，四川 成都 610000)

1 引言

含酚廢水是當(dāng)今世界上危害大、污染范圍廣的工業(yè)廢水之一，是環(huán)境中水污染的重要來源[1]。這些廢水通過揮發(fā)、沉降、滲透等方式進(jìn)入地表水和地下水，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)將酚類化合物中的2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚作為集中式生活飲用水地表水源地特定監(jiān)測項(xiàng)目[2，3]。水質(zhì)中酚類化合物的分析，目前有氣相色譜法[1]、氣相色譜-質(zhì)譜法[4]、液相色譜-三重四級桿質(zhì)譜法等[5]。其中，氣相色譜-質(zhì)譜法比氣相色譜法定性更準(zhǔn)確，液相色譜-三重四級桿質(zhì)譜法包含的酚類化合物類別太少，僅4種硝基酚類化合物。目前絕大部分實(shí)驗(yàn)室選擇的是2015年7月1日實(shí)施的《水質(zhì) 酚類化合物的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 744-2015)，該方法通過衍生化的前處理方式，適用于多種酚類化合物的測定[6，7]?；趯?shí)驗(yàn)室設(shè)備的限制，本次新方法的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證采用液液萃取前處理方式。

2 材料與方法

2.1 方法原理

在酸性條件下(pH≤1)，用液液萃取法提取水樣中的酚類化合物，經(jīng)五氟芐基溴衍生化后用氣相色譜-質(zhì)譜法分離檢測，以色譜保留時間和質(zhì)譜特征離子定性，外標(biāo)法或內(nèi)標(biāo)法定量[8]。

2.2 樣品

2.2.1 樣品的采集與保存

本文所有樣品均嚴(yán)格參照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行采集和保存[3,9]。樣品采集后保存在棕色玻璃瓶中，用硫酸溶液將水樣調(diào)節(jié)至pH≤2。水樣充滿樣品瓶并密封，4 ℃下避光保存。注意樣品采集過程中不可用水樣沖洗樣品瓶。

2.2.2 液液萃取

稱取15 g氯化鈉加入到水樣中，輕輕振搖使其溶解。量取25 mL二氯甲烷-乙酸乙酯混合溶液，振搖萃取10 min。靜置至有機(jī)相和水相充分分離，收集有機(jī)相，并經(jīng)無水硫酸鈉除水。重復(fù)3次上述萃取步驟，合并萃取液于濃縮管中。最后經(jīng)過氮吹濃縮并更換到丙酮溶劑中，定容至約8 mL[10，11]。

2.2.3 衍生化反應(yīng)

在8 mL上述丙酮萃取濃縮液中，依次加入100 μL五氟芐基溴衍生化試劑和100 μL K2CO3溶液。蓋好瓶塞，輕輕振搖、混勻后置于60 ℃下衍生60 min后，冷卻至室溫。通過氮吹濃縮裝置將溶劑體系更換至正己烷，濃縮定容至1.0 mL，在上述定容后的溶液中準(zhǔn)確加入5.0 μL內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)使用液，使內(nèi)標(biāo)物在溶液中濃度為500 μg/L，待測[3,12，13]。

2.3 儀器參考條件

氣相色譜條件：進(jìn)樣口溫度:270 ℃，不分流進(jìn)樣;柱流量:1.0 mL/min(恒流);柱箱溫度:50 ℃，以 8 ℃/min升溫至250 ℃并保持10 min;進(jìn)樣量:1.0 μL。

質(zhì)譜參考分析條件：四極桿溫度:150 ℃;離子源溫度:230 ℃;傳輸線溫度:280 ℃;掃描模式:選擇離子掃描模式(SIM)，溶劑延遲時間:5 min。

3 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品測試譜圖

采用液液萃取，用內(nèi)標(biāo)法定量，配制含有酚類化合物的標(biāo)準(zhǔn)序列，分別為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、1.00 mg/L、2.40 mg/L。對濃度為2400 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，確定本實(shí)驗(yàn)室儀器上各組分的保留時間[14]。3-甲酚為15.439 min，2-甲酚為15.815 min，4-甲酚為15.951 min，2-氯苯酚為16.788 min，2,6-二氯苯酚為18.297 min，2,4-二氯苯酚為19.068 min，2,4,6-三氯苯酚為19.959 min，2,4,5-三氯苯酚為20.985 min，4-硝基酚為21.398 min，五氯酚為24.393 min。其標(biāo)準(zhǔn)樣品的圖譜見圖1。

注：1為3-甲酚；2為2-甲酚；3為4-甲酚；4為2-氯苯酚；5為2,6-二氯苯酚；6為2,4-二氯苯酚；7為2,4,6-三氯苯酚；8為2,4,5-三氯苯酚；9為4-硝基酚；10為五氯酚

3.2 空白實(shí)驗(yàn)

用實(shí)驗(yàn)用水代替實(shí)際水樣，按照2.2節(jié)要求制備空白試樣，取1.0 μL制備完成的空白試樣，對其平行測定6次。6次測定濃度均低于方法檢出限，符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[15]。

3.3 校準(zhǔn)曲線

按照儀器參考條件進(jìn)行分析，得到不同濃度各目標(biāo)化合物的質(zhì)譜圖，記錄各目標(biāo)化合物的保留時間和定量離子質(zhì)譜峰的峰面積，按內(nèi)標(biāo)法計(jì)算平均相對相應(yīng)因子，內(nèi)標(biāo)物濃度為500 μg/L。將標(biāo)準(zhǔn)系列中每個濃度點(diǎn)五氟芐基溴衍生物定量離子的峰面積與其內(nèi)標(biāo)物定量離子的峰面積進(jìn)行比值，得出各個濃度點(diǎn)的相對響應(yīng)因子，計(jì)算均值得平均相對響應(yīng)因子。10種目標(biāo)化合物的線性范圍均為100～2400 μg/L，校準(zhǔn)曲線r均大于0.995。目標(biāo)化合物3-甲酚-PFB、2-甲酚-PFB、4-甲酚-PFB、2-氯苯酚-PFB、2,6-二氯苯酚-PFB、2,4-二氯苯酚-PFB、2,4,6-三氯苯酚-PFB、2,4,5-三氯苯酚-PFB、4-硝基酚-PFB、五氯酚-PFB的線性方程分別為y=2.114x-0.1875(R2=0.997)、y=2.208x-0.1854(R2=0.998)、y=2.295x-0.1773(R2=0.998)、y=1.001x-0.05276(R2=0.999)、y=0.4152x-0.02055(R2=0.999)、y=0.5928x-0.01485(R2=0.997)、y=0.2165x-6.991×10-3(R2=0.9999)、y=0.3706x-5.093×10-3(R2=0.9999)、y=0.1454x-0.02413(R2=0.991)、y=0.1357x+8.663×10-4(R2=0.9999)，上述式中y為響應(yīng)比，x為酚類化合物濃度比(表1)。

表1 化合物保留時間及線性范圍

3.4 方法檢出限、測定下限

采用液液萃取的方式，用內(nèi)標(biāo)法定量分析，按照樣品分析的全部步驟，重復(fù)7次空白試驗(yàn)，計(jì)算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ168-2010)中相關(guān)規(guī)定，按照公式計(jì)算方法檢出限，以4倍方法檢出限為測定下限。10種酚類化合物的檢出限范圍在0.13～0.22 μg/L，測定下限范圍在0.5～0.8 μg/L。具體方法檢出限、測定下限測試見表2。

表2 方法檢出限、測定下限測試 μg/L

3.5 方法精密度測試

采用液液萃取法，對酚類化合物0.4 μg/L、1.6 μg/L 、9.6 μg/L 3種不同濃度的加標(biāo)空白水樣進(jìn)行測定，每個濃度平行測定6組空白加標(biāo)水樣，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法的精密度，測得3種加標(biāo)濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.6%～7.5%、1.9%～9.5%、2.2%～10.0%。測定詳細(xì)結(jié)果如表3所示。

表3 液液萃取法精密度

3.6 方法準(zhǔn)確度測試

對實(shí)際水樣加標(biāo)測定，對地表水加標(biāo)濃度0.4 g/L，工業(yè)廢水加標(biāo)濃度1.6 g/L，生活廢水加標(biāo)濃度9.6 g/L三種不同類型水樣進(jìn)行6次加標(biāo)回收率測定，回收率為62.0%～82.0%、60.6%～70.6%、60.4%～70.4%，結(jié)果如表4所示。根據(jù)以上結(jié)果，采用衍生化液液萃取的方式，通過空白試驗(yàn)、精密度、準(zhǔn)確度分析，測定結(jié)果符合HJ704-2014的質(zhì)控要求，本實(shí)驗(yàn)室具備酚類化合物氣相色譜-質(zhì)譜法的測定條件[16]。

表4 實(shí)際樣品加標(biāo)測試

4 討論與建議

(1)衍生化試劑五氟芐基溴屬于催淚物質(zhì)，實(shí)際操作中應(yīng)佩戴護(hù)目鏡、防毒面具，同時存儲五氟芐基溴也要做好密封措施。

(2)酚類化合物前處理過程繁瑣，濃縮液成分復(fù)雜，對儀器損傷較大。如若儀器響應(yīng)變低，應(yīng)及時清洗進(jìn)樣口；樣品濃度較高會存在記憶效應(yīng)，可通過分析空白樣品，直至空白樣品中目標(biāo)化合物的濃度低于檢出限，再進(jìn)行下一個樣品的分析。

(3)衍生化反應(yīng)溫度務(wù)必精確，同時要做好密封措施，建議使用帶旋鈕的10 mL規(guī)格的小試管，方便后一步的濃縮轉(zhuǎn)溶。

(4)本方法由于要添加100 μL的碳酸鉀水溶液，導(dǎo)致最終轉(zhuǎn)溶成1mL正己烷體系濃縮液時，底部會殘存100 μL水。建議在最后定容前，增加除水步驟，再經(jīng)過氮吹濃縮定容。該優(yōu)化措施其他實(shí)驗(yàn)室可參考使用。

5 結(jié)論

10種酚類化合物的線性范圍均為100～2400 μg/L，校準(zhǔn)曲線線性良好(r>0.995)，檢出限范圍在0.13～0.22 μg/L，測定下限范圍在0.5～0.8 μg/L；對3種濃度的空白試樣加標(biāo)進(jìn)行測定，測得的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.6%～7.5%、1.9%～9.5%、2.2%～10.0%；對3種不同的水體進(jìn)行水樣加標(biāo)測定，測得的回收率為62.0%～82.0%、60.6%～70.6%、60.4%～70.4%。該方法操作簡便，對酚類化合物的覆蓋面較廣，準(zhǔn)確度與精密度較好，能夠滿足水質(zhì)中多種酚類化合物的檢測要求。