張 莉，張永濤，張辰凌，李曉亞，桂建業(yè)

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所監(jiān)測(cè)中心，河北 正定 050803)

隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染成為人們關(guān)注的首要問(wèn)題。環(huán)境污染的特征之一是有機(jī)污染，而酚類(lèi)是有機(jī)污染物的一大類(lèi)，對(duì)一切生物都有危害。酚類(lèi)化合物含有羥基官能團(tuán)，直接用液相色譜或氣相色譜法進(jìn)行分析的檢出限較高。利用化學(xué)反應(yīng)將酚類(lèi)轉(zhuǎn)化為弱極性化合物，可以增大該類(lèi)化合物的揮發(fā)性，提高其在色譜上的分辨率，從而實(shí)現(xiàn)該類(lèi)化合物的氣相色譜高靈敏度分析。在目前標(biāo)準(zhǔn)方法或文獻(xiàn)中[1-5]，該類(lèi)化合物最成熟的預(yù)處理手段是液液萃取或固相小柱萃取，分析流程基本是萃取—濃縮—測(cè)定或衍生后測(cè)定的模式，而繁雜的預(yù)處理過(guò)程必然造成目標(biāo)物損失。因此有必要探索新的預(yù)處理途徑，以保證分析的準(zhǔn)確度和精密度。超聲技術(shù)[6-9]以萃取速度快、溶劑用量少而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)分析的預(yù)處理工作中，但僅適用于固體樣品的分析，若在水分析中應(yīng)用該技術(shù)，必須要進(jìn)行液固轉(zhuǎn)換。液液萃取不能實(shí)現(xiàn)液固轉(zhuǎn)換，固相柱萃取可以達(dá)到這一目的，但利用超聲技術(shù)解吸化合物的難度較大，固相膜萃取為這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。在文獻(xiàn)[10]中，以硅膠為吸附劑的C18膜片對(duì)水中多環(huán)芳烴進(jìn)行分析；在文獻(xiàn)[11]中，用C8膜片對(duì)水中的有機(jī)氯農(nóng)藥、羧酸類(lèi)有機(jī)物進(jìn)行了超聲萃取。但未見(jiàn)對(duì)酚類(lèi)化合物研究的報(bào)道。以苯乙烯/二乙烯苯聚合物為吸附劑的SDB-XC固相萃取膜適合保留含有親水基團(tuán)的疏水性酚類(lèi)化合物，因其具有比表面積大、路徑短、不易堵塞、高選擇吸附等特點(diǎn)，能夠快速地將液體樣品轉(zhuǎn)化為固體樣品，更容易將樣品無(wú)損轉(zhuǎn)移到合適的器皿中，從而實(shí)現(xiàn)超聲洗脫衍生分析。

本研究擬采用SDB-XC膜萃取酚類(lèi)化合物，結(jié)合超聲技術(shù)使用最少的溶劑、最短的時(shí)間對(duì)膜片上的化合物同時(shí)洗脫衍生，并減少溶劑濃縮、轉(zhuǎn)移等過(guò)程，以達(dá)到提高分析效率、增加準(zhǔn)確度、減少環(huán)境次生污染、為同類(lèi)有機(jī)物的分析提供技術(shù)思路的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

TRACE DSQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)Thermo公司產(chǎn)品；KQ-700DV數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀有限公司產(chǎn)品；SBEQ-CP0100膜片式固相萃取儀：德國(guó)CNW公司產(chǎn)品；SDB-XC萃取膜(47 mm)：美國(guó)3M公司產(chǎn)品；衍生瓶(10 mL)：美國(guó) Supelco公司產(chǎn)品。

二氯甲烷、丙酮和正己烷(農(nóng)殘級(jí))：德國(guó)Merck公司產(chǎn)品；五氟芐基溴(純度為95%)：美國(guó)Thermo Fisher公司產(chǎn)品；K2CO3、磷酸：均為優(yōu)級(jí)純，北京化學(xué)試劑廠產(chǎn)品；2-甲酚、4-甲酚、2,4-二甲基苯酚、2-氯苯酚、4-氯-3-甲基苯酚、2,4-二氯苯酚、2,4,6-三氯苯酚、2,3,4,6-四氯苯酚、五氯酚標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：德國(guó)Dr.Ehrenstorfer公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；程序升溫：初始溫度90 ℃，以30 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至300 ℃，保持2 min；進(jìn)樣口溫度230 ℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣體積1 μL。

反應(yīng)氣：甲烷；電離能量：70 eV；負(fù)化學(xué)電離源(NCI)溫度：200 ℃；連接桿溫度：220 ℃；選擇離子掃描(selected ion monitoring)模式。主要參數(shù)列于表1。

表1 衍生產(chǎn)物定性定量主要參數(shù)Table 1 Main qualitative and quantitative parameters of derivative products

1.3 樣品處理

將SDB-XC固相萃取膜裝在膜片式固相萃取裝置上，依次用5 mL二氯甲烷、5 mL丙酮和10 mL純水進(jìn)行活化，保持膜片上有3～5 mm高度的純水。在500 mL水樣中(預(yù)先除去沉淀物和懸浮物)，加入磷酸溶液(1∶1，V∶V)調(diào)節(jié)水樣pH 3～4，以約100 mL/min的流速流經(jīng)萃取膜。萃取完成后，繼續(xù)抽真空約2 min。將膜片折疊放入衍生瓶中，加入2 mL丙酮、200 μL 10%五氟芐基溴溶液和10 μL 30%K2CO3溶液，蓋好瓶蓋，置于數(shù)控超聲波清洗器中。

設(shè)置水浴溫度40 ℃，功率40%，動(dòng)態(tài)萃取衍生20 min后，取出衍生瓶，放至室溫后，取出1.0 mL溶液于濃縮瓶中，用微弱的氮?dú)饬鞔抵两桑哉和槎ㄈ葜? mL，待氣相色譜-負(fù)化學(xué)源質(zhì)譜檢測(cè)。

1.4 溶劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

10%五氟芐基溴：稱取1 g五氟芐基溴溶于10 mL丙酮溶劑中，低溫保存。

30%K2CO3溶液：稱取3 g K2CO3溶于10 mL純水中。

稱取適量酚類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于丙酮溶劑中，再逐級(jí)稀釋成1.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。用此溶液制備成溶劑為丙酮、體積為2 mL、濃度范圍為10～200 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，按照1.3節(jié)衍生、超聲條件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 固相膜與水樣酸度的優(yōu)化

圖1 兩種膜片的回收率對(duì)比Fig.1 Comparison of recoveries between two disks

以硅膠為吸附劑的C8固相萃取膜在最佳酸性條件(pH<2)下對(duì)酚類(lèi)化合物是選擇性吸附，吸附對(duì)象主要是分子質(zhì)量較大、溶解度較小的多氯酚，回收率可達(dá)70%以上，對(duì)小分子的2-甲酚、4-甲酚等回收率只有10%左右。SDB-XC固相萃取膜的吸附劑是苯乙烯/二乙烯苯聚合物，適合保留含有親水基團(tuán)的疏水性酚類(lèi)化合物，但其吸附效果與水樣pH值有很大關(guān)系。理論上，當(dāng)水樣pH<2時(shí)，酚類(lèi)化合物不帶電荷，能夠很好地保留在SDB-XC膜上，但實(shí)際結(jié)果并非如此。逐漸增大水溶液的pH值，當(dāng)pH 3～4時(shí)，膜片對(duì)其有較好的吸附保留，回收率在78%～103%之間。因此，使用SDB-XC膜片，優(yōu)化溶液pH值非常關(guān)鍵。兩種萃取膜片的萃取回收率對(duì)比圖示于圖1，不同水樣酸度對(duì)回收率的影響示于圖2。分析還發(fā)現(xiàn)，水樣流速在80～100 mL/min范圍內(nèi)的回收率不受影響，均在70%以上，這與膜片比表面積(450 m2/g)較大、水流路徑(膜片厚度0.5 mm)較短、水樣與膜片接觸時(shí)間(5 min)短有很大關(guān)系。因此，本方法確定流速為100 mL/min。

圖2 水樣酸度對(duì)回收率的影響Fig.2 Effect of water pH on recoveries

2.2 超聲衍生條件優(yōu)化

在酚類(lèi)與衍生試劑的反應(yīng)中，溶劑提供衍生環(huán)境，K2CO3溶液提供堿性環(huán)境，因此，所選擇的溶劑要與K2CO3溶液互溶才能達(dá)到較好的衍生效果。經(jīng)驗(yàn)證，在與之互溶的甲醇、丙酮中衍生回收率均在70%以上，本實(shí)驗(yàn)選擇丙酮為溶劑。為達(dá)到較好的洗脫和衍生效果，并避免分析過(guò)程中溶劑的濃縮，對(duì)洗脫溶劑的加入量進(jìn)行了控制。經(jīng)觀察驗(yàn)證，在10 mL衍生瓶中加入2 mL溶劑能夠?qū)⒛て耆](méi)，衍生完畢后能夠定量取出1 mL溶劑完成后續(xù)的分析檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)以五氟芐基溴為衍生試劑對(duì)酚類(lèi)化合物進(jìn)行衍生。當(dāng)10%五氟芐基溴的加入量分別為25、50、100、200 μL時(shí)，衍生效率逐漸增大，如繼續(xù)加大五氟芐基溴的用量，衍生效率則無(wú)明顯變化，因此，本方法確定的衍生試劑加入量為200 μL。逐漸改變30%K2CO3溶液的加入量，當(dāng)加入量為10 μL時(shí)有較好的衍生效果，衍生效率均在70%以上。

定量取出1 mL溶劑進(jìn)行后續(xù)分析，衍生過(guò)程中為避免丙酮(沸點(diǎn)56 ℃)的揮發(fā)，最終確定超聲溫度為40 ℃；膜片在大功率超聲下會(huì)有微量溶出，造成萃取液的輕度渾濁，因此確定超聲功率為40%。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了衍生時(shí)間，發(fā)現(xiàn)超聲衍生20 min的衍生效率能夠達(dá)到最大值。

2.3 干擾和凈化分析

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制使用丙酮作為溶劑，與樣品衍生溶劑一致，避免了因溶劑不同產(chǎn)生分析誤差。SDB-XC固相萃取膜具有高選擇性，吸附酚類(lèi)的同時(shí)可對(duì)水中干擾物進(jìn)行部分凈化，化合物的洗脫和衍生一體化，避免了溶劑的多次濃縮和轉(zhuǎn)移，基本無(wú)干擾引入。因此，凈化的主要對(duì)象是過(guò)量的五氟芐基溴和K2CO3。按照1.3節(jié)的氮吹處理可去除衍生試劑；氮吹近干時(shí)，K2CO3會(huì)結(jié)晶在濃縮瓶底部，不溶于正己烷溶劑，K2CO3的存在對(duì)檢測(cè)無(wú)影響。在該條件下，SDB-XC會(huì)吸附部分羧酸類(lèi)有機(jī)物，并衍生，但一般情況下，衍生產(chǎn)物的保留時(shí)間和定量離子不會(huì)與酚類(lèi)化合物重疊，因此，對(duì)酚類(lèi)化合物不產(chǎn)生影響。

2.4 儀器配套檢測(cè)

用氣相色譜(ECD檢測(cè)器)檢測(cè)時(shí)，化合物有較低的檢出限，但對(duì)衍生產(chǎn)物的定性有一定困難。氣相色譜-質(zhì)譜(EI源)對(duì)凈化要求較低，但檢出限較高。氣相色譜-負(fù)化學(xué)源質(zhì)譜(NCI源)對(duì)含有鹵素原子的化合物有非常靈敏的響應(yīng)，而對(duì)基質(zhì)中大多數(shù)雜質(zhì)不響應(yīng)，因此，其色譜圖中雜質(zhì)峰很少、本底低、信噪比更強(qiáng)，靈敏度比EI源提高了1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，只需簡(jiǎn)單凈化就可得到較低的檢出限。各化合物的定量、定性離子列于表1。酚類(lèi)化合物衍生物的總離子流圖示于圖3。

注：1.2-甲酚；2.4-甲酚；3.2,4-二甲基苯酚；4.2-氯苯酚； 5.4-氯-3-甲基苯酚；6.2,4-二氯苯酚； 7.2,4,6-三氯苯酚；8.2,3,4,6-四氯苯酚；9.五氯酚 圖3 酚類(lèi)化合物衍生物的總離子流圖Fig.3 Total ion chromatogram of phenolic compound derivatives

2.5 方法評(píng)價(jià)

各化合物在10～200 μg/L濃度范圍內(nèi)，其線性相關(guān)系數(shù)(r2)均大于0.997。向空白水中加入酚類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液，以逐級(jí)降低濃度添加水平的方法來(lái)確定方法的檢出限和定量限。當(dāng)水樣體積為500 mL，洗脫體積為2 mL(即樣品濃縮倍數(shù)為250倍)時(shí)，檢出限(S/N=3)、定量限(S/N=10)及相關(guān)參數(shù)列于表2。以TOC(總有機(jī)碳)<0.2 mg/L的純水和TOC=4.9 mg/L的地下水為基體，添加樣品濃度水平分別為0.1、0.2、0.5 μg/L，相應(yīng)的儀器檢測(cè)濃度值分別為25.0、50.0、125.0 μg/L。按照優(yōu)化的條件進(jìn)行分析，回收率為70%～107%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.8%～10.4%。以TOC分別為18.4、32.4 mg/L的2個(gè)地表水為基體進(jìn)行上述濃度的加標(biāo)，部分樣品的回收率降低，對(duì)此類(lèi)樣品可采用減少水樣量的方法進(jìn)行檢測(cè)分析。說(shuō)明該方法不適用于嚴(yán)重污染的地表水及其他工業(yè)廢水。

表2 檢出限、定量限及相關(guān)參數(shù)Table 2 Detection limits, quantitative limits and correlation coefficients

2.6 實(shí)際樣品分析

采用本方法分析不同地域的水樣，部分樣品有檢出，對(duì)其中3個(gè)TOC含量分別為0.78、1.39、3.14 mg/L的樣品進(jìn)行不同濃度的加標(biāo)分析，其回收率在70%～108%之間，結(jié)果列于表3。表3中數(shù)據(jù)說(shuō)明了酚類(lèi)污染的廣泛性及污染程度，基體加標(biāo)分析結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性。

表3 樣品和基體加標(biāo)分析結(jié)果Table 3 Detection and spiked results of real samples

續(xù)表3

3 結(jié)論

本研究利用超聲技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將超聲、衍生技術(shù)融為一體，避免了溶劑的多次濃縮和轉(zhuǎn)移所造成的化合物損失，有較高的準(zhǔn)確度和精密度，負(fù)化學(xué)源技術(shù)的使用降低了檢出限。實(shí)驗(yàn)中，膜片活化溶劑使用量為10 mL，洗脫衍生溶劑使用量為2 mL，萃取時(shí)間為5 min，超聲洗脫和衍生時(shí)間僅為20 min，遠(yuǎn)低于國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)方法及相關(guān)文獻(xiàn)[1-5]的時(shí)間和溶劑使用量，是一種低污染、高效率的分析技術(shù)，在實(shí)際檢測(cè)分析中有很好的應(yīng)用價(jià)值。