尹雪花 顏海龍2 陳 陽 李元星

(1. 湖南有色冶金勞動保護研究院， 長沙 410014； 2. 香港中文大學(深圳)， 深圳 518172)

氯苯化合物，指苯環(huán)上只含氫、氯原子的單環(huán)芳香族化合物，理化性質穩(wěn)定，有較強的氣味，被視為一種非天然化合物。同時，自然界缺乏可降解氯苯化合物的生物酶，阻礙了其分解與代謝，易在體內累積。研究發(fā)現(xiàn)，與非取代芳香烴相比，氯苯化合物的分子結構引入強電負性的氯原子，導致苯環(huán)電子云密度降低，生物氧化困難，可降解性差，因而氯苯化合物在自然環(huán)境中難以實現(xiàn)有效的分解[1]。作為電子、化工及醫(yī)藥等多個行業(yè)廣泛使用的有機物質，氯苯化合物具有廣泛性、高毒性、易揮發(fā)等特點，屬于持久性有機污染物[2]。同時，氯苯化合物具有較強的生物累積性，能夠在特定的器官中蓄積，進而損害人體肝臟和腎臟等主要代謝功能器官，甚至存在致癌、致畸、致突變等嚴重后果[3]。目前，1，4-二氯苯已被世界衛(wèi)生組織和國際癌癥研究機構認定為可疑致癌物質，國家衛(wèi)生部發(fā)布的《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》中明確規(guī)定空氣中氯苯化合物的濃度不得高于50mg·m-3 [4]。因此，發(fā)展一種針對空氣中低濃度氯苯化合物的高靈敏檢測方法是極其重要的。

迄今為止，氯苯化合物檢測方法的研究報道主要集中在土壤與水樣領域[5-9]。工作場所空氣中氯苯化合物檢測的有關研究報道較少，且局限于常規(guī)氣相色譜法[10-14]。然而，常規(guī)氣相色譜法通常以保留時間對目標物進行定性分析，操作時具有一定的復雜性，難以滿足事故現(xiàn)場空氣中氯苯化合物的快速、準確檢測。氣相色譜-質譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)技術具有快速定性、操作簡單、重現(xiàn)性好、精密度高等優(yōu)點，從性能上比較，氣相色譜-質譜聯(lián)用法定性遠比氣相色譜法可靠，且由于自身能降低化學噪音，其檢測靈敏度也遠高于常規(guī)氣相色譜法[15，16]，為發(fā)展工作場所空氣中氯苯化合物的實際檢測方法打下了基礎。目前，氣相色譜-質譜聯(lián)用技術被廣泛應用于環(huán)境分析、藥物檢測、司法鑒定等領域[17]，而在職業(yè)衛(wèi)生檢測領域的應用范圍仍相對較窄，同時，基于氣相色譜-質譜聯(lián)用技術檢測工作場所空氣中多種氯苯化合物的研究尚未見報道。

基于此，本研究發(fā)展了一種基于GC-MS的工作場所空氣中氯苯化合物的高靈敏同時檢測新方法。通過優(yōu)化實驗條件，本研究實現(xiàn)了對實際樣品中4種氯苯化合物(氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、1，2，4-三氯苯)的高靈敏同時測定。

1 實驗部分

1.1 試劑

1，2-二氯苯標準溶液(1000 μg·mL-1，ST-018-03Y-25Y)、1，2，4-三氯苯、1，4-二氯苯、氯苯標準溶液(1000 μg·mL-1，ST-017-12Y-85Y)均購自中國四川SITAER公司；氯苯質量控制樣品(10.02 ± 0.52 μg·mL-1，CR-Y17-Y16-07X)、1，2-二氯苯質量控制樣品(53.6 ± 2.3 μg·mL-1，CR-Y18-Y18-09X)、1，4-二氯苯質量控制樣品(10.03 ± 0.53 μg·mL-1，CR-Y17-Y16-07X)、1，2，4-三氯苯質量控制樣品(9.78 ± 0.48 μg·mL-1，CR-Y17-Y16-07X)均購自韓國Chem Round公司；甲醇(色譜純)、苯(色譜純)、甲苯 (色譜純)、對硝基氯苯(色譜純)均購自天津市光復精細化工研究所；1，3-二氯苯(分析標準品)、1，2，3-三氯苯(分析標準品)均購自阿拉丁(上海)；環(huán)己烷 (色譜純，天津市科密歐化學試劑有限公司)；丙酮(色譜純，天津市化學試劑研究所)；1，3，5-三氯苯(色譜純，國藥集團化學試劑有限公司)；二硫化碳(色譜純，CNW Technologies，德國)。以上試劑均可從商業(yè)途徑獲得。

實際空氣樣品采自本市某化工廠(湖南長沙)，于4℃條件下保存，24 h內測定。

1.2 儀器

氣相色譜儀(Clarus680，Perkin Elmer，美國)；氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(GCMS-QP2010SE，Shimadzu，日本)，帶AOC-20s型自動進樣器；高純氦氣(純度99.999%)；毛細管色譜柱(Rtx-1701型，30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)；具塞解吸瓶(2 mL，Shimadzu)；活性炭管(裝填100 mg / 50 mg活性炭，江蘇鹽城)；振蕩器(XY-5A，常州越新儀器制造有限公司)；空氣采樣器(QC-4S，0.1-1.5 L·min-1，北京勞動保護科學研究院)。

1.3 色譜條件

升溫程序：初溫設置為55 ℃，以8 ℃·min-1升溫至80 ℃，再以15 ℃·min-1升至170 ℃；進樣口溫度為200 ℃；分流，分流比10∶1；流量采用壓力控制方式；載氣總流量為13.2 mL·min-1；柱流量為0.93 L·min-1；線速度為35.0 cm·sec-1；吹掃流量為3.0 mL·min-1。

1.4 質譜條件

離子源溫度設置為200 ℃；接口溫度為250 ℃；溶劑延遲時間為1.3 min。GC Solution工作站進行數(shù)據(jù)后處理。

1.5 標準溶液配制

取混合標準溶液(含氯苯、1，4-二氯苯、1，2，4-三氯苯)1 mL、1，2-二氯苯標準溶液1 mL于2 mL容量瓶中，得濃度為500 μg·mL-1的標準儲備液，于4℃避光處保存。將上述溶液稀釋成一定濃度梯度的標準系列。

1.6 標準曲線繪制

選擇適當?shù)倪x擇離子掃描模式(selected ion scanning mode，SIM)，對標準系列溶液依次進樣測定，提取定量離子，獲取的峰面積為縱軸，氯苯化合物濃度為橫軸，制作標準曲線(y=Ax+B，式中y代表峰面積，x代表濃度)。

1.7 解吸溶劑選擇

選取實驗室常用的6種解吸溶劑(甲醇、丙酮、環(huán)己烷、苯、甲苯、二硫化碳)為實驗對象，分別測定其對氯苯化合物的解吸性能。用微量注射器向6組活性炭管中分別注入20 μL的氯苯化合物標準儲備液(500 μg·mL-1)，吸附1 小時，隨后用空氣采樣器對吸附后的炭管模擬采樣(0.2 L·min-1，15 min)。采畢，將采樣管中活性炭全部轉移至溶劑解吸瓶中，分別用1 mL甲醇、丙酮、環(huán)己烷、苯、甲苯、二硫化碳進行解吸，所得解吸液在最佳分析條件下進樣測定，考察不同解吸溶劑對4種氯苯化合物的解吸效能。

1.8 樣品的采集和處理

在特定工作場所采集3 L空氣(0.2 L·min-1)，采樣后立即封閉活性炭管兩端，采樣注意事項參照GBZ 159—2004[18]。將已吸附樣品的活性炭管參照GBZ/T 300.81—2017標準進行解吸[19]。解吸液在與標準品均在相同條件下測定。

2 結果與討論

2.1 關鍵分析條件的優(yōu)化

分離效果和分析時間主要通過調節(jié)色譜柱箱溫度來優(yōu)化。待測的4種氯苯化合物的分子質量與極性各不相同，為了盡可能縮短分析時長、確保各組分得到良好分離，本研究采用程序升溫。在最佳的程序升溫條件下，沸點較低的氯苯最早分離出來，隨著溫度的升高，沸點較高的組分如1，2，4-三氯苯隨后依次分離出來，且峰形良好。實驗表明，本方法的最佳升溫程序為：初溫為55 ℃，以8 ℃·min-1升至80 ℃，再以15 ℃·min-1升至170 ℃。進樣口溫度影響目標化合物的信號值。在樣品不被分解的前提下，可適當提高汽化溫度，以利于目標物的分離和定量[20]。經(jīng)優(yōu)化，最佳進樣口溫度為200 ℃，離子源溫度為200 ℃，接口溫度為250 ℃。在上述條件下，在m/z= 30～450范圍內，未見目標物的分解產(chǎn)物，表明目標化合物不會因高溫發(fā)生分解，質譜圖見圖1。同時，各氯苯化合物的分離效果良好(圖2)。

圖1 4種氯苯化合物的質譜優(yōu)化結果

質譜全掃描可以獲得豐富的質譜信息，選擇性離子掃描則更具有針對性，且靈敏度更高。本研究利用這兩方面的優(yōu)勢來定性定量[16]。在上述最佳色譜條件下，以1666 amu·s-1的掃描速度，在m/z= 30～450范圍進行全掃描(Scan)，確定目標氯苯化合物的保留時間、定量離子(最佳定量離子、輔助定量離子)，實現(xiàn)定性檢測(圖2)。利用選擇離子掃描，選取最優(yōu)選擇離子參數(shù)。設置選擇離子掃描方式，用于高靈敏定量(表1)。

圖2 定性總離子流圖

表1 保留時間與定量離子

2.2 線性及靈敏度

標準系列在前述最佳條件下進行測定。以響應的峰面積值為y值、組分的濃度值為x值，繪制標準曲線。標準系列濃度梯度為0 μg·mL-1，12.5 μg·mL-1，62.5 μg·mL-1，125 μg·mL-1，250 μg·mL-1，信號峰面積與組分濃度表現(xiàn)出良好的線性關系，且相關系數(shù)(R)均大于0.9997，如圖3所示。

圖3 組分濃度與信號峰面積之間的線性關系

此外，選取空白樣品的3倍信噪比濃度作為方法檢出限(LOD)：氯苯0.07 μg·mL-1、1，4-二氯苯1.84 μg·mL-1、1，2-二氯苯2.40 μg·mL-1、1，2，4-三氯苯3.44 μg·mL-1。方法檢出限表明，由表2可知，各組分的LOD在SIM模式下的均低于其Scan模式及常規(guī)氣相色譜儀的。這是質譜技術固有的優(yōu)勢，其利用高能電子束轟擊待測組分，抓取物質結構的碎片離子信息，在一定條件下每種化合物都有其特定的離子碎片譜圖，將其譜圖與標準譜圖進行對比即可實現(xiàn)物質的準確、快速定性。以待測物中特定離子的強度為依據(jù)，同時選取若干參比離子作為定量校正手段，以消除雜離子干擾，實現(xiàn)質譜定量檢測[16]。本研究利用了選擇性質譜的獨特優(yōu)勢，成功實現(xiàn)了上述4種氯苯化合物的高靈敏檢測。

表2 3種方法對4種氯苯化合物的檢出限

2.3 不同溶劑的解吸效率

最佳解吸溶劑是通過考察實驗室?guī)追N常見有機溶劑對活性炭中氯苯化合物解吸的效率來確定的，實驗結果見圖4。結果表明，解吸效率(用回收率R%表示)從低到高依次排序為：甲醇、丙酮、環(huán)己烷、苯、甲苯、二硫化碳。甲醇對活性炭上氯苯化合物幾乎無解吸能力(R% < 0. 7%)，效率最低。丙酮、環(huán)己烷的R%均在8%以下，且對1，2，4-三氯苯解吸能力弱；苯、甲苯對氯苯、1，4-二氯苯、1，2-二氯苯的R%在 69.1%～89.2% 之間，但對1，2，4-三氯苯的解吸效果較低(R% < 50%)，且苯、甲苯對操作人員的毒性較大，也不宜作為解吸溶劑。二硫化碳對4種氯苯化合物均具有高效、穩(wěn)定的解吸能力(R% > 90%)，且毒性相對較小，故本研究選取二硫化碳作為最佳的解吸溶劑。

圖4 不同溶劑對氯苯化合物的解吸效率研究

2.4 準確度

方法的準確度通過測定Chem Round公司生產(chǎn)的質量控制樣品來評價。取4種氯苯化合物的質量控制樣品，進行解吸與測定，取3次采集的平均值，結果見表3。本方法的測定結果均在可控范圍內，且準確度明顯優(yōu)于氣相色譜法，說明此方法準確度高，檢測結果可靠，適用于實際樣品的檢測。

表3 4種氯苯化合物的檢測準確度研究

2.5 精密度

用儲備液配制濃度為25 μg·mL-1、50 μg·mL-1、100 μg·mL-1的3組溶液，每組進行7次平行測定，計算相對標準偏差(RSD)，結果見表4。各物質的3種濃度的檢測結果重現(xiàn)性較高，RSD均在2%以內，表明本研究方法精密度良好。

表4 4種氯苯化合物的檢測精密度研究

2.6 抗干擾性

通過檢測與目標物的結構、性質類似的氯苯化合物干擾物來進行評價方法的抗干擾性。干擾物包括：1，3-二氯苯、1，2，3-三氯苯、1，3，5-三氯苯、對硝基氯苯。目標物和干擾物濃度均為125μg·mL-1。結果表明，干擾物對目標氯苯化合物的檢測結果均無干擾(圖5)，該方法擁有良好的抗干擾性。

圖5 4種氯苯化合物的檢測抗干擾性研究

2.7 實際樣品檢測

為了評價該方法在實際樣品檢測中的適用性，從本市某化工廠采集了作業(yè)場所的空氣樣品，并對其中的氯苯、1，4-二氯苯、1，2-二氯苯、1，2，4-三氯苯進行了檢測。在現(xiàn)場利用活性炭管，采集3L空氣。樣品經(jīng)二硫化碳解吸后，在上述最優(yōu)條件下測定。在所取樣品中檢出了氯苯、1，4-二氯苯、1，2-二氯苯及1，2，4-三氯苯，且含量與現(xiàn)場實際情況相符，結果見圖6，說明該方法能夠用于實際空氣樣品中氯苯化合物的檢測與分析。

圖6 實際樣品總離子流圖

3 結論

本研究致力于解決工作場所空氣中氯苯、1，4-二氯苯、1，2-二氯苯、1，2，4-三氯苯的氣相色譜傳統(tǒng)檢測方法定性方法復雜、分離不完全、采樣耗時費力及檢測靈敏度低等短板，首次成功建立了以上針對4種氯苯化合物的高靈敏同時測定的氣相色譜質譜聯(lián)用新方法。研究表明，在最優(yōu)條件下，相較于傳統(tǒng)的氣相色譜法，該方法更為簡單快捷、其檢出限更低、精密度更高、準確性更好，且采樣及分析過程也更簡便、成本更低。該方法為實現(xiàn)空氣中多種揮發(fā)性有機物的同時、高靈敏檢測提供了一種有效的分析方法與參考依據(jù)。