摘要：采用固相萃取凈化結(jié)合GC-MS法分別建立了測定水／土樣品中典型有機(jī)浮選藥劑（α-松油醇）的方法。采用DB-5 MS進(jìn)行色譜分離，電子轟擊（EI）-選擇離子檢測（SIM）和基質(zhì)標(biāo)線進(jìn)行定量分析。水/土樣品均采用二氯甲烷進(jìn)行萃取，水樣萃取時，先將其pH值和鹽度調(diào)整為7.5和0.5%，之后采用二氯甲烷進(jìn)行3次萃??；土壤萃取時采用二氯甲烷進(jìn)行2次振蕩萃取，萃取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)近干后用1 mL甲醇定容為萃取質(zhì)。水、土樣品萃取質(zhì)均采用Cl8小柱進(jìn)行固相萃取凈化。在上述最優(yōu)萃取條件下，目標(biāo)化合物在0.1-5mg·L-1濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好（R2≥0.998）；其在水／土樣品中的檢出限（LOD）分別為0.027-0.041 mg·L-1（水樣）和0.009-0.054 mg·kg-1（土樣），在實(shí)際樣品中不同濃度（1、2、5 mg·L-1或1、2、5 mg·kg-1）加標(biāo)回收率分別為91.5%-112%[相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）＜ 15%，水樣]和67%-114%（RSD＜15%，土樣）。

關(guān)鍵詞：有機(jī)選冶藥劑；選礦廢水；土壤；松油醇；GC-MS

中圖分類號：X830.2；0657.63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）09-2183-08 doi：10.11654/jaes.2024-0638

礦業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基石，為我國工業(yè)化進(jìn)程提供了堅實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，扮演著不可或缺的角色。然而，礦業(yè)活動會導(dǎo)致重金屬和選冶藥劑被釋放進(jìn)入環(huán)境造成嚴(yán)重污染。值得注意的是，以往的研究主要關(guān)注重金屬污染而忽略了選冶藥劑污染。事實(shí)上，礦業(yè)活動大量使用選冶藥劑，其全球年使用量達(dá)400萬t以上，其中我國選冶藥劑使用規(guī)模最大，占全球市場份額的60%以上，每年產(chǎn)生的有機(jī)浮選廢水量超過12億m3。有機(jī)浮選藥劑在浮選廢水中的殘留量通常能達(dá)到其使用量的50%以上，它們通常具有中／高毒性，進(jìn)入環(huán)境后可造成嚴(yán)重的負(fù)面生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，如低濃度條件（mg·L-1水平）即可造成水生生物生長和繁殖的抑制，甚至導(dǎo)致其死亡。

松油醇（Terpineol，CIOH180）也稱為松脂醇（俗稱“2號油”），由松節(jié)油作為原料通過水合反應(yīng)并經(jīng)脫水蒸餾獲得，為環(huán)狀萜烯結(jié)構(gòu)，分子量為154，包含3種同分異構(gòu)體，即α-松油醇、β-松油醇和γ-松油醇，通常為淺黃色透明液體，有刺激性氣味，可微溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，具有弱極性。由于具有優(yōu)異穩(wěn)定的起泡性能，松油醇常被作為起泡劑用于多種金屬（如鐵、銅、鉛和鋅礦石等）和非金屬（煤、滑石、石墨等）的浮選工藝。一般而言，松油醇起泡劑的主要成分是α-松油醇。松油醇屬于強(qiáng)毒性浮選藥劑，其對魚類的48 h LC50（半致死濃度）為8.74 mg·L-1，對橢圓蘿卜螺和大臍圓扁螺的96 h LC50分別為5.79mg·L-1和11.86 mg·L-1，其毒性分別為C3-C10醇類（10號油）和芐基多縮乙二醇類（甘芐油）浮選藥劑毒性的6.7倍和10.1倍。因此，開展松油醇化合物污染特征、環(huán)境行為等方面的研究十分緊迫。然而，目前相關(guān)研究尚鮮見報道，這與現(xiàn)有分析方法不完善有關(guān)。

目前有關(guān)松油醇的分析方法主要針對水樣或松油醇工業(yè)品（如精油等），包括滴定法、分光光度計法、液相色譜法和氣相色譜法等。其中滴定法需將松油醇氧化為碘化松油醇，方法步驟繁瑣、滴定終點(diǎn)不易觀察；分光光度計法靈敏度差，測定效果易受樣品基質(zhì)成分干擾；色譜法有效提升了目標(biāo)化合物檢測靈敏度，但定性效果相對較差，同樣易受樣品基質(zhì)成分干擾。因此，亟待建立針對松油醇色譜—質(zhì)譜聯(lián)用測定方法，并通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)解決樣品基質(zhì)成分干擾的問題。另外，目前主要針對礦區(qū)廢水中重金屬開展治理，采用的方法包括化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法等，但這些方法對廢水中的選冶有機(jī)藥劑去除效果有限，通常導(dǎo)致使用量50%以上的選冶有機(jī)藥劑隨浮選廢水排放進(jìn)入環(huán)境，進(jìn)而通過灌溉、溢流等方式進(jìn)入土壤造成污染。因此，土壤中松油醇的可靠分析方法也有必要建立?；谏鲜鲈?，本研究建立了固相萃取凈化和氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）分別測定不同性質(zhì)水樣和土壤中α-松油醇的分析方法，并成功用于實(shí)際環(huán)境樣品的測定，獲得滿意的靈敏度、回收率和精密度。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

α-松油醇（98%）購自Aladdin上海有限公司，分子量為154。甲醇、二氯甲烷和三氯甲烷均為色譜純，購自Sigma-Aldrich。腐植酸（FA≥90%）購自上海麥克林生化科技股份有限公司。其余試劑如氯化鈉（NaCl）、鹽酸（HCl）、氫氧化鈉（NaOH）等均為分析純，購自廣州化學(xué)試劑廠。實(shí)驗(yàn)用水為超純水，由Unique-R20水機(jī)制備，其電阻率為18 MΩ·cm。

實(shí)驗(yàn)儀器包括Model2010-Model QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）、RE-2000施蒸儀（中國上海亞榮）、SK15高速冷凍離心機(jī)、S1-234萬分之一電子分析天平（Denver Instrument Germany）、超純水儀（中國廈門科學(xué)儀器有限公司）、YD-1H筆試鹽度計。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：準(zhǔn)確移取0.1 g松油醇以色譜純甲醇定容于100 mL容量瓶，獲得目標(biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)儲備液（1 000 mg·L-1），密封，于4℃保存?zhèn)溆?。目?biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)曲線工作液（0.01-5 mg·L-1）由儲備液稀釋獲得，現(xiàn)用現(xiàn)配。

水樣萃?。喝?0 mL水樣過濾后，用1.0 mol·L-1HCl調(diào)節(jié)pH值為7.5，用5.0 mol·L-1 NaCl調(diào)節(jié)水樣鹽度為0.5%（m/V），置于125 mL分液漏斗中，用二氯甲烷萃取3次，每次用量為5.0 mL。合并萃取液于雞心瓶中，用選裝蒸發(fā)儀濃縮至近干，用1 mL甲醇定容，過C18固相萃取小柱凈化，收集濾液過0.22 μm尼龍PA濾膜（Pall Corporation），4℃保存?zhèn)錅y。

土樣萃?。簻?zhǔn)確稱取經(jīng)過凍干的1.0 g土壤置于50 mL聚丙烯離心管中，用二氯甲烷作為萃取劑萃取兩次，每次用量為5.0 mL，振蕩8 min（2 500 r·min-1）。萃取后，離心（8 000 r·min-1，10 min）獲得萃取上清液。合并兩次萃取上清液旋蒸至近干，用1.0 mL甲醇定容，過C18固相萃取小柱凈化，收集濾液過0.22 μm尼龍PA濾膜，4℃保存?zhèn)錅y。

1.3 色譜-質(zhì)譜條件

采用DB-5 MS進(jìn)行色譜柱分離（30 m×0.25 mm×0.1 μm）。載氣為高純氮?dú)猓ā?9.999%），總流量50mL·min-1，柱流量0.95 mL．min-1，線速度35.8 cm·min-1，吹掃速度3 mL·min-1。以電子轟擊（EI）-選擇離子模式（SIM）進(jìn)行定量檢測，其中定量離子為m/z=59，定性離子為m/z=93和m/z=121。進(jìn)樣量1μL，進(jìn)樣口溫度260℃，不分流進(jìn)樣。離子源溫度180℃，接口溫度260℃，檢測電壓1.1 kV。梯度升溫程序：初始溫度70℃，以10℃·min-1速度升高至120℃，再以20℃·min-1升溫至200℃，保留1 min，總運(yùn)行時長為10 min，目標(biāo)化合物保留時間為6.45 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜-質(zhì)譜條件優(yōu)化

比較了3種常用于揮發(fā)性有機(jī)化合物色譜且具有相同規(guī)格（30 m×0.25 mm×0.25 μm）不同固定相的色譜柱（DB-5 MS、Rtx-5 MS、SH-Rxi-5 SilMS）對目標(biāo)化合物（1 mg·L-1）的出峰效果。結(jié)果表明，DB-5MS的目標(biāo)化合物的出峰效果峰形好、無峰拖尾或分叉現(xiàn)象，且信號響應(yīng)最強(qiáng)，在空白浮選廢水中所受到的雜質(zhì)干擾小、選擇性好（圖1a）。DB-5 MS、Rtx-5MS、SH-Rxi-5 SilMS色譜柱的固定相分別為5%苯基+95%甲基聚硅氧烷、5%二苯基+95%二甲基聚硅氧烷、交聯(lián)1，4-二（二甲基）苯基甲基聚硅氧烷。3種色譜柱均為弱極性色譜柱，可適用于弱極性化合物如多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酸酯、有機(jī)醇類的分析，其中DB-5 MS色譜柱對α-松油醇出峰效果最好（色譜保留時間為6.45 min），因此被選擇用于后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

采用EI源-全掃描離子模式分析α-松油醇（1mg·L-1）的特征離子。如圖1b所示，在EI源電子轟擊條件下，a-松油醇形成3個特征離子，即準(zhǔn)離子分子[（CH3）2-COH]+（m/z=59）、[C6H7—CH3]+（m/z=93）和[CH3—C6H8—C=CH2]+（m/z=121）（圖1b）。這一結(jié)果表明，EI源作用下α-松油醇發(fā)生兩類斷裂：一是脫去1個CH3和—OH形成[CH3—C6H8—C=CH2]+分子離子（m/z=121）；二是脫去CH3—C（OH）—CH3形成[（CH3）2COH]+分子離子（m/z=59）和[C6H7—CH3]+分子離子（m/z=93）。3個特征離子中[（CH3）2—COH]+（m/z=59）豐度最高且響應(yīng)靈敏，因此選為定量離子，另2個準(zhǔn)分子離子則作為定性離子，用于后續(xù)的SIM模式分析。

2.2 水樣萃取條件優(yōu)化

液-液萃取要求所用萃取劑與水互不相溶且對待測化合物有較強(qiáng)溶解力和選擇性。本研究考察了不同萃取劑（二氯甲烷、三氯甲烷和正己烷）對目標(biāo)化合物萃取效率的影響。結(jié)果表明，二氯甲烷對α-松油醇（1 mg·L-1）的萃取回收率最高（72%），而正己烷（28%）和三氯甲烷（52%）的萃取效率均低于60%（圖2a）。這一結(jié)果可能與目標(biāo)化合物及不同萃取劑的極性匹配性有關(guān)。所用3種萃取劑極性大小關(guān)系為三氯甲烷（4.4）＞二氯甲烷（1.6）＞正己烷（0）。因此，根據(jù)“相似相溶”的原則，具有中等偏弱極性的二氯甲烷較另外兩種萃取劑更適合萃取同樣具有中等極性的目標(biāo)化合物α-松油醇，因此選擇該溶劑進(jìn)一步開展后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

以二氯甲烷作為萃取劑進(jìn)一步考察了不同萃取次數(shù)（1-4次）對目標(biāo)化合物（1 mg·L-1）萃取效率的影響。結(jié)果表明，萃取1次和2次時，α-松油醇的回收率低于60%，至萃取3次時其回收率提升至約80%，但4次萃取并未顯著提升萃取回收率，因此選擇萃取次數(shù)為3次（圖2b）?？紤]到pH值和鹽度也是影響萃取效率的重要因素，本研究進(jìn)一步考察了水樣不同pH值（3-9）和鹽度（0-6%）對目標(biāo)化合物萃取效率的影響。結(jié)果表明，中性pH值條件下，目標(biāo)化合物回收率約為85%，優(yōu)于酸性條件（pH=3-6，回收率約為70%）和堿性條件（pH=9，回收率約為70%，圖2c），故選擇調(diào)節(jié)水樣pH為7.5。對于鹽度而言，提升水樣鹽度為0.05%和0.50%時，目標(biāo)化合物回收率提升至約96%，較未添加處理提升約10%（圖2d）。這是由于鹽度的適度增加有助于促進(jìn)萃取劑二氯甲烷與水溶液的有效分離，進(jìn)而降低萃取劑在液-液萃取過程中因人工振搖而產(chǎn)生的乳化現(xiàn)象，從而減少目標(biāo)化合物的損失。然而，進(jìn)一步提升鹽度至3%以上時，目標(biāo)化合物回收率超過150%，這可能是由于高鹽度影響了目標(biāo)化合物的離子化效率，導(dǎo)致HP-MS/MS分析時的基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)，從而造成目標(biāo)化合物的異常高回收率。另外，實(shí)驗(yàn)中觀察到水樣鹽度為0.50%時，萃取劑（二氯甲烷）乳化作用最弱，且目標(biāo)化合物回收率標(biāo)準(zhǔn)偏差低于水樣鹽度，為0.05%，因此選擇調(diào)節(jié)水樣鹽度為0.50%。

環(huán)境水樣中通常存在有機(jī)質(zhì)成分尤其是腐殖質(zhì)等，這些成分的存在會對目標(biāo)化合物的萃取檢測造成影響。因此根據(jù)環(huán)境水樣中有機(jī)質(zhì)成分的濃度范圍（0.3-4.0 mg·L-1），在上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以5 mg·L-1腐植酸作為水溶性有機(jī)質(zhì)代表，考察了其對目標(biāo)化合物萃取效率的影響。結(jié)果表明，腐植酸的存在顯著降低了目標(biāo)化合物回收率（P＜0．05），降低幅度達(dá)30%（圖2e）。將萃取質(zhì)經(jīng)過C18小柱固相萃取凈化可顯著提升目標(biāo)化合物回收率（約為103%）。這是由于C18鍵合硅膠柱可有效吸附以去除水樣中的腐植酸成分，從而有效提升目標(biāo)化合物回收率。本研究發(fā)現(xiàn)C18小柱對目標(biāo)化合物吸附保留作用弱，因此使用其進(jìn)行固相萃取凈化時無需額外的洗脫過程，可以直接收集萃取質(zhì)過柱流出液過濾后備測，從而有利于簡化目標(biāo)化合物萃取工作步驟。通過以上優(yōu)化實(shí)驗(yàn)獲得了最優(yōu)水樣中最優(yōu)的目標(biāo)化合物萃取條件，即水樣（100 mL）pH值和鹽度分別調(diào)整為7.5和0.50%，以二氯甲烷進(jìn)行3次萃?。? mL·次-1），萃取質(zhì)采用C18固相萃取小柱凈化。

2.3 土樣萃取條件優(yōu)化

對于土壤樣品，通過考察萃取溶劑（正己烷、二氯甲烷和三氯甲烷）、萃取次數(shù)以及固相萃取凈化柱以期獲得目標(biāo)化合物的最優(yōu)萃取方法?？紤]到土壤理化性質(zhì)尤其是有機(jī)質(zhì)對有機(jī)污染物萃取的重要影響，土壤樣品萃取優(yōu)化實(shí)驗(yàn)同時選用了有機(jī)質(zhì)含量差異較大的兩種土壤即Soil1和Soil 2，它們的有機(jī)質(zhì)含量分別為6.38 g·kg-1和24.1 g·kg-1。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與水樣萃取方法類似，3種萃取劑中二氯甲烷對兩種土壤中目標(biāo)化合物（1 mg·kg-1）的萃取效率也是最優(yōu)的，萃取回收率（91.6%-95.8%）高于正己烷和三氯甲烷（30%-75%，圖3a）。就萃取次數(shù)而言，當(dāng)二氯甲烷萃?。? mL）2次時，兩種土壤中目標(biāo)化合物的萃取回收率為105%左右，遠(yuǎn)高于1次萃取效率（40%-80%），而與3次萃取相當(dāng)（圖3b）。就萃取凈化柱而言，C18小柱凈化效果最好，目標(biāo)化合物回收率為94.2%-105.0%，優(yōu)于WAX柱（88.2%-92.7%）和HLB柱（66.7%-80.1%）。不同凈化柱萃取效率的差異與其固相成分和性能的不同有關(guān)，C18柱固定相為十八烷基鍵合硅膠可以有效去除土壤中的基質(zhì)成分，但對目標(biāo)化合物保留作用小，因此顯示出高回收率；而HLB柱為親水親油平衡吸附柱，其在去除土壤基質(zhì)成分的過程中可能還對目標(biāo)化合物具有一定的吸附作用，從而導(dǎo)致目標(biāo)化合物回收率較低；而WAX為弱陰離子交換吸附柱，其對目標(biāo)化合物吸附作用弱，且對土壤基質(zhì)成分去除作用也相對較弱，所以導(dǎo)致對目標(biāo)化合物的回收率低于C18柱。由上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)獲得土樣中目標(biāo)化合物的最優(yōu)萃取條件為：取1.0 g土壤，以二氯甲烷提取2次，合并萃取基質(zhì)濃縮近干并用甲醇定容后過Cl8柱凈化。

2.4 線性范圍、檢出限、回收率和精密度

在優(yōu)化條件下，分別測定了不同水樣（湖水、礦區(qū)廢棄地浮選廢水）和不同理化性質(zhì)土樣（4種，分別記作土樣A-土樣D）中目標(biāo)化合物的線性范圍、檢出限、回收率和精密度。上述樣品均未受到目標(biāo)化合物污染，其pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量（CEC）、黏土含量、砂土含量、粉土含量分別為6.54-8.53、6.38-20.1 g·kg-1、9.1-57.1 cmol· kg-1、1.0% -7.1%、26.4% -84.0%、15.0% - 66.5%。結(jié)果表明，不同水樣和土樣基質(zhì)中目標(biāo)化合物在實(shí)驗(yàn)濃度范圍（0.1-5 mg·L-1）內(nèi)均表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系（R2＞0.998，表1），檢出限分別為0.027 mg·L-1（溶劑）、0.031-0.041 mg·L-1（水樣）和0.010-0.054 mg·L-1（土樣），該結(jié)果比前人利用GC/MS或HPLC測定水樣、香料植物葉片、工業(yè)產(chǎn)品（木樟腦）中目標(biāo)化合物的檢出限低2-4個數(shù)量級（1-610mg·L-1，表2），顯示出本方法的高靈敏度。不同濃度（1、2、5 mg·L-1或1、2、5 mg·kg-1）目標(biāo)化合物在水樣中的加標(biāo)回收率為91.5 0-10-11 1.3%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.3 %-4.3%；在土樣中的加標(biāo)回收率為71.3%-114.4%（表3），符合對有機(jī)化合物分析國際準(zhǔn)則（DG SANC0/12459/2011）的要求，即目標(biāo)有機(jī)化合物回收率在70%-120%之間，RSD＜20%。個別土樣回收率略低于70%（67.0%，表3），該結(jié)果對于痕量有機(jī)污染物分析來說也是可以接受的結(jié)果。需要說明的是，盡管前處理過程可有效去除樣品基質(zhì)成分，但殘留基質(zhì)成分仍可能影響目標(biāo)化合物的離子化效率和檢測，導(dǎo)致其檢測信號增加或減弱形成基質(zhì)增強(qiáng)或基質(zhì)減弱效應(yīng)，從而影響目標(biāo)化合物的準(zhǔn)確定量。因此，開展環(huán)境樣品尤其是含有復(fù)雜基質(zhì)樣品的測定時，推薦使用樣品基質(zhì)標(biāo)線進(jìn)行定量，以確保目標(biāo)化合物檢測的準(zhǔn)確性。事實(shí)上，上述環(huán)境樣品中目標(biāo)化合物加標(biāo)回收率就是采用基質(zhì)標(biāo)線測定獲得的。

3 結(jié)論

（1）本研究成功建立了一種基于固相萃取凈化—CC/MS測定水／土樣品中典型浮選藥劑α-松油醇的方法。目標(biāo)化合物采用EI源-SIM法結(jié)合樣品基質(zhì)標(biāo)線進(jìn)行定量分析，定量離子為59，定性離子為93和121。

（2）水樣萃取時，需調(diào)節(jié)其pH值和鹽度分別為7.5和0.5%，以二氯甲烷進(jìn)行3次萃取；土壤萃取則以二氯甲烷進(jìn)行2次萃取。水／土樣品萃取質(zhì)均采用C18小柱固相萃取凈化。

（3）最優(yōu)萃取條件下，目標(biāo)化合物線性范圍為0.1-5 mg·L-1，且具有高靈敏度和滿意的準(zhǔn)確度。

（責(zé)任編輯：李丹）

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2020YFC1807600）