顶空固相微萃取气相色谱法测定浓海水中的氯酚*

刘静，曾兴宇，周东星，赵静红，潘献辉（国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192）



顶空固相微萃取气相色谱法测定浓海水中的氯酚*

刘静，曾兴宇，周东星，赵静红，潘献辉
（国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192）

建立浓海水中氯酚的顶空固相微萃取气相色谱法检测方法。采用顶空固相微萃取对海水淡化排放的浓海水样品中2，4，6-三氯酚（2，4，6-TCP）和五氯酚（PCP）进行分离富集，气相色谱-电子捕获检测器（μECD）测定浓海水样品中2，4，6-TCP和PCP的含量。讨论了萃取时间、萃取温度、水样盐度等实验条件对富集效率的影响，确定了萃取时间为40 min，萃取温度为60℃。2，4，6-TCP，PCP的质量浓度在0.500～20.0 μg/L范围内与其色谱峰面积呈良好的线性关系，线性相关系数均大于0.999，2，4，6-TCP和PCP的检出限（2S/N）分别为0.055，0.128 μg/L，测定结果的相对标准偏差为3.65%～11.4%（n=6），加标回收率为73.5%～119.0%。该方法快速，灵敏度高，适合于浓海水中氯酚的分析。

顶空固相微萃取；气相色谱法；浓海水；2，4，6-三氯酚；五氯酚

海水淡化预处理过程中常用液氯、次氯酸钠等杀生剂。在氯化杀灭进水中细菌、藻类和其它海洋生物体的同时，杀生剂与海水中的腐殖质反应，产生一系列氯化副产物［1-2］，这些氯化副产物与过量的杀生剂会随着浓盐水排放入海，虽然其浓度由于降解和物理稀释过程而有所降低，但即使低浓度也会对水生生物有一定的危害［3-4］，经过长期积累严重影响海洋局部生态环境。氯化副产物中的氯酚具有较强的致突变性［5-6］，是国际上水质监测的重要指标之一，开展浓海水中氯酚监测具有重要的现实意义。

氯酚的检测方法主要有分光光度法［7］、气相色谱法（GC）［8］、高效液相色谱法（HPLC）［9］和气相色谱-质谱联用法（GC-MS）［10］。样品前处理方式主要有液液萃取衍生［11］、固相萃取（SPE）［12］和顶空固相微萃取（HS-SPME）［13-14］等。液液萃取衍生、固相萃取（SPE）存在有机溶剂使用量大，操作繁琐，耗时费力等问题；而顶空固相微萃取（HS-SPME）集取样、浓缩、分离和进样于一体，具有有机溶剂用量少，快速，灵敏度高，选择性好等优点［15］。浓海水不同于淡水体系，其盐度、离子含量等对检测结果均有一定的影响。笔者建立了浓海水中2，4，6-三氯酚（2，4，6-TCP）和五氯酚（PCP）的顶空固相微萃取气相色谱检测分析方法。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

气相色谱仪：7890A型，带电子捕获检测器（μECD），美国安捷伦科技有限公司；

顶空瓶：22 mL，螺旋口或钳口顶空瓶，密封盖为螺旋盖或一次性使用的压盖，硅橡胶密封垫；

采样瓶：40 mL棕色螺纹口玻璃瓶（或其它同类采样瓶），具聚四氟乙烯衬的硅橡胶垫；

固相微萃取装置：Supelco-GC型，美国色谱科技有限公司；

固相聚丙烯酸酯（PA）萃取头：薄膜厚85 µm，美国色谱科技有限公司；

氮气：纯度为99.999%；

盐酸：优级纯，天津光复试剂有限公司；

氢氧化钠：优级纯，ρ=1.18 mg/L，天津光复试剂有限公司；

氯化钠：优级纯，天津光复试剂有限公司；

盐酸溶液：1 mol/L，取8.3 mL盐酸，加纯水稀释至100 mL；

氢氧化钠溶液：1 mmol/L，称取0.04 g氢氧化钠溶解于1 L纯水中；

氢氧化钠溶液：0.1 mol/L，称取4.0 g氢氧化钠溶解于1 L纯水中；

2，4，6-三氯酚（2，4，6-TCP）、五氯酚（PCP）标准溶液：均为500 mg/L，中国计量科学研究院国家标准物质研究中心；

2，4，6-TCP，PCP混合标准储备溶液：浓度均为1.50 mg/L，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液稀释标准溶液制得，用前现配；

实验用水为纯水（色谱检测无待测组分）。

1.2仪器工作条件

1.2.1顶空固相微萃取条件

固相聚丙烯酸酯（PA）萃取头，薄膜厚85 µm，使用前在气相色谱进样口活化1 h，活化温度280℃；萃取温度：60℃；萃取时间：40 min；解析时间：2.5 min。

1.2.2色谱条件

色谱柱：毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm，0.25 µm，固定相为5%二苯基-95%二甲基聚硅氧烷，美国安捷伦科技有限公司）；汽化室温度：280℃；程序升温：初始温度40℃，保持3 min，以30℃/min升至180℃，再以20℃/min升至280℃，保持3 min；检测器：μECD；检测器温度：300℃；载气：氮气，流速为3 mL/min；分流比：10∶1；尾吹气：氮气，流量为60 mL/min。

1.3实验方法

采样用40 mL采样瓶。向采样瓶中加入400 μL 0.1 mol/L的氢氧化钠溶液。采样时样品沿瓶壁注入，防止气泡产生，水样充满后不留液上空间。取10.0 mL水样至预先加入0.5 mL盐酸溶液和3.6 g氯化钠的22 mL顶空瓶中，立即加盖密封。置于固相微萃取装置中，按1.2设置固相微萃取条件和气相色谱分析条件，待分析。

1.4标准系列溶液的配制

用1 mmol/L氢氧化钠溶液稀释2，4，6-TCP，PCP混合标准储备溶液，配成浓度梯度为0.500，1.00，2.00，5.00，10.0，20.0 µg/L的混合标准系列溶液，按照实验方法进行预处理，与样品一同测定。以色谱峰面积（y）为纵坐标，质量浓度（x）为横坐标绘制标准曲线。

2　结果与讨论

2.1实验条件优化

2.2.1顶空体积

顶空体积对检测灵敏度、精密度及萃取效率有重要影响。当顶空体积小于样品瓶体积的1/3时，灵敏度增加但精密度会降低。选用22 mL顶空瓶，加入盐酸溶液0.5 mL和氯化钠3.6 g后，仍可满足顶空体积。同时，在振荡的情况下，避免了萃取头被溅污。

2.2.2萃取涂层

目前应用较多的涂层有非极性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）、极性的聚丙烯酸酯（PA）或聚乙二醇（PEG）。PDMS涂层通常用于非极性化合物的分析，PA涂层通常用于中极性化合物的分析。经文献报道对比研究［16］，表明PA萃取头对酚类的萃取效果更好。涂层的厚度对待测物的固相吸附量和平衡时间都有一定的影响，涂层越厚，固相吸附量越大，有利于提高方法的灵敏度，但由于待测物进入涂层是一种扩散的过程，涂层越厚，达到平衡需要的时间及解析时间越长，分析速度越慢，且容易造成纤维涂层的流失和色谱峰形的拉宽和拖尾，实验选用萃取涂层为PA，厚度为85 μm。

2.1.3萃取温度

设定2，4，6-TCP与PCP的浓度为20.0 µg/L，萃取时间为40 min，10.0 mL水样品中预先加入0.5 mL盐酸溶液和3.6 g氯化钠，在萃取温度20，30，40，60，80℃条件下，考察色谱峰面积，结果见图1。由图1可知，萃取量随着温度的升高而增加，这是因为温度影响化合物在固液相和气液相之间的分配平衡常数。随着温度的升高，水汽含量增加，对气相色谱柱的损害加大，因此选择顶空温度萃取为60℃。

图1　萃取温度的影响

2.1.4萃取时间

设定2，4，6-TCP与PCP的浓度为20.0 µg/L，萃取温度为60℃，10.0 mL样品中预先加入0.5 mL盐酸溶液和3.6 g氯化钠，在萃取时间为20，30，40，50，60 min条件下，考察色谱峰面积，结果见图2。由图2可知，萃取量随着时间的升高而增加，2，4，6-TCP和PCP在40 min时基本都达到萃取平衡，因此选择萃取时间为40 min。

图2　萃取时间的影响

2.1.5离子强度的影响

“盐析”效应，可以降低氯酚在水中的溶解度，迫使氯酚进入SPME固相涂层中。加入饱和的NaCl能明显提高氯酚的萃取量。PCP属于例外，在中性溶液中其分子状态较少，以离子状态为主，当加入NaCl后，由于溶液的离子强度增加，加速了PCP的离解反而使萃取量降低。当加入0.5 mL盐酸溶液调节溶液至pH值为2时，PCP的离解减弱，又能使PCP的萃取量恢复至未加NaCl的水平。试验表明，加入饱和NaCl应与调节溶液pH值为2同时采用，方能保证氯酚的萃取量。

2.1.6解析温度与解析时间

吸附在萃取头上的被分析物能在短时间内高温解析，但温度太高会影响萃取头的寿命，且可能导致被分析物分解，因此选择解析温度（即进样口温度）为220℃。选定在220℃下对20.0 µg/L标准样品溶液分别解析1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 min，结果如图3所示。由图3可知，2，4，6-TCP和PCP随着解析时间的增加响应值增大，达到一定时间后趋于平稳，因此选择解析时间为2.5 min。

图3　解析时间的影响

2.2定性分析

在实验条件下，2，4，6-TCP与PCP标准溶液气相色谱图见图4，样品加标色谱图见图5。出峰顺序及保留时间依次为2，4，6-TCP 7.65 min，PCP 9.51 min，分离效果好，色谱峰无拖尾现象。

图5　TCP与PCP样品加标气相色谱图

2.3线性方程、相关系数与方法检出限

按照实验方法对2，4，6-TCP与PCP的标准系列溶液进行测定，结果表明，2，4，6-TCP与PCP的质量浓度x在0.500～20.0μg/L范围与色谱峰面积y呈良好的线性关系，工作曲线回归方程及相关系数见表1。

表1　线性方程、线性范围与相关系数

根据GB 17378.2 《海洋监测规范 第2部分：数据处理与分析质量控制》中规定，气相色谱分析方法检出限是指检测器恰能产生与噪声相区别的响应信号时，所需进入色谱柱的物质的最小量。一般认为恰能分辨的响应信号最小量为噪声的两倍。对空白水样进行11次测定，估算方法检出限，结果见表2。

表2　方法检出限 µg/L

2.4精密度与回收试验

按照实验方法，对浓海水样品中的氯酚进行测试。分别在同一样品中添加两种浓度水平的标准溶液，每个水平重复测定6次，计算相对标准差（RSD）与平均回收率，结果见表3。由表3可知，测定结果的相对标准偏差为3.65%～11.4%（n=6），加标回收率在73.5%～119%之间。该方法精密度、准确度高，适合于浓海水中氯酚的快速分析。

表3　精密度与回收试验结果

3　结语

采用顶空固相微萃取气相色谱法快速分析了浓海水中2，4，6-三氯酚（2，4，6-TCP）和五氯酚（PCP），方法有机溶剂用量少，样品预处理简单快速，且定量分析准确，检出限低，灵敏度、精密度高，回收效果好。该法对于监测浓海水中挥发性卤代烃具有很好的实用价值。

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Determination of Chlorophenols in Desalinated Seawater by Headspace Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography

Liu Jing，Zeng Xingyu，Zhou Dongxing， Zhao Jinghong，Pan Xianhui
（Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization， State Oceanic Administration，Tianjin 300192， China）

The method for determination of chlorophenol in concentrated seawater by headspace solid phase microextraction-gas chromatography was established. 2，4，6-trichlorophenol （2，4，6-TCP） and pentachlorophenol （PCP）in concentrated seawater were separated and enriched by using headspace solid phase microextraction（HS-SPME），and then determined by gas chromatography with an electron capture detector（μECD）. Determination parameters such as extraction time，extraction temperature and salinity were discussed. 2，4，6-TCP and PCP were extracted at 60℃ for 40 min. The detection limits of 2，4，6-TCP and PCP were 0.055，0.128 μg/L，respectively. The mass concentration of 2，4，6-TCP and PCP was linear with its chromatographic peak areas in the range of 0.500-20.0 μg/L，the correlation coefficients were more than 0.999. The RSD of determination results was 3.65%-11.4%（n=6） for 2，4，6-TCP and PCP. The recovery was 73.5%-119.0%. The method is rapid，has high sensitivity，which is suitable for the analysis of chlorophenol in concentrated seawater.

headspace solid phase micro extraction；gas chromatography；desalinated seawater；2，4，6-three chlorophenols；pentachlorophenol

O657.7

A

1008-6145（2016）04-0031-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.04.008

*海洋公益性行业科研专项经费项目（201305039）；国家海洋局业务化项目（YWZC2015-03）；海水淡化与综合利用创新服务平台-膜法海水淡化技术创新服务平台项目（cxsf2014-34-B）

联系人：刘静；E-mail: msfatter@hotmail.com

2016-04-18