盐析微萃取-气相色谱-质谱法测定实验室废水中7种苯系物

左红保， 朱霞萍， 蓝路梅， 白德奎，2， 李 铭

（1.成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059；2.四川省绵阳产品质量监督检验所，四川 绵阳 621000；3.四川省产品质量监督检验检测院，四川 成都 610100）

盐析微萃取-气相色谱-质谱法测定实验室废水中7种苯系物

左红保1， 朱霞萍1， 蓝路梅1， 白德奎1，2， 李 铭3

（1.成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059；2.四川省绵阳产品质量监督检验所，四川 绵阳 621000；3.四川省产品质量监督检验检测院，四川 成都 610100）

采用三氯甲烷作为萃取剂，氯化铵作为盐析剂，建立盐析微萃取-气相色谱-质谱法测定有机实验室废水中甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的分析方法。当三氯甲烷用量为25μL，氯化铵用量为0.2g，5000r/min下离心分离5min时，1mL水样中的苯系物能很好地被三氯甲烷萃取出来，富集倍数为40倍。色谱条件为：DB-5MS毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm），进样口温度220℃，载气为氦气，流量1mL/min，分流比30∶1，进样量1μL，程序升温为：初始45℃保持3min，3℃/min升温至70℃，再以30℃/min升至 200℃保持2min。质谱条件为：电子轰击离子源（EI），电子能量69.9eV，离子源温度240℃，四级杆温度150℃，电子倍增器电压1 741 V，采样深度1.5mm，溶剂延迟3.5min。在优化萃取和测定条件下，各组分的质量浓度在0.4～80μg/L内与峰面积线性关系良好，相关系数均大于0.9925，各组分的检出限范围为0.01～0.5μg/L。对成都理工大学有机实验室中废水进行测定，能有效检出所含苯系物，同时做加标回收实验，回收率在92.92%～102.1%之间，相对标准偏差（n=5）在1.9%～4.5%之间，测定结果令人满意。

盐析微萃取；气相色谱；质谱；苯系物；实验室废水

0 引 言

苯系物（monoaromatic hydrocarbons，MACHs）是人类活动排放的常见污染物，长期接触苯系物易导致贫血甚至引发癌症，因此，对环境中苯系物的监测、追踪溯源非常重要。国标污水综合排放的三级标准严格限定苯、甲苯的最高排放浓度为0.5mg/L，乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的最高排放浓度为1.0mg/L[1]。环境样品中苯系物不稳定，而且在极低浓度毒性都较大，对环境样品中苯系物的分离富集一直是进行有效监测的瓶颈。

目前，水样中常用苯系物的前处理方法包括顶空-固相微萃取法[2-10]、液相微萃取法[11-12]、液液微萃取法[15-17]等。顶空-固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）是利用表面涂有固相吸附剂的萃取纤维头来吸附暴露于顶空的挥发性或半挥发性物质，现有研究一般是通过优化或改进顶空固相微萃取条件[2-7]，采用新萃取装置或制备氧化钴纳米颗粒、单壁和多壁碳纳米管纤维[8-10]等以提高水样中苯系物的萃取效率。液相微萃取 （liquid phase microextraction，LPME）通过使目标分析物在样品与微升级的萃取溶剂之间达到分配平衡实现溶质的萃取，直接悬浮液滴或顶空单滴[11]的液相微萃取方式可有效实现水样中苯系物的分离富集，Eva Aguilera-Herrador等[12]通过增加端口解决了离子液体进入气相系统的问题，并验证了顶空单滴微萃取装置和气相色谱/质谱联用的适用性。液液微萃取（liquid-liquid microextraction，LLME）是通过分散和乳化使少量有机溶剂在水相中形成微珠从而达到萃取目标物的目的，一些研究[13-14]利用超声增强乳化分散效果，Hakim Faraji等[15]采用浮动液滴凝固的方式对苯系物进行了富集。盐析微萃取（salting-out microextraction，SOME）也是一种液液微萃取技术，利用少量有机溶剂与水相混合，并通过加入无机盐类来破坏有机物的水化层，从而使待测组分随有机相分层析出。先后有盐析微萃取水中痕量五氯酚[16]，海参加工液中蛋白和多糖[17]，酿酒副产物葡萄籽中多酚、类黄酮和原花青素等报道[18]，刘国霞[19]和白兰兰等[20]通过优化出最适萃取条件，分别对饮用水和丙烯酸生产废水中的痕量甲苯进行了测定。

盐析微萃取富集倍数高，有机溶剂使用量少，是一种绿色高效的样品前处理技术，但对苯系物前处理研究的文献报道较少。甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、 对二甲苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯是实验室废水中常见的污染物，对其的检测和防治一直是实验室废水治理的核心，本研究以三氯甲烷作为萃取剂，氯化铵作为盐析剂，结合气相色谱-质谱实现了7种苯系物的同时萃取和测定，建立的方法快速简便、灵敏度高，对实验室或其他废水中痕量苯系物的检测和溯源具有实际意义。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪 器

Agilent 7890A型气相色谱仪-5975C型质谱联用仪；安亭TGL-16G高速离心机；30μL微量注射器。

1.1.2 试 剂

标准物质：甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯的纯度不小于 99.5%，1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的纯度不小于98%；甲醇、三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、乙醇、丙酮、硫酸铵、氯化铵、氯化钠、硝酸铝均为分析纯；试验用水为超纯水。

混合标准储备液：100mg/L，由甲醇配制，于4℃避光冷藏保存。

混合标准工作液：用超纯水将混合标准储备溶液稀释至 1 000 μg/L 后，再分别稀释至 0.4，1.0，4.0，8.0，10，50，80μg/L。

1.2 气相色谱-质谱条件

色谱条件：DB-5MS （30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛细管柱，进样口温度220℃，载气为氦气，流量1 mL/min，分流比 30∶1，进样量 1μL，程序升温：初始45℃保持3min，3℃/min升温至70℃，再以30℃/min升至200℃保持2min。

质谱条件：电子轰击离子源（EI），电子能量69.9eV，离子源温度240℃；四级杆温度150℃，电子倍增器电压1741V，采样深度1.5mm。采用全扫描模式定性和选择离子扫描模式定量。

1.3 实验方法

移取1 mL经0.5 μm玻璃纤维滤膜过滤的样品于2 mL具塞锥形离心管中，加入0.2 g氯化铵，再用微量注射器快速注入25 μL三氯甲烷。轻微震荡使盐溶解，以5000r/min的转速离心5min，萃取相沉积到离心管底部后，用微量注射器移取有机相到装有内插管的样品瓶中，采取自动进样，进样量1 μL，按1.2所述仪器条件进行测定，以峰面积定量。

2 结果与讨论

2.1 苯系物色谱分离

苯系物极性较弱，选用安捷伦DB-5MS非极性柱进行分离。甲苯的沸点最低，出峰最早，选择较低的初始温度并保持一段时间使其不与溶剂峰重合，其他苯系物的沸点接近，选择较慢的升温程序对其峰形和保留时间进行优化。综合考虑7种苯系物的分离及峰形，选择程序升温为:初始45℃保持3min，3℃/min升温至70℃，再以30℃/min升至200℃保持2min。

2.2 苯系物定性和定量离子选择

通过全扫描和选择离子扫描模式对7种苯系物进行测定，选取各自的定性、定量离子，结果见表1。

查看7种苯系物的特征离子，选取m/z为91、91、91、91、91、105、105 的特征离子分别作为甲苯、乙苯、二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的定量离子。对含有50μg/L的苯系物标准溶液进行测定，得到各苯系物的选择离子流图如图1所示。7种苯系物能很好地分离，且峰形尖锐对称，各物质的出峰时间分别为：甲苯4.382min、乙苯 5.712 min、对二甲苯 6.136 min、间二甲苯 6.247 min、邻二甲苯 6.815 min、1，3，5-三甲苯9.136min 和 1，2，4-三甲苯 9.578min。

表1 苯系物定性和定量离子选择

图1 苯系物混合标准溶液选择离子流图（峰号同表1）

2.3 萃取条件的选择

2.3.1 萃取溶剂及体积选择

在盐析体系中一般要求萃取剂有适当极性，能微溶于水，加入盐类后又能很好地从水相中分离出来，本研究选取三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、乙醇、丙酮作为萃取剂进行实验，实验结果表明：三氯甲烷的萃取效果最好，富集倍数最高；二氯甲烷、四氯化碳浓缩苯系物的能力较差，不能满足微萃取的要求；乙醇和丙酮在水相中形成混溶体系，未能很好地分层。实验结果如图2所示，本实验选择三氯甲烷作为萃取剂。

图2 萃取溶剂的选择

按实验方法取 10，15，20，25，30，35 μL 的三氯甲烷进行实验，考察萃取剂用量对萃取效率的影响，实验结果如图3所示。当萃取剂体积为25μL时萃取效果最好，富集效率高。萃取剂用量低于25μL时，萃取不完全；萃取剂用量大于25μL时，又稀释了目标物，萃取效率明显降低。故本实验选择三氯甲烷用量为 25μL。

图3 三氯甲烷的用量对萃取效率的影响

2.3.2 盐析剂及用量选择

本实验考察了硫酸铵、氯化铵、氯化钠、硝酸铝对萃取分层的影响。结果表明：氯化铵作为盐析剂时分相效果最好，有机相析出最多。可能的原因是氯化铵中的氯离子和铵离子具有较强的水化作用，能结合更多水分子，从而破坏了苯系物表面的水化层，使其失去稳定性并在离心的作用下与萃取剂发生聚集。因此，本实验选择分层效果最好的氯化铵作为盐析剂。

按实验方法考察了氯化铵质量为0.10，0.15，0.20，0.25，0.30g时对萃取效果的影响，结果如图4所示。随着氯化铵用量增加，待测物的萃取效率不断提高，当氯化铵用量0.2g时萃取效率最高。继续增大氯化铵用量，溶液的离子浓度过大，静电作用会抵制有机溶剂的萃取，萃取效率明显降低。因此，本实验选择氯化铵用量为0.2g。

图4 氯化铵的用量对萃取效率的影响

2.3.3 离心时间的选择

本实验考察了离心时间对萃取效果的影响，在5000r/min 离心机上分别离心 1，3，5，7，9min，快速吸出有机相进入气相色谱-质谱联用仪，实验结果如图5所示。随着离心时间的增加，苯系物萃取效果增强，离心5min萃取效率达到最高，继续增加离心时间，苯系物的峰面积基本不再改变。苯系物不稳定，离心时间过长，离心机发热会导致苯系物挥发，故选择离心时间为5min。

图5 离心时间对萃取效率的影响

表 2 线性参数和检出限

表3 苯系物检测方法比较1）

2.4 方法的线性范围，精密度和检出限

将标准储备液逐级稀释，配制成一系列的标准溶液，按照优化的萃取条件和仪器条件进行实验。以苯系物质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制工作曲线，以3倍信噪比（3S/N）计算出方法检出限，得到七种苯系物的线性范围、线性回归方程、相关系数和检出限见表2。

7种苯系物的浓度在0.4～80μg/L之间时与峰面积线性关系良好，相关系数均大于0.99，检出限在0.01～0.5μg/L之间，RSD 在1.8%～4.1%之间。表3列举了一些文献报道的果汁、尿样以及水样中苯系物的GC-MS法，现有研究的前处理一般都是采用顶空固相微萃取、液相微萃取和乳化分散液液微萃取。悬浮液滴和顶空单滴等液相微萃取不易控制；顶空固相微萃取设备较复杂，适合低沸点化合物，普适性不广；并且现有研究对二甲苯异构体的分离效果并不好。本研究采用的盐析微萃取技术操作简单，易于推广，检出限与其他方法的检出限相当，但线性范围更宽，分离效果更好，能同时测定废水中常见的7种苯系物，很好地满足苯系物快速分析的要求。

2.5 样品分析

在优化后的实验条件下，采集成都理工大学有机实验室废水经0.5μm玻璃纤维滤膜过滤，取1mL按优化的萃取和测定方法测定其中的苯系物，同时加入1000μg/L的混合标准溶液10μL做加标实验，实验结果见表4。有机废水中甲苯、乙苯、邻二甲苯和间二甲苯检出量分别为 23.6，1.28，8.73，1.94 μg/L，对二甲苯、1，3，5-三甲苯和 1，2，4-三甲苯未被检出。七种苯系物的加标回收率在92.92%～102.1%之间，相对标准偏差（n=5）在1.9%～4.5%之间。

表4 实验室废水测定结果

在水溶液吸附体系中，离子强度对吸附剂和吸附质都会产生影响。如果本征离子强度过大，吸附质会产生盐溶效应，而且吸附剂也易团聚，对测定造成一定影响。本研究可测定有机实验室废水和湖泊水，对成分复杂的工业废水和城市污水尚未展开研究。

3 结束语

提出了盐析微萃取-气相色谱-质谱法测定实验室废水中甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、1，3，5-三甲苯和 1，2，4-三甲苯 7 种苯系物的方法。当萃取剂三氯甲烷用量为25μL，盐析剂氯化铵用量为0.2g，在5000r/min下离心分离5min时，1mL水样中的7种苯系物能很好地被三氯甲烷萃取，富集倍数为40倍。在优化后的前处理条件下，通过优选色谱条件和质谱条件，7种苯系物得到很好的分离，方法准确度，精密度达到痕量分析要求，适于实验室废水中苯系物的监测。该法操作简单，过程中使用的有机溶剂量少，易于推广，是一种绿色高效的苯系物研究方法，有益于快速、有效监控水体中苯系物的污染。

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（编辑：徐柳）

Salting out microextraction-gas chromatography-mass spectrometry for determination of seven monoaromatic hydrocarbons in laboratory wastewater

ZUO Hongbao1， ZHU Xiaping1， LAN Lumei1， BAI Dekui1，2， LI Ming3
（1.College of Materials and Chemistry ＆ Chemical Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.Mianyang Product Quality and Inspection Institute，Mianyang 621000，China；3.Sichuan Insitute of Product Quality Supervision and Inspection，Chengdu 610100，China）

Salting out microextraction-gas chromatography-mass spectrometry method was developed by using chloroform as extractant and ammonium chloride as salting out agent to determine the amount of toluene， ethylbenzene， o-xylene， m-xylene， p-xylene， 1， 3， 5-trimethylbenzene and 1， 2， 4-trimethylbenzene in organic laboratory wastewater.When the chloroform was 25 μL，ammonium chloride was 0.2 g， and centrifugation time was 5 min under 5 000 r/min， 1 mL monoaromatic hydrocarbons in 1 mL water sample could be well extracted by chloroform with the enrichment factor being 40.Chromatographic conditions was as follows： DB-5MS capillary column （30 m× 0.25 mm×0.25 μm） was used， inlet temperature was 220℃， the carrier gas was helium with flow rate of 1mL/min， the split ratio was 30∶1， and the amount of sample injection was 1 μL.The temperature program was：initial temperature of column was 45 ℃（3 min）， then increased to 70℃ at 3℃/min，and increased to 200℃ at 30℃/min，and keeping for 2min.The condition of mass spectrometry was as follows：ion source was electron impact with electron energy of 69.9 eV，ion source temperature was 240℃，quadrupole temperature was 150℃，electron multiplier voltage was 1741V，sampling depth was 1.5mm and solvent delay was 3.5min.Under the optimized extraction and determination condition，the concentration of each component in the range of 0.4-80μg/L had fine linear relationship with peak area， and the correlation coefficients were greater than 0.992 5.The detection limit of each component were 0.01-0.5 μg/L.The monoaromatic hydrocarbons in wastewater from organic laboratory of Chengdu University of Technology could be measured effectively.At the same time，the recovery experiments were conducted，the recovery rate and relative standard deviation were in the rage of 92.92%-102.1%and 1.9%-45.%respectively.The results were satisfactory.

salting out microextraction； gas chromatography； mass spectrometry； monoaromatic hydrocarbons；laboratory wastewater

A

1674-5124（2017）09-0047-06

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.09.009

2017-01-20；

2017-02-15

四川省科技厅科技支撑项目（2015GZ0243）

左红保（1991-），男，四川绵阳市人，硕士研究生，专业方向为分析化学。

朱霞萍（1968-），女，江西萍乡市人，教授，研究方向为环境分析化学、功能材料制备与应用。