固相萃取-气相色谱-质谱法测定地表水中的氯苯类化合物

2024-03-19王桂珍王金花张飞蒋宗园范思艺宁东峰

化学分析计量 2024年2期

王桂珍，王金花，张飞，蒋宗园，范思艺，宁东峰

（1.河南省南水北调渠首生态环境监测应急中心，河南南阳 473000； 2.河南省南阳生态环境监测中心，河南南阳 473000；3.中国农业科学院农田灌溉研究所，河南新乡 453002）

近年来，经过我国城市化、工业化以及农业现代化的快速发展，企业污染物排放，化学原料和化学制品等制造业废气、水排放会造成环境污染。氯苯类化合物(简称CBs)作为化学制品的生产原料、反应助剂、传热材料和中间体等被广泛使用[1]。由于其化学性质稳定且刺鼻难闻、高毒、难以降解及易溶于有机溶剂等特性，很容易在人体及动物体内蓄积，尤其能对人体神经系统产生抑制，损害各类脏器[2]，并具有遗传毒性，可致突变、致癌和致畸[3]。美国及欧盟等诸多国家已将其列为危险化合物“黑名单”和优先控制污染物[4-5]。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)规定了1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、三氯苯(总量)和六氯苯的限值，《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)也对氯苯类化合物的限值做了相应规定。

水体中氯苯类化合物残留量较低。目前，气相色谱法[6-11]、液相色谱法[12]和气相色谱/质谱联用法[13-16]常用于对氯苯类化合物的测定分析。在对水样进行富集浓缩时，样品处理方法之间也存在一定差异，如吹扫捕集法[13-14]、顶空平衡处理[6-7,16]或液液溶剂萃取[4,17]、固相萃取[12]、固相微萃取[15-16]等。由于液液萃取耗时长、过程复杂，富集提取过程会用到大量有机溶剂，易对人体和环境造成危害和污染。而吹扫或顶空处理方便简单，但六氯苯沸点较高，测定回收率较低。固相萃取法则利用一定的吸附填料将目标化合物与干扰物依次进行分离，操作过程简单，可实现自动化。笔者通过对色谱柱、有机溶剂及洗脱体积等条件进行探讨和验证，采用固相萃取结合气相色谱-质谱法检测地表水中7种氯苯类化合物。该方法准确可靠，溶剂消耗少，最大程度地减少了样品处理过程中目标化合物的损失，并能实现对地表水中氯苯类化合物残留量的准确定量。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱质谱联用仪：7890B-5977A 型，美国安捷伦科技有限公司。

自动进样器：7693 型，美国安捷伦科技有限公司。

平行浓缩仪：Multivap-8型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

全自动固相萃取仪：SEPATHS-6 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

甲醇、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯：农残级，德国默克公司。

微量注射器：1、10、100 μL，美国安捷伦科技有限公司。

无水硫酸钠：400 ℃下，在马弗炉中灼烧4 h，于密闭容器中储存，天津市科密欧化学试剂有限公司。

7 种氯苯类化合物混合标准溶液：含有1，3，5-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，3，5-四氯苯、1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，4-四氯苯、六氯苯，其中六氯苯质量浓度为100 μg/mL，其余组分质量浓度均为200.0 μg/mL，北京百灵威科技有限公司。

氯苯类化合物标准使用液：取氯苯类化合物混合标准溶液，溶于正己烷进行稀释后，配制成六氯苯质量浓度为100 μg/L，其余组分质量浓度均为200.0 μg/L的氯苯类化合物标准使用液。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱仪

色谱柱：DB-5MS 毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司)；柱温：程序升温，升温程序为于60 ℃保持2 min，以20 ℃/min 升温至140 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min 升温至180 ℃，以15 ℃/min 升温至240 ℃；进样方式：采用分流模式，分流比为4∶1；进样口温度：270 ℃。

1.2.2 质谱仪

电离方式：电子轰击离子源(EⅠ)；离子源温度：230 ℃；电离能：70 eV；传输线温度：270 ℃；检测方式：全扫描(SCAN)定性，选择离子(SⅠM)模式定量；溶剂延迟时间：6 min。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品处理

取自流入水库河流不同地段和湖库不同点位水样，采集后的水样置于250 mL棕色玻璃瓶中并4 ℃冷藏保存。取200.0 mL 水样于仪器自带的样品瓶中，并加入10 mL 甲醇，混合摇匀。调整仪器使5 mL 乙酸乙酯、5 mL 甲醇和10 mL 水依次以5 mL/min 的流量对固相小柱进行活化；控制水样以10 mL/min的流量通过固相萃取小柱，并用10 mL水淋洗固相萃取小柱，抽干小柱；以5.0 mL 乙酸乙酯、7.5 mL二氯甲烷对固相萃取小柱进行洗脱，流量约为5 mL/min，并收集洗脱液。洗脱液经无水硫酸钠干燥后用氮吹浓缩仪浓缩至1 mL。转移至自动进样小瓶，待测。

1.3.2 样品测定

准确量取200.0 mL 水样，经固相萃取仪处理后，按1.2测试条件进行上机分析，并绘制工作曲线。采用外标法定量，按HJ 168—2010 计算方法检出限。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

比较了HP-5MS (非极性)、DB-5MS (非极性)、DB-624 (中等极性)三种不同类型的色谱柱对7 种氯苯类物质的分离情况。结果显示，在优化的实验条件下，三种色谱柱基本都能实现氯苯类化合物的分离(1，2，3，5-四氯苯、1，2，4，5-四氯苯由于是同分异构体，三种小柱均未实现完全的分离)。比较分离时间和色谱峰形，DB-5MS分离效果更好，有较高的响应值，且色谱峰形较尖锐，比在DB-624、HP-5MS条件下更好，因此选择DB-5MS 毛细管柱作为分离柱，并进一步进行分离条件优化。既定分析条件下，三氯苯、四氯苯、六氯苯的总离子流图见图1。

图1 氯苯类化合物总离子流色谱图Fig.1 Total ion current chromatogram of chlorobenzene compounds

2.2 样品处理条件

2.2.1 固相萃取小柱的选择

取200.0 mL水样，加入10 mL甲醇，混匀，按1.3步骤处理，考察2 种固相萃取小柱的萃取效率，LabTech C18对弱极性及中等极性的化合物均有保留，是目前固相萃取中应用最广的萃取柱。Waters OASⅠS HLB 对化合物具有较高保留容量。根据待测物的性质，初步选择LabTech C18(反相)固相萃取小柱和Waters OASⅠS HLB (混合型阳离子交换反相吸附剂)固相萃取小柱进行水样前处理，通过考察平均回收率来评价这两种小柱对待测物的萃取效率。图2为不同固相萃取小柱下氯苯类化合物的平均回收率。

图2 不同固相萃取小柱下氯苯类化合物的平均回收率Fig.2 Recoveries of the results about different solid phase extraction column

由图2可见，两种小柱的萃取效果相近，加标回收率为80.1%～108.2%，Waters OASⅠS HLB 固相萃取小柱除了对三氯苯的萃取效率略低于LabTech C18柱外，对四氯苯、六氯苯的萃取效率均明显高于C18柱。综合考虑，最终选用HLB固相萃取小柱。

2.2.2 洗脱溶剂对回收率的影响

选择合适的洗脱溶液极为重要，在洗脱过程中一般选择与目标物本身的极性比较相近的溶剂。按1.3所述步骤，分别选择正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷对目标物进行洗脱，重复测定3次。结果表明，正己烷对氯苯类化合物的洗脱能力较弱，乙酸乙酯和二氯甲烷单独使用时回收率均低于二者配合使用，正己烷对氯苯类化合物的回收率最高为71.4%，最低仅为29.5%，乙酸乙酯和二氯甲烷二者合用的回收率为79.7%～105.2%(见表1)，因此，采用先使用乙酸乙酯后使用二氯甲烷的方式进行洗脱，效果更好，回收率高。

表1 不同洗脱溶剂的回收试验结果Tab.1 Recoveries of the results about different elution solvent

2.2.3 洗脱溶剂体积对回收率的影响

当样品溶液经过固相萃取小柱时，样品中的氯苯类化合物就会被不同程度的吸附，因此，洗脱液体积用量会影响被测成分的含量。当洗脱液使用过量时，导致有机溶剂的浪费及后续吹脱过程中时间增加；而洗脱液使用较少时，平均回收率会降低。于200 mL 水样中加入100 μL氯苯类化合物标准使用液，采用2.5 mL 乙酸乙酯-5.0 mL 二氯甲烷(组Ⅰ)、5.0 mL乙酸乙酯-7.5 mL二氯甲烷(组Ⅱ)、7.5 mL乙酸乙酯-10 mL 二氯甲烷(组Ⅲ)、10 mL 乙酸乙酯-12.5 mL 二氯甲烷(组Ⅳ)等4 种组合的洗脱溶剂进行洗脱，计算平均回收率(见表2)。实验表明，随着洗脱液用量的增加，平均回收率逐渐提高，组Ⅱ对回收率影响较大，当继续增加用量时，回收率变化不大，因此，结合洗脱、浓缩时间等因素，选择5.0 mL乙酸乙酯和7.5 mL 二氯甲烷作为最佳的洗脱溶剂体积。

表2 不同洗脱体积的回收试验结果Tab.2 Recoveries of the results about different elution volume

2.3 线性关系与方法检出限

分别取氯苯类化合物标准使用液10、20、40、80、100、150 μL，配制成六氯苯质量浓度为1、2、4、8、10、15 μg/L，其余氯苯类化合物质量浓度为2、4、8、16、20、30 μg/L，的混合溶液。该试验采用外标法定量，结合上述样品处理过程和色谱分析条件，绘制工作曲线。依据方法检出限的计算方式，对氯苯类化合物混合溶液质量浓度为4 μg/L (六氯苯质量浓度为2 μg/L)的样品进行7 次重复测定分析，按HJ 168—2010计算方法检出限和线性方程(见表3)。

结果表明，在各自的线性范围内，氯苯类化合物的响应值与其质量浓度线性关系良好，相关系数均大于0.999 5，方法检出限为0.14～0.30 μg/L，而《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中各项目标准限值(取200 mL 水样)：三氯苯为0.02 mg/L、四氯苯为0.02 mg/L、六氯苯为0.05 mg/L。该方法能够满足实际检测对检出限的要求。

2.4 样品加标回收试验

通过对空白样品添加质量浓度分别为6 和10 μg/L 的氯苯类化合物(六氯苯加标量分别为3 和5μg/L)来检测方法的平均回收率，对样品进行6次平行分析，测定结果列于表4。

由表4数据可知，水样经固相萃取后，加标回收率有一定损失。低浓度下氯苯类化合物的加标平均回收率为79.9%～97.0%，高浓度下为92.2%～115.7%，相对标准偏差(RSD)分别为2.8%～9.2%、7.6%～10.3%。说明该方法具有较高的准确度和精密度，满足地表水水质检测中氯苯类化合物的分析要求。