水中多種酚類化合物衍生化方法研究

李娟，王薈

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

酚類化合物是一類重要的工業(yè)污染物，屬高毒性原生質(zhì)毒，主要來自煉油、煤氣洗滌、煉焦、造紙、合成氨、木材防腐和化工等廢水。人體攝入一定量酚類時，可出現(xiàn)急性中毒癥狀，長期飲用被酚污染的水，可引起頭暈、出疹、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。水中含0.1～0.2 mg/L酚類污染物，可使生長魚的魚肉有異味，質(zhì)量濃度＞5 mg/L時則會造成魚類中毒死亡。

國內(nèi)外目前對單組分酚類化合物的測定，多為非衍生化或衍生化后，采用氣相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜法或液相色譜法等進行［1－8］。非衍生化法相對簡單易操作，適合分析高濃度、需要快速檢測的樣品;而衍生化法步驟比較復(fù)雜，但衍生化后酚類衍生化合物較穩(wěn)定、保存時間長、分析時抗干擾能力較強。因此測定低濃度、雜質(zhì)干擾較大的水質(zhì)樣品時，多采用衍生化法。

目前，國家及行業(yè)環(huán)境質(zhì)量和污染物排放標準中涉及6種酚類化合物［9－14］，在美國環(huán)保署和中國優(yōu)先控制污染物中則分別涉及14種和12種酚類化合物［15］，它們分別屬于苯酚類、氯酚類、甲酚類及硝基酚類。而隨酚類取代基團不同，其性質(zhì)差異較大，衍生化效果也存在較大差異。因此對水中多種酚類化合物的衍生化過程進行研究，選取不同衍生化試劑、衍生溫度和衍生時間、最大衍生量等多個對衍生效率有決定性影響的參數(shù)進行優(yōu)化。通過上述條件的優(yōu)化選擇，實現(xiàn)了對苯酚、氯代酚、甲基酚和硝基酚等14種不同類型酚類化合物最優(yōu)的衍生化，衍生效率達到75.5%～119%。

1 實驗

1.1 主要儀器和試劑

分液漏斗振蕩器，德國IKA公司，HS501;氮吹濃縮儀，美國ZYMARK公司，Turbo VapⅡ;精密控溫箱，德國Binder公司，ED53;氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司，Agilent 7890－5975;玻璃分液漏斗，500 mL。

乙酸乙酯(農(nóng)殘級);正己烷(農(nóng)殘級);二氯甲烷(農(nóng)殘級);無水硫酸鈉(分析純，于450℃烘烤4 h后冷卻備用);氯化鈉(分析純);100 mg/L酚類化合物標準溶液(美國ACCUSTANDARD公司);硫酸溶液(1∶1);10 mol/L氫氧化鈉溶液(稱取40 g氫氧化鈉溶于100 mL蒸餾水中);五氟芐基溴溶液(稱取0.500 g五氟芐基溴溶于9.5 mL丙酮中);100 g/L碳酸鉀溶液(稱取1.0 g碳酸鉀溶于水中，定容至10 mL)。

1.2 水樣前處理

1.2.1 水樣提取和濃縮

取250 mL水樣于玻璃分液漏斗中，用1∶1硫酸溶液調(diào)節(jié)水樣pH值＜1.5，加入一定量的氯化鈉，輕輕振搖使其溶解。加入25 mL二氯甲烷/乙酸乙酯(4∶1)萃取溶液，充分振蕩10 min進行萃取后靜置至分層。在玻璃小漏斗中墊上玻璃棉或玻璃纖維濾膜，并鋪加約5 g無水硫酸鈉，將有機相層經(jīng)上述漏斗過濾除水，用少量萃取溶劑洗滌無水硫酸鈉。重復(fù)3次上述萃取步驟。合并萃取液于濃縮管中備用。

氮吹濃縮儀設(shè)置溫度30℃，小流量氮氣將上述濃縮液濃縮到0.3 mL。用約4 mL丙酮洗滌濃縮器管壁，再用小流量氮氣濃縮至1.5～2.0 mL。重復(fù)上述步驟3次，更換溶劑體系至丙酮，最終保持丙酮溶液約8.0 mL。

1.2.2 衍生化

1.2.2.1 衍生化試劑的選擇

對于酚類化合物，目前使用的衍生化法主要有?；?、硅烷基化和烷基化衍生3種。

?；苌嗖捎闷叻∷狒蛘咭宜狒鳛檠苌噭?，如《水質(zhì)五氯酚的測定 氣相色譜法》(GB 8972－88)中即采用乙酸酐衍生五氯酚。使用?；苌?，酚類衍生物色譜峰明顯改善，靈敏度大幅提高，但是由于酸酐的揮發(fā)性和腐蝕性，殘留的衍生試劑對進樣瓶的密封墊和色譜系統(tǒng)有較大的損傷，大大降低了衍生后樣品的保存時間和色譜柱的使用壽命。

硅烷基化試劑應(yīng)用較廣，常用的三甲基硅烷化試劑有:雙(三甲基甲硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)和N－甲基三甲基甲硅烷基三氟乙酰胺(MSTFA)。三甲基硅烷衍生物具有熱穩(wěn)定好、揮發(fā)性強、易于制備以及色譜性能好等優(yōu)點，但酚類物質(zhì)的三甲基衍生物對水和酸不穩(wěn)定，對濕度比較敏感、易分解。

烷基化衍生試劑主要為重氮甲烷、五氟芐基溴。重氮甲烷因其高毒性、爆炸性危險，近年來被越來越多的分析者擱置。五氟芐基溴衍生法具有改善峰形、提高檢測靈敏度、降低檢出限等優(yōu)點，同時市售的五氟芐基溴酚類衍生標樣也大大提高了分析中定性的準確性。因此選用五氟芐基溴對水中多種酚類化合物衍生化。

1.2.2.2 五氟芐基溴衍生化

在上述8 mL酚類化合物的丙酮溶液中加入100 μL 五氟芐基溴溶液和100 μL K2CO3溶液，蓋好瓶塞，輕輕振搖、混勻。置于60℃下衍生60 min后，冷卻至室溫。再將溶劑體系更換至正己烷，濃縮定容至1.0 mL。待氣相色譜/質(zhì)譜分析。

1.2.3 酚類化合物衍生物質(zhì)譜圖

酚類化合物衍生物質(zhì)譜圖見圖1。

圖1 200μg/L酚類化合物五氟芐基溴衍生物的氣相色譜/質(zhì)譜

2 結(jié)果與討論

2.1 衍生溫度

試驗發(fā)現(xiàn)，酚類化合物的衍生化溫度不同，衍生效果存在很大差異(表1)。當衍生溫度低于40℃，14種酚類均不能衍生;衍生溫度為50℃時，僅2，4 －二氯苯酚、2，6 －二氯苯酚、2，4，6 －三氯苯酚、2，4，5 －三氯苯酚、五氯酚、2，3，4，6 － 四氯苯酚6種氯代酚類可以衍生，且除五氯酚衍生效率超過70%外，其他衍生效率均較低，僅有0.53%～46.6%;而當衍生溫度為60℃時，衍生反應(yīng)完全，酚類化合物的衍生效率為75.5%～119%。

表1 不同溫度下14種酚類化合物的衍生化效率

2.2 衍生時間

酚類化合物不同衍生時間的衍生化效率見圖2。

圖2 酚類化合物不同衍生時間的衍生化效率

在60℃下對不同衍生時間進行試驗，14種酚類化合物分別衍生 20，30，40，50，60，180，240 min。試驗表明，衍生時間在20～40 min時，衍生效率持續(xù)增長，衍生物濃度明顯增加，40～50 min趨勢變緩慢，60 min后基本保持恒定，因此將衍生時間定為60 min。

2.3 衍生試劑最大衍生量

配制8.0 mL 的0.02～40.0 mg/L 標準溶液濃度系列，考察試驗中所用五氟芐基溴衍生試劑的最大衍生量。從衍生化后在氣相色譜/質(zhì)譜儀器上的響應(yīng)線性范圍(表2)看，14種酚類化合物相對響應(yīng)因子的標準偏差在5.2%～15.3%之間，具有良好的線性。因此該方法中衍生化試劑的最大衍生量大于320 μg，即水樣處理量為250 mL時所用衍生化試劑最大衍生量為1.28 mg/L。如水樣中酚類化合物濃度超過1.28 mg/L，應(yīng)適當稀釋水樣使其酚類污染物濃度低于1.28 mg/L，或選擇采用非衍生化法進行測定。

表2 14種酚類化合物的響應(yīng)因子

續(xù)表2

3 結(jié)語

水中酚類污染物具有種類較多、性質(zhì)差異較大的特點，因此研究和尋找最優(yōu)化的條件實現(xiàn)水中酚類化合物良好的衍生化，對水中酚類污染物監(jiān)測技術(shù)的科學應(yīng)用具有實用意義。筆者研究了水樣中酚類化合物衍生方法，選取不同衍生化試劑、衍生溫度和衍生時間、最大衍生量等多個對衍生效率有決定性影響的參數(shù)進行優(yōu)化，實現(xiàn)了同時對包括低沸點的苯酚、一氯代酚及較難提取的甲基酚和硝基酚等14種酚類化合物的良好衍生效果，在實際環(huán)境監(jiān)測分析工作中有很好的應(yīng)用推廣前景。

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［12］GB 5749－85 生活飲用水衛(wèi)生標準［S］.

［13］衛(wèi)法監(jiān)［2001］161號 生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生［S］.

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