地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚分析現(xiàn)狀與進(jìn)展

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2015.03.019

收稿日期:2014-10-17;修回日期:2014-11-26

基金項(xiàng)目:國(guó)土資源公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200911044-02-2)

*通訊作者:吳淑琪，碩士，研究員，研究方向:農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)微量有機(jī)污染物研究，Tel:010-57909182/68999554，E-mail:wushuqi@ cags.ac.cn

Review on Analytical Methods of Volatile Phenols in Geoenvironmental Samples

LIU Jiao，WU Shu-qi *，JIA Jing，TONG Ling

(National Research Center for Geoanalysis，Beijing 100037，China)

Abstract:Volatile phenols，the toxic organic compounds，are listed as the environmental priority controlled pollutants.The content level of them has become one of the important indicators for environmental pollution evaluation.This review briefly states the chemical characteristics and geoenvironmental sources of volatile phenols，summarises the relevant domestic and international standard methods，concludes the research progress on application of sample pretreatment technologies(e.g.solvent extraction，distillation，solid phase extraction，solid phase microextraction，purge and trap) and analytical methods(e.g.4-amino antipyrine spectrophotometry，ultraviolet and fluorescence spectrophotometry，bromine method，gas chromatography，liquid chromatography，phenol biosensor method) in the analysis of volatile phenols in geoenvironmental samples.The future development trend about the analysis of volatile phenols is also prospected.The review provides a reference for the further study on analytical methods of volatile phenols and their environmental applications.

Key words:volatile phenols; geoenvironmental samples; pretreatment; analytical methods; review

酚類化合物依據(jù)沸點(diǎn)分為揮發(fā)酚和不揮發(fā)酚。通常認(rèn)為沸點(diǎn)在230℃以下的酚屬于揮發(fā)酚。揮發(fā)酚具有致畸、致癌和致突變的生物毒性，能使蛋白質(zhì)變性失活，誘發(fā)腫瘤或引起細(xì)胞死亡 ［1］。近年的研究表明在大氣、水體、土壤和沉積物中均有揮發(fā)酚檢出。1977年美國(guó)環(huán)保局(Environmental Protection Agency，EPA)率先將苯酚等6種揮發(fā)酚列入“環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單”。1989年我國(guó)環(huán)保局篩選出68種環(huán)境優(yōu)先控制污染物，其中包含苯酚、3-甲基酚、2，4-二氯酚3種揮發(fā)酚。作為全球性有機(jī)污染物，揮發(fā)酚是評(píng)價(jià)環(huán)境污染的重要指標(biāo)之一，其準(zhǔn)確測(cè)定已成為分析學(xué)者廣泛關(guān)注的重要課題。本文介紹了揮發(fā)酚的化學(xué)性質(zhì)及地質(zhì)環(huán)境來源，重點(diǎn)對(duì)樣品預(yù)處理技術(shù)及檢測(cè)方法進(jìn)行綜述和評(píng)價(jià)，從而為進(jìn)一步研究揮發(fā)酚的分析技術(shù)及其環(huán)境應(yīng)用提供參考。

1　揮發(fā)酚的化學(xué)性質(zhì)及地質(zhì)環(huán)境來源

1.1　化學(xué)性質(zhì)

酚類化合物是指苯環(huán)上的氫原子被羥基取代后生成的化合物。揮發(fā)酚多為苯酚、甲酚、氯酚、硝基酚等一元酚。分子中p-π共軛體系的形成使羥基氧原子電子云密度降低、苯環(huán)電子云密度相對(duì)增加，因此揮發(fā)酚顯酸性。在樣品預(yù)處理中利用揮發(fā)酚的酸性可對(duì)其實(shí)施堿性提取。揮發(fā)酚能發(fā)生絡(luò)合顯色反應(yīng)和親電取代反應(yīng)(如溴化反應(yīng))，為分析中的定量檢測(cè)提供理論依據(jù)。揮發(fā)酚具有還原性，有氧條件下易被環(huán)境中的微生物分解，在檢測(cè)中應(yīng)避免因氧化引起的組分損失。在催化條件下，揮發(fā)酚還可與醛、酮等發(fā)生縮合反應(yīng)，大量用于酚醛樹脂等工業(yè)品的生產(chǎn)。

1.2　地質(zhì)環(huán)境來源

地質(zhì)環(huán)境中的揮發(fā)酚主要來源于煉焦、煉油、煤氣制造、合成樹脂和纖維、木材防腐、造紙、塑料、染料、香料、醫(yī)藥、炸藥等石油化工產(chǎn)業(yè)的排放物;在農(nóng)業(yè)除草劑、殺蟲劑和殺菌劑等農(nóng)藥中也存在揮發(fā)酚。揮發(fā)酚經(jīng)淋溶、揮發(fā)和沉降等途徑在地質(zhì)環(huán)境介質(zhì)中遷移，儲(chǔ)存在水體、土壤和沉積物中。

2　樣品預(yù)處理技術(shù)

地質(zhì)環(huán)境樣品(如土壤、沉積物等)基質(zhì)復(fù)雜，揮發(fā)酚殘留濃度較低，為保證方法靈敏度和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行有效提取和凈化。常用的預(yù)處理技術(shù)有溶劑萃取、蒸餾、固相萃取、固相微萃取和吹掃捕集等。

2.1　溶劑萃取

溶劑萃取是最經(jīng)典、應(yīng)用最多的技術(shù)，包括液液萃取(Liquid liquid extraction，LLE)、索氏提取(Soxhlet extraction，SE)、微波輔助萃取( Microwave assisted extraction，MAE)、加速溶劑萃取(Accelerated solvent extraction，ASE)和超聲波萃取(Ultrasonic extraction，USE)等。上述技術(shù)已廣泛用于水、土壤和沉積物等地質(zhì)環(huán)境樣品中酚類化合物的提取分離。

EPA將LLE列為水質(zhì)中酚類化合物測(cè)定的預(yù)處理技術(shù) ［2］。張永兵等 ［3］將SE用于土壤中酚類化合物的萃取。LLE和SE的萃取過程長(zhǎng)，有機(jī)溶劑消耗較多，通常適合高含量揮發(fā)酚的提取。樣品經(jīng)萃取后凈化濃縮，可降低基體干擾，提高靈敏度。與LLE和SE相比，MAE ［4］，ASE ［5］和USE ［6-7］在萃取揮發(fā)酚時(shí)具有萃取時(shí)間短、有機(jī)溶劑消耗少、萃取效率高等優(yōu)點(diǎn)，但在高溫高壓下操作易引起揮發(fā)酚的損失，降低回收率。Egizabal等 ［4］比較了MAE和SE在土壤中揮發(fā)酚萃取上的應(yīng)用，結(jié)果顯示MAE的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較高，在精密度方面不如SE。

由于揮發(fā)酚的酸性特質(zhì)，可以使用堿性溶液對(duì)其進(jìn)行提取。研究人員用NaOH溶液將酚以酚鈉的形式提取到水溶液中，再對(duì)提取液進(jìn)一步凈化 ［8-9］。該方法成功實(shí)現(xiàn)了揮發(fā)酚與大量基體的分離，有效避免了土壤等復(fù)雜基質(zhì)的干擾。

2.2　蒸　餾

蒸餾既可作為分離技術(shù)，又可作為純化技術(shù)。在分離過程中，沸點(diǎn)在230℃以下的所有揮發(fā)酚均被蒸出，可直接用于檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單，干擾少。當(dāng)前蒸餾仍是揮發(fā)酚分離的主要技術(shù)，我國(guó)水質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)中揮發(fā)酚的測(cè)定正是采用蒸餾法進(jìn)行分離 ［10-11］。

對(duì)于水樣，多采用加酸后直接蒸餾 ［12］。對(duì)于土樣可采用加酸蒸餾 ［13］，也可采用水提取后再蒸餾 ［14］。加酸蒸餾泡沫多，且對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)有水解作用，使測(cè)定結(jié)果偏高;水提取后再蒸餾可以避免上述情況的發(fā)生，提高測(cè)定結(jié)果的可靠性，適合不同性質(zhì)土壤樣品的分析。

在復(fù)雜混合物體系中，揮發(fā)酚被堿性溶液提取后仍可能存在干擾組分，采用蒸餾方法對(duì)提取液作進(jìn)一步凈化，可以除去干擾組分。Bartak等 ［15］在土壤的堿性提取上清液中加酸調(diào)節(jié)pH值后蒸餾，達(dá)到了很好的凈化和濃縮效果。

2.3　固相萃取

固相萃取(Solid phase extraction，SPE)是利用固相萃取柱選擇性吸附和洗脫的原理對(duì)揮發(fā)酚進(jìn)行提取。EPA將SPE用于飲用水中揮發(fā)酚測(cè)定的預(yù)處理 ［16］。SPE常用的固定相類型有C 18硅膠吸附劑和多孔苯乙烯-二乙烯基苯共聚物等聚合材料吸附劑 ［17-18］等。為了提高固相萃取效率，學(xué)者們對(duì)固定相材料進(jìn)行了深入研究。Tang等 ［19］選擇可溶解的層狀雙氧化物空心球體作為SPE吸附劑，依靠物理吸附和層間結(jié)構(gòu)的再生等作用對(duì)水中苯酚、硝基酚類和氯酚類等揮發(fā)酚進(jìn)行萃取，與普通吸附劑相比，該吸附劑因比表面積大而萃取效率高。Muggundha等 ［20］將大孔徑β-環(huán)糊精-離子液體聚合物作為SPE吸附劑，用于自來水和河水中硝基酚類和氯酚類等揮發(fā)酚的萃取，依靠吸附劑與揮發(fā)酚分子間強(qiáng)烈的ππ共軛作用形成復(fù)雜螯合物來完成萃取，專一性強(qiáng)，萃取效率高，對(duì)不同類型的溶劑適應(yīng)性強(qiáng)。SPE可避免使用大量有機(jī)溶劑，簡(jiǎn)化了預(yù)處理過程，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)樣品的富集與凈化，靈敏度和回收率高，重現(xiàn)性好。其缺點(diǎn)是不能直接處理固體樣品，只能對(duì)固體提取液進(jìn)行萃取與凈化。市售固相萃取小柱一般不可重復(fù)使用，分析成本較高。

SPE同樣可以作為凈化技術(shù)，用于基質(zhì)復(fù)雜的土樣提取物中干擾組分的去除 ［8-9］，進(jìn)而滿足分析檢測(cè)的要求。

2.4　固相微萃取

固相微萃取(Solid phase microextraction，SPME)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種樣品預(yù)處理技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。SPME在萃取頭的石英纖維上涂漬吸附劑對(duì)揮發(fā)酚進(jìn)行提取。聚丙烯酸酯 ［21-23］因極性較大而成為應(yīng)用最多的吸附劑，此外還有聚乙二醇模板樹脂 ［24］、聚二甲基硅氧烷 ［25］等。該技術(shù)已用于苯酚、氯酚類、甲酚類及硝基酚類等揮發(fā)酚的萃取，其中對(duì)氯酚類的萃取應(yīng)用最多。為了提高吸附劑的萃取效率，Shang等 ［26］研究出一種新型金屬-有機(jī)結(jié)構(gòu)的UiO-66涂層不銹鋼金屬纖維，依靠物理粘附、酚羥基與Zr-O基團(tuán)的氫鍵作用及揮發(fā)酚分子與UiO-66結(jié)構(gòu)的π-π共軛作用等多種因素實(shí)現(xiàn)水樣中苯酚、甲酚類、氯酚類等揮發(fā)酚的提取。與SPME普通吸附劑相比，金屬纖維吸附劑專一性強(qiáng)，吸附增強(qiáng)因子大，在酸性和堿性溶液中均有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。SPME集萃取、濃縮于一體，直接進(jìn)樣可避免交叉污染，且無需使用有機(jī)溶劑，方法快速簡(jiǎn)單，靈敏廉價(jià)，已應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚的提取 ［27-29］。

SPME有浸入式萃取和頂空萃取兩種方式。前者用于水樣和土壤懸浮液或萃取液的萃取，后者多用于揮發(fā)酚衍生化后的提取。盡管衍生化操作繁瑣，但避免了萃取頭與樣品的直接接觸，減少了基質(zhì)污染。值得注意的是，通過添加NaCl增加溶液離子強(qiáng)度可以顯著提高土壤中揮發(fā)酚的萃取效率 ［29］。延長(zhǎng)萃取時(shí)間可以緩解土壤基質(zhì)對(duì)揮發(fā)酚擴(kuò)散和吸附的阻礙作用，提高萃取效率 ［28］。SPME的缺點(diǎn)是回收率不高，達(dá)到平衡所需時(shí)間較長(zhǎng)，萃取頭的使用壽命較短。

2.5　吹掃捕集

吹掃捕集(Purge and trap，P＆T)又稱為動(dòng)態(tài)頂空分離富集技術(shù)。在特定裝置或樣品池中，用惰性氣體連續(xù)吹掃樣品，將揮發(fā)酚吹掃到捕集阱中捕集，加熱解吸后進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)定。

P＆T取樣量少，基體干擾小，無需使用有機(jī)溶劑，能夠富集痕量揮發(fā)酚，檢出限低。該方法可自動(dòng)化操作，易實(shí)現(xiàn)在線分析。P＆T目前僅用于沸點(diǎn)較低、分子量較小、揮發(fā)性較強(qiáng)的揮發(fā)酚提取。對(duì)于苯酚等具有一定水溶性的揮發(fā)酚，提取效率不高。研究人員通過在溶液中加入酸和NaCl來保證揮發(fā)酚維持分子形態(tài)，增強(qiáng)其揮發(fā)性，提高提取率。Zuloaga等 ［30］對(duì)加熱溫度和時(shí)間、吹掃時(shí)間、NaCl濃度等進(jìn)行優(yōu)化后，用GC/FID成功測(cè)定了土壤中的2-氯酚、2-甲酚、2-硝基酚和2，4-二氯酚，檢出限為0.2～1.2 μg/g。Zhao等 ［31］將揮發(fā)酚乙酰化處理，采用P＆T-GC-MS實(shí)現(xiàn)了自然水中超痕量苯酚、3-甲酚和2，4-二氯酚的測(cè)定，檢出限為0.08～0.15 μg/L，與未衍生化的P＆T-GC-FID法相比 ［32］，檢出限降低了100倍。然而直接吹掃易引入雜質(zhì)，將樣品中的揮發(fā)酚提取到有機(jī)溶劑中后再吹掃，在回收率和精密度方面與直接吹掃相當(dāng)，雖然增加了實(shí)驗(yàn)步驟，但可以降低雜質(zhì)污染，延長(zhǎng)儀器使用壽命 ［33］。

除上述幾種方法外，還有超臨界流體萃取 ［34］和液膜萃取 ［35］等。但這些預(yù)處理技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境樣品中很少應(yīng)用。

綜上所述，揮發(fā)酚的分離可分為在線分離和離線分離兩種。液液萃取、蒸餾、固相萃取和固相微萃取均為離線分離技術(shù)，這些方法是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室通用的分離技術(shù)。但由于揮發(fā)酚的揮發(fā)特性，離線分離易造成被測(cè)物質(zhì)損失，使測(cè)定結(jié)果偏低。吹掃捕集屬于在線分離技術(shù)，更適合揮發(fā)酚的測(cè)定。近年來關(guān)于在線分離測(cè)定揮發(fā)性有機(jī)物的研究較多，但對(duì)于地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚的在線分離測(cè)定報(bào)道很少，在僅有的幾篇報(bào)道中，只測(cè)定了6種揮發(fā)性較強(qiáng)的酚，其主要原因是樣品基體復(fù)雜、揮發(fā)酚的親水性等使在線分離難以實(shí)現(xiàn)。盡管如此，在線分離技術(shù)因具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確、環(huán)保等特點(diǎn)，仍有望成為地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚測(cè)定的主要分離技術(shù)。

3　揮發(fā)酚檢測(cè)技術(shù)

地質(zhì)環(huán)境樣品基質(zhì)復(fù)雜，揮發(fā)酚含量通常很低，加上揮發(fā)酚易揮發(fā)的性質(zhì)，使其檢測(cè)更加困難。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)揮發(fā)酚的檢測(cè)開展了大量的研究工作，建立了基于不同原理的檢測(cè)方法。這些方法大致可分為化學(xué)分析法和色譜分析法兩大類。化學(xué)分析法是基于揮發(fā)酚的特征基團(tuán)與某種化學(xué)試劑之間可發(fā)生定量反應(yīng)，依據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物濃度與揮發(fā)酚總量成正比關(guān)系來實(shí)現(xiàn)揮發(fā)酚總量的定量檢測(cè)，代表方法有4-氨基安替比林分光光度法和溴化容量法。色譜分析法是基于不同種類揮發(fā)酚在兩相中分配系數(shù)的差異實(shí)現(xiàn)揮發(fā)酚與基體以及不同揮發(fā)酚之間的分離，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)種類揮發(fā)酚的定性和定量檢測(cè)。化學(xué)分析法只能測(cè)定揮發(fā)酚總量，不能對(duì)揮發(fā)酚單體進(jìn)行測(cè)定，這是由化學(xué)反應(yīng)原理所決定。色譜法可以同時(shí)測(cè)定多種揮發(fā)酚，并對(duì)其單體準(zhǔn)確定性和定量，而色譜與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用使其在揮發(fā)酚的定性和定量分析上更加可靠，已用于氣體、液體和固體等多種基質(zhì)地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚的檢測(cè)。

國(guó)內(nèi)關(guān)于揮發(fā)酚的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有HJ 503-2009(水質(zhì)-揮發(fā)酚的測(cè)定——4-氨基安替比林分光光度法) ［10］和HJ 502-2009(水質(zhì)-揮發(fā)酚的測(cè)定——溴化容量法) ［11］。近年來，我國(guó)環(huán)保部陸續(xù)頒布的關(guān)于酚類化合物的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如HJ 638-2012(環(huán)境空氣-酚類化合物的測(cè)定——高效液相色譜法) ［36］、HJ 676-2013(水質(zhì)-酚類化合物的測(cè)定——液液萃取/氣相色譜法) ［37］和HJ 703-2014(土壤和沉積物-酚類化合物的測(cè)定——?dú)庀嗌V法) ［38］等也包含了揮發(fā)酚的檢測(cè)方法。國(guó)外并未針對(duì)揮發(fā)酚建立分析方法。在EPA測(cè)定酚類化合物的方法中均包含揮發(fā)酚的檢測(cè)，如EPA method 402.4(水質(zhì)-總酚的測(cè)定——比色法) ［39］、EPA method 604(工業(yè)廢水-酚類化合物的測(cè)定——?dú)庀嗌V法) ［2］、EPA method 528(飲用水-酚類化合物的測(cè)定——固相萃取毛細(xì)管氣相色譜質(zhì)譜法) ［16］、EPA method 8041A(液體/固體樣品-酚類化合物的測(cè)定——?dú)庀嗌V法) ［40］等。

3.1　化學(xué)分析法

3.1.1　4-氨基安替比林分光光度法　4-氨基安替比林(4-Amino antipyrine，4-AAP)分光光度法是測(cè)定揮發(fā)酚最經(jīng)典的方法。在堿性緩沖溶液中，揮發(fā)酚在鐵氰化鉀的存在下與4-AAP生成橙紅色的吲哚酚安替比林染料，用分光光度儀直接測(cè)定吸光度。若揮發(fā)酚含量較低或樣品基質(zhì)復(fù)雜，則顯色后萃取，再測(cè)其吸光度。該方法通常采用蒸餾預(yù)處理將干擾物去除，選擇性高、穩(wěn)定性好、精密度高，檢出限為0.04 mg/L ［10］。Nassiri等 ［41］采用液液萃取/4-AAP分光光度法測(cè)定伊朗查巴哈海灣海水中的揮發(fā)酚，檢出限低至0.18 μg/L。4-AAP分光光度法是4-AAP與鄰位和間位取代揮發(fā)酚發(fā)生反應(yīng)，未包含對(duì)位取代揮發(fā)酚，因此測(cè)定結(jié)果比實(shí)際含量偏低。除此之外，4-AAP顯色試劑的潮解和氧化會(huì)增大試劑空白，實(shí)驗(yàn)操作繁瑣，不適合批量樣品分析。

將流動(dòng)注射進(jìn)樣技術(shù)與分光光度法相結(jié)合，在封閉的管道和載體流動(dòng)下完成樣品的前期處理、試劑加入、樣品和試劑的混合反應(yīng)，之后流經(jīng)檢測(cè)器完成檢測(cè)。與蒸餾分光光度法相比，該方法能減少蒸餾損失和樣品的交叉污染，且操作自動(dòng)化、分析速度快、試劑和樣品用量少，適合大批量樣品的分析。目前，流動(dòng)注射分光光度法已用于工業(yè)污水和地表水中揮發(fā)酚的測(cè)定，檢出限最低可達(dá)0.15 μg/L ［42-44］。對(duì)富含有機(jī)質(zhì)土壤中的揮發(fā)酚進(jìn)行檢測(cè)時(shí) ［45］，精密度和加標(biāo)回收率均優(yōu)于蒸餾/4-AAP分光光度法。最重要的是流動(dòng)注射分光光度法已用于揮發(fā)酚的戶外應(yīng)急和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，在第一時(shí)間對(duì)揮發(fā)酚污染進(jìn)行排查和控制。但該方法的影響因素較多，儀器管路和配件復(fù)雜，容易引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，造成測(cè)定誤差，因此需要時(shí)刻保持儀器處于最佳的工作狀態(tài)。

3.1.2　紫外、熒光分光光度法　紫外光度法和熒光光度法也可用于揮發(fā)酚的測(cè)定。這兩種方法無需蒸餾和顯色，操作簡(jiǎn)便，分析速度快。但揮發(fā)酚在紫外光譜區(qū)域的摩爾吸光系數(shù)不高，有些揮發(fā)酚分子無熒光光譜。因此用這兩種方法直接檢測(cè)揮發(fā)酚的靈敏度不高。在紫外分光光度法中，通過改變?nèi)芤旱膒H值來測(cè)定堿性介質(zhì)中的酚鹽陰離子，可以提高方法靈敏度，檢出限為0.1 mg/L ［46］。在水樣中加入一溴化碘，可將紫外分光光度法測(cè)定自然水和廢水中痕量揮發(fā)酚衍生物的檢出限降至1.1 μg/L ［47］。用熒光法測(cè)定揮發(fā)酚時(shí)，用正丁醇先將水樣中的揮發(fā)酚萃取后再進(jìn)行測(cè)定，檢出限可達(dá)到0.33 μg/L，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飲用水中揮發(fā)酚的檢測(cè)要求 ［48］。

3.1.3　溴化容量法　溴化容量法是測(cè)定高濃度揮發(fā)酚的方法。在過量溴的存在下，揮發(fā)酚與溴生成三溴酚，并進(jìn)一步生成溴代三溴酚，加入碘化鉀與過量的溴和溴代三溴酚反應(yīng)釋放出游離的碘，用硫代硫酸鈉滴定游離的碘。根據(jù)硫代硫酸鈉的用量計(jì)算揮發(fā)酚的含量。該方法用于水質(zhì)中揮發(fā)酚的測(cè)定，檢出限為0.1 mg/L，線性范圍為0.1～45.0 mg/L，尤其適合工業(yè)廢水等高濃度揮發(fā)酚的檢測(cè) ［11］。溴化容量法準(zhǔn)確度高、實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、儀器和試劑廉價(jià)。但其結(jié)果以苯酚計(jì)算，僅能測(cè)定與溴發(fā)生取代的揮發(fā)酚，所得結(jié)果偏低。由于不同種類的揮發(fā)酚在不同條件下的溴化量不同，因此在實(shí)驗(yàn)操作上，必須嚴(yán)格控制溴化溫度、溴化時(shí)間及溴的過量度 ［49］;控制滴定速度，在接近終點(diǎn)時(shí)，搖勻、靜置，待溶液反應(yīng)完全，才能保證滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性 ［50］。操作步驟繁瑣，分析速度慢、精確度不高。

3.2　色譜法

3.2.1　氣相色譜法　氣相色譜(Gas chromatography，GC)是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的一種分離與測(cè)定技術(shù)，現(xiàn)已成為地質(zhì)環(huán)境有機(jī)物分析的常用方法。與化學(xué)分析法相比，氣相色譜法分離度好、靈敏度高、分析速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分揮發(fā)酚的定性和定量分析，滿足痕量分析的檢測(cè)要求。文獻(xiàn)報(bào)道測(cè)定揮發(fā)酚常用的氣相色譜檢測(cè)器有電子捕獲檢測(cè)器(Electron capture detector，ECD)、氫火焰離子化檢測(cè)器(Flame ionization detector，F(xiàn)ID)和質(zhì)譜檢測(cè)器(Mass detector，MSD)。

ECD對(duì)含強(qiáng)電負(fù)性元素(或基團(tuán))的有機(jī)物靈敏度高，多用于酚衍生物的檢測(cè)。揮發(fā)酚經(jīng)鹵素試劑處理后，極性降低，揮發(fā)性增強(qiáng)，對(duì)色譜柱活性位置的作用力減小，使峰形拖尾有所改善。然而衍生化效率與實(shí)驗(yàn)條件及揮發(fā)酚的種類密切相關(guān)，在不同pH值和溫度下，甲酚、氯酚和硝基酚等揮發(fā)酚的衍生化效果存在差異，需綜合考慮實(shí)驗(yàn)條件的選取 ［51］，再加上衍生化過程中組分的損失和雜質(zhì)的引入，易造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低。此外，ECD對(duì)樣品凈化程度要求也較高。隨著多組分檢測(cè)趨勢(shì)的形成，考慮到衍生化過程的繁瑣，目前該方法已較少采用。

FID屬于選擇性檢測(cè)器。在多數(shù)情況下，無需衍生化處理，簡(jiǎn)單快速，已成功用于地表水、海水和工業(yè)廢水 ［52］及土壤 ［22］等地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚的測(cè)定。孫劍奇等 ［53］用溶劑萃取-氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)飲用水中的多種微量揮發(fā)酚，檢出限低至0.094 ng/mL。張?jiān)虑俚?［54］利用環(huán)糊精的手性識(shí)別特性，用自制的環(huán)糊精毛細(xì)管色譜柱成功將甲酚3種異構(gòu)體分離，然而自制柱因制作耗時(shí)、繁瑣而逐漸被淘汰。GC-FID和GC-ECD僅僅依靠色譜峰的保留時(shí)間進(jìn)行定性分析，對(duì)于保留時(shí)間相近的共流出組分，難以作出準(zhǔn)確判斷。

GC-MS是將具有強(qiáng)大分離功能的色譜儀與具有準(zhǔn)確鑒定和定量能力的質(zhì)譜儀聯(lián)用，在提供色譜峰保留時(shí)間的同時(shí)，還可根據(jù)質(zhì)譜圖獲取待測(cè)組分的分子結(jié)構(gòu)信息 ［55］。選取1個(gè)主離子和1～2個(gè)次離子作為特征離子，通過與標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對(duì)比后實(shí)現(xiàn)定性分析，對(duì)主離子峰面積積分后實(shí)現(xiàn)定量分析。該方法排除了干擾物，解決了單靠保留時(shí)間定性的不確定性缺陷，擴(kuò)大了檢測(cè)范圍，使分析結(jié)果更加可靠。用選擇離子掃描(SIM)質(zhì)譜檢測(cè)方式，通過增大掃描頻率，大大提高了分析的靈敏度。已有研究者 ［23，28-29］用GC-MS/SIM分別檢測(cè)了土壤、垃圾滲濾液等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境樣品中的痕量氯酚、苯酚及甲酚等揮發(fā)酚，方法快速簡(jiǎn)便、干擾小、靈敏度高、檢出限低。而楊麗莉等 ［56］將該技術(shù)擴(kuò)展到空氣中痕量苯酚、甲酚等污染物的測(cè)定，最低檢測(cè)濃度為0.001 mg/m 3，實(shí)現(xiàn)了低采樣量、高靈敏度的痕量組分檢測(cè)。目前，GC-MS技術(shù)已用于揮發(fā)酚的排查和含量測(cè)定，成為現(xiàn)代揮發(fā)酚檢測(cè)的重要技術(shù)。

3.2.2　液相色譜法　近些年，液相色譜技術(shù)(Liquid chromatography，LC)發(fā)展較快。雖然LC更適用于高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差及高分子量有機(jī)物的測(cè)定，但其預(yù)處理無需衍生化便可直接分析，吸引著一些研究人員在揮發(fā)酚檢測(cè)方面不斷探索。

LC操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好。在分離度方面，酚羥基的易電離性使生成的離子與分子在固定相中有雙重保留機(jī)制，導(dǎo)致峰形嚴(yán)重拖尾，使性質(zhì)相近的酚分離性能不佳。通過改變流動(dòng)相組成、采用梯度淋洗優(yōu)化色譜分離條件，抑制酚的電離，在分離效果和峰形上均得到改善 ［57］;與GC中自制的環(huán)糊精毛細(xì)管柱相比，LC僅在流動(dòng)相中加入β-環(huán)糊精便可實(shí)現(xiàn)甲酚3種異構(gòu)體的分離，操作簡(jiǎn)單 ［58］。在靈敏度方面，Gonzalez-Toledo等 ［59］用固相微萃取-液相色譜-二極管陣列檢測(cè)器測(cè)定河水中的揮發(fā)酚，檢出限為1.0 μg/L，未達(dá)到水質(zhì)中痕量揮發(fā)酚的檢測(cè)要求; Penalver等 ［60］將紫外檢測(cè)器和電化學(xué)檢測(cè)器相連接，使檢出限降低至0.015 μg/L。目前，高效液相色譜(HPLC)已應(yīng)用于水質(zhì)和土壤中揮發(fā)酚的定性和定量分析 ［61］，檢出限最低可達(dá)13 μg/kg ［8］和3 ng/L ［24］。隨著近年來關(guān)于LC檢測(cè)揮發(fā)酚的報(bào)道增多，LC方法有望在大量樣品揮發(fā)酚檢測(cè)中得到普及。

除上述色譜法外，采用離子色譜 ［62］、毛細(xì)管電色譜 ［34］及毛細(xì)管電泳 ［17］等技術(shù)檢測(cè)揮發(fā)酚也有報(bào)道。與GC和LC相比，這些方法在分離效率、分離時(shí)間或靈敏度等方面有一定優(yōu)勢(shì)，但目前尚未廣泛推廣應(yīng)用。

3.3　其他分析方法

化學(xué)分析法和色譜法多需要復(fù)雜的樣品預(yù)處理和大型分析儀器，因此將生物技術(shù)用于化學(xué)物質(zhì)的分析逐漸被關(guān)注。電化學(xué)測(cè)酚中，將絡(luò)氨酸酶、過氧化物酶(如辣根過氧化物酶等)等作為敏感材料用于制備生物傳感器，在酶的催化下，揮發(fā)酚分子作為電子供體迅速與氧反應(yīng)生成苯醌，利用苯醌在電極上還原時(shí)產(chǎn)生的電流測(cè)定酚的濃度。在測(cè)定水中揮發(fā)酚時(shí)響應(yīng)時(shí)間僅為2 s ［63］;通過對(duì)生物傳感器制備和操作條件的優(yōu)化，使廢水中苯酚和對(duì)甲酚的檢出限分別達(dá)到1.5×10 -8mol/L和7.1×10 -8mol/L ［64］。該方法選擇性高，快速簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，尤其適合在線應(yīng)急監(jiān)測(cè)，但對(duì)于酶發(fā)揮活性作用的實(shí)驗(yàn)條件要求較高，且生物傳感器在穩(wěn)定性和使用壽命等方面存在缺陷，目前仍處于探索階段，在實(shí)際檢測(cè)中少見應(yīng)用。

綜上所述，4-氨基安替比林分光光度法、紫外和熒光分光光度法以及溴化容量法等化學(xué)分析法主要應(yīng)用于水質(zhì)中揮發(fā)酚的總量分析，方法簡(jiǎn)單，儀器和試劑價(jià)格相對(duì)低廉，其中4-氨基安替比林分光光度法至今仍是使用最多的方法。但是化學(xué)分析法無法實(shí)現(xiàn)揮發(fā)酚單體的定性分析，由于靈敏度較低，對(duì)痕量揮發(fā)酚的檢測(cè)困難，當(dāng)前仍多用于高濃度揮發(fā)酚樣品的分析。隨著多組分檢測(cè)趨勢(shì)的形成，氣相色譜法和液相色譜法等色譜分析法逐漸應(yīng)用于空氣、水質(zhì)、土壤和沉積物中揮發(fā)酚種類的排查和組分含量的測(cè)定。液相色譜法由于其主要用于高沸點(diǎn)、高分子量化合物檢測(cè)的局限，目前尚未被廣泛使用。酚生物傳感器等其他分析方法在揮發(fā)酚檢測(cè)領(lǐng)域存在較大的研究空間，但現(xiàn)在仍處于研究階段，甚少被實(shí)際應(yīng)用。氣相色譜法適用于揮發(fā)酚易揮發(fā)、較穩(wěn)定的特性，且具有靈敏度高、分離度好、分析速度快及適合不同基質(zhì)樣品分析等特點(diǎn)而成為目前應(yīng)用最為廣泛的檢測(cè)方法，也是現(xiàn)在地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚測(cè)定的主要檢測(cè)技術(shù)。

4　展望

關(guān)于地質(zhì)環(huán)境樣品中揮發(fā)酚分析技術(shù)的研究越來越受到相關(guān)研究人員的關(guān)注。從揮發(fā)酚總量分析向揮發(fā)酚單體分析發(fā)展，從經(jīng)典的化學(xué)分析向更高精密度和靈敏度的儀器分析發(fā)展，從預(yù)處理與檢測(cè)分步實(shí)施向自動(dòng)化與一體化的在線分析發(fā)展，將成為該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。研發(fā)效率高、專一性強(qiáng)的新型萃取材料和樣品預(yù)處理方法，研發(fā)靈敏準(zhǔn)確、精密度高的痕量揮發(fā)酚自動(dòng)化在線檢測(cè)技術(shù)，將成為關(guān)注的研究重點(diǎn)。最終將建立適用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境樣品中多種痕量揮發(fā)酚測(cè)定的分析方法，為揮發(fā)酚的遷移、轉(zhuǎn)化、保留機(jī)制及毒性機(jī)理研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供更加可靠的技術(shù)支撐。