水體中氯酚類化合物測定方法的研究進展

付正偉,霍宗利,楊 紅*

(1.東南大學 公共衛(wèi)生學院,南京 210009;2.江蘇省疾病預防控制中心,南京 210009)

氯酚類化合物(CPs)是氯原子取代苯酚苯環(huán)上的氫原子形成的一類化合物的總稱。水體中CPs主要來源于煉油、造紙、化工等行業(yè)中工業(yè)廢水的不合理排放[1-2],生活中殺蟲劑、除草劑和木材防腐劑的廣泛使用[3],水體中腐殖酸氯化的產生[4],以及飲用水消毒處理和城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)長距離供水網二次加氯[5]過程中酚類化合物與無機氯發(fā)生的酶促鹵代反應[6]等。

CPs雖然在水體中的含量為痕量級和超痕量級[7],但因其難降解、脂溶性強而具有高生物富集性[8],會導致持久性有機物污染。生活中長期飲用含有CPs的水會引起頭暈、瘙癢、貧血等癥狀,使機體發(fā)生氧化損傷[9]、內分泌干擾[10]、生殖系統(tǒng)損傷[11]等,且部分CPs已被證實具有致畸、致癌、致突變效應。美國環(huán)境保護署(EPA)將包括2-氯苯酚(2-CP)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)和五氯苯酚(PCP)在內的11種苯酚類和甲酚類化合物列為優(yōu)先污染物,我國也將2,4-DCP、2,4,6-TCP、PCP 列為水中優(yōu)先控制污染物,國家標準GB 5749－2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》規(guī)定了2,4,6-TCP、PCP的限值分別為0.2,0.009 mg·L－1。隨著人們對CPs危害認知的不斷加深,建立CPs的檢測方法不僅可以對水體中CPs進行快速準確測定,也有助于對水體中CPs消解和轉歸機制進行研究。因此,本工作從分光光度法、色譜法及質譜法、毛細管電泳法等方面綜述了近幾年CPs分析方法的研究進展,以期為后續(xù)檢測方法的優(yōu)化和研發(fā)提供借鑒。

1 分光光度法

分光光度法應用于CPs 的檢測已有三十多年[12-13],該方法快速、簡便、易行,儀器設備要求不高,適用范圍廣,預處理蒸餾也可適用于多種水體基質的測定,但也存在顯色劑純度不高、保存時易氧化變質、樣品測定不迅速導致結果偏低等問題。另外,CPs是多種結構相似的物質,并不都為揮發(fā)酚(沸點230 ℃以下為揮發(fā)酚),其中2,3,4,5-四氯苯酚(2,3,4,5-TeCP)、2,3,4,6-四氯苯酚(2,3,4,6-TeCP)、2,3,5,6-四氯苯酚、PCP、三氯生等為不揮發(fā)酚,即此方法只能檢測出水體中部分CPs含量。

目前蒸餾后4-氨基安替比林分光光度法是測定水中揮發(fā)酚較常用的方法。劉志明[14]在pH(10.0±0.2)的氨水-氯化銨緩沖液中,以低毒的體積比為1∶9的乙醇-乙醚混合溶液提純后的4-氨基安替比林為顯色劑,以過硫酸銨溶液代替鐵氰化鉀溶液作為氧化劑,用三氯甲烷萃取,可有效降低空白測定管的吸光度,改進后方法更加環(huán)保高效,且精密度、回收率高,能適用于飲用水中CPs總量的檢測。TABARAKI等[15]首次用鹽析輔助液液萃取與分散液液微萃取相結合的方法提取濃縮苯酚、4-氯苯酚(4-CP)和2,4-DCP,并采用紫外-可見分光光度法測定,該方法分析快速,成本低,提取效率高。李曉霞[16]通過溶膠-凝膠聚合法制成一種特異性的碳點-分子印跡復合材料,根據2,3,4,6-TeCP 的熒光增強作用,建立一種能快速高效、特異性識別2,3,4,6-TeCP的方法,但碳點的合成表征和分子印跡聚合物的制備復雜,不適用于常規(guī)檢測。流動注射分光光度法[17-18]則更適用于大批量樣品的測定,可自動連續(xù)分析、在線富集轉化、使用有機溶劑少且省時省力。

分光光度法可用于實際樣品中CPs的預富集和快速測定。隨著各種檢測技術的不斷發(fā)展以及檢測方向的不斷細化,分光光度法逐漸應用于現場水樣中CPs的應急檢測。

2 色譜法及質譜法

2.1 氣相色譜法

CPs大部分為極性物質,衍生化處理可以使CPs極性更低、揮發(fā)性更強,并可提升色譜的分離能力,但存在步驟繁瑣、易造成二次污染等問題。氣相色譜法中常用的衍生化方法有硅烷化[19]、?；痆20]、酯化、烷基化等,其中乙酸酐是較常用的衍生劑,毒性小,耗時短且操作簡單。

張鳴珊等[21]以體積比2∶1 的二氯甲烷-正己烷混合液凈化水樣,用二氯甲烷和乙酸乙酯混合液進行萃取,氮吹富集濃縮后采用氫火焰離子化檢測器-氣相色譜法分析,外標法定量。試驗中液液萃取對設備和操作要求較為簡單,萃取率、回收率高,但步驟繁瑣,不利于大批量樣品的處理,常用萃取溶劑如二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷都是高揮發(fā)性有毒可燃性的物質,對人體有害并容易造成二次污染。崔君等[22]采用體積比為8∶1的二氯甲烷-乙酸乙酯混合液萃取水樣后,五氟芐基溴衍生,優(yōu)化色譜參數后有較好的測定效果。但液液萃取步驟繁瑣,不利于大批量樣品的處理,常用萃取溶劑都是高揮發(fā)性有毒可燃性的物質。

TOBISZEWSKI等[23]以碳酸二乙酯分散液液微萃取2,4-DCP、2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)、2,4,6-TCP、2,3,4-三氯苯酚(2,3,4-TCP)、2,3,4,5-TeCP、2,3,4,6-TeCP和PCP,乙酸酐衍生化,采用電子捕獲檢測器-氣相色譜法檢測,結果顯示,方法滿足水體中CPs的檢測,同時使用無毒綠色的有機溶劑作為萃取溶劑,符合綠色分析化學的理念。隨著綠色分析化學的理念被不斷倡導,研究無毒、可再生、可回收降解的綠色萃取溶劑將是液液萃取的發(fā)展方向,開發(fā)單滴微萃取(SDME)[24]、室溫離子液體萃取(RTILE)、濁點萃取(CPE)[25]、分散液相微萃取(DLPME)[23]等新型萃取技術是未來液液萃取發(fā)展的趨勢。

張權等[26]采用頂空固相微萃取-氣相色譜法測定生活飲用水中的4 種CPs(2-CP、2,4-DCP、2,4,6-TCP、PCP)含量,整個試驗過程不使用有機溶劑,步驟簡單易于操作,適用于基層單位監(jiān)測生活飲用水中CPs的需要。王孝生等[27]采用硫酸二甲酯衍生化-頂空氣相色譜法測定環(huán)境水樣3種CPs,優(yōu)化色譜條件后能夠有效降低柱溫并減少水汽進入。與液液萃取相比,固相微萃取更加簡單,易于操作,省時省力,缺點是遇到基質背景復雜的待測水體需要挑選特定適合涂層材料的萃取頭。因此,制造出具有定向選擇性、高效耐用成本低的涂層纖維將是未來固相微萃取發(fā)展的方向。新型多孔材料的研究,如有序介孔碳[28]、共軛微孔聚合物[29]、金屬有機骨架[30]、分子印跡聚合物[31]等,為固相微萃取提供了更加廣泛的應用前景。

2.2 氣相色譜-質譜聯(lián)用法

近年來氣相色譜-質譜聯(lián)用技術的應用越來越廣泛,質譜儀彌補了通用型檢測器定性不夠準確的缺點,且靈敏度更高,并可以提供化合物的結構信息。

POKRYSHKIN 等[32]采用十八烷基吸附劑固相萃取、乙?；苌蜌庀嗌V-電子電離質譜聯(lián)用技術,測定海水中8 種CPs,回收率為85.0%～107.0%,檢出限為0.06～0.26 ng·L－1。LI等[33]利用氨基功能化有序介孔聚合物(OMP-NH2)制備的纖維涂層進行頂空固相微萃取,采用QP2010 Plus型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀檢測,方法檢出限低、線性范圍寬、富集因子高。自制的OMP-NH2材料萃取效率大大高于工業(yè)涂層,且纖維穩(wěn)定性高,可延長使用壽命。TAFAZOLI等[34]將實驗室自制的碳納米管/磁鐵礦/聚苯胺納米復合材料涂層用于頂空固相微萃取,經氣相色譜-質譜聯(lián)用法檢測,苯酚、4-CP、2,6-DCP、2,4,6-TCP的檢出限為0.008～0.07μg·L－1,動態(tài)線性范圍為0.01～500μg·L－1,相對標準偏差(RSD)為1.7%～7.2%。以上這些新型材料的開發(fā)目的是提升對目標分析物或特定種類化合物的選擇性和靈敏度,以及找到不易破碎、更穩(wěn)定的載體。

2.3 液相色譜法

液相色譜法是目前檢測水體中CPs的常見方法[35-39],無需衍生化,適用于測定沸點高、熱穩(wěn)定性差、極性高的CPs。液相色譜法通過改善色譜條件等能夠達到CPs的同時分離測定,與不同檢測器的結合也為液相色譜法提供了更多更好的選擇。

黃喜壽等[40]采用紫外檢測器-高效液相色譜法測定水樣中的2-CP、4-CP、2,4,6-三溴酚等酚類化合物,各組分能在18 min內完全分離且色譜峰峰形良好。該方法不需要前處理,各組分損失小,操作簡單快速,適用于水體中CPs的痕量分析。

冷俊等[41]通過固相萃取將1 L 水樣富集至1 mL,并用二極管陣列檢測器-高效液相色譜法測定水中7種CPs的含量,該方法中固相萃取效果較好,直接進樣,無需復雜的前處理過程,檢出限低,適用水體中CPs的檢測。CHONG 等[42]采用電化學輔助固相微萃取-微柱高效液相色譜(紫外檢測器)法測定CPs,用生物可降解的瓊脂糖凝膠盤作為微量萃取溶劑的固定器,該方法能在較短的時間內測定水樣中的CPs,快速且環(huán)保。SEEBUNRUENG等[43]采用超分子溶劑微萃取-高效液相色譜(二極管陣列檢測器)法測定水中苯酚、2-CP、2,4-DCP和2,4,6-TCP等7種酚類化合物的含量,試驗用十二烷基硫酸鈉陰離子膠束結合反離子和電解質鹽作為脫水劑,在溫和條件下進行微萃取,所有酚類可以在14 min內完全分離,并且整個試驗過程不需要加熱,無需有機溶劑,滿足綠色、可持續(xù)分析化學的要求。

2.4 液相色譜-質譜聯(lián)用法

液相色譜與質譜聯(lián)用技術無需繁瑣的前處理過程,一般可直接進樣,操作簡單,定性準確、靈敏度高。

陳曉紅等[44]采用實驗室自制的兩親性聚離子液體進行CPs的微萃取,結合液相色譜-串聯(lián)質譜法測定水中4-CP、2,4-DCP、2,4,5-三氯苯酚(2,4,5-TCP)、2,3,4,6-TeCP和PCP 等5種CPs的含量,檢出限為0.33～5.4 ng·L－1,加標回收率為86.4%～99.1%,日內RSD和日間RSD分別為0.8%～8.2%和1.7%～8.7%。質譜定性能力強,結合液相色譜高效的分離能力,對測定水體中微量有機物具有很好的應用前景。CAI等[45]合成了一種平面石墨烯氧化物的磁性離子液體納米復合材料(PGO-MILN)用于高效磁固相萃取,結合液相色譜-串聯(lián)質譜法測定水體中2-CP、2,4-DCP、2,4,6-TCP、2,3,4,6-TeCP和PCP等5種CPs的含量,線性范圍為10～500 ng·L－1,相關系數大于0.9994,檢出限和測定下限分別為0.2～2.6 ng·L－1和0.6～8.7 ng·L－1,日內RSD 和日間RSD 分別為0.6%～7.4%和0.7%～8.4%。莊立等[46]采用超聲輔助固相微萃取-超快速液相色譜串聯(lián)質譜法測定尿液中PCP的含量,方法簡便易行,樣品干擾少,適用于尿液等復雜基質中PCP的檢測。WU 等[47]采用二極管陣列檢測器-高效液相色譜法對苯酚、對苯醌、鄰苯二酚和對氯苯酚的含量進行了測定,并用在線分析電噴霧電離質譜(EESI-MS)分析研究Fe(Ⅵ)對高氯水體中苯酚的降解機制。試驗中苯酚、對苯醌、鄰苯二酚和對氯苯酚可以在9.7 min內完全分離,檢出限分別為0.05,0.05,0.1,0.08 mg·L－1,在線質譜技術實時監(jiān)測反應物和中間體,并且不受到其他物質的干擾,是未來監(jiān)測CPs消減機制的重要發(fā)展方向。

3 毛細管電泳法

毛細管電泳法分離效率高、分析快速、自動化程度高,但靈敏度較低,檢測水體中痕量及超痕量CPs需要配合有效的富集凈化技術。

MA 等[48]用離線分散液液微萃取耦合線上壓力輔助電動注射技術富集水樣中苯酚、2-CP、4-CP、2,4-DCP、2,6-DCP、2,4,6-TCP和PCP等7種酚類化合物,并用二極管陣列檢測器-毛細管電泳法進行分離測定。該方法富集系數高,線性范圍寬,適用于實際水樣中痕量CPs的測定。GAO 等[49]基于場放大進樣在線預濃縮策略,結合紫外檢測器-毛細管區(qū)帶電泳法測定水樣中2-CP、4-CP、2,4-DCP、2,6-DCP、2,4,6-TCP等5種CPs,該方法操作簡單,自動化程度高,富集性好,靈敏度高,場放大進樣的預濃縮技術可以克服紫外檢測器分析低含量樣品時靈敏度不夠的缺點。LU 等[50]以2,4,6-TCP為模板,采用沉淀聚合法制備分子印跡聚合物并用于分散固相萃取,二極管陣列檢測器-毛細管電泳法測定水樣中6種CPs的含量,該方法將分子印跡技術與毛細管電泳結合起來,可提高萃取效率,但制備表征分子印跡聚合物過程較為復雜。

4 檢測方法數據匯總

本工作將上述具有代表性的檢測方法數據進行匯總,包括樣品基質、前處理方法、檢出限、回收率等,如表1所示。

表1 (續(xù))

5 總結與展望

隨著飲水氯化消毒的普及,痕量消毒副產物對人體的危害不斷被重視,人們對氯酚類化合物性質、危害機制的認識不斷加深,正在努力探索更加快速、安全、污染小的測定方法,這也是預防、控制水體中污染物的迫切需要。

近些年CPs檢測方法相較之前擁有了更低的檢出限和更好的穩(wěn)定性。紫外-可見分光光度法簡便易行,流動注射分光光度法分析自動連續(xù),適用于大批量樣品的測定,缺點是不能分離待測組分,只能測定水體中總揮發(fā)酚的含量。隨著檢測技術不同方向發(fā)展的精細化,分光光度法逐漸向現場水樣的便攜性快檢發(fā)展。氣相色譜法雖然能夠分離水體中的CPs,但是大多需要復雜的衍生化,前處理過程也存在提取凈化不完全、操作繁瑣、使用大量有機溶劑等問題,目前正在研發(fā)磁固相萃取、有機共價骨架薄膜萃取等更加簡便、快速、綠色、高效的新型前處理技術。液相色譜也發(fā)展出特異性的C18柱、陰離子柱、混合柱等色譜柱,適用于檢測復雜水體中痕量級和超痕量級多種CPs的同時分離測定。質譜定性準確,不同電離方式響應存在差異,正在開發(fā)更靈敏的電離方式和同分異構體分離的質譜檢測器。毛細管電泳本身靈敏度低,需要富集等問題也在探索更優(yōu)異的富集技術。隨著多學科不斷的融合發(fā)展,多種分析技術的聯(lián)用,離子色譜法、分子印跡及生物分析法等檢測技術的多樣化,新型技術的開發(fā)將會給CPs的測定提供更多更好的選擇。