水中松節(jié)油分析方法的對比

何 麗，譚 麗

（1.甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站，甘肅 蘭州 730020；2.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012）

松節(jié)油，是一種精油，也是重要的工業(yè)原料，是通過蒸餾或其他提取方法從松柏科植物的松脂所提取的揮發(fā)油。中國是生產(chǎn)松節(jié)油的主要國家之一，松節(jié)油主要組分為α-蒎烯（50%～85%）和β-蒎烯（5%～49%），還含有少量對傘花烴、檸檬烯、長葉烯等[1]。除部分藥用價值外，更是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，廣泛用于油漆、催干劑、膠黏劑等，會隨工業(yè)廢水的排放對水環(huán)境造成一定危害[2]。松節(jié)油對人體有一定危害，高濃度的松節(jié)油會引起心肌損害甚至猝死[3-4]。

在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)集中式生活飲用水地表水源地特定項目中規(guī)定了包含松節(jié)油在內(nèi)的80項標(biāo)準(zhǔn)限值[5]，開展的集中式生活飲用水源地監(jiān)督性監(jiān)測中包含松節(jié)油的監(jiān)測。目前測定水中松節(jié)油的國家標(biāo)準(zhǔn)方法有3種，分別為《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法第8部分：有機(jī)物指標(biāo)》（GB/T 5750.8—2023）[6]、《水質(zhì) 松節(jié)油的測定 氣相色譜法》（HJ 696—2014）[7]和《水質(zhì)松節(jié)油的測地吹掃捕集/氣相色譜-質(zhì)譜法》（HJ 866-2017）[8]，前2種方法都是液液萃取-氣相色譜法（FID），萃取溶劑分別為二硫化碳和二氯甲烷。樣品的前處理對于有機(jī)物的分析測試起著關(guān)鍵性的作用，樣品前處理的好壞對于提高水樣中有機(jī)物分析的靈敏度至關(guān)重要[9]。頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法和吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法對揮發(fā)性有機(jī)污染物分析有明顯優(yōu)勢，沒有復(fù)雜的前處理，靈敏度高，近幾年相關(guān)研究很多。文章對水中松節(jié)油的3種分析方法進(jìn)行比較并總結(jié)特點(diǎn)，使監(jiān)測人員能更好地了解各方法的特點(diǎn)，并在實(shí)際工作中根據(jù)情況選用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器與試劑

Agilent7890A氣相色譜儀，配有氫火焰離子化（FID）檢測器，HP-5（30 m×0.25 mm×1.4 μm）色譜柱。OI 4660型吹掃捕集系統(tǒng)，Agilent6890GC/5973MSD，配Agilent DB-624（30 m×0.25 mm×1.4 μm）色譜柱。Agilent CTC 自動進(jìn)樣器-頂空進(jìn)樣系統(tǒng)，Agilent7890GC/7000MSD，配Agilent DB-35MS（30 m×0.25 mm×1.4 μm）色譜柱。

松節(jié)油標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號HS-004S，濃度500 mg/L，百靈威公司；內(nèi)標(biāo)：1，4-二氯苯-d4（2000 mg/L），配制成10 mg/L 溶液；甲醇，色譜純；二氯甲烷，色譜純；氯化鈉，分析純；實(shí)驗(yàn)用水為不含松節(jié)油的純水；99.999%的氮?dú)猓?9.999%的氦氣；氫氣和空氣。

250mL分液漏斗，10mL容量瓶，40mL吹掃瓶，20mL頂空瓶。10 μL、50 μL、100 μL微量注射器。

1.2 儀器條件

1.2.1 液液萃取-氣相色譜法

氣相色譜條件：進(jìn)樣口溫度230 ℃；進(jìn)樣1 μL；不分流進(jìn)樣；柱溫箱采用程序升溫，60 ℃（1 min）110 ℃（1 min）230 ℃（5 min）；N2流量1 mL/min；H2流量30 mL/min；空氣流量300 mL/min；檢測器溫度260 ℃[7]。

1.2.2 吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法

吹掃捕集條件：吹掃進(jìn)樣體積5 mL；吹掃溫度：40 ℃；吹掃流量：40 mL/min；吹掃時間：11 min；脫附溫度：180 ℃；脫附時間：1 min；烘烤溫度：200 ℃；烘烤時間：15 min[8]。

氣相色譜/質(zhì)譜條件：進(jìn)樣口溫度230 ℃；分流進(jìn)樣（分流比5:1）；柱溫箱采用程序升溫，38 ℃（1 min）230 ℃（3 min）；載氣（He）流量1 mL/min；輔助加熱器250 ℃；全掃描（SCAN）采集，掃描范圍為35～300 amu。

1.2.3 頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法

頂空條件：載氣壓力0.5 kPa；平衡溫度70 ℃；平衡時間20 min；進(jìn)樣針溫度105 ℃；進(jìn)樣體積1000 μL；進(jìn)樣時間1 min；NaCl加入量3 g。

氣相色譜/質(zhì)譜條件：進(jìn)樣口溫度230 ℃；分流進(jìn)樣（分流比5∶1）；柱溫箱采用程序升溫，38 ℃（1 min）230 ℃；載氣（He）流量1 mL/min；輔助加熱器250 ℃；全掃描（SCAN）采集，掃描范圍為35～300 amu。

1.3 樣品采集與保存

采樣瓶在采樣前用甲醇和蒸餾水清洗，采樣時不用樣品進(jìn)行蕩洗。采樣時將樣品沿壁緩慢倒入棕色玻璃瓶至滿瓶，盡量減少攪動，防止松節(jié)油逸出，并避免將空氣氣泡引入采樣瓶，加蓋具聚四氟乙烯涂層密封墊的瓶蓋。樣品采集后冷藏運(yùn)輸回實(shí)驗(yàn)室，在4 ℃以下冷藏保存，48 h內(nèi)完成分析。采集的樣品中不能加酸。

1.4 分析方法

液液萃取-氣相色譜法：取100 mL水樣至250 mL分液漏斗中，加入2.5 gNaCl，溶解后加入10 mL二氯甲烷，振蕩放氣后置于振蕩器上劇烈振蕩5 min，靜置10 min分層后，收集二氯甲烷萃取液，定容至10 mL，取1 mL萃取液經(jīng)帶氫火焰離子化檢測器的氣相色譜儀分析。萃取過程中出現(xiàn)乳化現(xiàn)象可用冰凍的方式消除。

吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法：取水樣加入40 mL帶具聚四氟乙烯螺旋蓋的玻璃瓶至充滿，加入內(nèi)標(biāo)溶液，用吹掃捕集器自動進(jìn)樣器取5 mL水樣進(jìn)入吹掃管吹掃，氣相色譜質(zhì)譜儀分析。

頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法：向頂空瓶中加入3.0 g NaCl，再量取10.0 mL待測水樣至頂空瓶中，加入內(nèi)標(biāo)溶液，快速壓緊瓶蓋后用頂空進(jìn)樣，氣相色譜質(zhì)譜儀分析。

2 結(jié)果和討論

2.1 頂空條件確定

頂空瓶中加入10.0 mL水樣，密閉頂空瓶，在一定溫度下，振搖頂空瓶，頂空瓶內(nèi)水樣中松節(jié)油向液上空間揮發(fā)，在氣液兩相達(dá)到熱力學(xué)動態(tài)平衡后，頂空瓶中上方氣體進(jìn)入氣相色譜分離后經(jīng)質(zhì)譜檢測，通過測定平衡氣相中松節(jié)油濃度，得出水樣中松節(jié)油的濃度。影響頂空效果的2個重要條件是平衡溫度和平衡時間，會影響揮發(fā)有機(jī)物進(jìn)入氣相的濃度，進(jìn)而影響方法靈敏度[10]。

平衡溫度影響松節(jié)油向液上空間的揮發(fā)速度，和氣液兩相間的分配系數(shù)，隨著溫度的升高，平衡速度加快，氣相中的松節(jié)油濃度增大。當(dāng)平衡時間為20 min時，取5個頂空瓶，平行配制5份1.0 mg/L的松節(jié)油標(biāo)準(zhǔn)溶液，設(shè)定平衡溫度為50、60、70、80、90 ℃，考察不同平衡溫度對松節(jié)油測定的影響。結(jié)果表明，隨著平衡溫度的升高，松節(jié)油響應(yīng)增大。頂空溫度為70 ℃時，測定松節(jié)油響應(yīng)較高，高于70 ℃時，水蒸發(fā)至液上空間，水蒸氣進(jìn)入儀器會對儀器造成損害，并影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，選擇頂空溫度為70 ℃。

平衡溫度為70 ℃時，分別設(shè)置平衡時間為10、20、30、40 min，研究平衡時間對松節(jié)油測定的影響。結(jié)果表明，隨著平衡時間延長，松節(jié)油響應(yīng)增大，當(dāng)平衡時間為20 min時，松節(jié)油峰面積達(dá)到較大，再延長平衡時間，峰面積無明顯變化。因此，選擇平衡時間為20 min。

加入NaCl能降低松節(jié)油在水中的溶解度，改善頂空效果。取6個頂空瓶，分別加入NaCl 0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g，再加入1.0 mg/L的松節(jié)油標(biāo)準(zhǔn)溶液，設(shè)定平衡溫度70 ℃，平衡時間20 min，考察NaCl的加入量對松節(jié)油測定的影響。結(jié)果表明，隨著NaCl加入量的增加，松節(jié)油峰面積增大，當(dāng)加入量超過3.0 g時峰面積不再增大，因此，選擇NaCl加入量為3.0 g。

2.2 色譜圖和校準(zhǔn)曲線

圖1、圖2、圖3分別是液液萃取-氣相色譜法、吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法、頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法分析松節(jié)油的色譜圖。松節(jié)油中α-蒎烯和β-蒎烯兩種組分含量之和在90%以上，3種分析方法下松節(jié)油主要組分α-蒎烯和β-蒎烯的色譜峰都完全分開，峰形好，能滿足定性和定量的要求。氣相色譜法將這2種

得到校準(zhǔn)曲線為：y=0.672 1x-0.018 9，r=0.999。高濃度系列為40.0、100、200、400、100 0 μg/L，得到校準(zhǔn)曲線為：y=0.923 1x-0.063 2，r=0.999 4。

頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制：用實(shí)驗(yàn)用水稀釋松節(jié)油標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別配制高、低2種濃度系列，以松節(jié)油濃度與內(nèi)標(biāo)物濃度的比值為橫坐標(biāo)，α-蒎烯和β-蒎烯定量離子的峰面積之和與內(nèi)標(biāo)物定量離子的峰面積比值為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線。低濃度標(biāo)準(zhǔn)系列為：2.0、4.0、10.0、20.0、40.0 μg/L，得到校準(zhǔn)曲線為：y=0.420 1x-0.007 4，r=0.999 5。高濃度系列為40.0、100、200、400、1 000 μg/L，得到校準(zhǔn)曲線為：y=0.635 4x-0.047 7，r=0.999。

3種方法分析松節(jié)油得到的校準(zhǔn)曲線線形都比較好。

2.3 方法檢出限/精密度和準(zhǔn)確度

液液萃取-氣相色譜法測定松節(jié)油，用二氯甲烷萃取時檢出限是0.03 mg/L，用二硫化碳萃取時檢出限是0.02 mg/L，吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法測定松節(jié)油的檢出限是0.000 5 mg/L。

計算頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法測定松節(jié)油的方法檢出限。按照1.2.3的分析條件，對加標(biāo)量為0.005 mg/L的空白加標(biāo)樣，進(jìn)行7次平行樣分析，計算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差S。根據(jù)方法檢出限的規(guī)定[11]：MDL=t（n-1，0.99）×S，計算方法檢出限，t值取3.143，得到檢出限0.000 8 mg/L?？梢詽M足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中松節(jié)油的分析要求。

采用3種分析方法對空白樣品和實(shí)際水樣進(jìn)行測定，測定結(jié)果均為未檢出，再分別對空白樣品和實(shí)際水樣進(jìn)行6次加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，使水樣中松節(jié)油濃度為0.1 mg/L和0.4 mg/L，測定加標(biāo)回收率。液液萃取氣相色譜法的加標(biāo)回收率在74.4%～110%，吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法的加標(biāo)回收率在80.0%～112%，頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法的加標(biāo)回收率在81.3%～109%。計算平均加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表1。由測定結(jié)果得出，3種方法精密度和準(zhǔn)確度良好，測定結(jié)果無顯著性差異，均能滿足分析要求，吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法和頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法的精密度和準(zhǔn)確度略優(yōu)于液液萃取-氣相色譜法，因?yàn)榍?種方法的校準(zhǔn)曲線為工作曲線，能減少分析誤差。

表1 空白和實(shí)際水樣中松節(jié)油測定及加標(biāo)回收率測定

2.4 方法效能對比

分別用3種方法測定地表水和地表水加標(biāo)樣品，通過松節(jié)油的加標(biāo)回收率考察不同前處理方式的提取效率。結(jié)果表明：液液萃取、吹掃捕集、頂空3種前處理方式對水中松節(jié)油的提取效率無顯著性差異。對方法性能進(jìn)行比較,結(jié)果表明3種方法精密度和準(zhǔn)確度均良好，無顯著性差異，相比液液萃取，吹掃捕集和頂空法取樣體積小，相對進(jìn)樣量大，方法檢出限低，前處理操作簡便。液液萃取法，用二硫化碳和二氯甲烷提取后檢查，均能滿足方法中質(zhì)量控制的要求。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)，3種測定方法均得到了滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，方法精密度和準(zhǔn)確度高，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）[12]中松節(jié)油的測定。液液萃取-氣相色譜法需要的儀器簡單，大多數(shù)監(jiān)測站都有，操作簡單、普適性高，濃縮倍數(shù)范圍大，但是分析時會產(chǎn)生假陽性，較臟的水體萃取中會發(fā)生乳化現(xiàn)象。吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法和頂空-氣相色譜法操作簡單，靈敏度更高，檢出限更低，分析過程不需要有機(jī)溶劑，自動化程度高。吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法比頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法靈敏度高，檢出限低，但吹掃捕集在分析高濃度樣品和較臟樣品時容易污染管路造成記憶效應(yīng),而頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法能避免這個問題。3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工作中，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器條件和水質(zhì)狀況選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測方法。