頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用法分析水中兩種內(nèi)分泌干擾物

張軍安,霍海燕,趙欣,史曉慧

(河北省邯鄲生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,邯鄲 河北 056002)

當(dāng)前,環(huán)境內(nèi)分泌干擾物作為一種新污染物正逐步受到廣泛關(guān)注。內(nèi)分泌干擾物(Endocrine Disrupting Chemicals,即EDCs),也稱為環(huán)境激素(Environmental Hormone),是一種外源性干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì),是重要的環(huán)境污染物,廣泛存在于土壤和水體中,其進(jìn)入生物體內(nèi)后,對體內(nèi)激素產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,影響生物體內(nèi)環(huán)境和生長發(fā)育。烷基酚類化合物中,4-壬基酚和對特辛基苯酚是兩種典型的代表性激素,已被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)列入27種持久性有毒化學(xué)污染物之中。4-壬基酚(簡稱4-n-NP)和對特辛基苯酚(簡稱4-t-OP)均廣泛用于非離子表面活性劑,它們是烷基酚中最大宗的產(chǎn)品種類,也是石油化學(xué)工業(yè)和有機(jī)合成工業(yè)中最重要的中間體之一,同時它們也是環(huán)境激素中毒性最大、應(yīng)用很廣,最難被生物降解的污染物,能對生物內(nèi)分泌系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。

目前報道了不少分析水質(zhì)中烷基酚類內(nèi)分泌干擾物的方法,其中黃文平[1]采用固相萃取液質(zhì)聯(lián)用法分析了水中31種內(nèi)分泌干擾物,陳玲[2]建立了采用自動固相微萃取-氣相色譜法分析水中4-壬基酚。張文濤等[3]利用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用同時分析水中3種酚類化合物,Jin等[4]用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對水庫中4-辛酚、4-壬酚和雙酚A進(jìn)行同時測定。王靜[5]利用超高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析水中三種烷基酚類物質(zhì)。項(xiàng)萍[6]利用衍生法氣質(zhì)聯(lián)用分析了水中8種內(nèi)分泌干擾物。趙鋮鋮[7]固相萃取氣相色譜聯(lián)用分析污水中壬基酚。

通過頂空固相微萃取法萃取水中烷基酚類化合物,然后經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用儀解析、分離、檢測,該方法無需衍生,前處理環(huán)境友好無污染,操作簡便,靈敏度高,重現(xiàn)性好,適于水中4-壬基酚和對特辛基苯酚的快速分析,同時也為水中其他烷基酚類化合物的分析提供一種參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

安捷倫77890B-5977B氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司),固相微萃取裝置(美國Supelco公司),恒溫攪拌裝置(上海雷磁),4種固相萃取纖維頭(美國Supelco公司),涂層分別為聚二甲基硅氧烷涂層萃取纖維(PDMS 100 μm);聚丙烯酸酯涂層萃取纖維(PA, 85 μm);聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯涂層萃取纖維(PDMS /DVB,65 μm);Carboxen/聚二甲基硅氧烷涂層萃取纖維(Carboxen/PDMS,75 μm),20,40 mL帶聚四氟乙烯隔墊頂空瓶(美國Agilent公司)。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):4-正壬基酚:1 000 mg/L inmethanol(ANPEL公司);對特辛基苯酚:100 mg/L in methanol(ANPEL公司);試驗(yàn)用水為自制超純水。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

1.2.1 氣相色譜條件

色譜柱為HP-5MS石英毛細(xì)管柱 (30 m × 0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度:270 ℃;不分流進(jìn)樣;載氣:He;流速:1 mL/min;程序升溫:初溫80 ℃,以10 ℃/min升溫至200 ℃,再以10 ℃/min升溫至280 ℃,保持1 min。

1.2.2 質(zhì)譜條件

離子源:EI;轟擊電壓70 eV;傳輸線溫度:300 ℃;離子源溫度230 ℃;檢測器電壓0.9 kV;溶劑切割時間8.0 min;掃描方式:SIM;特征離子見表1。

表1 對特辛基苯酚、4-正壬基酚的保留時間和特征離子

1.2.3 HS-SPME條件

萃取涂層為PDMS /DVB(65 μm),首次使用前于氣相色譜進(jìn)樣口(270 ℃)內(nèi)活化30 min。移取10.00 mL水樣至20 mL頂空瓶中;萃取溫度為80 ℃;攪拌速度為250 r/min;萃取時間持續(xù)30 min;解吸溫度為270 ℃;解吸時間為6 min。

1.3 樣品的前處理

按照HJ/T 91和HJ/T 164中揮發(fā)性有機(jī)物的相關(guān)規(guī)定采集樣品,將樣品沿瓶壁慢慢導(dǎo)入40 mL的棕色樣品瓶,直至滿瓶,盡量減少攪動防止目標(biāo)物逸出,并避免將空氣泡引入采樣瓶中,然后迅速密封。準(zhǔn)確量取10 mL水樣移入頂空瓶中,迅速加蓋密封。加標(biāo)樣品振搖使之混合均勻,在80 ℃下攪拌平衡30 min后頂空萃取后進(jìn)樣分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 HS-SPME萃取條件的優(yōu)化

HS-SPME處理水樣時,萃取效率取決于多種因素,如萃取纖維涂層的極性與厚度、萃取的溫度與時間、攪拌速度、樣品的離子強(qiáng)度與pH值、解吸時間等。在10.0 mL超純水中加入4-正壬基酚和對特辛基苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液,配制成1.0 μg/L的水溶液,按一定步驟逐步優(yōu)化各項(xiàng)萃取參數(shù)。

2.1.1 萃取涂層的選擇

萃取涂層是決定 HS-SPME 成敗的關(guān)鍵因素,不同極性的涂層適合分析不同極性的化合物,而不同厚度的涂層則會影響目標(biāo)物的吸附容量與吸附時間。因此,首先固定其他參數(shù),對萃取涂層進(jìn)行優(yōu)化,萃取溫度80 ℃,萃取時間30 min,攪拌速度250 r/min,解吸時間5 min,隨后將含有4-正壬基酚和對特辛基苯酚的水溶液分別用PA(85 μm)、PDMS(100 μm)、PDMS/DVB(65 μm)、Carboxen/PDMS(75 μm)4種涂層進(jìn)行萃取,得到的峰面積如圖1所示。

圖1 萃取涂層對萃取效果的影響

從圖1可見,在 4種涂層中,PDMS/DVB(65 μm)的萃取效果最好,因?yàn)镻DMS為非極性涂層,比較適合萃取非極性或弱極性物質(zhì)。根據(jù)相似相溶原理,PDMS/DVB和4-正壬基酚和對特辛基苯酚這兩種物質(zhì)極性相似,而且復(fù)合涂層表面積大,篩孔多,吸附能力強(qiáng)。而PA則屬于極性涂層,僅適合處理極性物質(zhì)。

2.1.2 萃取溫度的優(yōu)化

萃取溫度對萃取的影響有兩面性:一方面升高溫度可以使揮發(fā)性的物質(zhì)更充分的揮發(fā)出來,并可以縮短達(dá)到吸附平衡的時間;另一方面升高溫度又會使揮發(fā)性物質(zhì)與涂層之間的分配系數(shù)下降[8],降低纖維頭的吸附量。本實(shí)驗(yàn)考察了40,50,60,70,80和90 ℃的系列萃取溫度對4-正壬基酚和對特辛基苯酚萃取效果的影響,保持其他條件不變進(jìn)行分離分析,結(jié)果見圖2。由圖2可見4-正壬基酚和對特辛基苯酚揮發(fā)量隨著萃取溫度升高初始時均明顯增加,但從80 ℃升至90 ℃,吸附量開始減少,所以最終確定萃取溫度為80 ℃。

圖2 萃取溫度對萃取效果的影響

2.1.3 萃取時間的優(yōu)化

SPME的最佳萃取時間應(yīng)該是揮發(fā)性成分在氣相和涂層兩相之間達(dá)到平衡的時間,此時分析的靈敏度和準(zhǔn)確度最佳。本實(shí)驗(yàn)選取10,20,30,40,50 min作為考察對象,其他條件不變并進(jìn)行分離分析,結(jié)果見圖3。由圖3可見萃取30 min即可獲得滿意效果。當(dāng)時間超過30 min,萃取物質(zhì)總峰面積反而降低,這是由于纖維涂層吸附已經(jīng)飽和,延長受熱時間影響了4-正壬基酚和對特辛基苯酚在固相與氣相、氣相與液相間的分配系數(shù)[9],從而導(dǎo)致目標(biāo)物在固相上的吸附量沒有增加反而減少,因此確定萃取時間為30 min。

圖3 萃取時間對萃取效果的影響

2.1.4 解析時間的優(yōu)化

考察了解析時間為1,2,3,4,5和6 min纖維頭吸附的4-正壬基酚和對特辛基苯酚的解析效果,保持其他條件不變進(jìn)行萃取以及分離分析,結(jié)果見圖4。

圖4 解析時間對萃取效果的影響

由圖4可見,當(dāng)解析時間達(dá)到6 min時,纖維涂層吸附的物質(zhì)已完全解析,不存在記憶效應(yīng),所以最終確定6 min作為解析時間。

2.2 方法驗(yàn)證

2.2.1 空白試驗(yàn)

本研究采用超純水作空白樣品,根據(jù)2.1節(jié)的優(yōu)化參數(shù), 對空白樣品進(jìn)行萃取,在1.2.1和1.2.2的氣相色譜和質(zhì)譜條件下進(jìn)行分離分析,其結(jié)果見圖5。

圖5 空白總離子流掃描色譜圖

圖6 4-正壬基酚、對特辛基苯酚選擇離子掃描色譜圖

由圖5可見,4-正壬基酚和對特辛基苯酚均未檢出,說明各操作環(huán)節(jié)并未引入目標(biāo)物污染。隨后從線性、檢出限、回收率、精密度等方面對整個方法進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)品的總離子流色譜圖

實(shí)驗(yàn)中以未檢出目標(biāo)物的超純水為溶劑,配制2種酚類化合物系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,在已優(yōu)化的萃取條件下進(jìn)行萃取,在1.2.1和1.2.2的氣相色譜和質(zhì)譜條件下進(jìn)行分離分析。標(biāo)準(zhǔn)溶液總離子掃描圖見圖 6。

2.2.3 方法的線性范圍、檢出限

用上述超純水配制5個質(zhì)量濃度為 0.05,0.1,0.2,0.5,1.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液水樣,采用1.2節(jié)的步驟和參數(shù)進(jìn)行分析,然后以酚類化合物的濃度為橫坐標(biāo)(x,μg/L)、峰面積為縱坐標(biāo)(y),繪制校準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明,2種酚類物質(zhì)的線性范圍為0.05～1.0 μg/L;以基線的3倍信噪比(S/N = 3)確定方法檢出限。具體結(jié)果見表2。

表2 方法線性參數(shù)及檢出限

2.2.4 方法的精密度、回收率

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,在超純水中加入一定量的2種酚類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,配制成不同質(zhì)量濃度水平的加標(biāo)樣品。按照第1.2.3節(jié)的前處理方法和第1.2節(jié)的色譜條件,對不同質(zhì)量濃度水平的樣品分別單獨(dú)測定6次,考察其精密度和回收率情況,結(jié)果見表3。從表3可以看出,各酚類化合物的加標(biāo)回收率為85.4%～103.1%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.2%～5.4%。

表3 方法加標(biāo)回收率及精密度(n=6)

2.3 實(shí)際樣品分析

地表水來自邯鄲市岳城水庫和南水北調(diào)干渠的南營村斷面,地下水來自邯鄲市羊角鋪村。水樣采集及預(yù)處理按照1.3節(jié)描述進(jìn)行。采用實(shí)際樣品加標(biāo)測定回收率評價方法準(zhǔn)確度。測定結(jié)果及回收率如表4所示,所有水樣均未檢出目標(biāo)物,水樣加標(biāo)0.4和0.8 μg/L,回收率 87.1%～91.4%。

表4 實(shí)際水樣分析結(jié)果及加標(biāo)回收率

3 結(jié)論

建立了頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用快速測定水中對特辛基苯酚和4-正壬基酚的方法。該方法具有較好的準(zhǔn)確度和精密度,具備操作簡單、無需溶劑、環(huán)境友好、無需衍生等特點(diǎn),適用于水中對特辛基苯酚和4-正壬基酚的快速測定。