甘志永，李艷榮，徐 蕾，李克成

（1.江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 徐州 221018；2.汶上縣第一中學(xué)，山東 濟(jì)寧 272500）

0 引言

酚類化合物是一類廣泛用于印染、煉焦、制藥、日化、石化、農(nóng)藥等行業(yè)的化工原料，包括甲酚類、氯酚類、硝基酚類、苯酚類等，具有很強(qiáng)的毒性，在水中達(dá)到一定濃度可致使魚類死亡[1-2]。由于酚類化合物的廣泛使用，因此在環(huán)境要素中已經(jīng)廣泛存在，嚴(yán)重影響人民健康。目前，我國頒布的GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 表3 和GB—T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 表2 對2，4，6-三氯酚和五氯酚，GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》表3 對2，4-二氯酚、2，4，6- 三氯酚和五氯酚都給出了標(biāo)準(zhǔn)限值，要求對水體中的酚類污染物進(jìn)行監(jiān)測和控制。

目前，水中酚類污染物的監(jiān)測方法主要有氣相色譜法[3-5]、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[6-9]、液相色譜法[10]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[11]等，所用的前處理方法主要有液液萃取法[4，6]、固相萃取法[6，9-11]、固相微萃取法[3，5，8]、衍生法[3，6]、頂空法[7]等。大多使用大量有機(jī)溶劑，且步驟繁瑣。固相微萃?。⊿olid Phase Microextraction，SPME）是在固相萃取技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的前處理技術(shù)，經(jīng)過不斷發(fā)展，技術(shù)逐步成熟，其根據(jù)“相似相溶”原理，利用涂層玻璃纖維直接對目標(biāo)化合物進(jìn)行富集[12-13]，方便、快捷、綠色。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，串聯(lián)質(zhì)譜檢測器（MS/MS）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分析測試領(lǐng)域[14-18]，相比于單桿質(zhì)譜，具有抗基體干擾能力強(qiáng)，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)[16-18]。

GB/T 5750.10—2006 《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 消毒副產(chǎn)物指標(biāo)》（12.2），使用膜厚為85 μm 的聚丙烯酸酯（PA）萃取頭，在酸性條件下，利用頂空固相微萃取-氣相色譜法測定了生活飲用水及其水源水中的2，4，6-三氯苯酚和五氯酚2 種污染物，本方法在頂空固相微萃取方法原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的串聯(lián)質(zhì)譜檢測技術(shù)，開發(fā)了頂空固相微萃取-氣相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法測定水中14 種酚類污染物的檢測方法，既避免了氣相色譜法采用保留時(shí)間定性帶來的基體干擾或者假陽性問題，又進(jìn)一步提高了檢測的靈敏性，且具有操作簡單，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

安捷7890B-7000C 氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀 （美國Aglient Technologies 公司），配置Combi PAL 自動進(jìn)樣器（瑞士CTC 公司，帶自動固相微萃取進(jìn)樣模塊）；20 mL 頂空瓶（與CTC 自動進(jìn)樣器配套，美國Agilent Technologies 公司）；HP-5MS色譜柱 （30 m × 0.25 mm × 0.25 μm，美國Aglient Technologies 公司）。3 種SPME 萃取纖維頭 （美國Supelco 公司），涂層分別為100 μm 聚二甲基硅氧烷（PDMS）、85 μm 聚丙烯酸酯（PA）和85 μm CAR/聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS），超純水機(jī)（艾柯公司）。

14 種苯酚類標(biāo)準(zhǔn)溶液 （1 000 mg/L，介質(zhì)異丙醇，Ultra Scientific）苯酚（BP），2-氯苯酚（2-CP），2-甲酚（2-MP），3-甲酚（3-MP），4-甲酚（4-MP），2，4-二甲酚（2，4-DMP），2，4-二氯苯酚（2，4-DCP），4-氯苯酚（4-CP），2，6-二氯苯酚（2，6-DCP），2，4，6-三氯苯酚（2，4，6-TCP），2，4，5-三氯苯酚（2，4，5-TCP），4-硝基苯酚（4-NP），2，3，4，6-四氯苯酚（2，3，4，6-TCP），五氯酚（PCP）；甲醇為色譜純（美國Tedia 公司）；NaCl（優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；1 mol/L 稀鹽酸溶液。

1.2 HS-SPME 操作步驟及參數(shù)

取水樣10.00 mL 于20 mL 頂空瓶中，加入3.6 g NaCl 充分溶解，然后加入0.5 mL 稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)水樣pH 值為酸性；頂空平衡溫度：70 ℃；頂空平衡時(shí)間：40 min；攪拌速度：350 r/min；吸附時(shí)間：15 min；解析溫度：280 ℃；解吸時(shí)間：5 min。進(jìn)樣結(jié)束后，將萃取頭在另一進(jìn)樣口280 ℃下老化5 min。

1.3 色譜及質(zhì)譜參數(shù)

1.3.1 質(zhì)譜參數(shù)

14 種苯酚類化合物質(zhì)譜參數(shù)見表1。

離子源溫度為230 ℃；四級桿溫度為150 ℃；EI離子源；電離能量為70 eV；質(zhì)譜端接口溫度280 ℃；載氣為高純氦氣≥99.999%，流速1.0 mL/min；淬滅氣流速2.25 mL/min：碰撞氣為高純氮?dú)狻?9.999%；多重反應(yīng)監(jiān)測模式（MRM），溶劑延遲時(shí)間3 min。

1.3.2 色譜條件

進(jìn)樣口溫度280 ℃，不分流進(jìn)樣；升溫程序：初始溫度80 ℃（保持2 min），以8 ℃/min 升溫至200℃，以15 ℃/min 升溫至280 ℃；載氣為高純氦氣≥99.999%，流速為1.0 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取條件優(yōu)化

HS-SPME 的萃取效率受多種因素影響，萃取頭涂層的性質(zhì)、水樣的性質(zhì)、頂空瓶加熱溫度、平衡時(shí)間、吸附時(shí)間、解析時(shí)間和解析溫度等。本實(shí)驗(yàn)在GBT 5750.10—2006 《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 消毒副產(chǎn)物指標(biāo)》（12.2）方法的基礎(chǔ)上，對頂空瓶加熱溫度、平衡時(shí)間以及萃取頭的吸附時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和討論。用超純水配成質(zhì)量濃度為20.0 μg/L 的酚類化合物水樣，用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化。

2.1.1 頂空瓶加熱溫度

頂空溫度提高利于水中酚類的揮發(fā)，可以提高萃取效率，但是溫度過高會導(dǎo)致目標(biāo)化合物再次解析，取10.0 mL 已配制好質(zhì)量濃度20.0 μg/L 的酚類化合物水樣4 份，按照1.2 的操作步驟，分別在40，50，60，70，80 ℃進(jìn)行固相微萃取，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)同1.2，結(jié)果見圖1。由圖1 可以看出，隨著頂空溫度升高，萃取效率也逐步提高，當(dāng)溫度升到80 ℃時(shí)，萃取量增加不明顯，部分目標(biāo)物如苯酚、2-氯苯酚、2-甲酚、3-甲酚/4-甲酚等的萃取量反而呈現(xiàn)下降趨勢，因此選擇70 ℃為最佳頂空溫度。

圖1 萃取量隨頂空平衡溫度的變化

2.1.2 頂空瓶平衡時(shí)間

HS-SPME 過程包含2 個(gè)平衡狀態(tài)：①目標(biāo)物化合物從水相擴(kuò)散至氣相，達(dá)到氣液平衡狀態(tài)；②氣相中的目標(biāo)化合物被萃取涂層吸附，達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。由于不同化合物的沸點(diǎn)等理化性質(zhì)的差異，達(dá)到平衡狀態(tài)所需時(shí)間也不同。本實(shí)驗(yàn)討論了頂空瓶加熱平衡20，30，40，50，60 min 等5 個(gè)時(shí)間段目標(biāo)化合物的萃取量變化，操作步驟和其他參數(shù)同1.2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2 可以看出，從20 到40 min，隨著平衡時(shí)間延長，目標(biāo)化合物的萃取量升高，從40到60 min，萃取量變化不再明顯，在60 min 時(shí)少量化合物的萃取量反而小幅降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，頂空瓶在70 ℃下加熱40 min，目標(biāo)化合物基本達(dá)到氣液平衡狀態(tài)，考慮到樣品分析效率，選擇40 min 為平衡時(shí)間。

圖2 萃取量隨頂空平衡時(shí)間的變化

2.1.3 萃取頭吸附時(shí)間

萃取涂層對目標(biāo)化合物的吸附量，除了受吸附涂層和目標(biāo)化合物的性質(zhì)影響外，還受攪拌速度、環(huán)境溫度、吸附時(shí)間等因素的影響，本小節(jié)實(shí)驗(yàn)還是采用固定其他參數(shù)（同1.2），變化單因素吸附時(shí)間的方式，對吸附時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。選取5，10，15，20，25 min 5 個(gè)時(shí)間段進(jìn)行吸附時(shí)間參數(shù)優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3 可以看出，吸附時(shí)間15 min 后，隨著時(shí)間延長，萃取量增加很少，基本達(dá)到平衡狀態(tài)，少量目標(biāo)物在10 min 時(shí)就基本達(dá)到平衡狀態(tài)，因此選取15 min 為最優(yōu)萃取時(shí)間。

圖3 萃取量隨吸附時(shí)間的變化

2.1.4 關(guān)于其他參數(shù)

對于萃取頭的解析溫度、解析時(shí)間以及攪拌速度等參數(shù)，方法和文獻(xiàn)[3，8，18]已經(jīng)給與充分討論，本實(shí)驗(yàn)不再重復(fù)進(jìn)行，綜合考慮，選擇280 ℃下解析5 min，攪拌速度為350 r/min。

2.2 質(zhì)譜碰撞能量優(yōu)化

采用MS1Scan 模式，獲得各目標(biāo)化合物的全掃描質(zhì)譜圖，根據(jù)質(zhì)譜圖，選擇豐度最高的離子碎片作為母離子。打開碰撞氣，采用子離子掃描模式（Product ion），MS2 對母離子產(chǎn)生的子離子碎片進(jìn)行全掃描檢測，根據(jù)質(zhì)譜圖結(jié)果，選擇豐度較大的2 個(gè)碎片離子作為子離子。建立MRM 采集方法，按照由低到高的順序設(shè)置子離子的碰撞電壓，比較不同電壓下的離子豐度，選擇豐度最大的子離子作為定量離子，對應(yīng)電壓為優(yōu)化碰撞能量（Collision Energy），14 種酚類化合物的保留時(shí)間、定量、定性離子及優(yōu)化后的碰撞電壓見表1。MRM 總離子流見圖4。

圖4 總離子流

2.3 方法適用性驗(yàn)證

用純水配制5 個(gè)質(zhì)量濃度為2.0，4.0，8.0，20.0，40.0 μg/L 5 個(gè)的水樣，采用1.2 節(jié)的步驟和參數(shù)進(jìn)行分析，繪制濃度（x）- 峰面積（y）校準(zhǔn)曲線，14 種酚類化合物的回歸方程均具有較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r 均大于0.998，見表2。根據(jù)HJ 168—2010《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》[19]關(guān)于檢出限的計(jì)算方法，平行測定7 次空白低濃度加標(biāo)樣品，計(jì)算各目標(biāo)化合物的檢出限，14 種酚類化合物的檢出限在0.04 ～0.28 μg/L 范圍內(nèi)；選取一個(gè)地表水飲用水源地水樣，經(jīng)本方法測定，未檢出酚類污染物，然后用此水樣配制6 個(gè)加標(biāo)質(zhì)量濃度為2.0 μg/L的加標(biāo)水樣，經(jīng)測定，14 種酚類化合物的加標(biāo)回收率平均值范圍在83%～116%之間，6 次平行測定的RSD 范圍在2.3%～12.3%之間。

表2 方法的線性參數(shù)、檢出限、準(zhǔn)確度及精密度

3 結(jié)論

（1）在GBT 5750.10—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法消毒副產(chǎn)物指標(biāo)》（12.2）頂空固相微萃取的方法原理基礎(chǔ)上，利用目前先進(jìn)的HS-SPME-GCMS/MS 自動檢測儀器，開發(fā)了14 種酚類化合物新的檢測方法，本方法相比于氣相色譜法[3-4]，抗基體干擾能力強(qiáng)，可以避免假陽性結(jié)果的出現(xiàn)。

（2）采用自動進(jìn)樣方式，HS-SPME 法和GC-MS/MS 聯(lián)合在線完成分析測試，操作簡單，幾乎不需要樣品前處理過程，且避免了大量有機(jī)溶劑的使用，相比于現(xiàn)行的液液萃取和固相萃取[4，6]，更方便快捷、綠色環(huán)保。

（3）經(jīng)過方法適用性驗(yàn)證，此方法具有檢出限低、重復(fù)性好、靈敏度和準(zhǔn)確度高，能滿足水中酚類污染物的檢測要求。