付正偉,霍宗利,楊 紅*

(1.東南大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院,南京 210009;2.江蘇省疾病預(yù)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(chǎn)生[4],以及飲用水消毒處理和城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)長距離供水網(wǎng)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(yīng)[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(dǎo)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(nèi)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(yīng)。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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)GB 5749－2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》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(zhǔn)確測定,也有助于對水體中CPs消解和轉(zhuǎn)歸機制進行研究。因此,本工作從分光光度法、色譜法及質(zhì)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(yīng)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(shè)備要求不高,適用范圍廣,預(yù)處理蒸餾也可適用于多種水體基質(zhì)的測定,但也存在顯色劑純度不高、保存時易氧化變質(zhì)、樣品測定不迅速導(dǎo)致結(jié)果偏低等問題。另外,CPs是多種結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),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(jié)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(fù)合材料,根據(jù)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(fù)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(zhuǎn)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(yù)富集和快速測定。隨著各種檢測技術(shù)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(yīng)用于現(xiàn)場水樣中CPs的應(yīng)急檢測。

2 色譜法及質(zhì)譜法

2.1 氣相色譜法

CPs大部分為極性物質(zhì),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]、酰化[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(biāo)法定量。試驗中液液萃取對設(shè)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(zhì),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(shù)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(zhì)。

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(jié)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(xué)的理念。隨著綠色分析化學(xué)的理念被不斷倡導(dǎo),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(shù)是未來液液萃取發(fā)展的趨勢。

張權(quán)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(zhì)背景復(fù)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(yīng)用前景。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

近年來氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,質(zhì)譜儀彌補了通用型檢測器定性不夠準(zhǔn)確的缺點,且靈敏度更高,并可以提供化合物的結(jié)構(gòu)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(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),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(zhì)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(fù)合材料涂層用于頂空固相微萃取,經(jīng)氣相色譜-質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(jié)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(nèi)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(fù)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(xué)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(nèi)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(jié)合反離子和電解質(zhì)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(nèi)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(xué)的要求。

2.4 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)無需繁瑣的前處理過程,一般可直接進樣,操作簡單,定性準(zhǔn)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(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)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(biāo)回收率為86.4%～99.1%,日內(nèi)RSD和日間RSD分別為0.8%～8.2%和1.7%～8.7%。質(zhì)譜定性能力強,結(jié)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(yīng)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(fù)合材料(PGO-MILN)用于高效磁固相萃取,結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)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(guān)系數(shù)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(nèi)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(zhì)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(fù)雜基質(zhì)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(zhì)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(nèi)完全分離,檢出限分別為0.05,0.05,0.1,0.08 mg·L－1,在線質(zhì)譜技術(shù)實時監(jiān)測反應(yīng)物和中間體,并且不受到其他物質(zhì)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(shù)。

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(shù)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(shù)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(yù)濃縮策略,結(jié)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(yù)濃縮技術(shù)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(shù)與毛細管電泳結(jié)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(fù)雜。

4 檢測方法數(shù)據(jù)匯總

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

表1 (續(xù))

5 總結(jié)與展望

隨著飲水氯化消毒的普及,痕量消毒副產(chǎn)物對人體的危害不斷被重視,人們對氯酚類化合物性質(zhì)、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(yù)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(shù)不同方向發(fā)展的精細化,分光光度法逐漸向現(xiàn)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(fù)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(shù)。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(fù)雜水體中痕量級和超痕量級多種CPs的同時分離測定。質(zhì)譜定性準(zhǔn)確,不同電離方式響應(yīng)存在差異,正在開發(fā)更靈敏的電離方式和同分異構(gòu)體分離的質(zhì)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(shù)。隨著多學(xué)科不斷的融合發(fā)展,多種分析技術(shù)的聯(lián)用,離子色譜法、分子印跡及生物分析法等檢測技術(shù)的多樣化,新型技術(shù)的開發(fā)將會給CPs的測定提供更多更好的選擇。