頂空-固相微萃取箭型-氣相色譜串聯三重四級桿質譜法測定水中45種芳香族化合物

王 樊，楊創濤，彭 鷺，林 青

(廣東粵港供水有限公司，廣東深圳 518000)

芳香族化合物是現代化工重要的產物和原料，對人體具有“三致”效應。近年來，我國多次發生苯、硝基苯、苯酚和烷基酚等芳香族化合物污染水源事件。這些化合物通過供水系統時還會與消毒劑反應，產生毒性更強的鹵化衍生物，因此，供水企業除了需對常規的芳香族化合物，如苯、甲苯、酚類進行監測外，還需關注其各種鹵代衍生物，以便及時調整制水工藝。

芳香族化合物種類眾多，性質差異大，通常需根據沸點分組檢測。對于揮發性的化合物，通常采用頂空或吹掃捕集前處理技術聯合氣相色譜進行分析[1-3]；對于沸點較高的化合物，則采用液液萃取或固相萃取進行萃取濃縮富集，再通過氣相色譜或液相色譜進行檢測[4-7]，因此，檢測效率較低，難以滿足突發污染中高效檢測的要求。固相微萃取(SPME)集采樣、萃取、富集、進樣于一體，快速高效，對揮發性和半揮性有機物都有較好的富集效果，是一種針對芳香族化合物理想的前處理方式[8-10]。而固相微萃取箭型(SPME ARROW) 比常規的SPME有更多的吸附相表面積和體積，能吸附更多的樣品，富集效果更佳，將其與高靈敏、抗干擾能力強的氣相色譜串聯三重四極桿質譜(GC/MS/MS)相結合，能夠實現對復雜基質水樣中不同種類芳香族化合物高效靈敏的檢測，但目前還沒有相關方法的文獻報道。

本文將新型的頂空固相微萃取箭型技術HS-SPME ARROW與GC/MS/MS聯用，建立水中45種芳香族化合物的分析方法，具有靈敏度高、簡便快速、抗干擾能力強的優點，能提升供排水企業應對突發芳香族化合物污染事件的檢測能力。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜三重四級桿質譜儀(型號：Thermo ScientificTMTRACETM1300 GC TSQTM8000EVO)；色譜柱(型號：DB-WAX UI 60 m×0.25 mm×0.5 μm)；全自動箭型固相微萃取儀(型號：RTC PAL SPME ARROW)。

45種芳香族化合物定制標準溶液(SPEX CertiPrep，100 mg/L)，甲醇(色譜純)，氯化鈉(分析純，在450 ℃的馬弗爐中烘烤4 h，冷卻至室溫后裝入干凈的試劑瓶中密封保存)。

1.2 儀器條件

1.2.1 固相微萃取條件

萃取深度：22 mm；孵化溫度：70 ℃；孵化時間：5 min；萃取溫度：70 ℃；萃取時間：30 min；振搖速度：400 r/min；解吸時間：160 s。

1.2.2 氣相色譜條件

載氣：氦氣；流速：1.0 mL/min；進樣口：不分流模式，250 ℃；升溫程序：起始溫度為35 ℃，保持3.0 min，以8 ℃/min升至240 ℃，保持12.0 min。

1.2.3 質譜條件

離子源溫度：280 ℃；傳輸線溫度：280 ℃；電離方式：電子轟擊離子化；掃描方式：MRM，其他測定參數如表1所示。

1.3 試驗方法

在20 mL頂空瓶中加入3.0 g氯化鈉，準確移取10 mL水樣，擰上瓶蓋后置于自動進樣器，進行萃取分析。

表1 45種待測物的特征離子對和主要參數Tab.1 Characteristic Ion Pairs and Main Parameters of 45 Substances

2 結果和討論

2.1 固相微萃取條件優化

2.1.1 涂層材料的影響

通過對比PDMS、DVB/PDMS、Carbon WR/PDMS、Carbon WR/PDMS/DVB這4種涂層材料固相微萃取頭的萃取效果，發現相同色譜條件下，Carbon WR/PDMS涂層材料固相微萃取頭的吸附對象范圍較廣，出峰個數最多且絕大部分待測物的出峰面積較大，綜合萃取效果最好。因此，選擇Carbon WR/PDMS涂層材料固相微萃取頭對這45種物質進行萃取。

2.1.2 萃取時間的影響

適當延長萃取時間可以提高萃取效率，研究表明，10～40 min的萃取時間基本可以達到萃取平衡狀態[11]。考察不同萃取時間(5、10、20、30、40 min)對萃取效率的影響，如圖1所示。結果表明，待測物的萃取效率隨萃取時間的增加而逐漸提高，絕大部分待測物的峰面積在30 min后達到最大值，隨后再延長萃取時間，峰面積無明顯變化。因此，選擇萃取時間為30 min。

圖1 萃取時間對部分待測物萃取效率的影響Fig.1 Effect of Extraction Time on Extraction Efficiency of Some Substances

2.1.3 萃取溫度的影響

提高萃取溫度可加快待測物在氣相和液相間的平衡速度，同時溫度的增加降低了待測物在萃取涂層與氣相空間的分配系數[12]，從而對萃取效率產生影響。因此，選擇適當的萃取溫度對方法靈敏度的提高非常關鍵。考察不同萃取溫度(40、50、60、70、80 ℃)對萃取效率的影響，如圖2所示。結果表明，當萃取溫度為70 ℃時，絕大部分待測物的峰面積最大。因此，選擇萃取溫度為70 ℃。

圖2 萃取溫度對部分待測物萃取效率的影響Fig.2 Effect of Extraction Temperature on Extraction Efficiency of Some Substances

2.1.4 鹽度的影響

在樣品中加入 NaCl (0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL)，研究鹽濃度對萃取效率的影響。結果顯示，隨著 NaCl 的增加，各待測物的峰面積逐漸增大，在鹽濃度為0.3 g/mL時達到最大值，濃度繼續增大，萃取效率無明顯變化。這是因為鹽析效應使待測物在樣品溶液中的溶解度下降，促進其揮發，從而提高了萃取效率，鹽濃度達到0.3 g/mL時趨于飽和。因此，本方法的NaCl加入量選為0.3 g/mL。

2.2 空白干擾的去除

當發生相關污染事件時，為了保障供水安全，需進行各種應急處理，比如在水體中投加大量活性炭或聚合氯化鋁等藥劑。這會使水體基質變得非常復雜，直接檢測可能會對儀器造成污染和損傷，一般需對樣品進行稀釋處理。但稀釋過程中，常規的空白水如去離子水或蒸餾水，也可能引入如苯、甲苯、丁基酚等的本底干擾，需進一步處理。本方法將去離子水或蒸餾水，置于燒杯中加熱，保持沸騰10 min，稍冷后迅速轉移至帶蓋磨口玻璃瓶中，冷卻至室溫備用，以上所用玻璃器皿需在>300 ℃中煅燒1 h以上。去除效果如表2所示，試劑空白能被有效去除。

表2 試劑空白去除效果Tab.2 Removal Effect of Reagent Blank

2.3 方法性能驗證

2.3.1 方法抗干擾能力

考察復雜基質對檢測結果的影響：取工業污水、養殖污水和生活污水混合模擬水樣，加標1.0 μg/L檢測，提取離子流圖，如圖3所示。各化合物峰形良好，無明顯干擾峰存在，回收率在88.0%～105%，說明樣品基質對方法檢測結果無明顯干擾。

注：1為苯，2為甲苯，3為乙苯，4為對二甲苯，5為間二甲苯，6為鄰二甲苯，7為異丙苯，8為氯苯，9為苯乙烯，10為苯甲醚，11為茚滿，12為4-溴氟苯，13為1,4為二氯苯，14為1,2-二氯苯，15為苯甲醛，16為4-氯苯甲醚，17為苯胺，18為硝基苯，19為2,4,6-三氯苯甲醚，20為2-氯苯酚，21為鄰硝基苯酚，22為2-氯-4-甲基酚，23為4-氯-2-甲基酚，24為4-氯-3-甲基酚，25為1-氯-3-硝基苯，26為1-氯-4-硝基苯，27為1-氯-2-硝基苯，28為2-溴苯酚，29為苯酚，30為鄰甲酚，31為間甲酚，32為聯苯，33為2,6-二氯苯酚，34為2-叔丁基酚，35為4-叔丁基酚，36為2,4-二氯酚，37為2,4,6-三氯苯胺，38為2,4-二叔丁基酚，39為2,4,6-三氯酚，40為2,4,6-三溴苯甲醚，41為4-正丁基酚，42為2,4-二溴苯酚，43為2,6-二溴苯酚，44為4-氯苯酚，45為2,4,5-三氯苯酚圖3 各化合物提取離子流圖Fig.3 Ion Flow Diagram of Each Substance

2.3.2 線性關系及檢出限

配置濃度為0.01、0.10、1.00、10.0、20.0、40.0 μg/L的45種待測物標準溶液系列，按照1.3節的試驗方法進行檢測，得到標準工作曲線(表3)。試驗結果表明，45種待測物線性關系良好，相關系數均≥0.995。根據《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)的要求，連續分析7個0.01 μg/L 標準水樣，以測得濃度的標準偏差(SD) 的3.143倍作為方法檢出限，4倍方法檢出限為測定下限。由表3可知，各待測物的方法檢出限為0.001 2～0.002 5 μg/L，測定下限為0.004 8～0.010 μg/L。

表3 標準工作曲線、檢出限和測定下限Tab.3 Standard Curve, Detection Limit and Determination Limit

2.3.3 方法精密度和準確度

取地表水、地下水、自來水和污水樣品分別進行低、中、高濃度加標檢測，相對標準偏差均小于10%，回收率在88.0%～105%，方法精密度和準確度良好，如表4所示。

表4 不同水樣加標檢測精密度和準確度Tab.4 Precision and Accuracy of Different Water Samples

2.3.4 實際樣品分析

按照所建立的方法對某江河水樣品和自來水樣品進行分析，在2種樣品中共檢出了6種芳香族化合物，如表5所示。

表5 實際水樣檢出濃度Tab.5 Detected Concentration of Actual Water Samples

3 結論

本研究建立了頂空-固相微萃取箭型-氣相色譜串聯三重四極桿質譜法同時檢測水中45種芳香族化合物的檢測方法。該方法靈敏度高，精密度和準確度良好，抗干擾能力強。采用該方法可提升供排水企業應對突發水污染事件的檢測能力。