液液萃取-烷基化衍生-氣相色譜-質(zhì)譜法測定海水中4種烷基酚類化合物的含量

彭詩琪,趙嘉輝,胡洪偉,賴華杰*

(1. 中科檢測技術(shù)服務(wù)(廣州)股份有限公司,廣州 510650;2. 中科廣化(重慶)新材料研究院有限公司,重慶 400700;3. 中國科學(xué)院廣州化學(xué)有限公司,廣州 510650)

作為重要的精細化工原料和中間體,壬基酚、辛基酚和雙酚A等酚類化合物在食品包裝材料、個人護理產(chǎn)品、紡織業(yè)等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]。如雙酚A常被用于制造環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯塑料、食品罐頭漆涂層和牙科復(fù)合材料等[2];鄰苯基苯酚常被用作皮革、膠黏劑等的防霉劑[3]。然而,大量使用的酚類化合物往往會通過污水排放、農(nóng)業(yè)徑流等方式進入到環(huán)境中,并通過食物鏈在生物體內(nèi)富集,對生物體的生命健康、發(fā)育和繁殖造成不利影響[4]。如酚類化合物會干擾魚類的正常激素功能,擾亂水生食物網(wǎng),影響魚類生物量,導(dǎo)致魚類數(shù)量下降[5]。酚類化合物可通過皮膚接觸進入到人體中,長期接觸酚類化合物會損害脾臟、胰腺和腎臟等器官,造成急性中毒、嚴(yán)重的胃腸道紊亂、肺水腫、循環(huán)系統(tǒng)衰竭等問題[6]。由于相對低濃度水平的酚類化合物對人類健康產(chǎn)生致癌效應(yīng),酚類化合物已被大多數(shù)國家環(huán)境保護機構(gòu)(EPA)列入優(yōu)先控制污染物名單[7]。目前,對環(huán)境中酚類化合物的研究往往集中在土壤[8]和湖泊水、河流水等簡單的水體基質(zhì)[9]中。海水樣品基質(zhì)相對復(fù)雜,鹽度更高,分析難度更大,目前測定海水基質(zhì)中烷基酚類化合物含量的文獻相對較少。因此,開發(fā)一種適用于測定海水基質(zhì)中烷基酚類化合物含量的方法,可為海洋污染事件中烷基酚類化合物的檢測提供參考。

目前,測定烷基酚類化合物的方法主要有高效液相色譜法[10]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[9]、氣相色譜法[11]、衍生化-氣相色譜-質(zhì)譜法[8]等。其中衍生化-氣相色譜-質(zhì)譜法具有檢出限低、靈敏度高等優(yōu)點,適用于痕量烷基酚類化合物的分析。基于此,本工作提出了液液萃取-烷基化衍生-氣相色譜-質(zhì)譜法測定對壬基酚、雙酚A、4-辛基酚、4-t-辛基酚等4種烷基酚類化合物含量的方法。與標(biāo)準(zhǔn)HJ 1192—2021[12]和HY/T 147.1—2013[13]相比,本方法所得雙酚A和對壬基酚等烷基酚類化合物的檢出限低了一個數(shù)量級,為ng·L-1級別。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

GCMS-TQ8040型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;GXC-250×12型全自動旋轉(zhuǎn)振蕩器;MTN-5800型氮吹濃縮裝置;RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器;SHA-BA型水浴搖床;Milli Q型純水機。

單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:100 mg·L-1,分別取對壬基酚、4-辛基酚、4-t-辛基酚、雙酚A各0.01 g,用丙酮溶解并定容至100 mL棕色容量瓶中,配制成質(zhì)量濃度為100 mg·L-1的單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,于4 ℃避光保存。

菲-d10標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:1 000 mg·L-1,溶劑為二氯甲烷。

內(nèi)標(biāo)溶液:1.0 mg·L-1,用正己烷逐級稀釋1 000 mg·L-1的菲-d10標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,配制成菲-d10的質(zhì)量濃度為1.0 mg·L-1的內(nèi)標(biāo)溶液。

替代物標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:1 000 mg·L-1,稱取25 mg雙酚A-d16標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),用丙酮溶解并定容至25 mL棕色容量瓶中,配制成質(zhì)量濃度為1 000 mg·L-1的替代物標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,于4 ℃避光保存。使用時用丙酮稀釋至所需質(zhì)量濃度。

衍生化試劑:取0.500 g五氟芐基溴,溶于9.5 mL丙酮中,于4 ℃避光冷藏。

碳酸鉀溶液:100 g·L-1,取1.0 g碳酸鉀溶于水中,定容至10 mL。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:用丙酮逐級稀釋4種烷基酚類化合物的單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液和替代物標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,配制成質(zhì)量濃度分別為2,5,10,20,50,100 μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

雙酚A-d16標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度為97.9%;對壬基酚的純度為99.7%;4-辛基酚的純度為98%;4-t-辛基酚的純度為98.5%;雙酚A的純度為99.9%;五氟芐基溴,規(guī)格5 g;二氯甲烷、正己烷、丙酮為色譜純;無水硫酸鈉、碳酸鉀、氯化鈉、硫酸為分析純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

HP-1MS UI色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);不分流進樣,進樣量 1 μL;載氣為氦氣,純度99.999%;流量 1 mL·min-1(恒流);吹掃流量3 mL·min-1。柱升溫程序:初始溫度60 ℃,保持1 min;以15 ℃·min-1的速率升至300 ℃,保持8 min。

1.2.2 質(zhì)譜條件

電子轟擊離子(EI)源,離子源溫度230 ℃;柱箱溫度60 ℃,進樣口溫度280 ℃,接口溫度280 ℃;溶劑延遲時間15 min;選擇離子監(jiān)測(SIM)掃描方式;其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。其中,“*”代表定量離子。

表1 質(zhì)譜參數(shù)

1.3 試驗方法

海水放置到常溫后,量取100 mL的海水樣品,用硫酸調(diào)節(jié)水樣的pH為2。向水樣中加入5 g氯化鈉,搖勻。加入50 μL 1 mg·L-1的替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液,搖勻。加入20 mL二氯甲烷液液萃取10 min,中途不時打開漏斗活塞放氣。萃取結(jié)束后靜置分層,下層液體過無水硫酸鈉,收集于旋蒸瓶中。再加入20 mL二氯甲烷重復(fù)萃取一次,合并兩次萃取液。旋蒸萃取液,置換溶劑為丙酮,待剩2 mL左右時,轉(zhuǎn)移萃取液至氮吹玻璃管中,用丙酮定容至8 mL。

將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列用丙酮定容至8 mL后,與樣品一同衍生,用同一批衍生后的標(biāo)準(zhǔn)曲線讀取樣品中目標(biāo)物的含量,得到的試驗結(jié)果更為準(zhǔn)確。加入100 μL碳酸鉀溶液、100 μL五氟芐基溴衍生化試劑,將樣品管放入水浴搖床中,于60 ℃衍生60 min。衍生結(jié)束后將樣品管取出,冷卻至室溫。氮吹置換溶劑為正己烷,加入50 μL內(nèi)標(biāo)溶液,正己烷定容至1 mL,過0.22 μm聚四氟乙烯(PTFE)針式過濾器后,濾液按照儀器工作條件測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

烷基酚類化合物衍生物的總離子流色譜圖見圖1。

圖1 總離子流色譜圖

2.2 衍生條件的選擇

由于酚類化合物缺少強電離官能團[14],在質(zhì)譜中的離子化效率較低,信號響應(yīng)差,背景基質(zhì)干擾嚴(yán)重。因此,往往需要對酚類化合物進行衍生化反應(yīng),將衍生化試劑的基團加到酚類化合物的骨架中,將酚類化合物轉(zhuǎn)變?yōu)闊岱€(wěn)定性的衍生物,以提高酚類化合物的分離度、選擇性以及在質(zhì)譜中的電離效率[15]。目前,常用于酚類化合物衍生的方法主要有硅烷化反應(yīng)、烷基化反應(yīng)、酰化反應(yīng)[14-16]。然而,常用于硅烷化反應(yīng)的衍生試劑如N,O-雙(三甲硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)+1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))三甲基氯硅烷溶液及其衍生產(chǎn)物很容易受到濕氣的水解作用,穩(wěn)定性差,導(dǎo)致衍生效果差;常用于酰化反應(yīng)的衍生試劑如乙酸酐、三氟乙酸酐等會腐蝕進樣瓶的密封墊,對分離系統(tǒng)造成損害。因此,試驗選擇五氟芐基溴為烷基化衍生試劑,對目標(biāo)物進行衍生,以降低目標(biāo)物的極性,利于氣相色譜-質(zhì)譜法的分析[13,17]。

2.2.1 衍生溫度

取5份1.0 mL 50 μg·L-1烷基酚類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,加入50 μL 1 mg·L-1替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液。用丙酮定容至8 mL,加入100 μL碳酸鉀溶液、100 μL五氟芐基溴衍生化試劑,將樣品管放入水浴搖床中。考察了衍生溫度(40,60,70,80 ℃)對烷基酚類化合物衍生效率的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 衍生溫度對烷基酚類化合物衍生效率的影響

由圖2可知:烷基酚類化合物的衍生效率均在80.0%～110%內(nèi);隨著衍生溫度的升高,除了4-辛基酚外,其他烷基酚類化合物的衍生效率不斷提高,并在60 ℃達到峰值,之后略有回落。綜合考慮,試驗最終選擇的衍生溫度為60 ℃。

2.2.2 衍生時間

在衍生溫度為60 ℃時,考察了不同的衍生時間(30,60,90,120 min)對烷基酚類化合物衍生效率的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 衍生時間對烷基酚類化合物衍生效率的影響

由圖3可知,隨著衍生時間的延長,目標(biāo)物的衍生效率不斷提高,在60 min時衍生效率均大于90.0%,之后衍生效率有略微變化,保持相對穩(wěn)定。綜合考慮衍生效率和反應(yīng)時間,試驗最終選擇的衍生時間為60 min。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

將衍生后的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列(2,5,10,20,50,100 μg·L-1)按照質(zhì)量濃度從低到高的順序進樣,得到不同質(zhì)量濃度的各目標(biāo)物的質(zhì)譜圖,記錄各目標(biāo)物的保留時間和峰面積,以雙酚A-d16為替代物,菲-d10為內(nèi)標(biāo),內(nèi)標(biāo)法定量。以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度比值為橫坐標(biāo),對應(yīng)的峰面積比值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。4種烷基酚類化合物的線性范圍、線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表2。

表2 線性參數(shù)

取7份從惠州港采樣的海水樣品100 mL,按試驗方法檢測。海水本底中檢出4-t-辛基酚和雙酚A,參照HJ 168-2020[18],計算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差,進而計算4-t-辛基酚和雙酚A的檢出限,結(jié)果見表2。再取上述7份海水樣品100 mL,加入3.5 ng 4種烷基酚類化合物,經(jīng)過樣品前處理后上機檢測,計算7次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差,進而計算4-辛基酚和對壬基酚的檢出限,結(jié)果見表2。本方法檢出限低于標(biāo)準(zhǔn)HY/T 147.1—2013,可實現(xiàn)海水中更低濃度水平的烷基酚類化合物的分析。

2.4 精密度與回收試驗

從獅子洋采樣的海水樣品經(jīng)過前處理后,按照試驗方法進樣測定,測定結(jié)果作為樣品的本底值,樣品中檢出雙酚A,質(zhì)量濃度為0.079 μg·L-1。分別向該海水樣品中加入10,40,80 ng 4種烷基酚類化合物和50 ng的雙酚A-d16,相當(dāng)于加標(biāo)濃度水平分別為0.1,0.4,0.8 μg·L-1,每個加標(biāo)濃度水平做6個平行樣,計算回收率和測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表3。

表3 精密度和回收試驗結(jié)果(n=6)

結(jié)果表明:4種烷基酚類化合物的回收率為82.0%～92.3%,替代物雙酚A-d16的回收率為74.8%～81.4%,能實現(xiàn)定量回收;測定值的RSD均小于5.0%,說明方法精密度良好。

本工作提出了液液萃取-烷基化衍生-氣相色譜-質(zhì)譜法測定對壬基酚、雙酚A、4-辛基酚、4-t-辛基酚等4種烷基酚類化合物含量的方法。本方法操作簡單,衍生重復(fù)性好,靈敏度高,檢出限低,精密度高,可以對海水中雙酚A、對壬基酚、4-辛基酚、4-t-辛基酚的分析提供可靠的技術(shù)支持。