固相萃取-衍生化-气相色谱质谱法测定水中9种烷基酚类化合物

李昆，刘盈斐，徐静，赵晓辉

（中国水利水电科学研究院，北京 100038）

烷基酚类化合物(APs)既是烷基酚聚氧乙烯醚的合成原料，又是其环境中的主要降解产物[1]。该类化合物具有较强的雌激素干扰效应和稳定性，可通过食物链积累放大，危害人类健康和生态环境[2]。1996 年APs 已被欧盟列为“内分泌干扰物”。这类化合物虽然已逐步被大多数工业发达国家淘汰，但在环境中尤其是水体中仍广泛存在[3-6]，备受国内外关注[7-8]。

国外对水中APs的标准分析方法主要有ISO[9]、欧洲标准委员会[10]、美国ASTM[11-12]、美国EPA 等方法[13]。其中ISO 18857-2—2009方法为气相色谱-质谱（GC-MS）法，适用于饮用水、地下水、地表水及废水中7 种烷基酚类化合物的检测，需要利用2，2，2-三氟-N-甲基-N-（三甲基硅）乙酰胺（MSTFA）进行衍生化处理等操作；欧洲标准委员会和德、英、法标准化协会发布的方法内容[14-15]均与ISO18857-2 方法相同；ASTM D7065-11方法为GC-MS法，适用于地表水及废水，采用液液萃取法提取分析物后以GC-MS法测定；ASTM D7574-09方法为液相色谱-质谱（LC-MS）法，适用于地表水、地下水及污水处理厂排水，采用固相萃取法提取水中APs后，提取液经浓缩、甲醇-水混合溶剂置换、添加内标物后采用LC-MS 法测定；JIS K 0450-10-10—2006 方法[16]为GC-MS法，适用于工业用水和工业废水中双酚A的检测，该方法采用液液萃取法或固相萃取提取水中目标物，经色谱柱净化后用N，O-双（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（BSTFA）进行衍生化处理。

笔者在上述标准的基础上，将Aps 扩增为9 项（包括丁基苯酚、丁基苯酚、戊基苯酚、已基苯酚、对特辛基苯酚、庚基苯酚、辛基酚、壬基酚和双酚A等），增加了方法的实用性，同时选用GC-MS 方法对烷基酚进行检测，与ISO 18857-2—2009、ASTM D7065-11 以及JIS K 0450-10-10—2006 三项标准方法检测手段相一致，一定程度上既保证了技术先进性，又有利于该方法在我国进一步的推广应用；同时该方法采用BSTFA进行样品衍生化预处理，反应时间短，数据准确度高，技术具有一定先进性。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-质谱仪：Agilent 6890GC/5975MS型，配备30 m HP-5MS 色谱柱，美国安捷伦科技有限公司。

电子分析天平：METTLER-AL204 型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司。

正己烷、二氯甲烷、甲醇、乙酸乙酯：农残级，美国Fisher scientific公司。

浓盐酸：优级纯。

无水硫酸钠：分析纯，置于马弗炉中，于400 ℃烘烤6 h，去除，置于干燥器中密闭保存。

4-叔丁基苯酚、4-正丁基苯酚、4-正戊基苯酚、4-正已基苯酚、4-叔辛基苯酚、4-正庚基苯酚、4-正辛基苯酚、4-正壬基苯酚、双酚A 标准品：纯度（质量分数）均不小于98%，德国Dr.Ehrenstorfer公司。

五 氯 酚-13C：100 µg/mL，美 国AccuStandard公司。

硅烷化试剂：市售N，O-双（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺，含1%三甲基氯硅烷（BSTFA-TMCS），纯度（质量分数）不小于98%。

实验用水为超纯水(经MILLIQ 水纯化系统纯化，电阻率为18.2 MΩ·cm)。

1.2 仪器工作条件

进样体积：1 µL；进样方式：无分流进样；载气：高纯He，恒流，流量为1.0 mL/min；离子源温度：230 ℃；传输杆温度：250 ℃；检测模式：电子轰击(EI)模式；程序升温：90 ℃保留1 min，以4 ℃/min的速率升温至250 ℃，然后以25 ℃/min 的速率从250 ℃升至280 ℃，停留5 min。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品溶液的制备

将500 mL水体样品使用玻璃纤维滤纸过滤，混合后转移至500 mL无污染的容器中；使用稀盐酸调节至pH 不大于2，使用SPE 装置进行富集（配备HLB富集柱）；富集后的SPE柱选择试剂进行洗脱；洗脱液经无水硫酸钠脱水；收集脱水液，使用氮吹装置吹至体积小于0.5 mL，使用洗脱溶剂定容至0.5 mL；取50 µL标准溶液或浓缩后的样品液至样品瓶中的250 µL 内衬管内，加入50 µL 硅烷化试剂，立即拧紧瓶盖，充分混匀，30 s后上机测定。

1.3.2 标准溶液的制备

混合标准储备溶液：分别精确称取9 种APs 化合物标准样品各10.0 mg (精确至0.1 mg)，置于不同的20 mL 容量瓶中，用甲醇溶解并定容至标线，混匀，得质量浓度为500 µg/mL 的单一标准溶液。精密量取9 种单一标准溶液各1 mL，以及5 mL 五氯酚-13C 溶液至100 mL 容量瓶中，用甲醇稀释并定容，摇匀，制得混合标准储备溶液，其中各组分质量浓度均为5 µg/mL。

系列标准工作溶液：取6只10 mL容量瓶，依次精密加入混合标准储备溶液40、80、200、400、800、2 000 µL，用甲醇稀释并定容，摇匀，制得系列标准工作溶液，其中9 种组分及五氯酚-13C 的质量浓度均分别为20、40、100、200、400、1 000 µg/L。分别取50 µL 标准溶液至样品瓶中的250 µL 内衬管内，加入50 µL硅烷化试剂，立即拧紧瓶盖，充分混匀，30 s后上机测定。

1.3.3 定量方法

利用气相色谱质谱工作站软件分析、处理数据，以9种APs及五氯酚-13C的质量浓度为横坐标、特征离子的色谱峰面积为纵坐标，绘制标准工作曲线，计算样品溶液中各化合物含量。

2 结果与讨论

2.1 衍生化温度

取一定浓度APs 标准溶液，验证不同衍生化温度对衍生化结果的影响，反应时间为30 min，不同衍生化温度对应的色谱峰响应值见图1。由图1可知，在室温（25 ℃）与60 ℃条件下，反应效果相当，出于操作便捷的角度考虑，最终选择在室温下进行衍生化操作。

图1 不同衍生化温度对应的色谱峰响应值

2.2 衍生化时间

在样品预处理过程中，保持其它条件稳定不变，探索化合物最优的衍生化时间。试验考察衍生化时间分别为0、50、100、150、200、450、500、550、600、700 min 时对应的色谱峰响应值见图2。由图2 可知，随着增加衍生化试剂时间的增加，化合物响应值有所减小，因此最终选择在添加衍生化试剂并充分震荡混匀后进行样品检测。

图2 不同衍生化时间对应的色谱峰响应值

2.3 洗脱溶剂的选择

为选取固相萃取阶段最优洗脱溶剂类型，通过试验对比不同洗脱溶剂（甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯等）对固相萃取柱吸附的烷基酚类化合物洗脱效果，结果见图3。由图3 可知，乙酸乙酯洗脱效果（回收率为85%～110%）优于其它两种溶剂，因此水样前处理过程选取乙酸乙酯作为洗脱溶剂。

图3 不同洗脱溶剂下烷基酚回收率

2.4 洗脱溶剂的用量

不同洗脱溶剂体积下烷基酚回收率见图4。由图4可知，10 mL乙酸乙酯的洗脱效果较好，因此在水样前处理中，洗脱溶剂选择为10 mL乙酸乙酯。

图4 不同洗脱溶剂体积下烷基酚回收率

2.5 水体样品pH的影响

调节样品的pH 分别为2、4、6、8、10，考察不同pH条件下9种烷基酚回收率见图5。由图5可知，试验富集-衍生化-检测结果表明pH≤2 时，回收率高于其它条件下水体样品的回收率，因此选择在水样预处理前调节样品pH＜2。

图5 不同pH条件下烷基酚回收率

2.6 线性关系与方法检出限

按照1.3.3 绘制标准工作曲线，计算线性方程、相关系数。

按样品分析全过程，对浓度值为估计方法检出限值3～5 倍的标准样品进行连续7 次平行测定，按文献[17]计算方法检出限。

9 种目标物的线性范围、线性方程、相关系数、检出限见表1。

表1 烷基酚类化合物线性范围、线性方程、相关系数及检出限

由表1可知，9种烷基酚类化合物的质量浓度在20.0～1 000 µg/L 范围内与色谱峰面积具有良好的线性关系，线性相关系数均不低于0.999 1，方法检出限为4.49～9.46 ng/L。

2.7 加标回收试验

制备和分析7个加标（100 ng/L）地表水、地下水和饮用水的平行样品，其浓度在校准曲线的中间范围内。计算每种目标物的测定浓度、平均浓度、相对标准偏差和回收率，试验结果见表2。

由表2 可知，当水体样品体积为500 mL 时，地表水加标回收率为77.6%～95.6%，地下水加标回收率为80.4%～98.3%，饮用水加标回收率为80.9%～98.8%，测定结果的相对标准偏差不大于11.4%。混合标准溶液及地表水加标样品色谱图分别如图6、图7所示。

图6 烷基酚类化合物（SIM）混合标准溶液选择离子流图

图7 加标地表水样式选择离子色谱图

表2 样品加标回收试验结果

3 结语

采用固相萃取-衍生化富集浓缩9 种APs 类化合物，建立了一种气相色谱-质谱法进行检测。该方法具有较为良好的稳定性、准确度、精密度和较低的检出限，满足水体APs 实际检测分析要求，与ISO 18857-2—2009、ASTM D7065-11 以及JIS K 0450-10-10—2006 三项标准方法检测手段相一致，一定程度上既保证了技术先进性，又有利于该方法在我国进一步的推广应用；同时该方法采用BSTFA进行样品衍生化预处理，反应时间短，数据准确度高，技术具有一定先进性。