液液萃取-烷基化衍生-气相色谱-质谱法测定海水中4种烷基酚类化合物的含量

彭诗琪,赵嘉辉,胡洪伟,赖华杰*

(1. 中科检测技术服务(广州)股份有限公司,广州 510650;2. 中科广化(重庆)新材料研究院有限公司,重庆 400700;3. 中国科学院广州化学有限公司,广州 510650)

作为重要的精细化工原料和中间体,壬基酚、辛基酚和双酚A等酚类化合物在食品包装材料、个人护理产品、纺织业等多个领域有着广泛的应用[1]。如双酚A常被用于制造环氧树脂、聚碳酸酯塑料、食品罐头漆涂层和牙科复合材料等[2];邻苯基苯酚常被用作皮革、胶黏剂等的防霉剂[3]。然而,大量使用的酚类化合物往往会通过污水排放、农业径流等方式进入到环境中,并通过食物链在生物体内富集,对生物体的生命健康、发育和繁殖造成不利影响[4]。如酚类化合物会干扰鱼类的正常激素功能,扰乱水生食物网,影响鱼类生物量,导致鱼类数量下降[5]。酚类化合物可通过皮肤接触进入到人体中,长期接触酚类化合物会损害脾脏、胰腺和肾脏等器官,造成急性中毒、严重的胃肠道紊乱、肺水肿、循环系统衰竭等问题[6]。由于相对低浓度水平的酚类化合物对人类健康产生致癌效应,酚类化合物已被大多数国家环境保护机构(EPA)列入优先控制污染物名单[7]。目前,对环境中酚类化合物的研究往往集中在土壤[8]和湖泊水、河流水等简单的水体基质[9]中。海水样品基质相对复杂,盐度更高,分析难度更大,目前测定海水基质中烷基酚类化合物含量的文献相对较少。因此,开发一种适用于测定海水基质中烷基酚类化合物含量的方法,可为海洋污染事件中烷基酚类化合物的检测提供参考。

目前,测定烷基酚类化合物的方法主要有高效液相色谱法[10]、液相色谱-串联质谱法[9]、气相色谱法[11]、衍生化-气相色谱-质谱法[8]等。其中衍生化-气相色谱-质谱法具有检出限低、灵敏度高等优点,适用于痕量烷基酚类化合物的分析。基于此,本工作提出了液液萃取-烷基化衍生-气相色谱-质谱法测定对壬基酚、双酚A、4-辛基酚、4-t-辛基酚等4种烷基酚类化合物含量的方法。与标准HJ 1192—2021[12]和HY/T 147.1—2013[13]相比,本方法所得双酚A和对壬基酚等烷基酚类化合物的检出限低了一个数量级,为ng·L-1级别。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

GCMS-TQ8040型气相色谱-质谱联用仪;GXC-250×12型全自动旋转振荡器;MTN-5800型氮吹浓缩装置;RE-52AA型旋转蒸发器;SHA-BA型水浴摇床;Milli Q型纯水机。

单标准储备溶液:100 mg·L-1,分别取对壬基酚、4-辛基酚、4-t-辛基酚、双酚A各0.01 g,用丙酮溶解并定容至100 mL棕色容量瓶中,配制成质量浓度为100 mg·L-1的单标准储备溶液,于4 ℃避光保存。

菲-d10标准储备溶液:1 000 mg·L-1,溶剂为二氯甲烷。

内标溶液:1.0 mg·L-1,用正己烷逐级稀释1 000 mg·L-1的菲-d10标准储备溶液,配制成菲-d10的质量浓度为1.0 mg·L-1的内标溶液。

替代物标准储备溶液:1 000 mg·L-1,称取25 mg双酚A-d16标准物质,用丙酮溶解并定容至25 mL棕色容量瓶中,配制成质量浓度为1 000 mg·L-1的替代物标准储备溶液,于4 ℃避光保存。使用时用丙酮稀释至所需质量浓度。

衍生化试剂:取0.500 g五氟苄基溴,溶于9.5 mL丙酮中,于4 ℃避光冷藏。

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

混合标准溶液系列:用丙酮逐级稀释4种烷基酚类化合物的单标准储备溶液和替代物标准储备溶液,配制成质量浓度分别为2,5,10,20,50,100 μg·L-1的混合标准溶液系列。

双酚A-d16标准物质的纯度为97.9%;对壬基酚的纯度为99.7%;4-辛基酚的纯度为98%;4-t-辛基酚的纯度为98.5%;双酚A的纯度为99.9%;五氟苄基溴,规格5 g;二氯甲烷、正己烷、丙酮为色谱纯;无水硫酸钠、碳酸钾、氯化钠、硫酸为分析纯;试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

HP-1MS UI色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);不分流进样,进样量 1 μL;载气为氦气,纯度99.999%;流量 1 mL·min-1(恒流);吹扫流量3 mL·min-1。柱升温程序:初始温度60 ℃,保持1 min;以15 ℃·min-1的速率升至300 ℃,保持8 min。

1.2.2 质谱条件

电子轰击离子(EI)源,离子源温度230 ℃;柱箱温度60 ℃,进样口温度280 ℃,接口温度280 ℃;溶剂延迟时间15 min;选择离子监测(SIM)扫描方式;其他质谱参数见表1。其中,“*”代表定量离子。

表1 质谱参数

1.3 试验方法

海水放置到常温后,量取100 mL的海水样品,用硫酸调节水样的pH为2。向水样中加入5 g氯化钠,摇匀。加入50 μL 1 mg·L-1的替代物标准溶液,摇匀。加入20 mL二氯甲烷液液萃取10 min,中途不时打开漏斗活塞放气。萃取结束后静置分层,下层液体过无水硫酸钠,收集于旋蒸瓶中。再加入20 mL二氯甲烷重复萃取一次,合并两次萃取液。旋蒸萃取液,置换溶剂为丙酮,待剩2 mL左右时,转移萃取液至氮吹玻璃管中,用丙酮定容至8 mL。

将混合标准溶液系列用丙酮定容至8 mL后,与样品一同衍生,用同一批衍生后的标准曲线读取样品中目标物的含量,得到的试验结果更为准确。加入100 μL碳酸钾溶液、100 μL五氟苄基溴衍生化试剂,将样品管放入水浴摇床中,于60 ℃衍生60 min。衍生结束后将样品管取出,冷却至室温。氮吹置换溶剂为正己烷,加入50 μL内标溶液,正己烷定容至1 mL,过0.22 μm聚四氟乙烯(PTFE)针式过滤器后,滤液按照仪器工作条件测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

烷基酚类化合物衍生物的总离子流色谱图见图1。

图1 总离子流色谱图

2.2 衍生条件的选择

由于酚类化合物缺少强电离官能团[14],在质谱中的离子化效率较低,信号响应差,背景基质干扰严重。因此,往往需要对酚类化合物进行衍生化反应,将衍生化试剂的基团加到酚类化合物的骨架中,将酚类化合物转变为热稳定性的衍生物,以提高酚类化合物的分离度、选择性以及在质谱中的电离效率[15]。目前,常用于酚类化合物衍生的方法主要有硅烷化反应、烷基化反应、酰化反应[14-16]。然而,常用于硅烷化反应的衍生试剂如N,O-双(三甲硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)+1%(质量分数)三甲基氯硅烷溶液及其衍生产物很容易受到湿气的水解作用,稳定性差,导致衍生效果差;常用于酰化反应的衍生试剂如乙酸酐、三氟乙酸酐等会腐蚀进样瓶的密封垫,对分离系统造成损害。因此,试验选择五氟苄基溴为烷基化衍生试剂,对目标物进行衍生,以降低目标物的极性,利于气相色谱-质谱法的分析[13,17]。

2.2.1 衍生温度

取5份1.0 mL 50 μg·L-1烷基酚类化合物混合标准溶液,加入50 μL 1 mg·L-1替代物标准溶液。用丙酮定容至8 mL,加入100 μL碳酸钾溶液、100 μL五氟苄基溴衍生化试剂,将样品管放入水浴摇床中。考察了衍生温度(40,60,70,80 ℃)对烷基酚类化合物衍生效率的影响,结果见图2。

图2 衍生温度对烷基酚类化合物衍生效率的影响

由图2可知:烷基酚类化合物的衍生效率均在80.0%～110%内;随着衍生温度的升高,除了4-辛基酚外,其他烷基酚类化合物的衍生效率不断提高,并在60 ℃达到峰值,之后略有回落。综合考虑,试验最终选择的衍生温度为60 ℃。

2.2.2 衍生时间

在衍生温度为60 ℃时,考察了不同的衍生时间(30,60,90,120 min)对烷基酚类化合物衍生效率的影响,结果见图3。

图3 衍生时间对烷基酚类化合物衍生效率的影响

由图3可知,随着衍生时间的延长,目标物的衍生效率不断提高,在60 min时衍生效率均大于90.0%,之后衍生效率有略微变化,保持相对稳定。综合考虑衍生效率和反应时间,试验最终选择的衍生时间为60 min。

2.3 标准曲线和检出限

将衍生后的混合标准溶液系列(2,5,10,20,50,100 μg·L-1)按照质量浓度从低到高的顺序进样,得到不同质量浓度的各目标物的质谱图,记录各目标物的保留时间和峰面积,以双酚A-d16为替代物,菲-d10为内标,内标法定量。以目标物与内标的质量浓度比值为横坐标,对应的峰面积比值为纵坐标绘制标准曲线。4种烷基酚类化合物的线性范围、线性回归方程和相关系数见表2。

表2 线性参数

取7份从惠州港采样的海水样品100 mL,按试验方法检测。海水本底中检出4-t-辛基酚和双酚A,参照HJ 168-2020[18],计算7次平行测定的标准偏差,进而计算4-t-辛基酚和双酚A的检出限,结果见表2。再取上述7份海水样品100 mL,加入3.5 ng 4种烷基酚类化合物,经过样品前处理后上机检测,计算7次平行测定的标准偏差,进而计算4-辛基酚和对壬基酚的检出限,结果见表2。本方法检出限低于标准HY/T 147.1—2013,可实现海水中更低浓度水平的烷基酚类化合物的分析。

2.4 精密度与回收试验

从狮子洋采样的海水样品经过前处理后,按照试验方法进样测定,测定结果作为样品的本底值,样品中检出双酚A,质量浓度为0.079 μg·L-1。分别向该海水样品中加入10,40,80 ng 4种烷基酚类化合物和50 ng的双酚A-d16,相当于加标浓度水平分别为0.1,0.4,0.8 μg·L-1,每个加标浓度水平做6个平行样,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

表3 精密度和回收试验结果(n=6)

结果表明:4种烷基酚类化合物的回收率为82.0%～92.3%,替代物双酚A-d16的回收率为74.8%～81.4%,能实现定量回收;测定值的RSD均小于5.0%,说明方法精密度良好。

本工作提出了液液萃取-烷基化衍生-气相色谱-质谱法测定对壬基酚、双酚A、4-辛基酚、4-t-辛基酚等4种烷基酚类化合物含量的方法。本方法操作简单,衍生重复性好,灵敏度高,检出限低,精密度高,可以对海水中双酚A、对壬基酚、4-辛基酚、4-t-辛基酚的分析提供可靠的技术支持。