固相萃取-氣相色譜-質譜法測定地表水中的氯苯類化合物

王桂珍，王金花，張飛，蔣宗園，范思藝，寧東峰

（1.河南省南水北調渠首生態環境監測應急中心，河南南陽 473000； 2.河南省南陽生態環境監測中心，河南南陽 473000；3.中國農業科學院農田灌溉研究所，河南新鄉 453002）

近年來，經過我國城市化、工業化以及農業現代化的快速發展，企業污染物排放，化學原料和化學制品等制造業廢氣、水排放會造成環境污染。氯苯類化合物(簡稱CBs)作為化學制品的生產原料、反應助劑、傳熱材料和中間體等被廣泛使用[1]。由于其化學性質穩定且刺鼻難聞、高毒、難以降解及易溶于有機溶劑等特性，很容易在人體及動物體內蓄積，尤其能對人體神經系統產生抑制，損害各類臟器[2]，并具有遺傳毒性，可致突變、致癌和致畸[3]。美國及歐盟等諸多國家已將其列為危險化合物“黑名單”和優先控制污染物[4-5]。我國《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)規定了1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、三氯苯(總量)和六氯苯的限值，《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)也對氯苯類化合物的限值做了相應規定。

水體中氯苯類化合物殘留量較低。目前，氣相色譜法[6-11]、液相色譜法[12]和氣相色譜/質譜聯用法[13-16]常用于對氯苯類化合物的測定分析。在對水樣進行富集濃縮時，樣品處理方法之間也存在一定差異，如吹掃捕集法[13-14]、頂空平衡處理[6-7,16]或液液溶劑萃取[4,17]、固相萃取[12]、固相微萃取[15-16]等。由于液液萃取耗時長、過程復雜，富集提取過程會用到大量有機溶劑，易對人體和環境造成危害和污染。而吹掃或頂空處理方便簡單，但六氯苯沸點較高，測定回收率較低。固相萃取法則利用一定的吸附填料將目標化合物與干擾物依次進行分離，操作過程簡單，可實現自動化。筆者通過對色譜柱、有機溶劑及洗脫體積等條件進行探討和驗證，采用固相萃取結合氣相色譜-質譜法檢測地表水中7種氯苯類化合物。該方法準確可靠，溶劑消耗少，最大程度地減少了樣品處理過程中目標化合物的損失，并能實現對地表水中氯苯類化合物殘留量的準確定量。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜質譜聯用儀：7890B-5977A 型，美國安捷倫科技有限公司。

自動進樣器：7693 型，美國安捷倫科技有限公司。

平行濃縮儀：Multivap-8型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

全自動固相萃取儀：SEPATHS-6 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

甲醇、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯：農殘級，德國默克公司。

微量注射器：1、10、100 μL，美國安捷倫科技有限公司。

無水硫酸鈉：400 ℃下，在馬弗爐中灼燒4 h，于密閉容器中儲存，天津市科密歐化學試劑有限公司。

7 種氯苯類化合物混合標準溶液：含有1，3，5-三氯苯、1，2，4-三氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，3，5-四氯苯、1，2，4，5-四氯苯、1，2，3，4-四氯苯、六氯苯，其中六氯苯質量濃度為100 μg/mL，其余組分質量濃度均為200.0 μg/mL，北京百靈威科技有限公司。

氯苯類化合物標準使用液：取氯苯類化合物混合標準溶液，溶于正己烷進行稀釋后，配制成六氯苯質量濃度為100 μg/L，其余組分質量濃度均為200.0 μg/L的氯苯類化合物標準使用液。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜儀

色譜柱：DB-5MS 毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司)；柱溫：程序升溫，升溫程序為于60 ℃保持2 min，以20 ℃/min 升溫至140 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min 升溫至180 ℃，以15 ℃/min 升溫至240 ℃；進樣方式：采用分流模式，分流比為4∶1；進樣口溫度：270 ℃。

1.2.2 質譜儀

電離方式：電子轟擊離子源(EⅠ)；離子源溫度：230 ℃；電離能：70 eV；傳輸線溫度：270 ℃；檢測方式：全掃描(SCAN)定性，選擇離子(SⅠM)模式定量；溶劑延遲時間：6 min。

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品處理

取自流入水庫河流不同地段和湖庫不同點位水樣，采集后的水樣置于250 mL棕色玻璃瓶中并4 ℃冷藏保存。取200.0 mL 水樣于儀器自帶的樣品瓶中，并加入10 mL 甲醇，混合搖勻。調整儀器使5 mL 乙酸乙酯、5 mL 甲醇和10 mL 水依次以5 mL/min 的流量對固相小柱進行活化；控制水樣以10 mL/min的流量通過固相萃取小柱，并用10 mL水淋洗固相萃取小柱，抽干小柱；以5.0 mL 乙酸乙酯、7.5 mL二氯甲烷對固相萃取小柱進行洗脫，流量約為5 mL/min，并收集洗脫液。洗脫液經無水硫酸鈉干燥后用氮吹濃縮儀濃縮至1 mL。轉移至自動進樣小瓶，待測。

1.3.2 樣品測定

準確量取200.0 mL 水樣，經固相萃取儀處理后，按1.2測試條件進行上機分析，并繪制工作曲線。采用外標法定量，按HJ 168—2010 計算方法檢出限。

2 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

比較了HP-5MS (非極性)、DB-5MS (非極性)、DB-624 (中等極性)三種不同類型的色譜柱對7 種氯苯類物質的分離情況。結果顯示，在優化的實驗條件下，三種色譜柱基本都能實現氯苯類化合物的分離(1，2，3，5-四氯苯、1，2，4，5-四氯苯由于是同分異構體，三種小柱均未實現完全的分離)。比較分離時間和色譜峰形，DB-5MS分離效果更好，有較高的響應值，且色譜峰形較尖銳，比在DB-624、HP-5MS條件下更好，因此選擇DB-5MS 毛細管柱作為分離柱，并進一步進行分離條件優化。既定分析條件下，三氯苯、四氯苯、六氯苯的總離子流圖見圖1。

圖1 氯苯類化合物總離子流色譜圖Fig.1 Total ion current chromatogram of chlorobenzene compounds

2.2 樣品處理條件

2.2.1 固相萃取小柱的選擇

取200.0 mL水樣，加入10 mL甲醇，混勻，按1.3步驟處理，考察2 種固相萃取小柱的萃取效率，LabTech C18對弱極性及中等極性的化合物均有保留，是目前固相萃取中應用最廣的萃取柱。Waters OASⅠS HLB 對化合物具有較高保留容量。根據待測物的性質，初步選擇LabTech C18(反相)固相萃取小柱和Waters OASⅠS HLB (混合型陽離子交換反相吸附劑)固相萃取小柱進行水樣前處理，通過考察平均回收率來評價這兩種小柱對待測物的萃取效率。圖2為不同固相萃取小柱下氯苯類化合物的平均回收率。

圖2 不同固相萃取小柱下氯苯類化合物的平均回收率Fig.2 Recoveries of the results about different solid phase extraction column

由圖2可見，兩種小柱的萃取效果相近，加標回收率為80.1%～108.2%，Waters OASⅠS HLB 固相萃取小柱除了對三氯苯的萃取效率略低于LabTech C18柱外，對四氯苯、六氯苯的萃取效率均明顯高于C18柱。綜合考慮，最終選用HLB固相萃取小柱。

2.2.2 洗脫溶劑對回收率的影響

選擇合適的洗脫溶液極為重要，在洗脫過程中一般選擇與目標物本身的極性比較相近的溶劑。按1.3所述步驟，分別選擇正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷對目標物進行洗脫，重復測定3次。結果表明，正己烷對氯苯類化合物的洗脫能力較弱，乙酸乙酯和二氯甲烷單獨使用時回收率均低于二者配合使用，正己烷對氯苯類化合物的回收率最高為71.4%，最低僅為29.5%，乙酸乙酯和二氯甲烷二者合用的回收率為79.7%～105.2%(見表1)，因此，采用先使用乙酸乙酯后使用二氯甲烷的方式進行洗脫，效果更好，回收率高。

表1 不同洗脫溶劑的回收試驗結果Tab.1 Recoveries of the results about different elution solvent

2.2.3 洗脫溶劑體積對回收率的影響

當樣品溶液經過固相萃取小柱時，樣品中的氯苯類化合物就會被不同程度的吸附，因此，洗脫液體積用量會影響被測成分的含量。當洗脫液使用過量時，導致有機溶劑的浪費及后續吹脫過程中時間增加；而洗脫液使用較少時，平均回收率會降低。于200 mL 水樣中加入100 μL氯苯類化合物標準使用液，采用2.5 mL 乙酸乙酯-5.0 mL 二氯甲烷(組Ⅰ)、5.0 mL乙酸乙酯-7.5 mL二氯甲烷(組Ⅱ)、7.5 mL乙酸乙酯-10 mL 二氯甲烷(組Ⅲ)、10 mL 乙酸乙酯-12.5 mL 二氯甲烷(組Ⅳ)等4 種組合的洗脫溶劑進行洗脫，計算平均回收率(見表2)。實驗表明，隨著洗脫液用量的增加，平均回收率逐漸提高，組Ⅱ對回收率影響較大，當繼續增加用量時，回收率變化不大，因此，結合洗脫、濃縮時間等因素，選擇5.0 mL乙酸乙酯和7.5 mL 二氯甲烷作為最佳的洗脫溶劑體積。

表2 不同洗脫體積的回收試驗結果Tab.2 Recoveries of the results about different elution volume

2.3 線性關系與方法檢出限

分別取氯苯類化合物標準使用液10、20、40、80、100、150 μL，配制成六氯苯質量濃度為1、2、4、8、10、15 μg/L，其余氯苯類化合物質量濃度為2、4、8、16、20、30 μg/L，的混合溶液。該試驗采用外標法定量，結合上述樣品處理過程和色譜分析條件，繪制工作曲線。依據方法檢出限的計算方式，對氯苯類化合物混合溶液質量濃度為4 μg/L (六氯苯質量濃度為2 μg/L)的樣品進行7 次重復測定分析，按HJ 168—2010計算方法檢出限和線性方程(見表3)。

結果表明，在各自的線性范圍內，氯苯類化合物的響應值與其質量濃度線性關系良好，相關系數均大于0.999 5，方法檢出限為0.14～0.30 μg/L，而《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中各項目標準限值(取200 mL 水樣)：三氯苯為0.02 mg/L、四氯苯為0.02 mg/L、六氯苯為0.05 mg/L。該方法能夠滿足實際檢測對檢出限的要求。

2.4 樣品加標回收試驗

通過對空白樣品添加質量濃度分別為6 和10 μg/L 的氯苯類化合物(六氯苯加標量分別為3 和5μg/L)來檢測方法的平均回收率，對樣品進行6次平行分析，測定結果列于表4。

由表4數據可知，水樣經固相萃取后，加標回收率有一定損失。低濃度下氯苯類化合物的加標平均回收率為79.9%～97.0%，高濃度下為92.2%～115.7%，相對標準偏差(RSD)分別為2.8%～9.2%、7.6%～10.3%。說明該方法具有較高的準確度和精密度，滿足地表水水質檢測中氯苯類化合物的分析要求。

3 結語

針對地表水水質檢測工作的特點和要求，筆者對樣品處理過程進行了優化。該方法自動化程度高，溶劑用量少，減少人力和財力，適用于大批量樣品分析。固相萃取聯合氣相色譜和質譜(GC-MS)檢測分析，滿足地表水中氯苯類化合物的測定要求，可以為氯苯類化合物的痕量檢測提供快速、高效、可靠的技術。