顶空固相微萃取气质联用法分析水中两种内分泌干扰物

2023-09-05张军安霍海燕赵欣史晓慧

山东化工 2023年13期

张军安,霍海燕,赵欣,史晓慧

(河北省邯郸生态环境监测中心,邯郸河北 056002)

当前,环境内分泌干扰物作为一种新污染物正逐步受到广泛关注。内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals,即EDCs),也称为环境激素(Environmental Hormone),是一种外源性干扰内分泌系统的化学物质,是重要的环境污染物,广泛存在于土壤和水体中,其进入生物体内后,对体内激素产生严重干扰,影响生物体内环境和生长发育。烷基酚类化合物中,4-壬基酚和对特辛基苯酚是两种典型的代表性激素,已被联合国环境规划署(UNEP)列入27种持久性有毒化学污染物之中。4-壬基酚(简称4-n-NP)和对特辛基苯酚(简称4-t-OP)均广泛用于非离子表面活性剂,它们是烷基酚中最大宗的产品种类,也是石油化学工业和有机合成工业中最重要的中间体之一,同时它们也是环境激素中毒性最大、应用很广,最难被生物降解的污染物,能对生物内分泌系统造成严重的影响。

目前报道了不少分析水质中烷基酚类内分泌干扰物的方法,其中黄文平[1]采用固相萃取液质联用法分析了水中31种内分泌干扰物,陈玲[2]建立了采用自动固相微萃取-气相色谱法分析水中4-壬基酚。张文涛等[3]利用顶空固相微萃取和气质联用同时分析水中3种酚类化合物,Jin等[4]用气相色谱-质谱联用法对水库中4-辛酚、4-壬酚和双酚A进行同时测定。王静[5]利用超高效液相色谱质谱联用分析水中三种烷基酚类物质。项萍[6]利用衍生法气质联用分析了水中8种内分泌干扰物。赵铖铖[7]固相萃取气相色谱联用分析污水中壬基酚。

通过顶空固相微萃取法萃取水中烷基酚类化合物,然后经气质联用仪解析、分离、检测,该方法无需衍生,前处理环境友好无污染,操作简便,灵敏度高,重现性好,适于水中4-壬基酚和对特辛基苯酚的快速分析,同时也为水中其他烷基酚类化合物的分析提供一种参考。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

安捷伦77890B-5977B气相色谱质谱联用仪(美国Agilent公司),固相微萃取装置(美国Supelco公司),恒温搅拌装置(上海雷磁),4种固相萃取纤维头(美国Supelco公司),涂层分别为聚二甲基硅氧烷涂层萃取纤维(PDMS 100 μm);聚丙烯酸酯涂层萃取纤维(PA, 85 μm);聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯涂层萃取纤维(PDMS /DVB,65 μm);Carboxen/聚二甲基硅氧烷涂层萃取纤维(Carboxen/PDMS,75 μm),20,40 mL带聚四氟乙烯隔垫顶空瓶(美国Agilent公司)。

标准物质:4-正壬基酚:1 000 mg/L inmethanol(ANPEL公司);对特辛基苯酚:100 mg/L in methanol(ANPEL公司);试验用水为自制超纯水。

1.2 实验条件

1.2.1 气相色谱条件

色谱柱为HP-5MS石英毛细管柱 (30 m × 0.25 mm×0.25 μm);进样口温度:270 ℃;不分流进样;载气:He;流速:1 mL/min;程序升温:初温80 ℃,以10 ℃/min升温至200 ℃,再以10 ℃/min升温至280 ℃,保持1 min。

1.2.2 质谱条件

离子源:EI;轰击电压70 eV;传输线温度:300 ℃;离子源温度230 ℃;检测器电压0.9 kV;溶剂切割时间8.0 min;扫描方式:SIM;特征离子见表1。

表1 对特辛基苯酚、4-正壬基酚的保留时间和特征离子

1.2.3 HS-SPME条件

萃取涂层为PDMS /DVB(65 μm),首次使用前于气相色谱进样口(270 ℃)内活化30 min。移取10.00 mL水样至20 mL顶空瓶中;萃取温度为80 ℃;搅拌速度为250 r/min;萃取时间持续30 min;解吸温度为270 ℃;解吸时间为6 min。

1.3 样品的前处理

按照HJ/T 91和HJ/T 164中挥发性有机物的相关规定采集样品,将样品沿瓶壁慢慢导入40 mL的棕色样品瓶,直至满瓶,尽量减少搅动防止目标物逸出,并避免将空气泡引入采样瓶中,然后迅速密封。准确量取10 mL水样移入顶空瓶中,迅速加盖密封。加标样品振摇使之混合均匀,在80 ℃下搅拌平衡30 min后顶空萃取后进样分析。

2 结果与讨论

2.1 HS-SPME萃取条件的优化

HS-SPME处理水样时,萃取效率取决于多种因素,如萃取纤维涂层的极性与厚度、萃取的温度与时间、搅拌速度、样品的离子强度与pH值、解吸时间等。在10.0 mL超纯水中加入4-正壬基酚和对特辛基苯酚标准溶液,配制成1.0 μg/L的水溶液,按一定步骤逐步优化各项萃取参数。

2.1.1 萃取涂层的选择

萃取涂层是决定 HS-SPME 成败的关键因素,不同极性的涂层适合分析不同极性的化合物,而不同厚度的涂层则会影响目标物的吸附容量与吸附时间。因此,首先固定其他参数,对萃取涂层进行优化,萃取温度80 ℃,萃取时间30 min,搅拌速度250 r/min,解吸时间5 min,随后将含有4-正壬基酚和对特辛基苯酚的水溶液分别用PA(85 μm)、PDMS(100 μm)、PDMS/DVB(65 μm)、Carboxen/PDMS(75 μm)4种涂层进行萃取,得到的峰面积如图1所示。

图1 萃取涂层对萃取效果的影响

从图1可见,在 4种涂层中,PDMS/DVB(65 μm)的萃取效果最好,因为PDMS为非极性涂层,比较适合萃取非极性或弱极性物质。根据相似相溶原理,PDMS/DVB和4-正壬基酚和对特辛基苯酚这两种物质极性相似,而且复合涂层表面积大,筛孔多,吸附能力强。而PA则属于极性涂层,仅适合处理极性物质。

2.1.2 萃取温度的优化

萃取温度对萃取的影响有两面性:一方面升高温度可以使挥发性的物质更充分的挥发出来,并可以缩短达到吸附平衡的时间;另一方面升高温度又会使挥发性物质与涂层之间的分配系数下降[8],降低纤维头的吸附量。本实验考察了40,50,60,70,80和90 ℃的系列萃取温度对4-正壬基酚和对特辛基苯酚萃取效果的影响,保持其他条件不变进行分离分析,结果见图2。由图2可见4-正壬基酚和对特辛基苯酚挥发量随着萃取温度升高初始时均明显增加,但从80 ℃升至90 ℃,吸附量开始减少,所以最终确定萃取温度为80 ℃。

图2 萃取温度对萃取效果的影响

2.1.3 萃取时间的优化

SPME的最佳萃取时间应该是挥发性成分在气相和涂层两相之间达到平衡的时间,此时分析的灵敏度和准确度最佳。本实验选取10,20,30,40,50 min作为考察对象,其他条件不变并进行分离分析,结果见图3。由图3可见萃取30 min即可获得满意效果。当时间超过30 min,萃取物质总峰面积反而降低,这是由于纤维涂层吸附已经饱和,延长受热时间影响了4-正壬基酚和对特辛基苯酚在固相与气相、气相与液相间的分配系数[9],从而导致目标物在固相上的吸附量没有增加反而减少,因此确定萃取时间为30 min。

图3 萃取时间对萃取效果的影响

2.1.4 解析时间的优化

考察了解析时间为1,2,3,4,5和6 min纤维头吸附的4-正壬基酚和对特辛基苯酚的解析效果,保持其他条件不变进行萃取以及分离分析,结果见图4。

图4 解析时间对萃取效果的影响

由图4可见,当解析时间达到6 min时,纤维涂层吸附的物质已完全解析,不存在记忆效应,所以最终确定6 min作为解析时间。

2.2 方法验证

2.2.1 空白试验

本研究采用超纯水作空白样品,根据2.1节的优化参数, 对空白样品进行萃取,在1.2.1和1.2.2的气相色谱和质谱条件下进行分离分析,其结果见图5。

图5 空白总离子流扫描色谱图

图6 4-正壬基酚、对特辛基苯酚选择离子扫描色谱图

由图5可见,4-正壬基酚和对特辛基苯酚均未检出,说明各操作环节并未引入目标物污染。随后从线性、检出限、回收率、精密度等方面对整个方法进行验证。

2.2.2 标准品的总离子流色谱图

实验中以未检出目标物的超纯水为溶剂,配制2种酚类化合物系列混合标准溶液,在已优化的萃取条件下进行萃取,在1.2.1和1.2.2的气相色谱和质谱条件下进行分离分析。标准溶液总离子扫描图见图 6。

2.2.3 方法的线性范围、检出限

用上述超纯水配制5个质量浓度为 0.05,0.1,0.2,0.5,1.0 μg/L的标准溶液水样,采用1.2节的步骤和参数进行分析,然后以酚类化合物的浓度为横坐标(x,μg/L)、峰面积为纵坐标(y),绘制校准曲线。结果表明,2种酚类物质的线性范围为0.05～1.0 μg/L;以基线的3倍信噪比(S/N = 3)确定方法检出限。具体结果见表2。

表2 方法线性参数及检出限

2.2.4 方法的精密度、回收率

在优化的实验条件下,在超纯水中加入一定量的2种酚类混合标准溶液,配制成不同质量浓度水平的加标样品。按照第1.2.3节的前处理方法和第1.2节的色谱条件,对不同质量浓度水平的样品分别单独测定6次,考察其精密度和回收率情况,结果见表3。从表3可以看出,各酚类化合物的加标回收率为85.4%～103.1%,相对标准偏差(RSD)为3.2%～5.4%。