新型毛细管内固相萃取-气相色谱法检测纺织品中烷基酚类物质

张洛红， 杜 婷 ， 钟佳宇

（西安工程大学环境与化学工程学院，陕西 西安710048）

随着人们健康意识和自我保护意识的加强，与我们生活密不可分的纺织品中的有机污染物也日益受到人们的关注。烷基酚（APs）类物质具有良好的润湿、渗透、乳化、分散、增溶和洗涤作用，通常作为印染助剂广泛应用于纺织领域［1］，其中辛基酚（OP）和壬基酚（NP）是它的代表物质。目前的研究已经发现，烷基酚和雌性激素在分子结构上相似，烷基酚进入人体和动物体后会对他们的内分泌系统造成影响［2］。早在2000 年辛基酚和壬基酚就已经被欧盟确定为优先污染物质［3］，并在2003／53／EC指令中明确规定纺织品等商品中烷基酚类物质含量不得高于0.1%［4］，因此对纺织品中的烷基酚进行测定非常必要。

目前，检测样品中辛基酚和壬基酚的方法在文献中已有大量的报道，其中对环境样品中的烷基酚进行分析采用的检测方法主要包括气相色谱（GC）法、高效液相色谱（HPLC）法以及气相色谱-质谱（GC-MS）联用和高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）联用法［5-10］，其中GC 法应用最为广泛。

在前面的研究中我们已经用固相萃取-气相色谱法成功地检测出了纺织品中的烷基酚类物质［11］，但目前采用毛细管内固相萃取-气相色谱法检测纺织品中的烷基酚类物质尚未见报道。本研究探讨毛细管内SPE 柱与GC 联用的各种影响因素，开发出一种新型毛细管内SPE-GC 检测技术，并在纺织品中的APs 检测中进行应用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 6890N 气相色谱仪（美国安捷伦公司），色谱柱HP-5 毛细管柱（30.0 m×320 μm×0.25 μm，美国Agilent 公司），Type HSE-12D 固相萃取仪（天津市恒奥科技发展有限公司），AWJ2-2009-U艾科浦超纯水系统（颐洋企业发展有限公司），SHZ-D Ⅲ循环水真空泵（巩义市英峪予华仪器厂），HH-S4 数显恒温水浴锅（华国电器有限公司），针孔式微孔滤膜过滤器（孔径φ ＝0.45 μm，上海亚兴净化材料厂），一次性使用无菌注射器（1 mL，江西金山医疗器械有限责任公司），氮气吹扫装置（自制）。熔融硅毛细管（内径100 μm，外径375 μm，日本GL Sciences 公司），OASIS MAX 固相萃取柱（100 mg／1 mL，美国Waters 公司），OASIS WAX 固相萃取柱（100 mg／1 mL，美国Waters 公司），ENVI C18固相萃取柱（100 mg／1 mL，美国Supelco 公司），Abselut NEXUS 固相萃取柱（100 mg／1 mL，美国Varian 公司）。

辛基酚（纯度97%，上海阿拉丁试剂有限公司），壬基酚（纯度99.3%，德国Dr. Ehrenstorfer 公司），甲醇（色谱纯，美国Fisher 公司），二氯甲烷、正己烷（色谱纯，天津科密欧化学试剂有限公司），3-巯丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）、四甲氧基硅烷（TMOS）（优级纯，Shinetsu Chemicals），聚乙二醇（PEG）（优级纯，Nakarai Chemicals）

1.2 标准溶液配制

准确称量辛基酚和壬基酚标准品各0.1 g，在烧杯中用甲醇充分溶解后转移到100 mL 的容量瓶中，定容、摇匀，配制成质量浓度为1 g／L 的标准溶液，并放置在冰箱中于4 ℃的条件下存放。在实验过程中依据要求用超纯水或甲醇稀释到所需要的浓度。

1.3 棉织物样品的预处理

选取新购买的衣物（棉布质地的短袖上衣）作为检测样品，将衣服剪开，准确称量5.00 g，剪成细碎的小块。将剪碎的布料样品装入具塞瓶中，向具塞瓶中加入100 mL 的超纯水，将具塞瓶放到温度设定为37 ℃振荡频率为100 Hz 的水浴锅中超声振荡5 h。将具塞瓶取出冷却到室温后，将具塞瓶中的水样倒出，用离心机在4 000 r／min 的转速下将水样离心5 min，收集上层清液并通过孔径0.20 μm 的水系微孔滤膜，以备后续检测使用。

1.4 毛细管内SPE 柱的制备步骤［12，13］

1.4.1 毛细管的前处理

在室温条件下，用超纯水认真清洗熔融硅毛细管后装入1 mol／L 的氢氧化钠溶液，然后放置在温度为40 ℃的GC 柱箱中干燥12 h。取出后再清洗30 min。紧接着装入0.1 mol／L 的盐酸溶液，再放入40 ℃的GC 柱箱中干燥12 h。之后在室温条件下分别使用超纯水、丙酮、乙醚依次冲洗30 min。最后，再放入GC 柱箱中，在180 ℃的条件下用氦气吹扫2 h。在毛细管冷却到室温时，从GC 柱箱中取出，备用。

1.4.2 毛细管内多孔挡板的制备

毛细管内多孔挡板采用溶胶-凝胶法制作而成。把0.5 mL 0.01 mol／L 的乙酸、54 mg 的PEG 以及0.2 mL TMOS 进行混合制成溶液，匀速搅拌直到颜色接近透明的时候溶胶-凝胶步骤就完成了。取出一块溶胶-凝胶胶块导入熔融硅毛细管，利用聚四氟乙烯管将熔融硅毛细管的两端连接成圆圈，放到40℃的GC 柱箱中干燥24 h，之后取出拿掉聚四氟乙烯管，依次用超纯水和0.2 mol／L 的氢氧化钠溶液对毛细管进行缓慢的冲洗。重复以上操作，24 h 以后对GC 柱温进行程序升温，初始40 ℃，接着以1℃／min 的速率升到300 ℃。在升温过程中，GC 的柱温达到80、120、180 以及300 ℃4 个温度时各保持4h。程序升温结束后，在180 ℃条件下用氦气将熔融硅毛细管吹扫1 h，然后用-1.0 ℃／min 的速率将GC 柱温降至室温。最后，取出熔融硅毛细管，去掉聚四氟乙烯管，用MPTMS 清洗熔融硅毛细管内壁30 min，这样就完成了熔融硅毛细管内多孔挡板的制备。

1.4.3 固相萃取剂的填充和固定

将质量浓度大约为1 mg／mL 的固相萃取剂（来源于商品化的固相萃取柱，见1.1 节）的悬浮液（以甲醇为溶剂）从熔融硅毛细管的出口端导入毛细管，放置在熔融硅毛细管内多孔挡板上，导入固相萃取剂的长度大约为5 mm。然后把少量的玻璃棉（纤维）嵌入毛细管内，使用结果显示玻璃棉可以有效地阻止填充的固相萃取剂在清洗或进样的过程中从熔融硅毛细管的出口端漏出，前提条件是液体的载入流速不超过5 mL／min。

1.5 GC 检测条件

载气：氮气（N2）；进样模式：分流进样；进样方式：手动进样；样品进样量：1.0 μL；进样口设定温度：280 ℃；检测器：氢火焰离子化检测器（FID）；程序升温：GC 柱箱的起始温度设置为80 ℃，保持2 min；然后用30 ℃／min 的升温速率将柱箱温度上升到160 ℃，保持1 min；再用8 ℃／min 的升温速率将温度升到280 ℃，然后在280 ℃下保持10 min。

2 结果与讨论

2.1 固相萃取剂的优选

根据APs 的化学性质，考察了4 种性质不同的固相萃取柱（C18柱、Oasis MAX 柱、Oasis WAX 柱和Abselut NEXUS 柱）。其中，C18 柱填装的是反相萃取剂十八烷基硅烷键合硅胶填料，有较高的碳含量和更好的疏水性；Oasis MAX 柱填装的是混合型阴离子交换反相萃取剂，对酸性化合物具有高选择性；Oasis WAX 柱填装的是混合型弱阴离子交换反相萃取剂，对强酸性化合物具有高选择性；Abselut NEXUS 柱填装的是苯乙烯二乙烯苯和甲基丙烯酸甲酯聚合而成的有机高分子萃取剂，能萃取极性、非极性、酸性、碱性和中性的化合物。通过SPE-GC法对APs 进行检测，比较它们萃取辛基酚和壬基酚过程中洗脱剂种类、洗脱剂用量、洗脱速率和吸附容量。

2.1.1 洗脱剂种类的选择

依据烷基酚的物理性质和化学性质，选择3 种洗脱剂：甲醇、正己烷、二氯甲烷-甲醇（4 ∶1，v／v），检测使用4 种萃取柱时的峰面积，结果见表1。

表1 不同洗脱剂条件下使用4 种萃取柱时两种烷基酚的峰面积Table 1 Peak areas of the two alkylphenols with four SPE cartridges and different elution solvents

从表1 可以看出，以甲醇作为洗脱剂时检测峰面积最大，二氯甲烷-甲醇次之，正己烷最低。再加上定容时的溶剂是甲醇，用甲醇作为洗脱剂能最大程度降低实验中的其他影响。因此选择甲醇作为4种固相萃取柱吸附剂的洗脱剂。

2.1.2 洗脱剂用量的优化

以甲醇为洗脱剂，分别用1、3、5、8、10 mL 进行洗脱，检测出两种烷基酚的峰面积如表2 所示。

从表2 可以看出，随着洗脱剂体积的增加APs的峰面积先增大后不变。综合考虑萃取效果和时间因素，选择C18 柱、MAX 柱、WAX 柱和Abselut NEXUS 柱的最佳洗脱剂用量分别为5、8、5、3 mL。

2.1.3 洗脱速率的优化

用5 mL 的甲醇作为洗脱剂进行洗脱，洗脱速率分别选择1、3、5、10 mL／min，检测出两种烷基酚的峰面积如表3 所示。

从表3 可以看出，随着洗脱速率的增加，APs 的峰面积越来越小。综合考虑萃取效果和时间因素，确定C18 柱、MAX 柱、WAX 柱和Abselut NEXUS柱的最佳洗脱速率分别为1、1、3、3 mL／min。

2.1.4 吸附容量的考察

考察了4 种固相萃取柱的吸附容量，结果如图1 所示。

表2 不同洗脱剂用量下使用4 种萃取柱时两种烷基酚的峰面积Table 2 Peak areas of two alkylphenols with four SPE cartridges with different elution volumes

表3 不同洗脱速率下使用4 种萃取柱时两种烷基酚的峰面积Table 3 Peak areas of two alkylphenols with four SPE cartridges at different elution rates

图1 4 种固相萃取柱对于辛基酚的吸附曲线Fig.1 Adsorption curves of four SPE cartridges for octylphenol （OP）

从图1 可以看出，穿透体积由小到大依次是C18 柱、MAX 柱、WAX 柱和Abselut NEXUS 柱。表明4 种萃取柱中Abselut NEXUS 柱的吸附容量最大，WAX 和MAX 次之，C18 柱的吸附容量最小。

在Abselut NEXUS 萃取柱的吸附实验中，当样品进样量较大时，在洗脱过程中可以看到：开始加入洗脱剂时，收集洗脱液的塑料管中有明显的沉淀物。振荡后，沉淀物快速溶于洗脱剂，溶液变澄清。表明Abselut NEXUS 萃取柱的吸附剂具有优异的吸附能力，甚至可以让目标组分以固态从吸附剂中析出。

根据以上实验，选择Abselut NEXUS 柱的吸附剂用于毛细管内SPE 柱的制备，洗脱剂为甲醇，洗脱剂体积是3 mL，洗脱速率是3 mL／min。

2.2 毛细管内固相萃取法的建立及条件优化

2.2.1 毛细管内SPE 柱的制备

毛细管内SPE 柱就是一根在内部填充了固相萃取剂的毛细管，从外观上看就是一根褐色的熔融硅毛细管，但毛细管内部是采用化学合成方法制作的多孔挡板，将Abselut NEXUS 柱的吸附剂填充到毛细管内的多孔挡板上，即制作得到可对样品进行富集和浓缩的毛细管内SPE 柱，结构见图2。

2.2.2 毛细管内萃取条件

根据前面优化的Abselut NEXUS 柱的最佳萃取条件和毛细管内SPE 柱的实际参数，得出毛细管内SPE 柱活化时需要的甲醇和超纯水的体积是1.2 μL。为了延长毛细管内SPE 柱的使用寿命以及节约实验时间，通过实验选择毛细管内SPE 柱的载入流速。通过比较，筛选出毛细管内SPE 柱的载入流速为0.4 μL／min。

图2 毛细管内SPE 柱的结构示意图Fig.2 Structure diagram of in-tube capillary SPE

2.2.3 进样方式的选择

由于毛细管内SPE 柱的外径特别小，和手动进样器的针头外径差不多，再加上熔融硅毛细管自身具有一定的机械强度，可以直接穿透GC 进样口的橡胶隔垫而不需要在毛细管外面增加金属套管，所以毛细管内SPE 柱可以直接作为GC 的进样器。采用毛细管内SPE-GC 法检测APs 的时候，我们选择的进样方式是手动进样，进样装置就是毛细管内SPE 柱，进样长度为4.5 cm。

2.2.4 脱附方式的选择

选择热脱附，可以将毛细管内SPE 柱内的萃取剂上吸附的待测物质解吸下来。

2.2.5 进样停留时间的选择

使用毛细管内SPE 柱进样时，停留时间太短则进样室内的高温不能将吸附剂上的待测物质完全洗脱下来，而停留时间太长又会使进样过程持续的时间延长，使待测物质不能集中气化，造成检测的峰值降低。为了能够直观地观察热脱附的效果，在毛细管入口端吸入5 cm 的辛基酚标准溶液，封闭另一端后迅速插入GC 的进样室内，插入长度为4.5 cm，停留一段时间（1、2、3、4 s）后拔出毛细管，测量毛细管内残余的溶液长度。试验结果如表4 所示。

由表4 中的数据可以看出，随着进样停留时间的增加，毛细管内残余溶液的长度减少，且当停留时间为3 s 和4 s 时，毛细管内只剩下未进入GC 进样室的不足0.5 cm 长度的溶液，插入GC 进样室部分长度为4.5 cm 的毛细管内的溶液都气化了。所以，选择的进样停留时间为3 s。

表4 进样时间与残余量的关系Table 4 Relationship between sampling time and residual amount

2.2.6 毛细管内SPE 柱的萃取检测步骤

在色谱小瓶中装入二分之一溶液，把毛细管内SPE 柱填充有萃取剂的那一端插入色谱小瓶中。将医用注射器吸满空气，用注射器向小瓶中鼓气增加小瓶压力。当小瓶内的压力大于毛细管内SPE柱内的压力时，小瓶中的溶液就会被压入毛细管内。把甲醇、超纯水、待测水样分别放入色谱小瓶中，把毛细管内SPE 柱依次插入3 个小瓶，完成毛细管内SPE 柱的活化、上样。用氮气吹干毛细管内SPE 柱的水分，然后直接进样。示意图如图3。

图3 毛细管内固相萃取步骤Fig.3 In-tube capillary solid-phase extraction procedure

2.2.7 富集倍数

用气相色谱检测0.01 mg／L 的辛基酚水样和1 mg／L 的辛基酚标准溶液（溶剂是甲醇），结果如图4 和图5 所示。

图4 毛细管内SPE 柱萃取辛基酚的GC 图Fig.4 GC chromatogram of octylphenol from in-tube capillary SPE column extraction

图5 1 mg／L 辛基酚标准溶液的GC 图Fig.5 GC chromatogram of 1 mg／L octylphenol standard solution

从图4 和图5 可以看出，对0.01 mg／L 的辛基酚水样的富集效果能够达到1 mg／L 的辛基酚标准溶液直接用GC 检测的效果。这表明毛细管内SPE柱的富集倍数很高。通过计算，得到毛细管内SPE柱对APs 的富集倍数超过100 倍。

2.3 方法学考察

2.3.1 方法的线性关系和检出限

在优化的毛细管内SPE 萃取条件下提取OP和NP，在0.001 ～0.1 mg／L 的范围内测定一系列OP 和NP 的标准溶液，考察峰面积y 与质量浓度x（mg／L）的线性关系。辛基酚的线性方程为y ＝207.12x＋0.047 7，R2＝0.995 6，；壬基酚的线性方程为y ＝188.17x＋0.004 7，R2＝0.998 7，线性关系均良好。依据3 倍信噪比确定检出限，辛基酚的检出限为3.7 μg／L，壬基酚的检出限为4.5 μg／L。

2.3.2 实际水样的测定和回收率

将优化的毛细管内SPE-GC 法用于市售棉短袖上衣浸泡水样中辛基酚和壬基酚含量的实际检测，检测结果见图6。

图6 纺织品水样的GC 图Fig.6 GC chromatogram of a textile sample

从图6 可以明显地观察到在12.9 min 左右和16.3 min 左右出现了目标峰，这说明在检测的纺织品水样中确实存在着辛基酚和壬基酚。通过计算得到纺织品水样中辛基酚的质量浓度为0.066 mg／L，壬基酚的质量浓度为0.05 mg／L。

为了验证方法的准确性，在质量浓度为0.01 mg／L 的辛基酚或壬基酚水样中分别加入辛基酚或者壬基酚的标准样品。然后在前面确定的实验条件下用毛细管内SPE-GC 法进行检测，分别进行6 次平行实验，结果显示该方法对辛基酚和壬基酚的加标回收率分别为85.6%～98.2%和83.8%～95.7%，相对标准偏差分别为4.54%和5.27%。

3 结论

本文建立了一种毛细管内SPE-GC 联用检测APs 的方法，用毛细管内SPE 柱对纺织品样品进行前处理，直接以毛细管内SPE 柱作为GC 的手动进样器，然后用GC 进行检测。毛细管内固相萃取技术能有效地对APs 进行富集浓缩，富集倍数约为100 倍，该方法呈现出良好的线性关系，检出限低，方法回收率高。将本方法用于市售纺织品实际样品的检测分析，获得了很好的实验结果。本方法具有简单、方便，萃取过程中间环节少，样品需要量少，不用或少用有机溶剂，富集倍数高等优点。此方法还可以根据纺织品中有机污染物的检出要求，灵活方便地选择毛细管萃取柱中所填充的萃取剂种类，充分利用商品化固相萃取剂的资源，使所开发的技术有更广的应用领域。

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