气相色谱-质谱法测定水质中酚类化合物的方法验证与优化

冯若矩，袁 姁，王小敏，梁时军，李 晋

(1.四川省南充生态环境监测中心站，四川 南充 637000;2.四川省图书馆，四川 成都 610000)

1 引言

含酚废水是当今世界上危害大、污染范围广的工业废水之一，是环境中水污染的重要来源[1]。这些废水通过挥发、沉降、渗透等方式进入地表水和地下水，地表水环境质量标准(GB 3838-2002)将酚类化合物中的2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚作为集中式生活饮用水地表水源地特定监测项目[2，3]。水质中酚类化合物的分析，目前有气相色谱法[1]、气相色谱-质谱法[4]、液相色谱-三重四级杆质谱法等[5]。其中，气相色谱-质谱法比气相色谱法定性更准确，液相色谱-三重四级杆质谱法包含的酚类化合物类别太少，仅4种硝基酚类化合物。目前绝大部分实验室选择的是2015年7月1日实施的《水质 酚类化合物的测定 气相色谱-质谱法》(HJ 744-2015)，该方法通过衍生化的前处理方式，适用于多种酚类化合物的测定[6，7]。基于实验室设备的限制，本次新方法的实验室验证采用液液萃取前处理方式。

2 材料与方法

2.1 方法原理

在酸性条件下(pH≤1)，用液液萃取法提取水样中的酚类化合物，经五氟苄基溴衍生化后用气相色谱-质谱法分离检测，以色谱保留时间和质谱特征离子定性，外标法或内标法定量[8]。

2.2 样品

2.2.1 样品的采集与保存

本文所有样品均严格参照相关规定进行采集和保存[3,9]。样品采集后保存在棕色玻璃瓶中，用硫酸溶液将水样调节至pH≤2。水样充满样品瓶并密封，4 ℃下避光保存。注意样品采集过程中不可用水样冲洗样品瓶。

2.2.2 液液萃取

称取15 g氯化钠加入到水样中，轻轻振摇使其溶解。量取25 mL二氯甲烷-乙酸乙酯混合溶液，振摇萃取10 min。静置至有机相和水相充分分离，收集有机相，并经无水硫酸钠除水。重复3次上述萃取步骤，合并萃取液于浓缩管中。最后经过氮吹浓缩并更换到丙酮溶剂中，定容至约8 mL[10，11]。

2.2.3 衍生化反应

在8 mL上述丙酮萃取浓缩液中，依次加入100 μL五氟苄基溴衍生化试剂和100 μL K2CO3溶液。盖好瓶塞，轻轻振摇、混匀后置于60 ℃下衍生60 min后，冷却至室温。通过氮吹浓缩装置将溶剂体系更换至正己烷，浓缩定容至1.0 mL，在上述定容后的溶液中准确加入5.0 μL内标标准使用液，使内标物在溶液中浓度为500 μg/L，待测[3,12，13]。

2.3 仪器参考条件

气相色谱条件：进样口温度:270 ℃，不分流进样;柱流量:1.0 mL/min(恒流);柱箱温度:50 ℃，以 8 ℃/min升温至250 ℃并保持10 min;进样量:1.0 μL。

质谱参考分析条件：四极杆温度:150 ℃;离子源温度:230 ℃;传输线温度:280 ℃;扫描模式:选择离子扫描模式(SIM)，溶剂延迟时间:5 min。

3 结果与分析

3.1 标准样品测试谱图

采用液液萃取，用内标法定量，配制含有酚类化合物的标准序列，分别为0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、1.00 mg/L、2.40 mg/L。对浓度为2400 μg/L的标准样品进行测定，确定本实验室仪器上各组分的保留时间[14]。3-甲酚为15.439 min，2-甲酚为15.815 min，4-甲酚为15.951 min，2-氯苯酚为16.788 min，2,6-二氯苯酚为18.297 min，2,4-二氯苯酚为19.068 min，2,4,6-三氯苯酚为19.959 min，2,4,5-三氯苯酚为20.985 min，4-硝基酚为21.398 min，五氯酚为24.393 min。其标准样品的图谱见图1。

注：1为3-甲酚；2为2-甲酚；3为4-甲酚；4为2-氯苯酚；5为2,6-二氯苯酚；6为2,4-二氯苯酚；7为2,4,6-三氯苯酚；8为2,4,5-三氯苯酚；9为4-硝基酚；10为五氯酚

3.2 空白实验

用实验用水代替实际水样，按照2.2节要求制备空白试样，取1.0 μL制备完成的空白试样，对其平行测定6次。6次测定浓度均低于方法检出限，符合实验标准[15]。

3.3 校准曲线

按照仪器参考条件进行分析，得到不同浓度各目标化合物的质谱图，记录各目标化合物的保留时间和定量离子质谱峰的峰面积，按内标法计算平均相对相应因子，内标物浓度为500 μg/L。将标准系列中每个浓度点五氟苄基溴衍生物定量离子的峰面积与其内标物定量离子的峰面积进行比值，得出各个浓度点的相对响应因子，计算均值得平均相对响应因子。10种目标化合物的线性范围均为100～2400 μg/L，校准曲线r均大于0.995。目标化合物3-甲酚-PFB、2-甲酚-PFB、4-甲酚-PFB、2-氯苯酚-PFB、2,6-二氯苯酚-PFB、2,4-二氯苯酚-PFB、2,4,6-三氯苯酚-PFB、2,4,5-三氯苯酚-PFB、4-硝基酚-PFB、五氯酚-PFB的线性方程分别为y=2.114x-0.1875(R2=0.997)、y=2.208x-0.1854(R2=0.998)、y=2.295x-0.1773(R2=0.998)、y=1.001x-0.05276(R2=0.999)、y=0.4152x-0.02055(R2=0.999)、y=0.5928x-0.01485(R2=0.997)、y=0.2165x-6.991×10-3(R2=0.9999)、y=0.3706x-5.093×10-3(R2=0.9999)、y=0.1454x-0.02413(R2=0.991)、y=0.1357x+8.663×10-4(R2=0.9999)，上述式中y为响应比，x为酚类化合物浓度比(表1)。

表1 化合物保留时间及线性范围

3.4 方法检出限、测定下限

采用液液萃取的方式，用内标法定量分析，按照样品分析的全部步骤，重复7次空白试验，计算7次平行测定的标准偏差。根据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》(HJ168-2010)中相关规定，按照公式计算方法检出限，以4倍方法检出限为测定下限。10种酚类化合物的检出限范围在0.13～0.22 μg/L，测定下限范围在0.5～0.8 μg/L。具体方法检出限、测定下限测试见表2。

表2 方法检出限、测定下限测试 μg/L

3.5 方法精密度测试

采用液液萃取法，对酚类化合物0.4 μg/L、1.6 μg/L 、9.6 μg/L 3种不同浓度的加标空白水样进行测定，每个浓度平行测定6组空白加标水样，计算平均值、标准偏差、相对标准偏差，验证实验方法的精密度，测得3种加标浓度的相对标准偏差分别为2.6%～7.5%、1.9%～9.5%、2.2%～10.0%。测定详细结果如表3所示。

表3 液液萃取法精密度

3.6 方法准确度测试

对实际水样加标测定，对地表水加标浓度0.4 g/L，工业废水加标浓度1.6 g/L，生活废水加标浓度9.6 g/L三种不同类型水样进行6次加标回收率测定，回收率为62.0%～82.0%、60.6%～70.6%、60.4%～70.4%，结果如表4所示。根据以上结果，采用衍生化液液萃取的方式，通过空白试验、精密度、准确度分析，测定结果符合HJ704-2014的质控要求，本实验室具备酚类化合物气相色谱-质谱法的测定条件[16]。

表4 实际样品加标测试

4 讨论与建议

(1)衍生化试剂五氟苄基溴属于催泪物质，实际操作中应佩戴护目镜、防毒面具，同时存储五氟苄基溴也要做好密封措施。

(2)酚类化合物前处理过程繁琐，浓缩液成分复杂，对仪器损伤较大。如若仪器响应变低，应及时清洗进样口；样品浓度较高会存在记忆效应，可通过分析空白样品，直至空白样品中目标化合物的浓度低于检出限，再进行下一个样品的分析。

(3)衍生化反应温度务必精确，同时要做好密封措施，建议使用带旋钮的10 mL规格的小试管，方便后一步的浓缩转溶。

(4)本方法由于要添加100 μL的碳酸钾水溶液，导致最终转溶成1mL正己烷体系浓缩液时，底部会残存100 μL水。建议在最后定容前，增加除水步骤，再经过氮吹浓缩定容。该优化措施其他实验室可参考使用。

5 结论

10种酚类化合物的线性范围均为100～2400 μg/L，校准曲线线性良好(r>0.995)，检出限范围在0.13～0.22 μg/L，测定下限范围在0.5～0.8 μg/L；对3种浓度的空白试样加标进行测定，测得的相对标准偏差分别为2.6%～7.5%、1.9%～9.5%、2.2%～10.0%；对3种不同的水体进行水样加标测定，测得的回收率为62.0%～82.0%、60.6%～70.6%、60.4%～70.4%。该方法操作简便，对酚类化合物的覆盖面较广，准确度与精密度较好，能够满足水质中多种酚类化合物的检测要求。