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固相萃取—气质联用法测定水中半挥发性有机物初步研究

2018.11.13

　　半挥发性有机化合物系指可在有机溶剂中分配，同时可进行气相色谱分析的一大类化合物。按照萃取条件的不同还可将这一大类有机物区分为碱一中性可萃取有机物和酸性可萃取有机物，包括有机氯农药、PCBs、有机磷农药、多环芳烃类、氯苯类、硝基苯类、硝基甲苯类、邻苯二甲酸酯类、亚硝基胺类、苯胺类和氯代苯胺类、卤代径类、卤代醚类、联苯胺类、氯代联苯胺类、吠喃类、苯酚类、氯代酚类和硝基酚类等。在工农业生产发展的同时，伴随的环境污染使得这类有机污染物在环境样品中广泛存在[1]。半挥发性有机化合物多数具有“致癌”“致畸”和“致突变”的危害，其中20多种已被我国环保部核美国环保局列入优先监测的有机污染物“黑名单”。这类污染物经过淋溶、挥发和沉降等过程，在土壤、水体和大气等环境介质中不断迁移，对人类的身体健康造成危害。
　　本文参考EPA 的方法[2]，利用固相小柱萃取—气相色谱仪质谱仪联机测定水中半挥发性有机化合物，减少了液液萃取中有机溶剂用量大，样品处理复杂等问题，可同时测定水中多种半挥发性有机化合物。
　　一、仪器与试剂
　　1.仪器
　　1.1 气相色谱质谱联用仪：美国安捷伦7890A/5975C；毛细色谱柱：HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）；
　　1.2 固相萃取装置：天津奥特赛恩斯AP-02B；固相萃取柱：Waters C18（6mL，1g）；
　　1.3 氮吹仪：北京同泰，TTL-DCⅡ型；
　　1.4 样品瓶：玻璃制品，2ml，带聚四氟乙烯衬垫的螺旋盖；
　　2.试剂
　　2.1 二氯甲烷、乙酸乙酯：农残级，天津市凯通化学试剂有限公司；
　　2.2 甲醇：色谱纯，天津赛孚科技有限公司；
　　2.3 无水硫酸钠：优级纯，天津市凯通化学试剂有限公司；于400℃下加热6h，除去含有的部分有机杂质。冷却后迅速装瓶密封置于干燥器中保存，防止吸收空气中的水分；
　　2.4 盐酸：优级纯，北京化工厂；
　　2.5 氢氧化钠：优级纯，天津市津科精细化工研究所；
　　2.6 实验用水：娃哈哈纯净水；
　　2.7 半挥发性混合物标样：S-17408B，美国AccuStandard Inc。
　　二、实验过程
　　1.水样的采集和保存
　　使用玻璃容器或聚四氟乙烯材质的容器储存样品，以避免塑料容器含有的邻苯二甲酸酯和其他碳氢化合物给样品带来污染，储存样品的玻璃容器在使用前必须仔细洗涤，采样前用二氯甲烷淌洗后使用。样品必须充满样品瓶，样品采集灌装不能在有车辆尾气存在的地方进行，采集过程要防止样品接触到采样者的手套以避免污染。如果样品中有余氯存在，每1000ml样品中需要添加80mg硫代硫酸钠。使用试剂水通过采样器具来作现场空白。样品采集后，在7d内完成萃取，萃取液在40d之内完成分析。
　　2.水样的预处理
　　2.1 固相小柱活化
　　每一个固相萃取柱分别用5ml二氯甲烷，5ml乙酸乙酯，10ml甲醇和10ml水活化，活化时，不要让甲醇和水流干（液面不低于吸附剂顶部）。
　　2.2 水样的富集
　　量取1L水样用6mol/L的盐酸调节pH小于2，加入5ml甲醇，混匀。开启真空系统，将其导入固相萃取装置中，水样以约15ml/min的流量通过固相萃取柱。
　　2.3 固相萃取柱的干燥和洗脱
　　用氮气干燥固相萃取柱（吹约10min）后，加5ml乙酸乙酯在较低的真空压力下通过固相萃取柱进入收集瓶，再用5ml二氯甲烷通过固相萃取柱进入同一收集瓶中。
　　2.4 洗脱液的的干燥和浓缩
　　洗脱液经无水硫酸钠脱水干燥后于45℃，用氮气吹至0.5ml，用乙酸乙酯定容至1.0ml。
　　3.样品分析
　　3.1色谱条件
　　进样口温度：250℃；
　　柱温：起始温度35℃，保持4min，以7℃/min的速率升温到250℃，保持3min，再以10℃/min的速率升温到280℃；
　　载气：高纯氦气；
　　载气柱流量：1.0mL/min；
　　进样方式：不分流；
　　进样量：1μL。
　　3.2 质谱条件
　　离子化方式：EI，70eV；
　　质谱扫描范围：35～500amu；
　　溶剂延迟：8min；
　　离子源温度：230℃；
　　四极杆温度：150℃；
　　辅热区温度：280℃。
　　三、结果与讨论
　　1.定性分析
　　用全扫描质谱法对样品进行定性分析，即将水样组分的保留时间和标准样品组分的保留时间进行比较，同时将样品组分扣除背景后的质谱数与NIST数据库内标准质谱进行比较完成的。总离子流图见图1。
　　2.定量分析
　　用选择离子质谱法对组分进行定量分析。根据总离子流图获得每个组分的特征离子和保留时间，确定各种组分的定量离子和扫描时间窗口，由时间窗口内定量离子的峰面积定量。各物质的定量离子见表1。
　　本文定量方法为外标法，标准曲线为至少五点校正，校准曲线的线性回归系数都大于等于0.9990。样品溶液在与标准溶液相同的分析条件下测定，根据样品溶液中目标物的峰面积，由定量校准曲线得到该化合物的浓度。水样中该化合物的浓度计算公式如下：　　图1 总离子流图
　　1.苯胺； 2.硝基苯； 3. 1，2，3-三氯苯； 4. 2，4-二氯苯酚； 5. 1，2，4-三氯苯； 6. 1，3，5-三氯苯； 7. 对-硝基氯苯； 8. 邻-硝基氯苯； 9. 间-硝基氯苯； 10. 1，2，3，4-四氯苯； 11. 1，2，3，5-四氯苯； 12. 2，4，6-三氯苯酚； 13. 1，2，4，5-四氯苯； 14. 对-二硝基苯； 15. 间-二硝基苯； 16. 邻-二硝基苯； 17. 2，4-二硝基甲苯； 18. 2，4-二硝基氯苯； 19. 2，4，6-三硝基甲苯； 20. 六氯苯； 21. 邻苯二甲酸二丁酯； 22. 邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯
　　3. 固相萃取条件优化
　　3.1 甲醇用量
　　1L加标水样分别加入甲醇0mL、5mL、10mL，比较各组分的回收率。结果表明加入甲醇的体积为5mL时得到了较好的回收率数值。
　　3.2进样流速
　　1L加标水样分别以5 mL/min、10 mL/min、15 mL/min、20mL/min的速度通过C18小柱，然后测定回收率。结果发现，以10～15 mL/min的速度进样效果较好。选择15 mL/min的速度进样，既保证了做样的准确度，又提高了样品的分析速度。
　　4.基体加标实验和加标回收率
　　向1L水样中加入标准物质，使每种组分的浓度约为2000μg/ml。各组分加标回收率见表1。
　　5.检出限
　　以3倍的信噪比对应的浓度作为检出限，结果为0.004～0.1μg/L，详见表1。
　　四、结论
　　用固相萃取—气质联用法可同时测定水中多种办挥发性有机化合物，适用范围广，灵敏度高，抗干扰能力强，可对水环境中痕量有机物进行快速定性及准确定量的监测。

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周锦帆