CN111474266A - 一种检测水中酚类化合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测水中酚类化合物的方法，属于水污染检测技术领域。所述方法是：先调节水样pH至2.5～3.5，采用固相萃取法进行富集；再采用气相色谱串联质谱法对酚类化合物进行定量检测；所述固相萃取条件为：采用HLB固相萃取小柱，以乙酸乙酯为洗脱液；所述酚类化合物包括烷基酚类化合物、溴酚类化合物和硝基酚类化合物。本发明建立的方法不需要衍生，简化了前处理方法，操作简单、且准确性高，重复性好，可同时检测复杂水体中18种酚类化合物，平均回收率为77.3～100.6％，相对标准偏差为3.1～7.4％，检出限为0.04～0.5μg/L。

Description

一种检测水中酚类化合物的方法

技术领域

本发明涉及一种检测水中酚类化合物的方法，属于水污染检测技术领域。

背景技术

随着焦化、炼油、冶金、煤气等工业的高速发展，各种含酚废水排放量相应增加，酚类化合物开始进入大众视野。湖北省梁子湖“五氯酚钠中毒”事件、江苏省“苯酚污染水源”事件，酚类化合物更是以其高毒性、长期蓄积性、持久性、潜在致癌性等特点受到越来越多学者的广泛关注。环境中的酚污染主要指酚类化合物对水体的污染。含酚废水作为当今世界上危害大、污染范围广的工业废水之一，是环境中水污染的重要来源。由于酚类化合物具有强毒性和持久性的特点，美国环境保护署将其列为优先控制污染物。欧盟也规定饮用水中总酚含量不能超过0.5μg/L和单个酚含量不能超过0.1μg/L，同时，我国GB 8979-1996《污水综合排放标准》规定，挥发酚最高允许排放浓度为1.0mg/L；GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定挥发酚的含量不得超过0.002mg/L；其中GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中指出五氯酚、2,4-二氯苯酚、2,4,6-三氯苯酚等酚类化合物标准限值不能超过0.009、0.093、0.2mg/L。为了保障人类免受酚类污染物的威胁和困扰，必须对环境中的酚类化合物进行监测和控制。

目前，我国水中酚类化合物测定采用HJ 744-2015《水质酚类化合物的测定气相色谱-质谱法》标准，该标准方法采用五氟苄基溴衍生，测定2-氯苯酚、4-氯苯酚、五氯酚、2,4-二氯苯酚、2,6-二氯苯酚、2,4,6-三氯苯酚、2,4,5-三氯苯酚、2,3,4,6-四氯苯酚、4-硝基酚、2-甲酚、3-甲酚、4-甲酚、2,4-二甲酚等14种酚类化合物，该方法检出限为0.1～0.2g/L，测定下限为0.4～0.8g/L。鉴于当前对于水中所含有的酚类化合物的种类不清、危害不明，多种酚类化合物的同时检测方法研究更是一片空白，因此建立水中多种酚类化合物同时高效检测方法，为我国水中酚类化合物残留水平的控制、检测标准的制定和管理措施的采取，都具有重要的理论和现实意义。

当前，水中酚类化合物的研究大多集中于单一种类(如苯酚、氯酚类、硝基酚类等)或多种类少量酚类化合物的检测，如景阳等利用高效液相色谱法检测水中四种常见的酚类化合物；李晓晴建立了同时检测水中6种酚类化合物的新方法；Joaquindeng等利用高效液相色谱法检测废水中5种合成的酚类抗氧化剂，Luo等利用高效液相色谱法结合荧光法检测水中12种酚类化合物，这些方法虽然前处理简单，检出限低，灵敏度高，但只能同时检测少数酚类化合物。当前研究对水中烷基酚、溴酚的检测报道较少，而且当前酚类化合物的检测方法大都要衍生，但衍生操作较复杂，反应条件苛刻，反应的副产物和过量的衍生化试剂可能会干扰目标化合物的分离与检测等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用了固相萃取技术富集水中多种酚类化合物，并结合气相色谱串联质谱法，定性定量测定水中酚类化合物，建立了一种高效且能同时检测18种酚类化合物的检测方法。开发一种不需要衍生，且能同时、准确的检测水中多种不同种类酚类化合物，尤其是烷基酚、溴酚类化合物的方法。试验选择超纯水为空白样品，采用固相萃取技术富集、提取水中的酚类化合物，同时对色谱条件、质谱条件、水样初始pH、洗脱液的种类、洗脱液的用量等前处理条件进行优化，从而确定出最优的前处理方法，最后利用气相色谱串联质谱法对不同种类的酚类化合物同时进行定量检测。

本发明的第一个目的是提供一种富集酚类化合物的预处理方法，所述方法是：先调节样品pH至2.5～3.5，采用固相萃取法进行富集；所述固相萃取条件为：采用HLB固相萃取小柱，以乙酸乙酯为洗脱液；所述酚类化合物包括烷基酚类化合物、溴酚类化合物和硝基酚类化合物中的一种或多种。

在本发明一种实施方式中，优选地，pH为3.0。

在本发明一种实施方式中，洗脱液体积为9-11mL，优选地，体积为10mL。

在本发明一种实施方式中，所述HLB固相萃取小柱需先采用甲醇和超纯水进行活化；所述甲醇和超纯水的体积比为1：1。

在本发明一种实施方式中，预处理的具体过程为：采用盐酸调节待测水样pH至3.0，用6mL甲醇、6mL超纯水活化固相萃取小柱，然后将待测水样加入小柱中，调整固相萃取仪，确保水样以1mL/min的速度流过柱子，上样结束后继续负压抽滤15min左右，最后依次加10mL乙酸乙酯至柱子上，浸泡2min后，依靠重力洗脱，收集洗脱液至试管中，氮吹至0.8mL左右，定容至1mL，过有机膜，待测。

在本发明一种实施方式中，所述酚类化合物包括壬基酚、双酚A、2-溴苯酚、4-溴苯酚、2,4-二溴苯酚、2,6-二溴苯酚、2,4,6-三溴苯酚、2-硝基酚、3-硝基酚、4-甲基-2-硝基酚、6-硝基间甲酚、2-硝基-3-甲基苯酚、2,6-二甲基-4-硝基酚、辛基酚、4-硝基酚、2,4-二硝基苯酚、3-甲基-4-硝基酚和4,6-二硝基邻甲苯酚中的一种或多种。

本发明的第二个目的是提供一种检测水样中酚类化合物含量的方法，所述方法是应用上述预处理方法对水样中酚类化合物进行富集，再采用气相色谱串联质谱法对酚类化合物进行定量检测。

在本发明一种实施方式中，色谱柱选择30m×0.25mm×0.25μm TG-5MS毛细管色谱柱。

在本发明一种实施方式中，色谱条件为：初始柱温70℃，维持1min，然后以8℃/min升至160℃，再以3℃/min升至200℃，最后以40℃/min升至300℃，保持3min。

在本发明一种实施方式中，质谱条件：离子源温度240℃，传输线温度250℃，电子轰炸(EI)离子源，电子能量：70eV，溶剂延迟10min，选择离子(SIM)监测方式。

本发明第三个目的是提供一种所述预处理方法和检测方法在检测河流湖泊、生活用水和生产废水水质方面的应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明建立的方法不需要衍生，前处理方法简便，操作简单、且准确性高，重复性好，可同时检测复杂水体中多种酚类化合物，能显著提高酚类化合物的分析速率；

(2)采用本发明方法能同时检测18种酚类化合物，平均回收率为77.3～100.6％，相对标准偏差为3.1～7.4％，检出限为0.04～0.5μg/L。

附图说明

图1为18种酚类化合物标准溶液的总离子流色谱图；其中，1为2-溴苯酚；2为2-硝基酚；3为2-硝基-3-甲基苯酚；4为4-甲基-2-硝基酚；5为6-硝基间甲酚；6为4-溴苯酚；7为2,4-二溴苯酚；8为2,6-二溴苯酚；9为3-硝基酚；10为2,4-二硝基苯酚；11为4-硝基酚；12为辛基酚；13为3-甲基-4-硝基酚；14为4,6-二硝基邻甲苯酚；15为2,6-二甲基-4-硝基酚；16为2,4,6-三溴苯酚；17为壬基酚；18为双酚A。

图2为不同小柱对酚类化合物回收率的影响。

图3为不同pH对酚类化合物回收率的影响。

图4为不同洗脱剂对酚类化合物洗脱回收率的影响。

图5为不同洗脱体积对酚类化合物回收率的影响。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

实施例1：

(1)标准溶液的制备

以甲醇为溶剂，将烷基酚、溴酚以及10种硝基酚的标准样品配制成1g/L的储备液10mL，然后用甲醇将1g/L的储备液稀释成100mg/L的中间液；按1:10比例吸取中间液配制成第一类酚类物质、第二类酚类物质浓度分别为1、10mg/L的混合标准液，上述储备液和中间液置于-10℃条件下保存，备用。

分别准确吸取18种混合标准液适量，用甲醇稀释得第一类酚类物质浓度为0.50、1.00、5.00、10.00、20.00μg/L，第二类酚类物质浓度为5.00、10.00、50.00、100.00、200.00μg/L的混合标准使用液。

其中，所述第一类酚类物质为：壬基酚(Nonylphenol，NP)、双酚A(Bisphenol A，BPA)、2-溴苯酚(2-Bromophenol，2-BP)、4-溴苯酚(4-Bromophenol，4-BP)、2,4-二溴苯酚(2,4-Dibromophenol，2,4-DBP)、2,6-二溴苯酚(2,6-Dibromophenol，2,6-DBP)、2,4,6-三溴苯酚(2,4,6-Tribromophenol，2,4,6-TBP)、2-硝基酚(2-Nitrophenol)、3-硝基酚(3-Nitrophenol)、4-甲基-2-硝基酚(4-Methyl-2-nitrophenol)、6-硝基间甲酚(5-Methyl-2-nitrophenol)、2-硝基-3-甲基苯酚(3-Methyl-2-nitrophenol)、2,6-二甲基-4-硝基酚(2,6-Dimethyl-4-nitrophenol)；

所述第二类酚类物质为：辛基酚(Octylphenol，OP)、4-硝基酚(4-Nitrophenol，AR)、2,4-二硝基苯酚(2,4-Dinitrophenol，DNP)、3-甲基-4-硝基酚(3-Methyl-4-nitrophenol)、4,6-二硝基邻甲苯酚(2-Methyl-4,6-dinitrophenol)。

(2)水样的制备

以甲醇为溶剂，将烷基酚、溴酚以及10种硝基酚的标准样品配制成1g/L的储备液10mL，然后用甲醇将1g/L的储备液稀释成100mg/L的中间液备用(上述储备液和中间液置于-10℃条件下保存)。按1:10比例吸取中间液配制成第一类酚类物质、第二类酚类物质浓度分别为1、10mg/L的混合标准液，在100mL超纯水中加入酚类混合标准液，配制成待测水样。

(3)气相色谱串联质谱条件

色谱条件：色谱柱选择TG—5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm，美国赛默飞世尔公司)。初始柱温70℃，维持1min，然后以8℃/min升至160℃，再以3℃/min升至200℃，最后以40℃/min升至300℃，保持3min，载气为高纯氦(纯度≥99％)，流速1.2mL/min，不分流进样进样口温度：260℃，进样量1μL。

质谱条件：离子源温度240℃，传输线温度250℃，电子轰炸(EI)离子源，电子能量：70eV，溶剂延迟10min，选择离子(SIM)监测方式。

酚类化合物是芳烃的含羟基衍生物，是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物，其会在水里发生一定程度的电离，致使溶液呈弱酸性，与此同时酚类化合物的水溶液在水中易形成氢键，且其极性相对较弱，因此，本试验选择了分析中性或弱酸性化合物的TG—5MS弱极性毛细管柱。除此之外，为减少酚类化合物与柱子上活性点位的接触，提高仪器灵敏度，从而使用超高惰性衬管。结果显示，各种酚类化合物分离效果明显，峰形较好，具体详见图1。

(4)线性关系、检出限的确定

以甲醇作溶剂，配制18种酚类化合物系列浓度标准溶液，直接进样分析。以酚类化合物的浓度(X)为横坐标，峰面积(Y)为纵坐标，绘制校准曲线，计算回归方程，经计算得到第一类酚类物质线性范围为0.5～20μg/L；第二类酚类物质线性范围为5.0～200μg/L。选取100mL超纯水为空白试样，加标，使得第一类酚类物质的浓度为1μg/L，第二类酚类物质的浓度为10μg/L，对水样进行重复测定。在最低添加水平下，以3倍信噪比结合浓度外推法确定方法检出限(MLD)，具体结果见表1。

表1酚类化合物的校准曲线及相关系数

实施例2：一种检测水中酚类化合物的方法

(1)样品预处理：酚类化合物的富集

采用盐酸调节待测水样pH至3.0，用6mL甲醇、6mL超纯水活化固相萃取小柱(OasisPRiME HLB 3cc)，然后将待测水样加入小柱中，调整固相萃取仪，确保水样以1mL/min的速度流过柱子，在上样结束之前要确保整个过程小柱都不能干，上样结束后继续负压抽滤15min左右，最后依次加10mL乙酸乙酯至柱子上，浸泡2min后，依靠重力洗脱，收集洗脱液至试管中，氮吹至0.8mL左右，定容至1mL，过有机膜，待测。

(2)气相色谱串联质谱条件：

色谱条件：色谱柱选择TG—5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm，美国赛默飞世尔公司)。初始柱温70℃，维持1min，然后以8℃/min升至160℃，再以3℃/min升至200℃，最后以40℃/min升至300℃，保持3min，载气为高纯氦(纯度≥99％)，流速1.2mL/min，不分流进样进样口温度：260℃，进样量1μL。

质谱条件：离子源温度240℃，传输线温度250℃，电子轰炸(EI)离子源，电子能量：70eV，溶剂延迟10min，选择离子(SIM)监测方式。

实施例3：固相萃取条件的优化

(1)固相萃取小柱选择

分别选择C18柱、SLH柱、PSD柱、HLB小柱，按照相应实验步骤进行前处理，经测定后所得结果详见表2、图2。由图2看出，用HLB柱进行固相萃取时酚类化合物回收率最高，因此选择HLB固相萃取柱。

表2不同小柱对酚类化合物回收率的影响(n＝3)

(2)初始pH值的选择

用盐酸分别调3个平行样的pH为7、6、5、4、3、2，按照相应实验步骤进行前处理，经测定后所得结果详见表3、图3。由图3看出，18种酚类化合物的回收率随着pH的降低而升高，当pH为3时达到最大值，因此选择调节待测样品pH为3。

表3不同pH对酚类化合物回收率的影响(n＝3)

(3)洗脱液种类的选择

分别选取10mL(二氯甲烷、正己烷、甲醇和乙酸乙酯)作为洗脱剂，对载样后的柱子进行洗脱，控制洗脱速率1mL/min，以考察不同洗脱剂对回收率的影响，结果见图4所示。正己烷对酚类化合物洗脱效果最差，这可能是因为正己烷的介电常数最小，从而导致洗脱效果最差，回收率最低至26.9％，甲醇、二氯甲烷洗脱效果较好，回收率明显提高，其中甲醇洗脱效果优于二氯甲烷，这是因为酚类化合物具有强极性基团，故极性较大的甲醇溶剂对酚类化合物具有较强的溶解性。乙酸乙酯相较于其它三种洗脱剂洗脱效果最好，回收率最高可达116.3％。

(4)洗脱液体积的选择

分别选择5、6、7、8、9、10、11mL乙酸乙酯对固相萃取柱进行洗脱，按照相应实验步骤进行前处理，经测定后所得结果见表4、图5。由图5看出，18种酚类化合物的回收率随着洗脱体积的增加而逐渐增大，当洗脱液体积为10mL时酚类化合物的回收率最高，因此选择优化洗脱体积为10mL。

表4不同洗脱体积对酚类化合物回收率的影响(n＝3)

实施例4：方法的准确性和重复性

选用100mL超纯水为空白样品，加入标准品，使得水样中第一类酚类物质的浓度为1、5、10、20μg/L；第二类酚类物质的浓度为10、50、100、200μg/L。然后按样品操作方法进行测定，考察其回收率，每个水平平行测定六次。结果显示18种酚类化合物平均回收率为77.3～100.6％，相对标准偏差(RSD)为3.1～7.4％，具体结果见表5。该方法回收率及精密度良好，符合污染物检测分析要求。

表5酚类化合物的加标回收率和相对标准偏差(n＝6)

注：回收率＝(实际检出量－本底值)/加标量×100％。

实施例5：一种检测河流湖泊水、生活用水、生产用水中酚类化合物含量的应用

应用上述所建立的分析方法，分别检测了本市河流湖泊水、生活用水(某市居民日常生活所需用的水，包括饮用、洗涤、冲厕、洗澡等)、生产用水(某市果品公司和食品加工厂生产车间用水)三大类6种不同的水质。检测结果显示，除4-硝基酚、3-甲基-4-硝基酚、4,6-二硝基邻甲苯酚外，其他酚类化合物均有不同程度的检出，其中双酚A、2,4,6-三溴苯酚、2,4-二硝基酚含量均较高，浓度最高可达49.4μg/L。河流湖泊水中酚类化合物所含种类最多，含量最高，生活用水酚类化合物含量低，符合国家标准GB 8537-2008《饮用天然矿泉水》中挥发酚的限量小于0.002mg/L的要求。具体详见表6。

表6实际水样中酚类化合物的含量(n＝3)

注：河流湖泊水：A、B；生活用水：C、D；生产用水：E、F；ND：未检出；单位：μg/L。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种富集酚类化合物的预处理方法，其特征在于，所述方法为：先调节样品pH至2.5～3.5，然后采用固相萃取法进行富集；所述固相萃取条件为：采用HLB固相萃取小柱，以乙酸乙酯为洗脱液；所述酚类化合物包括烷基酚类化合物、溴酚类化合物和硝基酚类化合物中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，pH为3.0。

3.根据权利要求1或2所述的预处理方法，其特征在于，洗脱液体积为9-11mL。

4.根据权利要求1-3任一所述的预处理方法，其特征在于，所述HLB固相萃取小柱需先采用甲醇和水进行活化；所述甲醇和水的体积比为1：1。

5.根据权利要求1-4任一所述的预处理方法，其特征在于，所述酚类化合物包括壬基酚、双酚A、2-溴苯酚、4-溴苯酚、2,4-二溴苯酚、2,6-二溴苯酚、2,4,6-三溴苯酚、2-硝基酚、3-硝基酚、4-甲基-2-硝基酚、6-硝基间甲酚、2-硝基-3-甲基苯酚、2,6-二甲基-4-硝基酚、辛基酚、4-硝基酚、2,4-二硝基苯酚、3-甲基-4-硝基酚和4,6-二硝基邻甲苯酚中的一种或多种。

6.一种检测水样中酚类化合物含量的方法，其特征在于，所述方法是应用权利要求1-5任一所述的预处理方法对水样中酚类化合物进行富集，再采用气相色谱串联质谱法对酚类化合物进行定量检测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，色谱柱选择30m×0.25mm×0.25μm TG-5MS毛细管色谱柱。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，色谱条件为：初始柱温70℃，维持1min，然后以8℃/min升至160℃，再以3℃/min升至200℃，最后以40℃/min升至300℃，保持3min。

9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，质谱条件：离子源温度240℃，传输线温度250℃，EI离子源，电子能量：70eV，溶剂延迟10min，选择SIM监测方式。

10.权利要求1-5任一所述的预处理方法或权利要求6-9任一所述的方法在检测河流湖泊、生活用水和生产废水水质方面的应用。

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