高效液相色譜-串聯質譜法同時測定空氣中10種酚類化合物的含量

赫彥濤,劉愛琴,安彩秀,秦 沖,劉 安,李 然

(河北省地質實驗測試中心 河北省礦產資源與生態環境監測重點實驗室,保定 071051)

環境空氣中酚類化合物污染主要來源于汽車尾氣、煤炭燃燒、工業及制藥行業排放等[1-2]。酚類化合物在空氣中以蒸氣或氣溶膠方式存在,具有特殊的刺激性氣味,可經由呼吸道、消化道及皮膚黏膜進入體內[3]。長期接觸含酚類化合物的空氣可引起慢性蓄積性中毒,引發頭暈、呼吸道刺激等癥狀,嚴重時可導致神經系統疾病的發生[4-5]。因此,我國職業衛生標準[6]對工作場所空氣中苯酚、甲酚、2-萘酚和五氯酚的職業接觸限值做了明確規定。

目前,空氣中酚類化合物有多種分析方法,常用的有分光光度法[7]、氣相色譜法[8]、氣相色譜-質譜法[9-10]、高效液相色譜法[11-13]等。分光光度法檢測過程中,顯色劑4-氨基安替比林與非對位取代基的酚類化合物均可發生反應,因此該方法不能準確反映空氣中不同酚類化合物的污染狀況[7]。酚類化合物極性較強,在氣相色譜中峰形較差,且靈敏度較低,衍生后可改善峰形并提高檢測靈敏度,但衍生步驟繁瑣耗時,限制了其應用[8-10]。近年來,高效液相色譜法在空氣中酚類化合物的分析中得到了廣泛的應用,我國環境標準HJ 638-2012《環境空氣 酚類化合物的測定 高效液相色譜法》也使用此法進行測定。然而,由于高效液相色譜法定性能力不強,且此法靈敏度較差,不適用于空氣中痕量酚類化合物的檢測。高效液相色譜-串聯質譜法無需進行衍生化反應即可直接對酚類化合物進行測定,具有準確度高、檢出限低等特點[14-15]。因此,本工作提出了高效液相色譜-串聯質譜法同時測定苯酚、4-硝基酚、3-甲酚、2-氯酚、2,4-二甲酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚、1-萘酚、2-萘酚等10種酚類化合物含量的方法,旨在為研究空氣中痕量酚類化合物提供一種新的、高效靈敏的檢測手段。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Nexera X2-SCIEX TRIPLE QUAD 5500型液相色譜-三重四極桿串聯質譜儀;TH3000BⅣ型智能恒溫大氣采樣器;XAD-7采樣管(外徑6 mm,長度80 mm)。

8種酚類化合物的單標準溶液：包括苯酚、4-硝基酚、3-甲酚、2-氯酚、2,4-二甲酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚,質量濃度均為100 mg·L-1,介質為甲醇。

1-萘酚、2-萘酚混合標準溶液：1 000 mg·L-1,介質為甲醇。

10種酚類化合物混合標準溶液：分別取適量的8種酚類化合物的單標準溶液和1-萘酚、2-萘酚混合標準溶液,用甲醇定容至10 mL,配制成10種酚類化合物質量濃度均為10 mg·L-1的混合標準溶液。使用時,用甲醇稀釋至所需質量濃度。

甲酸、乙腈、甲醇均為色譜純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

Kinetex C18色譜柱(100 mm×3.0 mm,2.6 μm);柱溫30 ℃;流動相A為甲醇,B為水;流量0.2 mL·min-1;進樣量20 μL。梯度洗脫程序：0～7.0 min時,A由30%升到50%;7.0～10.0 min時,A由50%升到90%,保持6.0 min;16.0～18.0 min時,A由90%升到100%;18.0～18.1 min時,A由100%跳轉至30%,保持1.9 min。

1.2.2 質譜條件

大氣壓化學電離(APCI)源,負離子模式;針電流3 mA;離子源溫度550 ℃;噴霧電壓-4 500 V;多反應監測(MRM)模式。10種酚類化合物的其他質譜參數見表1,其中“*”為定量離子。

表1 質譜參數

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品采集

參照HJ 638-2012,將XAD-7采樣管兩端打開并與采樣器連接,采樣管入口端垂直向下,設置采樣流量為0.5 L·min-1,采樣時間為50 min。記錄現場采樣時間、溫度、濕度、大氣壓力。采樣結束后,取下采樣管,兩端用聚四氟乙烯帽封閉,于4 ℃以下冷藏保存。

1.3.2 樣品測定

將采樣管恢復至室溫,從出口端用甲醇洗脫,收集2.0 mL洗脫液。分取0.5 mL洗脫液,用水定容至1.0 mL,過0.22 μm濾膜,濾液按照儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

10種酚類化合物混合標準溶液的總離子流色譜圖見圖1。

峰號1～10對應的化合物名稱同表1圖1 總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram

2.2 洗脫溶劑的選擇

試驗考察了分別以甲醇、乙腈、體積比1…1的甲醇-乙腈混合溶液作為洗脫溶劑時對空白加標樣品(加標量為2 μg·m-3)中10種酚類化合物回收率的影響,結果見表2。

表2 洗脫溶劑對10種酚類化合物回收率的影響

由表2可知：采用甲醇、乙腈、體積比1…1的甲醇-乙腈混合溶液作為洗脫溶劑時,10種酚類化合物的回收率依次為91.8%～100%,81.9%～111%,87.1%～119%;其中甲醇作為洗脫溶劑時,回收率更好。并且試驗過程中發現,當洗脫溶劑中含有乙腈時,苯酚、2-氯酚色譜峰峰形變差。因此,試驗選擇以甲醇作為洗脫試劑。

2.3 洗脫液體積的選擇

試驗考察了洗脫液體積對目標物回收率的影響。分別收集洗脫液0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 mL,10種酚類化合物的回收率見圖2。

圖2 洗脫液體積對10種酚類化合物回收率的影響Fig.2 Effect of volume of leacheate on the recoveries of 10 phenolic compounds

結果表明：當收集2.0 mL洗脫液時,10種酚類化合物的回收率均不小于85.0%,滿足要求;繼續增大洗脫液體積,回收率不再提升,而且增大洗脫液體積會在一定程度上稀釋樣品,導致方法檢出限提高。因此,試驗選擇的洗脫液體積為2.0 mL。

2.4 流動相體系的選擇

試驗考察了分別以甲醇-水和甲醇-0.1%(體積分數)甲酸溶液作為流動相體系時對目標物質譜響應值的影響。結果表明：由于酚類化合物呈弱酸性,甲酸的加入會抑制酚類化合物的電離,導致苯酚、3-甲酚的質譜響應值明顯降低;當采用甲醇-水作為流動相體系時,10種目標物響應值均較高,分離度良好。因此,試驗選擇以甲醇-水作為流動相體系。

2.5 質譜條件的選擇

在考察質譜條件時發現,采用APCI源時,苯酚和2-氯酚的靈敏度較采用電噴霧離子(ESI)源時的顯著提高。因此,選用APCI源進行試驗。采用針泵恒流進樣,將100 μg·L-1混合標準溶液直接注入APCI源,先進行母離子掃描,確定各目標物的準分子離子峰;然后開啟碰撞氣,對母離子進行轟擊,找出其中兩個豐度較大的子離子;最后根據得到的母離子、子離子信息,依次優化碰撞能量、去簇電壓等參數。優化后的質譜參數見表1。

2.6 標準曲線和檢出限

以甲醇逐級稀釋10種酚類化合物混合標準溶液,配制成質量濃度為10,20,50,100,500,1 000 μg·L-1的混合標準溶液系列。按照1.2節儀器工作條件進行測定,以目標物的質量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。結果表明：10種酚類化合物標準曲線的線性范圍均為10～ 1 000 μg·L-1,線性回歸方程和相關系數見表3。

表3 線性回歸方程、相關系數和檢出限

連續分析7個空白加標樣品(加標量為2 μg·m-3),控制采樣體積為25 L,計算標準偏差(s),按照HJ 168-2020《環境監測分析方法標準制訂技術導則》附錄A.1中t(n-1,0.99)×s計算檢出限(3.143s),并與HJ 638-2012、氣相色譜-質譜法[9]所得部分目標物的檢出限進行比對,結果見表3。

結果表明：本方法所得10種目標物的檢出限均小于HJ 638-2012、氣相色譜-質譜法的檢出限,滿足空氣中痕量酚類化合物的檢測要求。

2.7 精密度和回收試驗

在空白XAD-7采樣管入口端分別添加一定量的10種酚類化合物混合標準溶液,按照試驗方法采集空白空氣樣品并測定,各濃度水平模擬采樣6次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表4。

表4 精密度和回收試驗結果(n=6)

結果表明：10種酚類化合物在3個加標濃度水平下的回收率為69.3%～102%,測定值的RSD為1.1%～9.6%,滿足空氣中酚類化合物的檢測要求。

2.8 樣品分析

采集某化工區的10個空氣樣品,按照本方法對其中10種酚類化合物進行測定。結果顯示,3個空氣樣品中檢出苯酚,質量濃度分別為23.3,27.6,40.2 μg·m-3,其余樣品均未檢出目標物。某陽性樣品的總離子流色譜圖如圖3所示。

圖3 陽性樣品的總離子流色譜圖Fig.3 Total ion chromatogram of the positive sample

本工作提出了高效液相色譜-串聯質譜法同時測定空氣中10種酚類化合物含量的方法,該方法簡便快速、靈敏度高、準確度與精密度好,適用于空氣中10種酚類化合物的定性與定量分析。