固相微萃取／GC／ECD直接测定水中的三种氯酚

　　1 引言
　　固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)[1][2][3]是九十年代发展起来的一种快速、省时、高效、操作简便的样品前处理技术。它克服了以往预处理方祛的诸多不足，集采集、浓缩于一体，简单、方便、无溶剂，不会造成二次污染，是一种有利于环保的很有应用前景的预处理方法。萃取装置使用涂有色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维管(简称为萃取头)，和外套不锈钢管加以保护，形状像一支色谱进样针，可方便地与气相色谱、液相色谱、色谱／质谱等仪器联用。它携带方便，可以直接从液体和气体中取样然后分析，已广泛用于环境样品的分析中[4][5][6][7]。


　　氯酚类化合物是环境(水和土壤)中重要的污染物，其中2，4-氯苯酚(以下简称DCP)、2，4，6三氯苯酚(以下简称TCP)和五氯苯酚(以下简称PCP)已被我国列为水体中优先控制污染物。目前，对酚类化合物的分析主要是采用液－液萃取法，如美国EPA方法中的604[8]和[9]，以及后来发展起来的固相萃取法(SPE)。液-液萃取的主要缺点是多步、费时，而且需要大量价格较高并对健康有害的高纯有机溶剂。SPE方法尽管同液-液萃取相比有了很大的改进，但仍是多步过程，且对半挥发性化合物的萃取受到方法本身的限制。本研究利用固相微萃／GC／ECD方法对水中这三种氯酚进行了分析，并讨论了各种实验条件对分析结果的影响，结果表明该方法快速、简单、准确，适合水中上述三种氯酚的分析。


　　2 实验部分
　　2.1 仪器与试剂
　　惠普5890型气相色谱仪(配电子捕获检测器)；固相微萃取装置(加拿大Supelco公司，萃取头为85μm膜厚的聚丙烯酸酯固相涂层针头)
　　2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯苯酚色谱纯晶(购于Pure　Chemical Analysis Lt.Co.)；0.2mol.L-1HCI：氯化钠(分析纯)；甲醇(色谱纯)；无酚水(500ml蒸馏水加入5ml10％的NaOH和少量KMn04加热蒸馏，取馏出液。)


　　2.2 色谱条件
　　色谱柱：HP公司HP-5MS 31m×0.32mm×0.25μm石英毛细管柱；进样口温度：260℃；柱温：60℃(4min)—260℃(3min)，升温速率8℃／min；ECD检测器温度：280℃；载气流速：高纯氮，3.3ml／min；无分流进样。


　　2.3 固相微萃取条件与过程
　　在100ml容量瓶中预先加入6.5ml0.2mol.L-1的HCl，再加入定量的氯酚标准溶液，并用无酚水稀释至刻度。取10ml(总容积约为12ml)洁净顶空瓶(带铝封盖和内衬聚四氟乙烯膜的密封垫)，加入过量固体NaCl(约4g)和磁力棒，再加入配制好的标准待测样品10.0ml，立即加盖密封压紧，将顶空瓶置于磁力搅拌仪上，启动搅拌，然后在常温下从瓶盖上方直接插入针管(注意针管套不要接触瓶内液面)，推下手柄活塞杆，使萃取头完全浸入溶液中，保持40min。
　　萃取时间到达后，取出针管，立即插入气相色谱进样口进行热解析5min。


　　3 结果与讨论
　　3.2 萃取涂层的选择
　　目前应用较多的三种多聚物涂层百非极性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和极性的聚丙烯酸酯(PA)或聚乙二醇（PEG)[4]。PDMS涂层通常用于非极性化合物的分析，PA涂层通常用于中极性化合物的分析，我们比较了同一氯酚混标样在PDMS和PA两种不同萃取头作用下的测定结果(见图3)，结果表明PA萃—取头对酚类的萃取效果更好[9]。


　　3.3 萃取平衡时间对萃取量的影响
　　由于待测物分子从溶液中向固相涂层的传质速度比较慢[3]，所以直接萃取要求的时间要相对长一些。表1所示为三种氯酚在不同萃取时间下萃取量的影响。实验表明，平衡时间越长，SPME萃取量越大，40min以后萃取量基本上不随时间的延长而增大，表明萃取过程达到了平衡，故本实验取平衡时间为40min。




表１萃取平衡时间对萃取量的影响曲线Table 1 Effect of balance time on extraction单位：mv·s

	10min	20min	30min	40min	50min
DCP	18.1	28	30	31	31.5
TCP	24	35	39	40	40
PCP	30	49	65.4	68	68

　　3.4 酸度对萃取量的影响
　　三种氯酚均属于弱酸，其离解常数pka如下：2，4-DCP(pka =7.85)，2，4，6-TCP(pka=7.42)，PCP(pka=4.74)，在pH为中性的溶液中，氯酚都有离解，能形成离子状态，不利于萃取。降低pH值，能使它们的电离受到抑制，以保持氯酚的分子状态，使其在固相涂层上有更大的亲和力，从而增加萃取量，同时也提高了回收率。文献[10]中反映，当pH低于2时，萃取平衡时间将大大延长，pH=1时，PCP甚至在4h后才能达到平衡，考虑到实际应用，实验中我们测定了同一氯酚混标样在pH=2至pH=6值时的萃取效果(见图4)，结果表明，pH值取2时，三种氯酚的萃取效果最佳。


　　3.5 盐加入量对萃取量的影响
　　向待测样品中加入一定量的盐类，能产生所谓的“盐析”效应，可以降低氯酚在水中的溶解度，迫使氯酚进入SPME固相涂层中[11]。实验中，加入饱和的NaCl能明显提高氯酚的萃取量(见表2)。然而，PCP属于例外，因为它的离解常数(pka=4.74)相对较高，中性溶液中其分子状态较少，以离子状态为主[2]，当加入N幻后，由于溶液的离子强度增加，加速了PCP的高解反而使萃取量降低。当加NaCl的同时调节溶液的酸度(pH=2)时，PCP的离解降低，又能使PCP的萃取量恢复至未加NaCI的水平。实验表明，投加饱和NaCl应与调节溶液pH值同时采用方能保证三种氯酚的萃取量的提高。

表 2 盐效应对萃取量的影响
Table 2 salt effect on SPME analysis

	DCP	TCP	PCP
不加NaCl	18	16	26
加入饱和NaCl	23	22	10
加入饱和NaCl并调节pH=2	40	31	22

　　3.6 方法的精密度、准确度及检出限
　 表3 方法的线性范围、精密度、回收率情况
Table 3 Linear range，Precision and Recovery of the method

线性范围（ug.L-1)	RSD(%)(n=10)	平均回收率%（n=10）
2，4-DCP	0.1～10	4.3	93
2，4，6-TCP	0.02～20	4.8	90
PCP	0.005～5	3.0	92

　　随着苯酚上的取代氯的增加，方法的最低检出限逐步提升，2，4-DCP为0.12 ug.L-1，2，4，6-TCP为0.02ug·Lt-1，PCP为0.00lug·L-1。
　　表3结果表明，三种氯酚采用SPME方法线性范围宽，适用范围广。


　　4 结论
　　4.1 本研究表明同时测定三种氯酚的SPME最佳化条件是：采用PA萃取头，调节pH=2，以NaCl饱和，常温磁力搅拌下直接萃取40min，260℃下脱附5min。
　　4.2 SPME是一种快速、简便和非常有应用前景的样品预处理手段，用来分析水体中的三种氯酚化合物具有简便、快捷、高效的特点。
　　参考文献
　　[1]贾金平.化学进展[J]，1998,10(1)：74-84
　　[2]张祖麟.环境科学进展[J]，1999，7(5)：52-59
　　[3]胡孔诚.色谱[J]，1999，17(2)：171-174
　　[4]B Schafer et al. Fresenius Journal of Analytical Chemistry[J],1995,352(5):535-536
　　[5]ZY Zhang et al. HRC-Journal of High Resolution Chromatography[J] 1993,16(12):689-692
　　[6]张道宁等.分析化学[J]，1999，27(7)：768-772
　　[7]C L Arthur, K Pratt, SMotlagh, J Pawliszyn, RP Belard, High Resolut, Chromatogr.[J]
　　[8]153,USEPA Method 604-phenols.Fed Regist[S]
　　[9]43290,USEPA Method 635-Base/Neutrals and Acids.Fed Peigst[S]
　　[10]Buchholz K D,Pawliszyn.Anal.Chem.[J].1994(66):160-167
　　[11]Luise Wennrich,Peter Popp,Moder.Anal.Chem.[J].2000,(72):546-551
　　[12]V Janda,H V Langenhove,Chromatogr.[J],1989(472):327-330
　　作者简介：
　　张红雨(1972—)，男，汉族，湖北咸宁人，工程师，大学本科，研究方向为水质监测分析、水处理。