采用SPME-GC-MS直接測定垃圾滲濾液中的氯酚

采用SPME-GC-MS直接測定垃圾滲濾液中的氯酚摘要：由于垃圾滲濾液中的痕量污染物進(jìn)入水生環(huán)境，垃圾滲濾液表現(xiàn)出嚴(yán)重的環(huán)境問題。從分析的觀點來看，由于滲濾液中的有機(jī)物含量高以及痕量分析物在萃取過程中的競爭，它們構(gòu)成復(fù)雜的體系。雖然采用固相微萃取技術(shù)萃取滲濾液中的氯酚已經(jīng)出現(xiàn)在一些出版物中，但是少數(shù)氯酚不能采用這種分析方法。本文介紹了采用固相微萃?。瓪庀笊V－質(zhì)譜技術(shù)分析垃圾滲濾液中的13種氯酚和苯酚的新的分析方法。全部分析進(jìn)行了90分鐘并發(fā)現(xiàn)極限范圍在0.005mg/L(五氯苯酚)到2.5mg/L（苯酚）。從分析不同濃度的重復(fù)萃取變異系數(shù)表明，再現(xiàn)性一般來說不超過10％。以標(biāo)準(zhǔn)添加物的滲濾液的回收率平均為86.2％。五氯苯酚，2，3，4，5-四氯苯酚和2，3，4，6-四氯苯酚是在被分析的垃圾滲濾液的毫微克水平發(fā)現(xiàn)的主要分析物。2002ElsevierScienceB.V.版權(quán)所有。關(guān)鍵字：垃圾滲濾液；固相微萃取SPME；氯酚

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\h1.引言氯酚具有高度毒性、難降解、致癌和抗生的性質(zhì)[1]。一個典型的例子是在芬蘭被鋸木廠污染的含水層氯酚濃度超出了規(guī)定范圍。Epidemiological流行病學(xué)研究顯示當(dāng)?shù)鼐用竦陌┌Y患者增加，很有可能是因為飲用水中含有氯酚[2]。氯酚被廣泛用于木材防腐劑，造紙，除草劑和殺蟲劑行業(yè)。這些應(yīng)用通常導(dǎo)致廢水和地下水污染，當(dāng)飲用水補(bǔ)給發(fā)生污染時將威脅公共健康。這些物質(zhì)包含在美國環(huán)保署和歐盟的優(yōu)先污染物名單中。歐盟已經(jīng)建立對除了河口和領(lǐng)土水域之外的內(nèi)陸地表水域，河口水域，國內(nèi)沿海水域中的氯酚的最大限制濃度為2μg/L[3]。美國國家環(huán)保署已經(jīng)規(guī)定飲用水中五氯苯酚的最高污染濃度為1μg/L[4]。在垃圾填埋中采用固體殘渣的傳統(tǒng)處理方法使得在滲濾液檢測五氯苯酚成為嚴(yán)重的環(huán)境問題。滲濾液是高有機(jī)含量的復(fù)雜水體，為了避免分析干擾，需要一個特定的萃取過程。因為氯酚在酸性和極性方面表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，在矩陣和分析物之間發(fā)生不同的相互作用，在限定的實驗條件下可以分析某幾種氯酚卻不能分析同組中的其他分子。本研究，在某種意義上結(jié)合了大范圍的氯酚，這種進(jìn)步是環(huán)境領(lǐng)域中急切需要的。所有的氯酚都是固體，除了2-氯苯酚（2CP），是熔點為9℃的液體。其他氯酚的熔點在33到191℃之間變化。與3-，4-和5-氯苯酚相比苯酚和二氯苯酚屬于親水化合物。在25℃時水溶性從14μg/L（五氯苯酚）到8.24×10表1苯酚和13種氯酚的物理化學(xué)性質(zhì)的研究成功檢測毫微克含量不是一件容易的工作，因為氯酚大部分是復(fù)雜的基體，其有機(jī)物濃度為μg/L。氯酚液體樣品的檢測已經(jīng)通過傳統(tǒng)的液-液萃取之后采用ECD或者FID檢波器的氣象色譜[5,6]實現(xiàn)，或者在固相萃取SPE之后采用高效液相色譜[7]分析。一方面，液-液萃取過程耗費時間和使用大量的有機(jī)溶劑，這使得廢物處理的成本過高。另一方面，SPE過程由于一系列的階段需要很長時間包括烘干和調(diào)節(jié)盡管消耗有機(jī)溶劑很少，通常需要1到4級萃取處理，柱體花費昂貴[7]?？紤]到垃圾滲濾液的組成比流出液中的成分更復(fù)雜，本論文嘗試采用并驗證固相微萃?。⊿PME）的新方法[8–15]，此方法具有快速，不需要溶劑并且在分析前只需樣品制備過程。一些研究已經(jīng)描述了SPME萃取技術(shù)檢測水樣品中的氯酚含量。Buchholtz和Pawliszyn[16]利用SPME–GC–FID分析出廢水中的11中苯酚并且得出結(jié)論：在低pH值和飽和鹽條件下可以提高化合物的萃取效率，并證得采用此方法的萃取時間為60min成為可能，樣品酸化并含鹽以保證最好的回收。Alpendurada[15]研究了加鹽和樣品的pH對于萃取水樣中的7種氯酚和苯酚的影響因素。最后，在Leeetal的研究中[17]，采用SPME萃取尿樣中的氯酚是最佳的萃取技術(shù)。仍然有少數(shù)研究者檢測像滲濾液這樣的復(fù)雜成分。Leeetal[18]評估了SPME和GC–MS聯(lián)用技術(shù)檢測滲濾液中的5種氯酚。SPME實驗過程的最佳條件是采用聚丙烯纖維調(diào)節(jié)pH值為1，萃取時間40min和GC注射器在290℃目前的研究擴(kuò)大了像SPME和GC–MS聯(lián)用分析技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，使其用于分析垃圾滲濾液中的具有不同物理化學(xué)性質(zhì)的多數(shù)氯酚。2.MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r2\hSEQMTChap\h實驗部分2.1化學(xué)藥品13種氯酚加上苯酚（P）；2-氯苯酚（2CP）；2,4-二氯苯酚（24DCP）;2,6-二氯苯酚（26DCP）;2,3,5-三氯苯酚（235TCP）;2,4,6-三氯苯酚（246TCP）;2,4,5-三氯苯酚（245TCP）;2,3,6-三氯苯酚（236TCP）;2,3,4-三氯苯酚（234TCP）;3,4,5-三氯苯酚（345TCP）;2,3,4,5-四氯苯酚(2345TeCP);2,3,5,6-四氯苯酚（2356TeCP）;2,3,4,6-四氯苯酚（2346TeCP）和五氯苯酚（PCP）,從EPA8040A苯酚校準(zhǔn)混合（Supelco），在異丙醇中包含個別濃度在500μg/mL的24種苯酚。水取自RiedelGChromasolv。在固相微萃取中水被當(dāng)作溶劑，Riedel每年用硫酸調(diào)節(jié)pH值并用硫酸鈉滲透樣品。工作標(biāo)準(zhǔn)樣品為13種氯酚加上苯酚濃度在500μg/L在異丙醇中存放。在萃取前樣品的pH值需要調(diào)節(jié)并添加鹽析劑。2.2儀器和實驗條件2.2.1SPME儀器和實驗條件85μm聚丙烯酸酯(PA)萃取纖維頭(SupelcoCat.No.PN57304)和SPME纖維固定器(SupelcoCat.No.PN57330-U)。萃取頭在GC注射器中250℃老化1小時。每次進(jìn)行這一過程需要重復(fù)清洗。在樣品萃取以前，空白運行以檢查萃取頭是否被污染。取2mL樣品放入4mL的試管中。在萃取時需要設(shè)定溫度和攪拌速率(750rpm)最佳萃取條件：設(shè)定溫度40℃，將萃取頭插入液體中部萃取60min，PA-85μm2.2.2MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r2.2\hSEQMTChap\h色譜儀器和實驗條件Varian公司的Saturn3800氣質(zhì)聯(lián)用儀，CPSil8CB/MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛細(xì)柱；載氣為高純氦氣，氦氣流速為：1mL/min；起始柱溫：280℃；在萃取后，纖維在注射器中280GC-MS傳輸線溫度：45℃；檢測器溫度：160℃；烤箱溫度：初溫：40℃，保持4min，以12℃/min上升到2.3MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r2.3\hSEQMTChap\h定量化采用外標(biāo)法對氯酚的峰面積進(jìn)行定量分析。標(biāo)準(zhǔn)曲線通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在與樣品相同條件下的萃取而得到。3.MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r3\hMACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r3\hSEQMTChap\h結(jié)果與討論3.1MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r3.1\hSEQMTChap\hSPME的最佳操作條件實驗條件如萃取溫度，萃取時間，pH，添加鹽析劑，萃取方式（纖維侵入或頂空操作）和氣象色譜注射器的解吸時間，在確定分析方式前進(jìn)行最佳化處理。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以特定速率運行是很重要的，可以保持過程的再現(xiàn)性和產(chǎn)生不斷的新鮮表面，因此破壞靜態(tài)層以抵抗質(zhì)量遷移。在并發(fā)實驗中重復(fù)操作。3.1.1對比頂空與侵入萃取含有氯酚水樣的實驗，濃度為50μg/l，為了研究取樣方式對氯酚萃取數(shù)量的影響進(jìn)行操作。一方面，假設(shè)只分析2-氯苯酚，2，4-二氯苯酚，2，6-二氯苯酚，2，3，5-三氯苯酚，2，4，6-三氯苯酚，2，4，5-三氯苯酚，2，3，6-三氯苯酚，2，3，4-三氯苯酚，頂空優(yōu)于侵入取樣方式。另一方面，結(jié)果表明頂空取樣不能檢測2，3，4，5-四氯苯酚，2，3，4，6-四氯苯酚，3，4，5-三氯苯酚和五氯苯酚（圖-1）。這些結(jié)果可以用來解釋這些化合物（表1）蒸汽壓力數(shù)值低的原因。從總體上考慮13種氯酚決定采用侵入取樣法，因為它被證實是能夠萃取大多數(shù)化合物的最佳方法。圖-1比較頂空和侵入取樣法（PA-85μm萃取頭，溫度＝70℃，萃取時間＝60min，標(biāo)準(zhǔn)＝50μg/l3.1.2溫度影響選取溫度分別為30，40，50，60和70℃進(jìn)行了固相微萃取實驗，結(jié)果表明：在萃取率和被萃取出的氯酚量之間優(yōu)化得出，當(dāng)萃取溫度為40當(dāng)萃取溫度增加時二者成反向影響。因為大多數(shù)被研究的化合物，當(dāng)萃取溫度升至40-50℃3.1.3萃取時間圖-2在萃取范圍內(nèi)萃取時間的影響(采用PA-85μm萃取頭，溫度＝40℃，侵入取樣法，平均濃度＝50μg/l為了選擇萃取時間，這一參數(shù)的影響見萃取效率（圖-2）。結(jié)果表明萃取時間越長，氯酚的萃取量越多。當(dāng)萃取時間高于60min時，對于多數(shù)化合物，不能明顯改善。因此，萃取時間為60min時表明在萃取效率和氯酚萃取數(shù)量上是最優(yōu)的。所得結(jié)果被Buchholtz和Pawlisyn[16]認(rèn)可，他們提出了在萃取時間為60min時采用PA萃取頭，pH=2，添加鹽析劑，用來測定廢水樣品中的苯酚，2-氯苯酚，2，4-二氯苯酚，2，4，6-三氯苯酚和五氯苯酚。3.1.4pH和離子強(qiáng)度的影響考查pH在2-6的范圍內(nèi)對萃取程度的影響。實驗采用水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)濃度為50μg/l，PA-85μm萃取頭，萃取溫度40℃研究離子強(qiáng)度的影響，實驗表明不同種類的鹽析劑（Na2SO4），濃度，以濃度為50μg/l的標(biāo)準(zhǔn)物在1.1-7.7g/30ml的范圍內(nèi)變化，PA-85μm萃取頭，萃取溫度40許多研究者得出相同的結(jié)論。Rodriguezetal.[7]提出苯酚的萃取效率在低pH值和添加鹽析劑的條件下得到提高。Leeetal.[18]證實了添加KCl和調(diào)節(jié)樣品pH值為1可以獲得更好的萃取效率，尤其對于大分子量的氯酚。Buchholtz和Pawllszyn指出苯酚，2-氯苯酚，2，4-二氯苯酚，2，4，6-三氯苯酚和五氯苯酚的萃取效率對酸性和添加鹽析劑產(chǎn)生正影響[16]。3.1.5氣象色譜注射器中纖維脫附時間的影響結(jié)果顯示在評價萃取頭脫附時間的影響時表現(xiàn)出明顯的可變性。3min的脫附就已經(jīng)將吸附的氯酚絕大部分脫附出來。中間空白運行未發(fā)現(xiàn)纖維有剩余化合物。3.1.6萃取效率MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\h為了討論萃取效率，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法獲得水中的萃取標(biāo)準(zhǔn)物(表2)。對濃度分別為0.25，0.5，1.0，2.5，5.0，7.5，10.0，15.0，20.0和50.0μg/l分別操作六次。萃取效率為計算萃取標(biāo)準(zhǔn)物的峰面積與相同濃度的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)峰面積的比值。平均萃取效率中2-氯苯酚的最低值為0.3％，苯酚為12.2％。結(jié)果表明苯酚和2-氯苯酚的辛醇分配系數(shù)Kow數(shù)值低，分別為pKow＝1.5，2.15，因此表現(xiàn)出與聚合相的弱親和力。分子中氯取代基數(shù)目的增加氯酚對纖維的親和力增強(qiáng)同時化合物表現(xiàn)出更強(qiáng)的萃取效率。3.2分析法參數(shù)的確定氯酚通過峰面積量化，峰面積由標(biāo)準(zhǔn)氯酚混合物在與樣品相同實驗條件下萃取而得。表2標(biāo)準(zhǔn)混合物經(jīng)SPME后的萃取效率及回收率及垃圾滲濾液經(jīng)SPME后的萃取效率表3分析法參數(shù)的確定標(biāo)準(zhǔn)氯酚混合物用水稀釋，以500μg/l為工作標(biāo)準(zhǔn)500μg/l，濃度在0.1-200μg/l之間變化。發(fā)現(xiàn)極限由Buchholz和Pawliszyn[16]的計算而得(表3).最低發(fā)覺濃度的信噪比(S/N)與S/N為20相比較.在不同的三天里連續(xù)萃取6次進(jìn)行重復(fù)操作。此參數(shù)由變異系數(shù)得出，一般不低于10%(表3)。2，3，4，6-四氯苯酚和2，3，6-三氯苯酚顯示出重現(xiàn)性(表3)最低。經(jīng)加標(biāo)后恢復(fù)在不同濃度加入滲濾液中（積分）（表2）。依據(jù)萃取積分所得峰面積和萃取標(biāo)準(zhǔn)曲線的比率計算得出?；謴?fù)高于80％除了2，6-二氯苯酚，2，3，5-三氯苯酚，2，4，6-三氯苯酚和2，3，4-三氯苯酚。恢復(fù)一般來說是86.2%。每個實驗至少操作兩次分別在濃度為1.0，2.5，5.0，7.5，10.0，15.0，20.0，50.0，100.0和200.0μg/l（表2）。3.3滲濾液分析樣品取自葡萄牙北部的垃圾。滲濾液成分復(fù)雜并需要謹(jǐn)慎避免因成分的影響導(dǎo)致的不正確的結(jié)論。圖3SPME-GC-MS采用全掃描方式（上面的）萃取滲濾液中的氯酚標(biāo)準(zhǔn)化合物（氯酚濃度＝100μg/l）；（下面的）2，3，4，5-四氯苯酚（0.11μg/l）和2，3，4，6-四氯苯酚（0.06μg/l）被檢測出。使用對標(biāo)準(zhǔn)氯酚化合物積分和實驗條件最佳化計算萃取率（表2）。圖3顯示出兩種滲濾液色譜圖。上圖顯示了100μg/l的氯酚標(biāo)準(zhǔn)化合物積分的滲濾液色譜，下圖為相同滲濾液氯酚樣品中的2，3，4，5-四氯苯酚（0.11μg/l）和2，3，4，6-四氯苯酚（0.06μg/l）。在這種滲濾液樣品中的五氯苯酚也被檢測出，定量這一個化合物是不可能的。

4.結(jié)論本論文論述了SPME與GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測垃圾滲濾液中的13種氯酚。SPME被證明是萃取滲濾液中氯酚的恰當(dāng)方法。提出了最佳方法和得出最佳結(jié)論是：采用PA-85μm萃取頭，侵入取樣法在40℃處理60min并離心（750rpm），添加鹽析劑，樣品pH＜2，在280量化方法采用的標(biāo)準(zhǔn)曲線由樣品在相同實驗條件下標(biāo)準(zhǔn)氯酚化合物的萃取得出的。檢測限在0.005-2.5μg/L之間變化且重復(fù)性不超過10％。由于氯酚的Kow值低，如苯酚和2-氯苯酚，適合使用非極性自然纖維。平均回收率86.2％。采用SPME-GC-MS方法分析垃圾滲濾液樣品檢測氯酚被實驗成功。

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