衍生化-分散液液微萃取-氣相色譜/質譜法同時測定紡織固體廢物中含氯苯酚和鄰苯基苯酚

鐵建成， 龍志新， 劉 俊， 賈麗霞，朱 鵬， 孫慧芹， 藏蒙蒙

(1.新疆大學紡織與服裝學院，新疆烏魯木齊 830046；2.成都海關技術中心，四川成都 610041；3.烏魯木齊海關，新疆烏魯木齊 830063)

紡織固體廢物來源廣泛、物質復雜且毒性物質潛在風險嚴重，給我國生態環境安全帶來了嚴重威脅。一氯苯酚(CP)、二氯苯酚(DCP)、三氯苯酚(TrCP)、四氯苯酚(TeCP))和鄰苯基苯酚(OPP)常被用于紡織品的殺蟲劑、防霉防蛀劑及消毒劑[1 - 3]，是常見的幾種有害物質。他們結構穩定，溶解度大，降解性能極差，土壤、水體、固體廢物等對其吸附和固定作用很弱，在環境和生物體內易產生富集作用[4]。因其對人體具有致突變性、致癌性和致畸性，因此被美國環境保護署和其他國家列為優先污染物行列[5 - 9]。中國的生態紡織標準和國際生態紡織協會的Oeko -tex標準100，均明確規定紡織品中TeCP的殘留量不得超過0.5 mg/kg，嬰幼兒用品不得超過0.05 mg/kg[10]。目前，對含氯苯酚的測定已有標準方法[11 - 14]，但這些方法均存在有機溶劑消耗量大、萃取時間長、靈敏度低等問題，且檢測物質過于單一，無法同時滿足對痕量CP、DCP、TrCP、TeCP和OPP的同時測定。

分散液液微萃取(DLLME)具有操作簡單、富集倍數高、有機溶劑用量少、成本低廉等優點，因此得到了廣泛應用[15 - 20]。目前，關于紡織固體廢物中CP、DCP、TrCP、TeCP和OPP的同時測定還未見發布相關標準方法。本文采用衍生化-分散液液微萃取前處理技術，結合氣相色譜/質譜(GC/MS)檢測方法，實現了同時對紡織固體廢物中18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的操作簡便、有機溶劑用量少、成本低廉、靈敏度較高和準確性較好的測定方法，為相關檢測部門對大批量樣品的檢測需求提供一定的技術支持。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Agilent 7890A/5975C氣相色譜/質譜聯用儀(美國，Agilent公司)；KQ-300DE型數控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；N-EVAP 112水浴氮吹儀(美國，Organomation公司)；電子天平(瑞士，梅特勒-托利多)；SmarVapor RE 501旋轉蒸發儀(德國，De Chem-Tech公司)；Allegra X-22R高速離心機(德國，Beckman公司)；EYELA MMV-1000W振蕩器(日本，東京理化公司)；MS 3型渦旋混勻器(德國，IKA公司)。

標準品：2-氯苯酚(2-CP)、3-氯苯酚(3-CP)、4-氯苯酚(4-CP)、2,3-二氯苯酚(2,3-DCP)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、2,5-二氯苯酚(2,5-DCP)、2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)、3,4-二氯苯酚(3,4-DCP)、3,5-二氯苯酚(3,5-DCP)、2,3,4-三氯苯酚(2,3,4-TrCP)、2,3,5-三氯苯酚(2,3,5-TrCP)、2,3,6-三氯苯酚(2,3,6-TrCP)、2,4,5-三氯苯酚(2,4,5-TrCP)、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TrCP)、3,4,5-三氯苯酚(3,4,5-TrCP)、2,3,4,5-四氯苯酚(2,3,4,5-TeCP)、2,3,4,6-四氯苯酚(2,3,4,6-TeCP)、2,3,5,6-四氯苯酚(2,3,5,6-TeCP)、鄰苯基苯酚(OPP)，購自德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司，純度均大于98.0%。甲醇、丙酮、異丙醇、氯苯、三氯甲烷、乙腈、四氯化碳均為色譜純(德國Merck公司)；二氯甲烷(色譜純，Fisher公司)；乙酸酐、K2CO3、NaOH、NH3·H2O、無水乙醇、無水Na2SO4(450 ℃烘6 h)均為分析純(天津致遠化學試劑有限公司)。實驗用水由ELIX5+60L純水機(美國密理特公司)制備。

樣品：市場委托和進口報檢的62批次紡織固廢物，包含廢棉(粗疏和精梳落棉、絮胎、棉短絨)、廢棉紗線、廢布樣(廢棉布料、廢牛仔布料、廢滌棉混紡布料)。

1.2 樣品前處理

1.2.1 提取取代表性紡織固體廢物樣品，裁剪成3 mm×3 mm，準確稱取樣品1 g(精確至0.01 g)，加入15 mL 0.15 mol/L K2CO3溶液，于磁力攪拌器上攪拌5 min，使樣品與溶液充分混合，室溫條件下超聲萃取15 min，過濾。殘留物按以上步驟重復萃取一次，合并兩次提取液，定容至30 mL。

1.2.2 衍生與DLLME萃取準確移取6 mL樣品提取液于10 mL尖底離心管中，加入0.12 mL乙酸酐，擰緊瓶蓋，渦旋混勻，于60 ℃條件下衍生35 min后，冷卻至室溫，將0.7 mL體積比為2∶5的四氯化碳(萃取劑)和丙酮(分散劑)的混合溶劑迅速注入到尖底離心管中，渦旋混勻，于常溫40 kHz條件下超聲萃5 min，在8 000 r/min下離心3 min，抽取下層有機相進行GC/MS分析。

1.3 GC/MS條件

采用HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，進樣口溫度280 ℃，載氣：高純氦氣(99.999%)，流速1.0 mL/min；程序升溫：50 ℃保持2 min，以10 ℃/min升至230 ℃，不分流進樣，進樣量1.0 μL。傳輸線溫度：280 ℃，離子源溫度：230 ℃，電離方式：電子轟擊離子源(EI)，電離能量：70 eV，選擇離子監測(SIM)模式檢測，質量掃描范圍：45～500 amu，電子倍增器電壓：1.4 kV，溶劑延遲：8 min。全部程序總時長為20 min。

1.4 定性依據及定量方法

根據色譜峰的保留時間、特征離子、定量及定性離子的相對豐度比進行定性。對樣品進行測定時，如果試樣中的質量色譜保留時間與標準工作溶液中的色譜峰保留時間一致(變化范圍在±0.5%之間)，在扣除背景后的質譜圖中所選特征離子均出現，且相對豐度與濃度相當的標準工作溶液的相對豐度相差不大于15%，則可以判斷樣品中含有該目標物質。采用外標法進行定量。18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的保留時間、定量離子、定性離子及相對豐度比見表1。

表1 18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的保留時間、特征離子及相對豐度比Table 1 Retention times,characteristic ions and relative abundance ratios of 18 chlorophenols and o -phenylphenols

(續表1)

1.5 工作曲線的繪制

將18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚標準品分別用甲醇配制成1 000 mg/L的標準儲備溶液，置于棕色儲存瓶中，于-20 ℃條件下避光儲存。根據需要用丙酮配制成10 mg/L的混合標準工作溶液，置于棕色儲存瓶中，于-20 ℃條件下避光儲存。取7份0.15 mol/L K2CO3溶液進行加標，加標后18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的濃度分別為0.002、0.005、0.01、0.02、0.04、0.08、0.16 mg/L，各取6 mL按照“1.2.2”進行衍生化處理后進行測定，繪制標準曲線。

2 結果與討論

2.1 18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚乙酰化后DLLME色譜圖

根據“1.2”前處理步驟和“1.3”儀器條件進行實驗，所得標準色譜圖如圖1所示。18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚萃取效率良好，均可以實現較好的分離，符合分析檢測的要求。

圖1 含氯苯酚和鄰苯基苯酚混合標準溶液乙酰化后DLLME色譜圖Fig.1 Chromatogram of DLLME after acetylation of mixed standard solutions for chlorophenols and o -phenylphenols1 - 19 refer to the 19 compounds in Table 1.

2.2 萃取體系的選擇和優化

2.2.1 萃取基體的選擇通常含氯苯酚類化合物呈弱酸性，因此以弱堿性溶劑提取可以使其以離子狀態存在于溶液中，增加溶解度，從而提高萃取效率。實驗分別考察了不同濃度的NaOH溶液、NH3·H2O和K2CO3溶液作為萃取溶劑時對目標物的提取效率。取具有代表性的2,5-DCP、2,3,4-TrCP、2,3,4,5-TeCP、OPP作為目標化合物，添加到陰性樣品中，按照“1.2”前處理方法和“1.3”儀器條件進行測試。結果表明，堿性溶液在0.01～0.15 mol/L范圍內，提取效率隨濃度的增加而增加，當濃度為0.15 mol/L時提取效率達到最大，再增加濃度，提取效率反而出現下降的趨勢(圖2)，原因可能是強堿性環境對化合物以及儀器響應都產生了一定的影響。當堿性溶液濃度都達到0.15 mol/L時，K2CO3溶液的提取效率明顯優于NaOH溶液和NH3·H2O。因此，本文選擇濃度為0.15 mol/L K2CO3溶液作為18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚萃取溶劑。

圖2 不同濃度K2CO3溶液(a)、NaOH溶液(b)和弱堿性NH3·H2O(c)作為萃取溶劑對2,5-DCP、2,3,4-TrCP、2,3,4,5-TeCP和OPP提取效率的影響Fig.2 The effect of different concentrations of K2CO3 solution(a),NaOH solution(b) and weak alkaline NH3·H2O(c) as extraction solvents on the extraction efficiency of 2,5-DCP,2,3,4-TrCP,2,3,4,5-TeCP and OPP

2.2.2 衍生試劑用量、溫度與時間的優化在0.15 mol/L的K2CO3溶液中加入0.8 mg/L標準工作溶液，以四氯化碳作為萃取劑，丙酮作為分散劑，考察了衍生試劑乙酸酐由0.01 mL增加到0.3 mL對實驗的影響。結果顯示，當乙酸酐用量在0.08～0.12 mL之間時，峰面積有明顯的增加，當體積超過0.15 mL時，峰面積出現一定程度的下降，可能的原因是過量的乙酸酐影響了溶液體系的pH，同時乙酸酐過量會對色譜柱產生一定的影響。實驗最終選擇衍生試劑乙酸酐的用量為0.12 mL。

含氯苯酚屬于易揮發物質，反應溫度會對衍生化過程產生一定的影響，因此在保證反應溫度使含氯苯酚類物質有較大的溶解度的同時降低其揮發性。本實驗在35～80 ℃內確定的較為理想的衍生溫度為60 ℃。衍生時間應保證體系內的酚類物質與乙酸酐充分反應，當反應時間達到一定條件后，繼續延長反應時間，大部分目標物質的峰面積無明顯變化，個別峰面積有所下降，可能的原因是由于酯的水解所導致。因此本實驗在20～60 min內確定較為理想的衍生時間為35 min。

2.2.3 萃取劑與分散劑的選擇以丙酮作為分散劑，分別考察了氯苯、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳作為萃取劑時對各目標組分的萃取效率。結果如圖3所示，當以四氯化碳作為萃取劑時，各個目標物質的萃取效率相對較好，富集倍數較為理想，且四氯化碳對目標組分無干擾，故選用四氯化碳作為本實驗的萃取溶劑。

圖3 氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳作為萃取劑時各目標組分的萃取效率Fig.3 Extraction efficiency of each target component when chlorobenzene,dichloromethane,chloroform,and carbon tetrachloride are used as extractants1 - 19 refer to the 19 compounds in Table 1.

以四氯化碳作為萃取劑，分別考察了丙酮、異丙醇、乙腈、甲醇作為分散劑時對目標組分提取效率的影響。實驗結果顯示，當以丙酮作為分散劑時，各個目標物質的富集倍數較好，各個組分的萃取效率均高于其他3種分散劑，且相對標準偏差(RSD)相對較低，故選擇丙酮作為分散劑。

2.2.4 萃取劑與分散溶劑用量的優化以0.4 mL丙酮作為分散劑，分別考察了0.1、0.2、0.3、0.4 mL的四氯化碳對萃取效率的影響。結果表明，隨著四氯化碳體積的增加萃取效率呈現出明顯下降的趨勢，考慮到萃取劑體積過小時不利于取液進樣，因此本實驗選擇萃取劑的理想用量為0.2 mL。以0.2 mL四氯化碳作為萃取劑，分別考察了四氯化碳和丙酮不同體積比時對目標化合物提取效率的影響。結果如圖4所示。當四氯化碳和丙酮體積比為2∶5時，除3,5-DCP、2,3,6-TrCP 和3,4,5-TrCP外其余目標化合物的萃取率均高于其他體積比。綜合考慮，最終選擇萃取劑和分散劑的體積比為2∶5，用量為0.7 mL。

圖4 不同體積比的四氯化碳和丙酮對萃取效率的影響Fig.4 The effect of different volume ratios of carbon tetrachloride and acetone on extraction efficiency1 - 19 refer to the 19 compounds in Table 1.

2.3 標準曲線、線性范圍和檢出限

配制7個不同濃度(0.002、0.005、0.01、0.02、0.04、0.08、0.16 mg/L)的混合標準工作溶液，以混合標準工作溶液的質量濃度(x)為橫坐標，定量離子色譜峰面積(y)為縱坐標，繪制標準工作曲線，得到線性方程和相關系數，結果見表2。各目標物質在0.002～0.16 mg/L范圍內呈現出良好的線性關系，相關系數為0.9991～1.0000。根據HJ 168-2020《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》關于檢出限的計算方法，對濃度值為估計方法檢出限值2～5的樣品進行7次平行測定，計算各個目標物質的檢出限，并進行驗證。最終確定18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的檢出限(LOD)為0.07～0.76 μg/kg，以4倍檢出限來限定其定量限(LOQ)為0.28～3.04 μg/kg。

表2 18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的線性方程、線性范圍、線性相關系數(r)、檢出限(LOD)和定量限(LOQ)Table 2 Linear equation,linear range,linear correlation coefficient(r),limit of detection(LOD) and limit of quantification(LOQ) of 18 chlorophenols and o -phenylphenols

2.4 加標回收率和精密度

取代表性紡織固體廢物樣品，分別添加3個不同濃度(0.005、0.04、0.1 mg/L)的加標水平，按照“1.2”前處理方法對樣品進行處理后，按“1.3”儀器條件上機測試，每一個加標水平做6次平行，結果見表3。18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚加標回收率為84.2%～105.0%，相對標準偏差(RSD)為0.6%～6.4%。

表3 不同紡織固體廢物樣品中酚類化合物的檢測結果Table 3 Test results of phenolic compounds in different textile solid waste samples

表3 18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚加標回收率和相對標準偏差(RSD)Table 3 Spiked recovery and relative standard deviation(RSD) of 18 kinds of chlorinated phenols and o -phenylphenols

(續表3)

2.5 與標準方法的比較

從前處理方法、萃取溶劑和用量、檢出限和回收率等方面，分別對國際標準委員會制定的標準(ISO 17070:2006)[11]，我國國家標準(GB/T 24166-2009)[12]、(GB/T 18414.2-2006)[13]、(GB/T20386-2006)[14]，與本文所建立的DLLME-GC/MS方法進行了比較。本方法實現了基質更為復雜的紡織固體廢物中18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的測定，方法具有簡單、有機溶劑用量少、成本低廉、靈敏度較高、準確性較好等優點。

2.6 實際樣品分析

采用本文建立的方法對市場委托和進口報檢的62批次紡織固廢物進行18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的測定，結果見表5。

3 結論

本文建立了紡織固體廢物中18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚的同時測定方法，對提取液中目標物質乙酰化后，采用液液微萃取對衍生產物進行提取，氣相色譜-質譜進行檢測，討論并優化了實驗最佳的條件。結果證明，含氯苯酚類物質通過衍生化以后，峰形得到了顯著的改善，方法的檢出限降低，使定性和定量分析更加精確化。衍生化技術和分散液液微萃取(DLLME)技術相結合，用于測定紡織固體廢物中18種含氯苯酚和鄰苯基苯酚是一種具有操作簡單、有機溶劑用量少、成本低廉、靈敏度較高、準確性較好測定方法。