專利名稱：污水或再生水中4—壬基酚的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境檢測與分析技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于污水、再生水中痕量、多種同分異構(gòu)體有機(jī)污染物總量的檢測。
背景技術(shù)：
壬基酚是非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚的生物降解產(chǎn)物，其中4-壬基酚具有環(huán)境內(nèi)分泌干擾作用，河水中濃度達(dá)10μg/L時(shí)就會(huì)發(fā)生虹鱒魚的生殖異常。污水中4-壬基酚含量一般僅為幾百個(gè)μg/L，并且由于壬基取代基的結(jié)構(gòu)不同，存在10余種同分異構(gòu)體的形式。鑒于污水或再生水樣品基體復(fù)雜、目標(biāo)物質(zhì)含量低，干擾因素多、提取富集和分離檢測難度大，因此檢測污水或再生水中4-壬基酚的含量，是一種在復(fù)雜基體中對痕量和超痕量多種同分異構(gòu)體混合組分的檢測技術(shù)。目前國內(nèi)還沒有針對壬基酚檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法，國外也未見有權(quán)威機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)方法。
污水或再生水中4-壬基酚檢測包括樣品前處理和檢測2個(gè)過程。
由于涉及到10-9～10-12水平的痕量檢測，經(jīng)典的樣品前處理方法遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，目前多用超臨界流體萃取、固相萃取、固相微萃取等方法。但是各種前處理方法普遍存在選擇性較差、樣品回收率低的問題，尤其對于基體復(fù)雜的樣品更需要優(yōu)選適當(dāng)?shù)姆椒ê蜅l件。
4-壬基酚常用的檢測方法主要為色譜法及其各種聯(lián)用方法。其中氣相色譜-質(zhì)譜(簡稱GC-MS)聯(lián)用技術(shù)用于4-壬基酚的檢測，可集中氣相色譜和質(zhì)譜兩種技術(shù)的長處，提高了檢測的選擇性和靈敏度。
質(zhì)譜法主要采用選擇離子(selected ion monitoring，簡稱SIM)技術(shù)進(jìn)行定量，該法適用于低濃度或在色譜圖上無法分開組分的定量檢測。此方法是選擇一個(gè)或幾個(gè)具有代表性的特定m/z的離子，連續(xù)進(jìn)行檢測，記錄選定離子的離子流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線，用曲線峰高或峰面積進(jìn)行定量計(jì)算。SIM法的特點(diǎn)一是靈敏度高，二是特異性高。SIM譜圖與總離子流圖(total ion current，簡稱TIC)色譜圖的外觀形狀幾乎一致，差別在于TIC總離子流圖代表了整個(gè)化合物的離子信息，由于其收集全譜的離子信息，所以會(huì)有非目標(biāo)物質(zhì)離子信息的干擾；而SIM譜圖只收集目標(biāo)物質(zhì)的一個(gè)或幾個(gè)離子信息，可以排除其他物質(zhì)非代表性的離子干擾，可完全代表目標(biāo)物質(zhì)的濃度響應(yīng)。
由于4-壬基酚各種同分異構(gòu)體理化性質(zhì)相近，難于完全分離，各種同分異構(gòu)體在環(huán)境介質(zhì)中存在的比例可能不同，而且每種異構(gòu)體各自特征離子的豐度比值也不一樣，任何單一離子都無法代表壬基酚全部同分異構(gòu)體，不能用單個(gè)特征離子定量方法準(zhǔn)確反映各種同分異構(gòu)體的總量，采用多個(gè)特征離子進(jìn)行定量時(shí)還必須針對被檢測樣品的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)數(shù)目和具有代表性的定量離子，以提高檢測方法的準(zhǔn)確度、選擇性、精密度。
北京大學(xué)胡建英教授等人對長江環(huán)境水體中的壬基酚進(jìn)行了GC-MS的定量測定，采用選擇離子模式(SIM)，用外標(biāo)法定量，選擇的特征離子分別為220，163，135，121，107。該方法中質(zhì)荷比m/z＝220的特征離子是壬基酚的分子離子峰，雖然可以作為確定壬基酚分子量的定性依據(jù)，但是其豐度大小對壬基酚定量檢測的貢獻(xiàn)卻很小(小于1％，實(shí)際起定量作用的僅為4個(gè)選擇離子)，容易受到干擾離子的影響，致使檢測結(jié)果的重現(xiàn)性較差，不宜作為壬基酚各種同分異構(gòu)體混合物定量檢測的特征選擇離子。
污水及再生水水質(zhì)復(fù)雜，壬基酚各種同分異構(gòu)體的分布、含量均與天然水體環(huán)境中有所不同，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，研發(fā)了適用于污水和再生水等復(fù)雜基體中痕量壬基酚同分異構(gòu)體混合組分的濃縮及定量檢測檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種污水或再生水中4-壬基酚的檢測方法，具有回收率高、重現(xiàn)性好、檢出限低、選擇性好、安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明以固相萃取(簡稱SPE)作為水樣的預(yù)處理方法，GC-MS為檢測檢測手段。針對污水或再生水中存在的壬基酚為多種同分異構(gòu)體混合物的特點(diǎn)，提出以親水-親脂平衡固相萃取柱為樣品提取、富集方法，用壬基酚5種特征離子的∑SIM定量檢測污水或再生水中壬基酚各種同分異構(gòu)體總量的方法。
本發(fā)明內(nèi)容包括兩部分①污水或再生水等復(fù)雜基體中痕量壬基酚的提取、富集方法；②壬基酚各種同分異構(gòu)體混合組分的定量檢測。
本發(fā)明提供了一種污水或再生水中4-壬基酚的檢測方法，包括(1)選取固相萃取(以下簡稱SPE)技術(shù)作為污水或再生水等復(fù)雜基體中痕量壬基酚的提取、富集方法；(2)壬基酚各種同分異構(gòu)體混合組分的定量檢測，其特征在于，包括以下步驟，其中步驟1)-5)屬于上述提取、富集方法，步驟6)-7)屬于上述定量檢測1)選擇SPE柱選擇親水-親脂平衡固相萃取柱，其填料為可浸潤型反相吸附劑；2)SPE柱的活化SPE柱先用體積比1∶1的丙酮和正己烷的混合液潤濕活化SPE柱，再用電阻率大于18.2MΩ/cm的超純水淋洗SPE柱；3)過樣根據(jù)污水或再生水樣品的濁度大小取相應(yīng)體積的水樣，用酸調(diào)至pH＝2-3，控制進(jìn)樣速度為2-5mL/min，使水樣通過SPE柱；4)干燥除去SPE柱內(nèi)殘余水分；5)洗脫依次用丙酮、體積比1∶1丙酮和正己烷混合溶液、正己烷洗脫SPE柱，洗脫液浸入30-50℃水浴中用99.999％純度氮?dú)獯得摑饧?，用體積比為1∶1正己烷和丙酮的混合液定容備用；6)GC-MS檢測條件根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)確定GC-MS參數(shù)，通過優(yōu)選脈沖進(jìn)樣壓力、升溫程序參數(shù)，獲得出峰時(shí)間適中、峰形尖銳、無拖尾、異構(gòu)體分離度好的壬基酚色譜圖(TIC)，如圖1；7)定量檢測選擇壬基酚5種特征離子107、121、135、149、163，采用5種特征離子∑SIM模式，外標(biāo)法定量檢測樣品中壬基酚含量。
上述步驟1)中，選擇親水-親脂平衡固相萃取柱，其填料為可浸潤型反相吸附劑；對極性物質(zhì)有優(yōu)異的反相保留容量，具有較高的保留因子，可以在穿透較少的情況下，保留更多的化合物，從而改善SPE方法的總體回收率。
在水樣的預(yù)處理過程中，步驟5)中的洗脫條件是本發(fā)明欲保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)。洗脫液的種類、用量、配比直接影響到復(fù)雜基體樣品中痕量目標(biāo)物質(zhì)的濃集和干擾物質(zhì)的排除，關(guān)系到后續(xù)檢測過程的精密度和選擇性。
上述步驟7)中，通過對壬基酚各種同分異構(gòu)體的特征離子的種類和相對豐度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)壬基酚各種同分異構(gòu)體中有5種特征離子107、121、135、149、163∑SIM響應(yīng)值約占各自TIC總離子譜圖(TIC)響應(yīng)值的70％，5種特征離子的∑SIM圖形狀與TIC圖形狀極為相似，表明其代表性強(qiáng)，選擇性高，見圖2。以此作為定量依據(jù)能全面準(zhǔn)確地反映各種同分異構(gòu)體的含量，可有效地排除了其它離子的干擾，配合壬基酚各同分異構(gòu)體的出峰時(shí)間和定量離子之間豐度的比例，較好地實(shí)現(xiàn)定性和定量檢測目的。
對壬基酚同分異構(gòu)體混合組分的定量檢測過程，作為定量檢測依據(jù)的5種質(zhì)譜特征離子的質(zhì)荷比m/z值是本發(fā)明欲保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)闃悠分腥苫痈鞣N同分異構(gòu)體的存在比例不同，而且每種同分異構(gòu)體所形成的質(zhì)譜特征離子的豐度比值也不一樣，選擇有代表性的特征離子對于準(zhǔn)確定量檢測至關(guān)重要?，F(xiàn)有技術(shù)所選擇的5個(gè)特征離子中，質(zhì)荷比m/z＝220是壬基酚的分子離子峰，其豐度在壬基酚各種同分異構(gòu)體的TIC中僅占1％，對壬基酚定量檢測貢獻(xiàn)很小，實(shí)際起定量檢測作用的僅為4個(gè)特征離子163、135、121、107，其∑SIM一般僅為TIC的50-60％。本發(fā)明選擇的5種特征離子的∑SIM占TIC的70％，定量離子的代表性提高了10-20％，較好地排除了干擾離子的影響，確保了檢測方法靈敏、準(zhǔn)確、可靠。
采用本方法檢測了近70個(gè)污水和再生水樣品中壬基酚含量，結(jié)果顯示本方法選擇性好，有效地排除了干擾離子的影響；方法的定量限低(為25ug/L)；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.37-4.96％，重現(xiàn)性良好；在樣品壬基酚濃度為0.1～10mg/L范圍呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2＝0.9935。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有回收率高、重現(xiàn)性好、檢出限低、選擇性好、安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
(1)回收率高、重現(xiàn)性好現(xiàn)有技術(shù)對環(huán)境水樣中NP的平均回收率為80.0-85.0％，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)3.4-6.2％。本方法的空白加標(biāo)回收率為90.6～97.8％，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.2～8.9％，樣品的加標(biāo)回收率可以達(dá)到90.1％(加標(biāo)量50ug/L)，RSD為5.2％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，NP平均回收率提高10％，RSD大體相當(dāng)。
(2)方法檢出限低、選擇性好、靈敏度高現(xiàn)有技術(shù)的定量檢測限為100ug/L，本方法的定量限為25ug/L。
本方法用壬基酚具有代表性的5種特征離子的∑SIM進(jìn)行定量檢測，能準(zhǔn)確地反映壬基酚各種同分異構(gòu)體的含量，排除了其他干擾離子的影響，提高了方法的選擇性和靈敏度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法定量離子的代表性提高10-20％。
(3)安全環(huán)保本方法使用的溶劑為低毒或無毒的丙酮和正己烷，未使用對人和環(huán)境造成危害的二氯甲烷、已氰等高毒性有機(jī)溶劑。


圖1壬基酚色譜圖(TIC)圖2∑SIM與TIC峰形比較圖具體實(shí)施方式
實(shí)例1污水處理廠總進(jìn)水樣品中壬基酚含量檢測(1)壬基酚的提取、富集①固相萃取柱根據(jù)污水樣品基體復(fù)雜、目標(biāo)物質(zhì)含量極低、干擾較大的特點(diǎn)，選取美國Waters公司的Oasis_HLB(Hydrophilic-LipophilicBalance)型親水-親脂平衡固相萃取柱，填料60mg，容積3cc。
②固相萃取柱的活化先用1ml體積比為1∶1的丙酮+正己烷洗脫液潤濕活化SPE柱，再用電阻率大于18.2MΩ/cm的5mL超純水淋洗填料。
③過樣取50mL污水樣品，酸化至pH＝2-3，控制上樣速度為2-3mL/min，使樣品全部通過SPE柱。
④干燥先抽真空脫去SPE柱大部分殘余水分，再用99.999％高純氮?dú)獯蹈伞?br> ⑤洗脫依次用2mL丙酮溶液、2mL 1∶1(V∶V)丙酮與正己烷混合溶液、2mL正己烷溶液洗脫SPE柱。洗脫液浸入50℃水浴鍋中高純氮?dú)獯得摑饧馏w積小于1mL，用正己烷與丙酮的1∶1混合液定容至1.0mL備用。
(2)壬基酚同分異構(gòu)體混合組分的定量檢測過程①GC-MS檢測條件載氣為氦氣，恒流，柱流量1.0ml/min，脈沖/不分流進(jìn)樣模式，進(jìn)樣量1ul，進(jìn)樣口溫度280℃，脈沖進(jìn)樣壓力35psi，使用DB-XLB色譜柱(柱長30m，內(nèi)徑0.25mm，固定液膜厚度0.25um，最高使用溫度340℃)。升溫程序參數(shù)如下
②定量檢測以壬基酚各種同分異構(gòu)體中5種特征離子107、121、135、149、163的∑SIM作為質(zhì)譜定量檢測依據(jù)，外標(biāo)法定量。
根據(jù)4次取樣的檢測結(jié)果，污水處理廠總進(jìn)水中壬基酚濃度在16.54-24.75mg/L范圍內(nèi)變化，平均值為19.26ug/L。
實(shí)例2再生水處理廠清水池樣品中壬基酚含量檢測(1)壬基酚的提取、富集①固相萃取柱根據(jù)再生水樣品基體復(fù)雜、目標(biāo)物質(zhì)含量極低、干擾較大的特點(diǎn)，選取美國Waters公司的Oasis_HLB(Hydrophilic-Lipophilic Balance)型親水-親脂平衡固相萃取柱，填料60mg，容積3cc。
②固相萃取柱的活化先用1ml體積比1∶1的丙酮+正己烷洗脫液潤濕活化SPE柱，再用5mL電阻率大于18.2MΩ/cm的超純水淋洗填料。
③過樣取100mL再生水樣品，酸化至pH＝2-3，控制上樣速度為4-5mL/min，使樣品全部通過SPE柱。
④干燥先抽真空脫去SPE柱大部分殘余水分，再用99.999％高純氮?dú)獯蹈伞?br> ⑤洗脫依次用2mL丙酮溶液、2mL 1∶1(V∶V)丙酮與正己烷混合溶液、2mL正己烷溶液洗脫SPE柱。淋出液浸入30℃水浴鍋中高純氮?dú)獯得摑饧馏w積小于1mL，用正己烷與丙酮的1∶1混合液定容至1.0mL備用。
(2)壬基酚同分異構(gòu)體混合組分的的定量檢測過程①GC-MS檢測條件載氣為氦氣，恒流，柱流量1.0ml/min，脈沖/不分流進(jìn)樣模式，進(jìn)樣量1ul，進(jìn)樣口溫度280℃，脈沖進(jìn)樣壓力35psi，使用DB-XLB色譜柱(柱長30m，內(nèi)徑0.25mm，固定液膜厚度0.25um，最高使用溫度340℃)。升溫程序參數(shù)如下
②定量檢測以壬基酚各種同分異構(gòu)體中5種特征離子107、121、135、149、163的∑SIM作為質(zhì)譜定量檢測依據(jù)，外標(biāo)法定量。
根據(jù)4次取樣的檢測結(jié)果，再生水處理廠清水池中壬基酚濃度在2.07-5.36mg/L范圍內(nèi)變化，平均值為3.62ug/L。
采用平行樣檢測和加標(biāo)回收檢測質(zhì)量控制技術(shù)對本方法檢測的近70個(gè)實(shí)際樣品的檢測質(zhì)量進(jìn)行控制。抽查20％～25％的樣品，分別進(jìn)行平行雙樣和加標(biāo)回收檢測，結(jié)果顯示，平行雙樣的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.5-11.5％，加標(biāo)回收率為92.2％～98.6％，測量結(jié)果均滿足檢測方法的要求。
權(quán)利要求
1.一種污水或再生水中4-壬基酚的檢測方法，包括(1)選取固相萃取(以下簡稱SPE)技術(shù)作為污水或再生水等復(fù)雜基體中痕量壬基酚的提取、富集方法；(2)壬基酚各種同分異構(gòu)體混合組分的定量檢測，其特征在于，包括以下步驟，其中步驟1)-5)屬于上述提取、富集方法，步驟6)-7)屬于上述定量檢測1)選擇SPE柱選擇親水-親脂平衡固相萃取柱，其填料為可浸潤型反相吸附劑；2)SPE柱的活化SPE柱先用體積比1∶1的丙酮和正己烷的混合液潤濕活化SPE柱，再用電阻率大于18.2MΩ/cm的超純水淋洗SPE柱；3)過樣根據(jù)污水或再生水樣品的濁度大小取相應(yīng)體積的水樣，用酸調(diào)至pH＝2-3，控制進(jìn)樣速度為2-5mL/min，使水樣通過SPE柱；4)干燥除去SPE柱內(nèi)殘余水分；5)洗脫依次用丙酮、體積比1∶1丙酮和正己烷混合溶液、正己烷洗脫SPE柱，洗脫液浸入30-50℃水浴中用99.999％純度氮?dú)獯得摑饧?，用體積比為1∶1正己烷和丙酮的混合液定容備用；6)GC-MS檢測條件根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)確定GC-MS參數(shù)，通過優(yōu)選脈沖進(jìn)樣壓力、升溫程序參數(shù)，獲得出峰時(shí)間適中、峰形尖銳、無拖尾、異構(gòu)體分離度好的壬基酚色譜圖；7)定量檢測選擇壬基酚5種特征離子107、121、135、149、163，采用5種特征離子∑SIM模式，外標(biāo)法定量檢測樣品中壬基酚含量。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境檢測與分析領(lǐng)域，用于污水、再生水中痕量、多種同分異構(gòu)體有機(jī)污染物總量的檢測。包括污水或再生水等復(fù)雜基體中痕量壬基酚的提取、富集方法；壬基酚各種同分異構(gòu)體混合組分的定量檢測，特征在于，包括以下步驟選擇親水－親脂平衡固相萃取柱，其填料為可浸潤型反相吸附劑；SPE柱的活化，過樣，干燥；洗脫依次用丙酮、體積比1∶1丙酮和正己烷混合溶液、正己烷洗脫SPE柱，洗脫液浸入30－50℃水浴氮?dú)獯得摑饧?，定容備用；確定GC－MS參數(shù)，獲得出峰時(shí)間適中、峰形尖銳、無拖尾、異構(gòu)體分離度好的壬基酚色譜圖；選5種特征離子107、121、135、149、163∑SIM模式檢測樣品中壬基酚含量。本發(fā)明回收率高、重現(xiàn)性好、檢出限低、選擇性好、安全環(huán)保。
文檔編號(hào)G01N30/86GK1715908SQ20051008522
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者郝瑞霞, 梁鵬 申請人:北京工業(yè)大學(xué)