城鎮供水中 9 種酚類物質的液相色譜 分離檢測研究
摘要本應用參考《城鎮供水水質標準檢驗方法》(CJ/T 141-2018),對城鎮供水中的 9 種酚類物質進行了液相色譜分離檢測。相較于 CJ/T 141-2018,該方法中增加了鄰氯苯酚、2,6-二氯酚和 2,3,4,6-四氯酚等三種物質。對不同極性的色譜柱進行了篩選,并確定了各目標化合物對應的檢測波長。在選定的色譜柱和檢測波長下,實現了 9 種酚類物質的基線分離。采用該方法對取自實驗室的飲用水進行了初步分析,結果表明該方法適用性良好。
前言苯酚類化合物在工業生產中廣泛應用于染料、醫藥、消毒劑、防腐劑及有機合成等領域,在使用過程中會釋放到環境中。此類化合物屬于高毒性有機污染物,具有潛在致癌性。因此,各國環境法規對環境中的苯酚類物質都有具體的監測方法。我國針對水體中苯酚類化合物的標準監測方法主要包括:HJ 676-2013[2],其采用液液萃取-氣相色譜法檢測 13 種酚類物質,不包含本文所檢測的 2,6-二氯酚和 2,3,4,6-四氯酚;HJ 744-2015[1],其采用氣相色譜-質譜法檢測 14 種酚類化合物,包括樣品衍生化前處理步驟。這兩種標準方法主要適用于地表水、地下水、生活污水及工業廢水等復雜水體,而對于飲用水這種相對簡單的水體,這兩種方法的樣品前處理操作復雜,且儀器普適性不高。
對于城鎮供水水質監測,目前采用《城鎮供水水質標準檢驗方法》(CJ/T 141-2018)[3]。在該方法中的“6.25 苯酚項”下,采用液相色譜法測定苯酚、4-硝基酚、3-甲基酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚 6 種酚類物質。該方法需要富集 1000 mL水樣,并采用較復雜的固相萃取和濃縮等步驟進行樣品前處理。該方法有兩個不足:首先,方法靈敏度和分離度導致需要比較復雜的樣品前處理過程;其次,監測的酚類物質較少。本應用參考 CJ/T 141-2018,在分析物中增加了鄰氯苯酚、2,6-二氯酚和 2,3,4,6-四氯酚等三種常見的酚類物質,并優化了分離和檢測方法,擴展了 CJ/T 141-2018 方法。初步的方法學性能考察結果表明,所開發的方法具有較好的適用性。
實驗部分試劑和樣品甲醇和磷酸為色譜純級,購于迪馬公司;所用實驗用水為Millipore Milli-Q 超純水系統現制備的高純去離子水;苯酚、4-硝基酚、3-甲基酚、鄰氯苯酚、2,4-二氯酚、2,6-二氯酚、2,4,6-三氯酚、2,3,4,6-四氯酚購于阿拉丁,純度均大于 98%;樣品為實驗室水管自取的水樣。儀器和設備采用 Agilent 1290 Infinity III 液相色譜系統,配備如下安捷倫模塊:四元泵(部件號 G7104A)、自動進樣器(部件號G7167B)、柱溫箱(部件號 G7116B)和二極管陣列檢測器(部件號 G7117A)。色譜柱選用 Agilent InfinityLab Poroshell 120 EC-C18(4.6 × 100 mm,2.7 μm;部件號 695975-902)。
標準品制備標準品儲備液:精密稱取苯酚、4-硝基酚、3-甲基酚、鄰氯苯酚、2,4-二氯酚、2,6-二氯酚、2,4,6-三氯酚、2,3,4,6-四氯酚和各標準物質適量,置于容量瓶中;加甲醇適量,超聲使其溶解;用甲醇定容,制得各目標化合物濃度均為 2000 μg/mL 的標準品儲備液。標準品工作溶液:取標準品儲備液適量,用 50% 甲醇逐級稀釋;對于苯酚、4-硝基酚、3-甲基酚、鄰氯苯酚、2,6-二氯酚、2,3,4,6-四氯酚,制得濃度為 4 μg/mL、8 μg/mL、16 μg/mL、32 μg/mL、40 μg/mL、80 μg/mL 和 160 μg/mL的系列工作溶液;對于 2,4-二氯酚和 2,4,6-三氯酚,制得濃度為 8 μg/mL、16 μg/mL、32 μg/mL、64 μg/mL、80 μg/mL、160 μg/mL 和 320 μg/mL 的系列工作溶液。
樣品前處理取實驗室水管自取的水樣,過 0.22 μm 微孔濾膜,置于進樣瓶中,待上機檢測。

結果與討論檢測波長的確定取 32 μg/mL 標準品工作溶液,進樣至液相色譜儀進行分析。采用二極管陣列檢測器 (DAD) 采集各目標化合物在 190–400 nm 范圍內的紫外光譜,所得結果如圖 1 所示。基于 9 種苯酚類化合物的光譜圖,盡量采用各物質的最大吸收進行檢測,由此確定的各目標化合物的檢測波長見表 1。

分離方法的確定本文考察的 9 種酚類物質為苯酚及其一系列衍生物,物化性質具有一定的相似性。實驗篩選了 Agilent Poroshell 120 系列色譜柱中的不同鍵合相色譜柱,包括 Bonus-RP、PheHex、Aq-C18 和 EC-C18 等。取 32 µg/mL 標準品進樣分析 ,檢測波長采用 220 nm,且不進行波長切換。所得結果如圖 2 所示。從圖中可以看出,采用四種色譜柱得到的 9 種酚類的化合物分離結果存在差異,特別是對于 4-硝基酚、3-甲基酚和鄰氯苯酚。在 PheHex色譜柱上,3-甲基酚與 4-硝基酚分離度較小,由于這兩種物質的檢測波長不同,實際檢測時需要切換波長。因此,在考察的流動相和梯度條件下,PheHex 色譜柱不適用于測定所考察的 9 種酚類物質。在 Bonus-RP、Aq-C18 和 EC-C18 等三種色譜柱上,9 種酚類物質均得到分離。其中 Bonus-RP 色譜柱對 4-硝基酚的保留較強,但是與鄰氯苯酚的分離度不如 Aq-C18 和 EC-C18 出色,考慮到切換波長和通用性,同樣放棄使用 Bonus-RP。在 Aq-C18 和 EC-C18 兩種色譜柱上,從 3-甲基酚與鄰氯苯酚的分離度來看,EC-C18 優于 Aq-C18,而其余 7 種目標化合物的分離結果差異不大。因此,最終選擇 EC-C18 進行 9 種酚類物質的分離。

專屬性分別將 8 μg/mL 標準品工作溶液 、空白試劑(50% 甲醇水溶液)、實驗室自取水樣進樣至液相色譜儀,采用確定的方法進行分析。結果如圖 3 所示。從圖中可以看出,空白試劑在對應于 9 種酚類化合物的色譜峰的保留時間處無干擾;標準工作溶液中各目標化合物分離良好;在樣品中未檢出各酚類化合物,且無其他成分干擾。

標準曲線與相關系數取系列標準品工作溶液,在確定的色譜條件下,進樣至液相色譜儀進行分析。以峰面積為縱坐標、濃度為橫坐標繪制標準曲線,并進行線性回歸分析。所得結果如圖 4 所示。從圖中可以看出,9 種酚類物質的線性關系良好,相關系數均高于 0.999(范圍:0.99996–0.99998),符合定量分析方法學要求 。各物質線性范圍如下:4-硝基酚、3-甲基酚、鄰氯苯酚、2,6-二氯酚、2,3,4,6-四氯酚,為 4 μg/mL–160 μg/mL 之間;2,4-二氯酚和 2,4,6-三氯酚,為 8 μg/mL–320 μg/mL 之間。

結論本實驗采用 Agilent 1290 Infinity 液相色譜系統,經過色譜柱的篩選和檢測波長的優化,建立了一種測定飲用水中 9 種酚類化合物的分析方法。該方法專屬性好,無干擾物影響測定;線性關系、重復性良好,符合定量分析方法學要求;同時,具有較高的靈敏度,相較于 CJ/T 141-2018,可以在實際樣品分析中,無需進行大體積取樣,降低樣品前處理操作的難度,提升實驗室分析效率。
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