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固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物

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赵虎, 郭峰, 饶竹, 秦冲, 战楠, 王立平, 刘爱琴, 王磊, 靖张微, 袁鸿飞. 固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物[J]. 环境化学, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
引用本文: 赵虎, 郭峰, 饶竹, 秦冲, 战楠, 王立平, 刘爱琴, 王磊, 靖张微, 袁鸿飞. 固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物[J]. 环境化学, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
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ZHAO Hu, GUO Feng, RAO Zhu, QIN Chong, ZHAN Nan, WANG Liping, LIU Aiqin, WANG Lei, JING Zhangwei, YUAN Hongfei. Determination of six phenolic compounds in groundwater by solid phase extraction –high performance liquid chromatography-APCI-tandem mass spectrometry[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
Citation: ZHAO Hu, GUO Feng, RAO Zhu, QIN Chong, ZHAN Nan, WANG Liping, LIU Aiqin, WANG Lei, JING Zhangwei, YUAN Hongfei. Determination of six phenolic compounds in groundwater by solid phase extraction –high performance liquid chromatography-APCI-tandem mass spectrometry[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
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固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物

  • 1.

    国家地质实验测试中心，自然资源部生态地球化学重点实验室，北京，100037

  • 2.

    河北省地质实验测试中心，河北省矿产资源与生态环境监测重点实验室，保定，071051

    • 通讯作者: E-mail：guofeng@mail.cgs.gov.cn;  931549285@qq.com; 
  • 基金项目:
    国家自然科学基金(21976044), 中国地质科学院基本科研业务费专项经费(JKYZD202418) ，中国地质调查局地质调查项目(DD20190323， 20211414)和河北省地质矿产勘查开发局科技项目(454-0502-JBN- BBNP)资助.

  • 中图分类号: X-1；O6

  • CSTR: 32061.14.hjhx.2023090504

Determination of six phenolic compounds in groundwater by solid phase extraction –high performance liquid chromatography-APCI-tandem mass spectrometry

  • 1.

    National Research Center for Geoanalysis, Key Laboratory of Eco-Geochemistry of Natural Resources, Beijing, 100037, China

  • 2.

    Hebei Research Center for Geoanalysis, Hebei Key Laboratory of Mineral Resources and Ecological Environment Monitoring , Baoding, 071051, China

    • Corresponding authors: GUO Feng, guofeng@mail.cgs.gov.cn ;  WANG Liping, 931549285@qq.com ; 
  • Fund Project: the National Natural Science Foundation of China(21976044)，Chinese Academy of Geological Sciences Basal Research Fund (JKYZD202418), Geological Survey Project of China Geological Survey(DD20190323, 20211414) and Science and Technology Project of Geological and Mineral Exploration and Development Bureau of Hebei Province(454-0502-JBN- BBNP).

摘要

  • 摘要: 建立了固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法（SPE-HPLC-APCI-MS/MS）同时分析地下水中6种不同极性酚类化合物的分析方法. 通过重点优化固相萃取、色谱条件和质谱参数等确定了最佳分析条件，详细解析了大气压化学电离源下6种酚的裂解规律. 方法采用100 mL酸化水样（pH=2），经HLB固相萃取柱富集净化和浓缩定容后上机检测，内标法定量. 结果显示：目标分析物线性范围在1—100.0 μg·L−1之间，相关系数r为0.9978—0.9996，方法检出限在0.005—0.050 μg·L−1之间. 方法加标回收率在77.6%—106%之间，相对标准偏差(RSD)介于4.0%到8.0%之间 (n=6). 方法在地下水实际样品分析中应用效果较好，方便高效，灵敏度高，精密度和准确度好，符合地下水中痕量酚类化合物分析的要求，为中等极性和极性酚类化合物同时分析提供新思路.
    Abstract: A method for simultaneous determination of six phenolic compounds in groundwater by solid phase extraction-high performance liquid chromatography-Atmospheric Pressure Chemical Ionization-tandem mass spectrometry（SPE-HPLC-APCI-MS/MS） was established. The optimum analytical conditions were determined by optimizing the solid-phase extraction conditions, chromatography conditions and mass spectrometry parameters. The mass spectrometric cleavage laws of six phenols were analyzed in detail. An aliquot of 100 mL acidified water sample (pH=2) was enriched with HLB solid-phase extraction column, and then determined by HPLC-MS/MS after concentration under gentle nitrogen flow and quantified by internal standard method. The results showed that the good linearity ranging from 0.10 μg·L−1 to 100.0 μg·L−1 with correlation coefficients of 0.9978—0.9996 were obtained．The detection limits of the method were between 0.005 μg·L−1 and 0.050 μg·L−1．The recoveries assessed by matrix addition were between 77.6%—106% with the relative standard deviations (RSD) in the range of 4.0%—8.0% (n = 6). It is proved that the proposed method showed simple operation, efficient, high sensitivity, good precision and accuracy, which is a new attempt and could meet the requirements for the rapid and simultaneous analysis of phenolic compounds of different polarity in groundwater.

  • 酚类化合物是一类会对生物神经组织、生殖功能产生影响且可能诱发癌症的有机污染物[1]，在煤气、焦化、炼油、制药、农药等行业具有广泛的应用[2]. 酚类化合物在生产或使用过程中排放进入水环境后，短期内不能降解而长时间的存在于水体中，在食物链的累积放大下对人体造成危害[3 − 4]. 国际上高度重视酚类化合物对环境带来的影响 [5]，国内外将苯酚（Phol）、3-甲酚（m-Cresol）、2,4-二氯酚（2,4-DCP）、2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）、五氯酚（PCP）、4-硝基酚（p-Nitrophenol）这6种酚类化合物设置为环境优先控制污染物[6 − 7], 五氯酚也因其本身具有高毒性和难降解等特点，被列入我国最新的新污染重点管控名单之内[8]. 国家地下水质量标准GB/T 14848中明确规定一类地下水中苯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚的限值为50.0 ng·L−1. 随着国家《地下水管理条例》的颁布实施和“十四五”期间地下水质量监控工作的加强，建立快速高效、准确灵敏的地下水中痕量酚类化合物的分析方法为相关调查研究提供技术支撑，具有积极的现实意义.

    目前水中酚类化合物的提取净化方法主要有液液萃取法和固相萃取法等[9 − 10]. 其中，固相萃取具有操作简便快速、有机溶剂消耗量低、自动化程度高等优点，在前处理方法中使用较多[11]. 气相色谱法（GC）、液相色谱法（LC）、气相色谱质谱联用法（GC-MS）、液相色谱质谱联用法（LC-MS）等是酚类化合物常用的仪器分析方法[12 − 15]. 部分极性较强的酚类化合物在气相色谱中峰型不好，通常要进行衍生化处理[16 − 17]，降低了分析效率. 高效液相色谱法不用衍生化反应可对酚类化合物直接分析，但紫外检测器与质谱相比，其定性能力较弱，很难避免假阳性的产生. 极性较大的硝基酚类和氯酚类等酚类化合物在现有方法中大部分是采用液相色谱-电喷雾电离（ESI）-质谱法检测[18 − 20]，大气压化学电离（APCI）源相比于ESI源更适合中等极性以及弱极性，甚至部分非极性的化合物，这些化合物在ESI源下难以电离，但在更高温度的化学电离中能够产生单电荷离子. 苯酚和3-甲酚因极性相对较低，通常采用气相色谱质谱联用分析，液相色谱-质谱法分析3-甲酚以及苯酚的方法较少，目前极性和弱极性酚类化合物通常需要两套方法分开提取、净化和定量，极大降低了分析效率[12 − 13,15]. 亟待建立地下水中不同极性酚类化合物同时测定分析方法，提高分析效率，满足日益增长的调查监测需求.

    本工作以Phol、2,4-DCP、2,4,6-TCP、PCP、m-Cresol、p-Nitrophenol等极性差异较大的6种代表性酚类化合物为研究对象，通过优化对比APCI源和ESI源对代表性酚类化合物的响应差异，结果表明，APCI源可以实现6种中等极性和极性酚的同时高灵敏度分析. 通过重点优化质谱参数和前处理条件，建立了固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-质谱法同时分析地下水中6种不同极性酚类化合物的方法，为中等极性和极性酚类化合物的同时高灵敏分析提供了新思路，本方法在精密度、准确度好的同时也兼具方便高效，具有较好的应用价值.

    1.   实验部分（Experimental section）

    1.1   主要仪器和试剂

    高效液相色谱仪：岛津Nexera X2（日本岛津公司）；三重四极杆串联质谱仪：SCIEX TRIPLE QUAD 5500（美国SCIEX公司）；固相萃取设备、氮吹浓缩仪（上海安谱实验公司）；HLB固相萃取柱（500 mg·6 mL−1，美国Waters公司）、Kinetex C18色谱柱（100 mm×3.0 mm，2.6 μm，美国Phenomenex公司）；旋转蒸发仪（瑞士BUCHI公司）.

    甲醇中质量浓度为1000 μg·mL−1的酚类化合物标准溶液（美国AccuStandard公司）：Phol、2,4-DCP、2,4,6-TCP、PCP、m-Cresol、p-Nitrophenol；甲醇中质量浓度为1000 μg·mL−1的内标标准溶液（美国AccuStandard公司）：对硝基酚-d4；色谱纯甲醇和乙腈（美国Thermo Fisher公司）；优级纯乙酸和盐酸（国药集团化学试剂有限公司）.

    1.2   色谱质谱条件

    色谱条件：流动相：A纯净水，B甲醇；梯度洗脱：0.0—4.0 min，50%—100% B；4.0—6.0 min，100% B；6.0—8.0 min，100%—50% B；8.0—10.0 min，50% B；流速：0.3 mL·min−1；柱温：30 ℃；进样体积：20 μL.

    质谱条件：APCI源负离子模式电离；针电流（NC）3 mA；碰撞气（CAD）48 kPa；气帘气体（CUR）276 kPa；雾化气（GS1）276 kPa；离子源温度550 ºC；多重反应监测模式（MRM），其他质谱条件见表1.

    表 1  六种酚类化合基本信息和质谱参数
    Table 1.  Basic information and MS parameters of 6 phenolic compounds
    化合物Compound 保留时间/mintR 相对分子量Relative molecular mass pka 母离子Parent Ion 子离子daughter ion 去簇电压/VDP 碰撞能量/VCE 入口电压/VEP 碰撞室出口电压/VCXP
    苯酚 2.74 94.1 9.89 93.0 65.0* −60 −28 −10 −14
    75.0 −60 −28 −10 −14
    4-硝基酚 3.11 139.1 7.08 138.0 46.1* −70 −48 −10 −14
    92.0 −60 −26 −10 −14
    3-甲酚 3.33 108.1 10.09 106.9 92.0* −90 −27 −10 −14
    105.8 −90 −27 −10 −14
    2,4-二氯酚 4.45 163.0 7.68 160.9 125.0* −80 −44 −10 −14
    89.0 −80 −21 −10 −14
    2,4,6-三氯酚 5.04 197.5 7.41 195.0 35.0* −60 −50 −10 −14
    159.0 −60 −30 −10 −14
    五氯酚 5.67 266.3 4.92 264.8 34.9* −110 −59 −10 −14
    37.0 −92 −59 −10 −14
    4-硝基酚-d4 3.09 143.1 — 141.9 45.9* −70 −48 −10 −14
    96.0 −60 −26 −10 −14
    　　注： *是二级质谱定量子离子，剩余为定性子离子.
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    1.3   前处理方法

    首先活化SPE小柱，顺序加入10 mL甲醇以及10 mL纯净水. 水样经过滤（0.45 μm滤膜）后，取100 mL用盐酸调至pH为2，然后上样（流速约10 mL·min−1），使目标物在固相萃取柱上富集，之后用10 mL纯净水淋洗小柱，用氮气吹扫15 min，去除固相萃取柱中的水分，最后用14 mL的乙腈（含1%乙酸）进行洗脱，使用旋转蒸发仪对收集的全部洗脱液浓缩，加入1.00 mg·L−1内标溶液10.0 μL，用初始流动相定容至1.0 mL，混匀后进样分析.

    2.   结果与讨论（Results and discussion）

    2.1   质谱条件的选择

    ESI源是常用的电离源，样品先带电后形成喷雾电离，在极性化合物分析中应用广泛. APCI源是使样品先形成喷雾再经电晕针放电电离，其电离程度较ESI源强，通常认为它可以增加中等极性化合物离子化产率. 目前仍没有确切的准则选择判断电离源，化合物电离效果多依赖实验. 本研究依次将浓度为100 μg·L−1的6种代表性酚类标准溶液经质谱直接进样分析，重点调整碰撞能量和入口电压等参数，找出物质分子离子峰和两个信号较强的子离子峰，采用多重反应监测模式扫描分析. 结果表明，与ESI源相比，在使用APCI源时，2,4,6-三氯酚和2,4-二氯酚响应强度无明显差异，五氯酚降低50%， 4-硝基酚降低80%，响应强度无数量级差异. 但苯酚和3-甲酚在APCI源的响应强度与ESI源相比，提高了近100倍，可以满足同时高灵敏度分析的需要，最终选用APCI离子源定量，最佳质谱参数见表1.

    2.2   色谱条件的选择

    据文献报道，采用C18填料色谱柱和一定比例的甲醇水可以实现酚类化合物较好的分离[21 − 22]. 本研究中6种酚类化合物的pKa值在4.92—10.09之间（见表1），其在水中存在离解平衡，为了使在色谱柱上保留较弱的离子态酚更好的吸附在色谱柱上，因此通常促进目标物向分子形式转换，所以在流动相中加入酸性添加剂降低流动相pH. 但随着酸性增强可能会抑制此类化合物的电离. 为此，本研究比较了水相为0.01mmol·L−1甲酸铵、0.003 mmol·L−1甲酸和超纯净水时目标物的质谱响应特点，通过结果得到，苯酚和3-甲酚质谱响应显著下降是因为流动相中添加甲酸或甲酸铵所引起的，原因可能是苯酚和3-甲酚酸性较弱，随着其酸性减弱，酸性环境对其离子化抑制越明显. 最终选择以甲醇和水作为流动相，此时6种酚类化合物的分离度和响应最好. 最佳流动相比例和梯度条件见表2.

    表 2  最佳流动相比例和梯度洗脱条件
    Table 2.  The Optimal mobile phase proportion and gradient elution conditions
    时间/mintR 流动相A/%Mobile phase A 流动相B/%Mobile phase B
    0.00 70 30
    7.0 30 70
    9.0 30 70
    15.0 20 80
    22.0 70 30
    30.0 70 30
    　　A：纯净水Pure water. B：甲醇 Methanol.
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    2.3   固相萃取条件优化

    选择水样的pH、洗脱试剂的种类、洗脱试剂的体积、浓缩方式这4个样品前处理条件参数进行优化，6种酚类化合物最佳固相萃取条件的选择依据为每种物质的回收率. 取100 mL水样，分别加入盐酸调节pH值，然后加入6种目标物的标准溶液，使质量浓度均为1.00 μg·L−1. 设置不同的前处理条件分别进行实验，获取最佳萃取条件.

    2.3.1   样品pH的优化

    水样加标后，用盐酸将6个平行水样的pH分别调节为1、2、3、4、5、6，按照“1.3”前处理方法实验步骤通过HLB固相萃取小柱，使用含1%乙酸的乙腈进行洗脱，经旋转蒸发仪浓缩后定容至1.0 mL，经上机检测后其结果如表3所示. 由表3可以看出，6种目标物的回收率会随着pH的上升而下降，最终选择水样的pH为2.

    表 3  不同pH条件下萃取6种目标物的回收率
    Table 3.  Recoveries of 6 target substances using different pH
    化合物Compound 回收率/%Recovery
    pH=1 pH=2 pH=3 pH=4 pH=5 pH=6
    苯酚 86.7 85.2 77.4 75.1 76.6 75.1
    4-硝基酚 106 107 99.9 102 96 97.0
    3-甲酚 76.8 76.4 74.9 72.0 70.7 69.3
    2,4-二氯酚 90.9 92.1 87.9 85.6 89.2 84.2
    2,4,6-三氯酚 78.1 79.5 79.6 78.0 80.2 78.9
    五氯酚 92.0 87.7 87.4 81.9 73.1 71.1
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    2.3.2   洗脱溶剂的选择

    加标后的水样，用盐酸将调至pH为2，按照“1.3”前处理方法实验步骤通过HLB固相萃取小柱，选择甲醇、乙腈、二氯甲烷、含1%乙酸的乙腈作为洗脱溶剂，将洗脱液经旋转蒸发仪浓缩后定容上机，经上机检测后其结果如表4所示. 由表4可知，乙腈（含1%乙酸）洗脱效果最优，平均回收率最好，最终以乙腈（含1%乙酸）作为洗脱试剂.

    表 4  使用不同洗脱溶剂时6种目标物的回收率
    Table 4.  Recoveries of 6 target substances using different elution solvents
    化合物Compound 回收率/%Recovery
    二氯甲烷 甲醇 乙腈 乙腈（含1%乙酸）
    苯酚 56.7 81.4 82.0 85.2
    4-硝基酚 67.5 87.7 94.6 107
    3-甲酚 52.8 69.9 69.4 76.4
    2,4-二氯苯酚 57.9 78.9 81.7 92.1
    2,4,6-三氯苯酚 62.1 73.7 78.4 79.5
    五氯酚 60.0 74.2 77.4 87.7
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    2.3.3   洗脱体积的优化

    加标后的水样，用盐酸将调至pH为2，按照“1.3”前处理方法实验步骤通过HLB固相萃取小柱，分别选择2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0、16.0 mL 含1%乙酸的乙腈对固相萃取柱进行洗脱，将洗脱液经旋转蒸发仪浓缩后定容上机，经上机检测后其结果如表5所示. 根据表5可以得出，当洗脱体积逐渐增加时，6种目标物的回收率也逐渐增大，并且当洗脱体积达到14.0 mL后，6种目标物的回收率均达到最大，因此最优的洗脱体积为14.0 mL.

    表 5  使用不同洗脱体积时6种目标物的回收率
    Table 5.  Recoveries of 6 target substances using different elution solvents
    化合物Compound 回收率/%Recovery
    2 mL 4 mL 6 mL 8mL 10 mL 12 mL 14 mL 16 mL
    苯酚 16.7 63.2 86.3 87.0 88.5 86.4 87.7 87.9
    4-硝基酚 1.6 23.8 61.7 95.8 105 106 105 106
    3-甲酚 11.3 49.1 75.2 76.9 77.6 78.1 77.2 76.4
    2,4-二氯苯酚 0.0 8.2 32.2 61.2 83.3 90.6 92.0 91.4
    2,4,6-三氯苯酚 0.4 13.7 38.2 70.4 78.1 79.6 80.0 80.2
    五氯酚 0.0 0.7 9.8 27.9 50.5 74.2 92.0 90.1
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    2.3.4   浓缩方式的优化

    将14.0 mL加入6种目标物的含1%乙酸的乙腈（物质的量浓度为5 μg·L−1），分别用氮吹浓缩仪和旋转蒸发仪浓缩后定容上机. 结果发现经氮吹浓缩后，6种酚类化合物的回收率为72.5%—87.8%；经过旋转蒸发仪浓缩后，6种酚类化合物的回收率为85.8%—108%，因此选用旋转蒸发仪进行浓缩.

    2.4   标准曲线与方法检出限

    用初始流动相逐级稀释含6种目标物的混合标准溶液，配制成1.00、5.00、10.0、20.0、50.0、100 μg·L−1，加入内标后上机测定. 酚类化合物的总离子流图如图1所示. 横坐标为内标与目标物的质量浓度之比，纵坐标为内标与目标物的峰面积之比，创建标准曲线. 分析7个空白加标水样并求出其标准偏差s，带入HJ 168-2020[23]附录A.1 MDL=s×t（n-1,0.99）计算方法检出限. 6种目标物的线性范围等如表6所示，各组分的相关系数r均在0.998以上，6种目标物的方法检出限为0.005—0.050 μg·L−1，优于或与现有文献报道处在同一浓度水平[12,15,19]，可以满足地下水中痕量酚类化合物的检测要求.

    图 1  6种目标物及内标物的色谱图
    Figure 1.  Chromatogram of 6 kinds of target and internal standard
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    表 6  线性范围、标准曲线与方法检出限
    Table 6.  The Linear range, standard curve and method detection limit
    化合物Compound线性范围/（μg·L−1）Linearity range线性方程Linearity equation相关系数r检出限/（μg·L−1）LOD
    苯酚1—100y=0.604x+0.03230.99960.050
    4-硝基酚1—100y=13.4x+0.3110.99920.050
    3-甲酚1—100y=0.810x+0.02120.99950.005
    2,4-二氯苯酚1—100y=0.0267x+6.21×10−40.99910.010
    2,4,6-三氯苯酚1—100y=0.683x+0.002430.99960.005
    五氯酚1—100y=0.0883x+0.003340.99870.005
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    2.5   精密度与准确度

    分6次各取100 mL地下水样品，加入6种目标物标准品，使加标量均为0.50 μg·L−1，结果如表7所示. 由表7可知，该样品共检出5种目标物，浓度在0.005—0.748 μg·L−1之间，该化工区的地下水样品的平均加标回收率为介于77.6%到106%之间，相对标准偏差（RSD）介于4.0%到8.0%之间，表明方法可以满足实际水样中痕量酚类化合物同时分析的需要，具有较强的实用价值.

    表 7  地下水样品分析精密度与准确度试验结果
    Table 7.  The results of precision and accuracy for analysis of groundwater
    化合物Compound 本底值/（μg·L−1）Background values 加标量/（μg·L−1）Spiked value 测定值/（μg·L−1）Measured value 相对标准偏差/%RSD 平均加标回收率/%The average spiked recovery
    苯酚 0.748 0.500 1.279 4.0 106
    4-硝基酚 0.282 0.500 0.738 7.0 91.4
    3-甲酚 0.040 0.500 0.428 4.2 77.6
    2,4-二氯酚 ND* 0.500 0.470 5.1 94.0
    2,4,6-三氯酚 0.005 0.500 0.470 6.6 92.9
    五氯酚 0.238 0.500 0.661 8.0 84.6
    　　注：ND，未检出 not detected.
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    2.6   质谱裂解规律探讨

    为了深入认识6种酚类化合物在APCI源的质谱裂解行为，本研究对其可能的裂解途径进行了推断. 6种物质均是在负离子模式下获得最佳电离响应，苯酚的准分子离子峰 [M-H]−为m/z 93.0，推测裂解方式一种是失去1分子H2O后形成m/z 75.0的碎片离子，另一种是失去1分子CO，苯环重排为结构稳定的五元芳环，形成m/z 65.0的碎片离子. 4-硝基苯酚的准分子离子峰为 [M-H]− m/z 138.0，推测硝基与苯环间的C-N键断裂，形成m/z 46.1 NO2−碎片离子和m/z 92.0的苯酚负离子. 3-甲基酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 106.9，推测裂解方式一种是直接脱去1分子CH3，形成m/z 92.0的碎片离子，另一种是脱去甲基上的一个H，形成m/z 105.8的碎片离子. 2,4-二氯酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 160.9，推测其裂解方式为整体先脱去1分子HCl, 形成m/z 125.0的碎片离子，然后继续脱去1分子HCl，最后形成结构较为稳定的m/z 89.0的碎片离子. 2,4,6-三氯酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 195.0，推测裂解途径为先脱去1分子HCl, 形成m/z 159.0的碎片离子，然后该碎片再失去一个Cl−，形成m/z 35和m/z 124.0碎片离子. 五氯酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 264.8，推测裂解途径主要是脱Cl−并形成m/z 35.0或m/z 37.0 Cl离子碎片. 6种有机酚的分子式和裂解途径详见表8.

    表 8  六种有机酚的分子式和裂解途径
    Table 8.  Molecular formula and cleavage pathway of six organic phenols
    化合物Compound 分子式Molecular formulas 裂解途径Fragmentation pathway
    苯酚 C6H5OH
    4-硝基酚 C6H5NO3
    3-甲基酚 C7H8O
    2,4-二氯酚 C6H4Cl2O
    2,4,6-三氯酚 C6H3Cl3O
    五氯酚 C6HCl5O
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    3.   结论（Conclusion）

    本研究建立了固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离源-串联质谱法同时分析地下水中6种不同极性酚类化合物分析测定方法. 方法仅采用100 mL样品，即可实现痕量酚类化合物的同时分析. 方法检出限在0.005—0.050 μg·L−1之间，实际样品加标回收率在77.6%—106%之间，相对标准偏差在4.0%—8.0%之间. 通过6种酚类化合物的质谱裂解规律的详细推断，增进了对该类化合物质谱裂解行为的认识. 将该方法在地下水中6种酚类化合物的同时分析中应用效果较好，结果表明该方法方便高效，准确度和精密度高，为中等极性和极性酚类化合物同时分析提供了新思路，具有较强的实用价值.

  • 图 1  6种目标物及内标物的色谱图

    Figure 1.  Chromatogram of 6 kinds of target and internal standard

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    表 1  六种酚类化合基本信息和质谱参数

    Table 1.  Basic information and MS parameters of 6 phenolic compounds

    化合物Compound 保留时间/mintR 相对分子量Relative molecular mass pka 母离子Parent Ion 子离子daughter ion 去簇电压/VDP 碰撞能量/VCE 入口电压/VEP 碰撞室出口电压/VCXP
    苯酚 2.74 94.1 9.89 93.0 65.0* −60 −28 −10 −14
    75.0 −60 −28 −10 −14
    4-硝基酚 3.11 139.1 7.08 138.0 46.1* −70 −48 −10 −14
    92.0 −60 −26 −10 −14
    3-甲酚 3.33 108.1 10.09 106.9 92.0* −90 −27 −10 −14
    105.8 −90 −27 −10 −14
    2,4-二氯酚 4.45 163.0 7.68 160.9 125.0* −80 −44 −10 −14
    89.0 −80 −21 −10 −14
    2,4,6-三氯酚 5.04 197.5 7.41 195.0 35.0* −60 −50 −10 −14
    159.0 −60 −30 −10 −14
    五氯酚 5.67 266.3 4.92 264.8 34.9* −110 −59 −10 −14
    37.0 −92 −59 −10 −14
    4-硝基酚-d4 3.09 143.1 — 141.9 45.9* −70 −48 −10 −14
    96.0 −60 −26 −10 −14
    　　注： *是二级质谱定量子离子，剩余为定性子离子.
    化合物Compound 保留时间/mintR 相对分子量Relative molecular mass pka 母离子Parent Ion 子离子daughter ion 去簇电压/VDP 碰撞能量/VCE 入口电压/VEP 碰撞室出口电压/VCXP
    苯酚 2.74 94.1 9.89 93.0 65.0* −60 −28 −10 −14
    75.0 −60 −28 −10 −14
    4-硝基酚 3.11 139.1 7.08 138.0 46.1* −70 −48 −10 −14
    92.0 −60 −26 −10 −14
    3-甲酚 3.33 108.1 10.09 106.9 92.0* −90 −27 −10 −14
    105.8 −90 −27 −10 −14
    2,4-二氯酚 4.45 163.0 7.68 160.9 125.0* −80 −44 −10 −14
    89.0 −80 −21 −10 −14
    2,4,6-三氯酚 5.04 197.5 7.41 195.0 35.0* −60 −50 −10 −14
    159.0 −60 −30 −10 −14
    五氯酚 5.67 266.3 4.92 264.8 34.9* −110 −59 −10 −14
    37.0 −92 −59 −10 −14
    4-硝基酚-d4 3.09 143.1 — 141.9 45.9* −70 −48 −10 −14
    96.0 −60 −26 −10 −14
    　　注： *是二级质谱定量子离子，剩余为定性子离子.
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    表 2  最佳流动相比例和梯度洗脱条件

    Table 2.  The Optimal mobile phase proportion and gradient elution conditions

    时间/mintR 流动相A/%Mobile phase A 流动相B/%Mobile phase B
    0.00 70 30
    7.0 30 70
    9.0 30 70
    15.0 20 80
    22.0 70 30
    30.0 70 30
    　　A：纯净水Pure water. B：甲醇 Methanol.
    时间/mintR 流动相A/%Mobile phase A 流动相B/%Mobile phase B
    0.00 70 30
    7.0 30 70
    9.0 30 70
    15.0 20 80
    22.0 70 30
    30.0 70 30
    　　A：纯净水Pure water. B：甲醇 Methanol.
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    表 3  不同pH条件下萃取6种目标物的回收率

    Table 3.  Recoveries of 6 target substances using different pH

    化合物Compound 回收率/%Recovery
    pH=1 pH=2 pH=3 pH=4 pH=5 pH=6
    苯酚 86.7 85.2 77.4 75.1 76.6 75.1
    4-硝基酚 106 107 99.9 102 96 97.0
    3-甲酚 76.8 76.4 74.9 72.0 70.7 69.3
    2,4-二氯酚 90.9 92.1 87.9 85.6 89.2 84.2
    2,4,6-三氯酚 78.1 79.5 79.6 78.0 80.2 78.9
    五氯酚 92.0 87.7 87.4 81.9 73.1 71.1
    化合物Compound 回收率/%Recovery
    pH=1 pH=2 pH=3 pH=4 pH=5 pH=6
    苯酚 86.7 85.2 77.4 75.1 76.6 75.1
    4-硝基酚 106 107 99.9 102 96 97.0
    3-甲酚 76.8 76.4 74.9 72.0 70.7 69.3
    2,4-二氯酚 90.9 92.1 87.9 85.6 89.2 84.2
    2,4,6-三氯酚 78.1 79.5 79.6 78.0 80.2 78.9
    五氯酚 92.0 87.7 87.4 81.9 73.1 71.1
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    表 4  使用不同洗脱溶剂时6种目标物的回收率

    Table 4.  Recoveries of 6 target substances using different elution solvents

    化合物Compound 回收率/%Recovery
    二氯甲烷 甲醇 乙腈 乙腈（含1%乙酸）
    苯酚 56.7 81.4 82.0 85.2
    4-硝基酚 67.5 87.7 94.6 107
    3-甲酚 52.8 69.9 69.4 76.4
    2,4-二氯苯酚 57.9 78.9 81.7 92.1
    2,4,6-三氯苯酚 62.1 73.7 78.4 79.5
    五氯酚 60.0 74.2 77.4 87.7
    化合物Compound 回收率/%Recovery
    二氯甲烷 甲醇 乙腈 乙腈（含1%乙酸）
    苯酚 56.7 81.4 82.0 85.2
    4-硝基酚 67.5 87.7 94.6 107
    3-甲酚 52.8 69.9 69.4 76.4
    2,4-二氯苯酚 57.9 78.9 81.7 92.1
    2,4,6-三氯苯酚 62.1 73.7 78.4 79.5
    五氯酚 60.0 74.2 77.4 87.7
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    表 5  使用不同洗脱体积时6种目标物的回收率

    Table 5.  Recoveries of 6 target substances using different elution solvents

    化合物Compound 回收率/%Recovery
    2 mL 4 mL 6 mL 8mL 10 mL 12 mL 14 mL 16 mL
    苯酚 16.7 63.2 86.3 87.0 88.5 86.4 87.7 87.9
    4-硝基酚 1.6 23.8 61.7 95.8 105 106 105 106
    3-甲酚 11.3 49.1 75.2 76.9 77.6 78.1 77.2 76.4
    2,4-二氯苯酚 0.0 8.2 32.2 61.2 83.3 90.6 92.0 91.4
    2,4,6-三氯苯酚 0.4 13.7 38.2 70.4 78.1 79.6 80.0 80.2
    五氯酚 0.0 0.7 9.8 27.9 50.5 74.2 92.0 90.1
    化合物Compound 回收率/%Recovery
    2 mL 4 mL 6 mL 8mL 10 mL 12 mL 14 mL 16 mL
    苯酚 16.7 63.2 86.3 87.0 88.5 86.4 87.7 87.9
    4-硝基酚 1.6 23.8 61.7 95.8 105 106 105 106
    3-甲酚 11.3 49.1 75.2 76.9 77.6 78.1 77.2 76.4
    2,4-二氯苯酚 0.0 8.2 32.2 61.2 83.3 90.6 92.0 91.4
    2,4,6-三氯苯酚 0.4 13.7 38.2 70.4 78.1 79.6 80.0 80.2
    五氯酚 0.0 0.7 9.8 27.9 50.5 74.2 92.0 90.1
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    表 6  线性范围、标准曲线与方法检出限

    Table 6.  The Linear range, standard curve and method detection limit

    化合物Compound线性范围/（μg·L−1）Linearity range线性方程Linearity equation相关系数r检出限/（μg·L−1）LOD
    苯酚1—100y=0.604x+0.03230.99960.050
    4-硝基酚1—100y=13.4x+0.3110.99920.050
    3-甲酚1—100y=0.810x+0.02120.99950.005
    2,4-二氯苯酚1—100y=0.0267x+6.21×10−40.99910.010
    2,4,6-三氯苯酚1—100y=0.683x+0.002430.99960.005
    五氯酚1—100y=0.0883x+0.003340.99870.005
    化合物Compound线性范围/（μg·L−1）Linearity range线性方程Linearity equation相关系数r检出限/（μg·L−1）LOD
    苯酚1—100y=0.604x+0.03230.99960.050
    4-硝基酚1—100y=13.4x+0.3110.99920.050
    3-甲酚1—100y=0.810x+0.02120.99950.005
    2,4-二氯苯酚1—100y=0.0267x+6.21×10−40.99910.010
    2,4,6-三氯苯酚1—100y=0.683x+0.002430.99960.005
    五氯酚1—100y=0.0883x+0.003340.99870.005
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    表 7  地下水样品分析精密度与准确度试验结果

    Table 7.  The results of precision and accuracy for analysis of groundwater

    化合物Compound 本底值/（μg·L−1）Background values 加标量/（μg·L−1）Spiked value 测定值/（μg·L−1）Measured value 相对标准偏差/%RSD 平均加标回收率/%The average spiked recovery
    苯酚 0.748 0.500 1.279 4.0 106
    4-硝基酚 0.282 0.500 0.738 7.0 91.4
    3-甲酚 0.040 0.500 0.428 4.2 77.6
    2,4-二氯酚 ND* 0.500 0.470 5.1 94.0
    2,4,6-三氯酚 0.005 0.500 0.470 6.6 92.9
    五氯酚 0.238 0.500 0.661 8.0 84.6
    　　注：ND，未检出 not detected.
    化合物Compound 本底值/（μg·L−1）Background values 加标量/（μg·L−1）Spiked value 测定值/（μg·L−1）Measured value 相对标准偏差/%RSD 平均加标回收率/%The average spiked recovery
    苯酚 0.748 0.500 1.279 4.0 106
    4-硝基酚 0.282 0.500 0.738 7.0 91.4
    3-甲酚 0.040 0.500 0.428 4.2 77.6
    2,4-二氯酚 ND* 0.500 0.470 5.1 94.0
    2,4,6-三氯酚 0.005 0.500 0.470 6.6 92.9
    五氯酚 0.238 0.500 0.661 8.0 84.6
    　　注：ND，未检出 not detected.
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    表 8  六种有机酚的分子式和裂解途径

    Table 8.  Molecular formula and cleavage pathway of six organic phenols

    化合物Compound 分子式Molecular formulas 裂解途径Fragmentation pathway
    苯酚 C6H5OH
    4-硝基酚 C6H5NO3
    3-甲基酚 C7H8O
    2,4-二氯酚 C6H4Cl2O
    2,4,6-三氯酚 C6H3Cl3O
    五氯酚 C6HCl5O
    化合物Compound 分子式Molecular formulas 裂解途径Fragmentation pathway
    苯酚 C6H5OH
    4-硝基酚 C6H5NO3
    3-甲基酚 C7H8O
    2,4-二氯酚 C6H4Cl2O
    2,4,6-三氯酚 C6H3Cl3O
    五氯酚 C6HCl5O
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-05
  • 录用日期:  2023-11-24
  • 刊出日期:  2025-03-27
赵虎, 郭峰, 饶竹, 秦冲, 战楠, 王立平, 刘爱琴, 王磊, 靖张微, 袁鸿飞. 固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物[J]. 环境化学, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
引用本文: 赵虎, 郭峰, 饶竹, 秦冲, 战楠, 王立平, 刘爱琴, 王磊, 靖张微, 袁鸿飞. 固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物[J]. 环境化学, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
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ZHAO Hu, GUO Feng, RAO Zhu, QIN Chong, ZHAN Nan, WANG Liping, LIU Aiqin, WANG Lei, JING Zhangwei, YUAN Hongfei. Determination of six phenolic compounds in groundwater by solid phase extraction –high performance liquid chromatography-APCI-tandem mass spectrometry[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
Citation: ZHAO Hu, GUO Feng, RAO Zhu, QIN Chong, ZHAN Nan, WANG Liping, LIU Aiqin, WANG Lei, JING Zhangwei, YUAN Hongfei. Determination of six phenolic compounds in groundwater by solid phase extraction –high performance liquid chromatography-APCI-tandem mass spectrometry[J]. Environmental Chemistry, 2025, 44(3): 1090-1098. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2023090504
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固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法同时分析地下水中6种酚类化合物

    通讯作者: E-mail：guofeng@mail.cgs.gov.cn;  931549285@qq.com; 
  • 1. 国家地质实验测试中心，自然资源部生态地球化学重点实验室，北京，100037
  • 2. 河北省地质实验测试中心，河北省矿产资源与生态环境监测重点实验室，保定，071051
  • 收稿日期:  2023-09-05
  • 录用日期:  2023-11-24
  • 网络出版日期:  2025-03-27
基金项目:
国家自然科学基金(21976044), 中国地质科学院基本科研业务费专项经费(JKYZD202418) ，中国地质调查局地质调查项目(DD20190323， 20211414)和河北省地质矿产勘查开发局科技项目(454-0502-JBN- BBNP)资助.

摘要: 建立了固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-串联质谱法（SPE-HPLC-APCI-MS/MS）同时分析地下水中6种不同极性酚类化合物的分析方法. 通过重点优化固相萃取、色谱条件和质谱参数等确定了最佳分析条件，详细解析了大气压化学电离源下6种酚的裂解规律. 方法采用100 mL酸化水样（pH=2），经HLB固相萃取柱富集净化和浓缩定容后上机检测，内标法定量. 结果显示：目标分析物线性范围在1—100.0 μg·L−1之间，相关系数r为0.9978—0.9996，方法检出限在0.005—0.050 μg·L−1之间. 方法加标回收率在77.6%—106%之间，相对标准偏差(RSD)介于4.0%到8.0%之间 (n=6). 方法在地下水实际样品分析中应用效果较好，方便高效，灵敏度高，精密度和准确度好，符合地下水中痕量酚类化合物分析的要求，为中等极性和极性酚类化合物同时分析提供新思路.

English Abstract

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  • 酚类化合物是一类会对生物神经组织、生殖功能产生影响且可能诱发癌症的有机污染物[1]，在煤气、焦化、炼油、制药、农药等行业具有广泛的应用[2]. 酚类化合物在生产或使用过程中排放进入水环境后，短期内不能降解而长时间的存在于水体中，在食物链的累积放大下对人体造成危害[3 − 4]. 国际上高度重视酚类化合物对环境带来的影响 [5]，国内外将苯酚（Phol）、3-甲酚（m-Cresol）、2,4-二氯酚（2,4-DCP）、2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）、五氯酚（PCP）、4-硝基酚（p-Nitrophenol）这6种酚类化合物设置为环境优先控制污染物[6 − 7], 五氯酚也因其本身具有高毒性和难降解等特点，被列入我国最新的新污染重点管控名单之内[8]. 国家地下水质量标准GB/T 14848中明确规定一类地下水中苯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚的限值为50.0 ng·L−1. 随着国家《地下水管理条例》的颁布实施和“十四五”期间地下水质量监控工作的加强，建立快速高效、准确灵敏的地下水中痕量酚类化合物的分析方法为相关调查研究提供技术支撑，具有积极的现实意义.

    目前水中酚类化合物的提取净化方法主要有液液萃取法和固相萃取法等[9 − 10]. 其中，固相萃取具有操作简便快速、有机溶剂消耗量低、自动化程度高等优点，在前处理方法中使用较多[11]. 气相色谱法（GC）、液相色谱法（LC）、气相色谱质谱联用法（GC-MS）、液相色谱质谱联用法（LC-MS）等是酚类化合物常用的仪器分析方法[12 − 15]. 部分极性较强的酚类化合物在气相色谱中峰型不好，通常要进行衍生化处理[16 − 17]，降低了分析效率. 高效液相色谱法不用衍生化反应可对酚类化合物直接分析，但紫外检测器与质谱相比，其定性能力较弱，很难避免假阳性的产生. 极性较大的硝基酚类和氯酚类等酚类化合物在现有方法中大部分是采用液相色谱-电喷雾电离（ESI）-质谱法检测[18 − 20]，大气压化学电离（APCI）源相比于ESI源更适合中等极性以及弱极性，甚至部分非极性的化合物，这些化合物在ESI源下难以电离，但在更高温度的化学电离中能够产生单电荷离子. 苯酚和3-甲酚因极性相对较低，通常采用气相色谱质谱联用分析，液相色谱-质谱法分析3-甲酚以及苯酚的方法较少，目前极性和弱极性酚类化合物通常需要两套方法分开提取、净化和定量，极大降低了分析效率[12 − 13,15]. 亟待建立地下水中不同极性酚类化合物同时测定分析方法，提高分析效率，满足日益增长的调查监测需求.

    本工作以Phol、2,4-DCP、2,4,6-TCP、PCP、m-Cresol、p-Nitrophenol等极性差异较大的6种代表性酚类化合物为研究对象，通过优化对比APCI源和ESI源对代表性酚类化合物的响应差异，结果表明，APCI源可以实现6种中等极性和极性酚的同时高灵敏度分析. 通过重点优化质谱参数和前处理条件，建立了固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离-质谱法同时分析地下水中6种不同极性酚类化合物的方法，为中等极性和极性酚类化合物的同时高灵敏分析提供了新思路，本方法在精密度、准确度好的同时也兼具方便高效，具有较好的应用价值.

    • 1.   实验部分（Experimental section）

      1.1.   主要仪器和试剂

    • 高效液相色谱仪：岛津Nexera X2（日本岛津公司）；三重四极杆串联质谱仪：SCIEX TRIPLE QUAD 5500（美国SCIEX公司）；固相萃取设备、氮吹浓缩仪（上海安谱实验公司）；HLB固相萃取柱（500 mg·6 mL−1，美国Waters公司）、Kinetex C18色谱柱（100 mm×3.0 mm，2.6 μm，美国Phenomenex公司）；旋转蒸发仪（瑞士BUCHI公司）.

      甲醇中质量浓度为1000 μg·mL−1的酚类化合物标准溶液（美国AccuStandard公司）：Phol、2,4-DCP、2,4,6-TCP、PCP、m-Cresol、p-Nitrophenol；甲醇中质量浓度为1000 μg·mL−1的内标标准溶液（美国AccuStandard公司）：对硝基酚-d4；色谱纯甲醇和乙腈（美国Thermo Fisher公司）；优级纯乙酸和盐酸（国药集团化学试剂有限公司）.

      • 1.2.   色谱质谱条件

    • 色谱条件：流动相：A纯净水，B甲醇；梯度洗脱：0.0—4.0 min，50%—100% B；4.0—6.0 min，100% B；6.0—8.0 min，100%—50% B；8.0—10.0 min，50% B；流速：0.3 mL·min−1；柱温：30 ℃；进样体积：20 μL.

      质谱条件：APCI源负离子模式电离；针电流（NC）3 mA；碰撞气（CAD）48 kPa；气帘气体（CUR）276 kPa；雾化气（GS1）276 kPa；离子源温度550 ºC；多重反应监测模式（MRM），其他质谱条件见表1.

      • 1.3.   前处理方法

    • 首先活化SPE小柱，顺序加入10 mL甲醇以及10 mL纯净水. 水样经过滤（0.45 μm滤膜）后，取100 mL用盐酸调至pH为2，然后上样（流速约10 mL·min−1），使目标物在固相萃取柱上富集，之后用10 mL纯净水淋洗小柱，用氮气吹扫15 min，去除固相萃取柱中的水分，最后用14 mL的乙腈（含1%乙酸）进行洗脱，使用旋转蒸发仪对收集的全部洗脱液浓缩，加入1.00 mg·L−1内标溶液10.0 μL，用初始流动相定容至1.0 mL，混匀后进样分析.

    2.   结果与讨论（Results and discussion）

      2.1.   质谱条件的选择

    • ESI源是常用的电离源，样品先带电后形成喷雾电离，在极性化合物分析中应用广泛. APCI源是使样品先形成喷雾再经电晕针放电电离，其电离程度较ESI源强，通常认为它可以增加中等极性化合物离子化产率. 目前仍没有确切的准则选择判断电离源，化合物电离效果多依赖实验. 本研究依次将浓度为100 μg·L−1的6种代表性酚类标准溶液经质谱直接进样分析，重点调整碰撞能量和入口电压等参数，找出物质分子离子峰和两个信号较强的子离子峰，采用多重反应监测模式扫描分析. 结果表明，与ESI源相比，在使用APCI源时，2,4,6-三氯酚和2,4-二氯酚响应强度无明显差异，五氯酚降低50%， 4-硝基酚降低80%，响应强度无数量级差异. 但苯酚和3-甲酚在APCI源的响应强度与ESI源相比，提高了近100倍，可以满足同时高灵敏度分析的需要，最终选用APCI离子源定量，最佳质谱参数见表1.

      • 2.2.   色谱条件的选择

    • 据文献报道，采用C18填料色谱柱和一定比例的甲醇水可以实现酚类化合物较好的分离[21 − 22]. 本研究中6种酚类化合物的pKa值在4.92—10.09之间（见表1），其在水中存在离解平衡，为了使在色谱柱上保留较弱的离子态酚更好的吸附在色谱柱上，因此通常促进目标物向分子形式转换，所以在流动相中加入酸性添加剂降低流动相pH. 但随着酸性增强可能会抑制此类化合物的电离. 为此，本研究比较了水相为0.01mmol·L−1甲酸铵、0.003 mmol·L−1甲酸和超纯净水时目标物的质谱响应特点，通过结果得到，苯酚和3-甲酚质谱响应显著下降是因为流动相中添加甲酸或甲酸铵所引起的，原因可能是苯酚和3-甲酚酸性较弱，随着其酸性减弱，酸性环境对其离子化抑制越明显. 最终选择以甲醇和水作为流动相，此时6种酚类化合物的分离度和响应最好. 最佳流动相比例和梯度条件见表2.

      • 2.3.   固相萃取条件优化

    • 选择水样的pH、洗脱试剂的种类、洗脱试剂的体积、浓缩方式这4个样品前处理条件参数进行优化，6种酚类化合物最佳固相萃取条件的选择依据为每种物质的回收率. 取100 mL水样，分别加入盐酸调节pH值，然后加入6种目标物的标准溶液，使质量浓度均为1.00 μg·L−1. 设置不同的前处理条件分别进行实验，获取最佳萃取条件.

      • 2.3.1.   样品pH的优化

    • 水样加标后，用盐酸将6个平行水样的pH分别调节为1、2、3、4、5、6，按照“1.3”前处理方法实验步骤通过HLB固相萃取小柱，使用含1%乙酸的乙腈进行洗脱，经旋转蒸发仪浓缩后定容至1.0 mL，经上机检测后其结果如表3所示. 由表3可以看出，6种目标物的回收率会随着pH的上升而下降，最终选择水样的pH为2.

      • 2.3.2.   洗脱溶剂的选择

    • 加标后的水样，用盐酸将调至pH为2，按照“1.3”前处理方法实验步骤通过HLB固相萃取小柱，选择甲醇、乙腈、二氯甲烷、含1%乙酸的乙腈作为洗脱溶剂，将洗脱液经旋转蒸发仪浓缩后定容上机，经上机检测后其结果如表4所示. 由表4可知，乙腈（含1%乙酸）洗脱效果最优，平均回收率最好，最终以乙腈（含1%乙酸）作为洗脱试剂.

      • 2.3.3.   洗脱体积的优化

    • 加标后的水样，用盐酸将调至pH为2，按照“1.3”前处理方法实验步骤通过HLB固相萃取小柱，分别选择2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0、16.0 mL 含1%乙酸的乙腈对固相萃取柱进行洗脱，将洗脱液经旋转蒸发仪浓缩后定容上机，经上机检测后其结果如表5所示. 根据表5可以得出，当洗脱体积逐渐增加时，6种目标物的回收率也逐渐增大，并且当洗脱体积达到14.0 mL后，6种目标物的回收率均达到最大，因此最优的洗脱体积为14.0 mL.

      • 2.3.4.   浓缩方式的优化

    • 将14.0 mL加入6种目标物的含1%乙酸的乙腈（物质的量浓度为5 μg·L−1），分别用氮吹浓缩仪和旋转蒸发仪浓缩后定容上机. 结果发现经氮吹浓缩后，6种酚类化合物的回收率为72.5%—87.8%；经过旋转蒸发仪浓缩后，6种酚类化合物的回收率为85.8%—108%，因此选用旋转蒸发仪进行浓缩.

      • 2.4.   标准曲线与方法检出限

    • 用初始流动相逐级稀释含6种目标物的混合标准溶液，配制成1.00、5.00、10.0、20.0、50.0、100 μg·L−1，加入内标后上机测定. 酚类化合物的总离子流图如图1所示. 横坐标为内标与目标物的质量浓度之比，纵坐标为内标与目标物的峰面积之比，创建标准曲线. 分析7个空白加标水样并求出其标准偏差s，带入HJ 168-2020[23]附录A.1 MDL=s×t（n-1,0.99）计算方法检出限. 6种目标物的线性范围等如表6所示，各组分的相关系数r均在0.998以上，6种目标物的方法检出限为0.005—0.050 μg·L−1，优于或与现有文献报道处在同一浓度水平[12,15,19]，可以满足地下水中痕量酚类化合物的检测要求.

      • 2.5.   精密度与准确度

    • 分6次各取100 mL地下水样品，加入6种目标物标准品，使加标量均为0.50 μg·L−1，结果如表7所示. 由表7可知，该样品共检出5种目标物，浓度在0.005—0.748 μg·L−1之间，该化工区的地下水样品的平均加标回收率为介于77.6%到106%之间，相对标准偏差（RSD）介于4.0%到8.0%之间，表明方法可以满足实际水样中痕量酚类化合物同时分析的需要，具有较强的实用价值.

      • 2.6.   质谱裂解规律探讨

    • 为了深入认识6种酚类化合物在APCI源的质谱裂解行为，本研究对其可能的裂解途径进行了推断. 6种物质均是在负离子模式下获得最佳电离响应，苯酚的准分子离子峰 [M-H]−为m/z 93.0，推测裂解方式一种是失去1分子H2O后形成m/z 75.0的碎片离子，另一种是失去1分子CO，苯环重排为结构稳定的五元芳环，形成m/z 65.0的碎片离子. 4-硝基苯酚的准分子离子峰为 [M-H]− m/z 138.0，推测硝基与苯环间的C-N键断裂，形成m/z 46.1 NO2−碎片离子和m/z 92.0的苯酚负离子. 3-甲基酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 106.9，推测裂解方式一种是直接脱去1分子CH3，形成m/z 92.0的碎片离子，另一种是脱去甲基上的一个H，形成m/z 105.8的碎片离子. 2,4-二氯酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 160.9，推测其裂解方式为整体先脱去1分子HCl, 形成m/z 125.0的碎片离子，然后继续脱去1分子HCl，最后形成结构较为稳定的m/z 89.0的碎片离子. 2,4,6-三氯酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 195.0，推测裂解途径为先脱去1分子HCl, 形成m/z 159.0的碎片离子，然后该碎片再失去一个Cl−，形成m/z 35和m/z 124.0碎片离子. 五氯酚的准分子离子峰为[M-H]− m/z 264.8，推测裂解途径主要是脱Cl−并形成m/z 35.0或m/z 37.0 Cl离子碎片. 6种有机酚的分子式和裂解途径详见表8.

    3.   结论（Conclusion）

    • 本研究建立了固相萃取-高效液相色谱-大气压化学电离源-串联质谱法同时分析地下水中6种不同极性酚类化合物分析测定方法. 方法仅采用100 mL样品，即可实现痕量酚类化合物的同时分析. 方法检出限在0.005—0.050 μg·L−1之间，实际样品加标回收率在77.6%—106%之间，相对标准偏差在4.0%—8.0%之间. 通过6种酚类化合物的质谱裂解规律的详细推断，增进了对该类化合物质谱裂解行为的认识. 将该方法在地下水中6种酚类化合物的同时分析中应用效果较好，结果表明该方法方便高效，准确度和精密度高，为中等极性和极性酚类化合物同时分析提供了新思路，具有较强的实用价值.

    参考文献 (23)

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