酚类化合物是生产环氧树脂、聚碳酸酯和聚砜树脂等高分子材料的主要工业原料。研究显示,双酚A、2,4-二氯酚、五氯酚、壬基苯酚和辛基苯酚等酚类化合物具有雌激素的特性,故亦称“环境荷尔蒙”。这类物质在环境中难以降解,易于在生物体内蓄积,即使含量极低也能使生物内分泌失调,具有致癌、致畸、致基因突变的潜在毒性[ 1 ]。工业废水的排放是环境水体中酚类化合物的主要来源之一,因此环境水体中酚类化合物的测定是环境监测中的一个重要课题。
本研究采用微乳液相色谱法(microemulsion liquid chromatography, MELC)分离分析水体中的酚类化合物。微乳液相色谱是以微乳为流动相的高效液相色谱法[ 2 ],微乳是由表面活性剂、助表面活性剂、水相及油相在适当的比例下自发形成的一种稳定的、低黏度的、光学透明且热力学稳定的体系[ 3 ]。把表面活性剂引入色谱的两相分配中,增大了分离的选择性。与常规的HPLC方法相比,MELC具有分离效率高和分离速度快的优越性,且由于其独特的组成,使得各种极性的物质都能在微乳中溶解,因而非常适合于各种极性较强的混合物的分离[ 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ]。
LC-20AT高效液相色谱仪(日本岛津公司),配有二极管阵列检测器(PDA); C18固相萃取小柱(60 mg, 3 mL,迪马科技有限公司)。
苯酚(0.93 g/L,中国计量科学院)、2,4-二氯苯酚(1.00 g/L,中国计量科学院)、双酚A(BPA,1.00 g/L,上海展云化工有限公司);乙腈、甲醇、正己烷(色谱纯);十二烷基硫酸钠(SDS)、正丁醇、庚烷、冰醋酸、二氯甲烷、乙酸乙酯(分析纯)。
微乳成分:将表面活性剂、油相、助表面活性剂及水和冰醋酸按顺序混合[ 5, 6, 7 ],其质量分数分别为3.0% SDS、6.0%正丁醇、0.8%正庚烷、90.2%水+冰醋酸(99：0.5, v/v)。超声30 min至形成澄清透明溶液,经0.45 μ m滤膜过滤,静置,即得透明稳定的微乳。
准确量取1 L水样,以硫酸调节水样pH=2,将水样以3～5 mL/min 的流速通过C18固相萃取小柱,用氮气吹扫,以排出小柱中滞留的水分。再用甲醇以1.0 mL/min 的流速洗脱,收集洗脱液,定容至10.00 mL。
色谱柱:Inertsil C18柱(150 mm×4.6 mm, 5 μ m);流动相:微乳-乙腈,采用梯度洗脱,梯度洗脱程序如表1;流速:1 mL/min;柱温:室温;检测波长:280 nm;进样量:20 μ L。
由于酚类化合物具有强极性基团,故极性较大的溶剂对酚类化合物具有较强的溶解能力。实验考察了用甲醇、乙醇、乙酸乙酯作洗脱剂对酚类化合物的洗脱能力。实验发现,甲醇的洗脱效果最好,酚类化合物能完全洗脱下来,提取率高,且杂质干扰小。
酚的酸性随卤素或硝基取代数目的增加而提高,在接近中性的水中主要是离解态。要使酚类主要以非离子形式存在,须将水样酸化。实验考察了用硫酸调节水样pH值为1～4时固相萃取小柱对3种酚类化合物的保留能力,结果表明,水样pH=2时,固相萃取小柱对3种酚类化合物的保留能力最强。
分别以乙腈-水(50 ∶ 50, v/v)、乙腈-水(表1梯度程序,以水代替微乳)、乙腈-微乳(表1梯度程序)作流动相,考察了不同流动相体系对酚类化合物分离的影响。结果显示,用乙腈和水作流动相时,BPA和2,4-二氯苯酚分不开;以乙腈-微乳作流动相时,按表1梯度洗脱,3种酚类物质得到了较好的分离度,且出峰时间适宜,见图1。故选择乙腈-微乳体系作流动相。
据文献报道,表面活性剂SDS的含量一般为3% ～5%(质量分数)，易形成O/W型的微乳。在微乳形成的浓度范围内,随着表面活性剂浓度的增加,微乳液滴的粒径减小,比表面积增大,溶质与分散相作用的机会增加,与微乳液滴有相互作用的溶质(即亲脂化合物)的保留降低[ 8, 9, 10 ]。实验考察了SDS的质量分数为1.5% 、3.0% 、3.3% 、5.0%时对酚类化合物的分离效果。结果表明,SDS的质量分数为3.0%时,3种酚类化合物的出峰时间适宜,分离度较好；SDS的质量分数为5.0%时形成的微乳体系不稳定。
考察了不同油相(正己烷、正辛烷、正庚烷)对3种酚类化合物的分离效果,发现用正庚烷作油相的微乳对3种酚类化合物的选择性较好。在微乳中增加油的含量,流动相中的有机相比例增加,溶质的保留时间降低[ 11 ]。实验表明,正庚烷用量为0.8%时3种目标物的出峰时间短,分离度较高。
助表面活性剂含量对组分保留的影响不及表面活性剂,但其类型不同对分离的选择性影响较大[ 12 ]。本实验考察了用正丁醇、正辛醇、正戊醇等溶剂作助表面活性剂,质量分数分别为6.0%和6.6%时对酚类化合物的分离效果,结果显示,只有用6.0%的正丁醇作助表面活性剂才能形成稳定的微乳体系,并使3种酚类化合物得到很好的分离。
考察了加入0.0% 、0.1% 、0.2% 、0.4% 、0.5% (体积分数)醋酸和0.1%磷酸缓冲液的微乳体系对分离的影响。结果显示,随着微乳体系pH值的减小,各目标物的保留因子略有增大,且加入0.5%醋酸时形成的微乳体系更稳定,故实验选用在水相中加入0.5%醋酸。
图2为在优化的色谱条件下实际水样的加标色谱图。
将质量浓度分别为0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/L 的双酚A、2,4-二氯苯酚和苯酚标准溶液依次进样分析,以峰面积y对质量浓度x (mg/L)进行线性回归;采用在空白蒸馏水中添加目标组分的方法,依据色谱峰的信噪比(S/N)大于3确定本方法的检出限;结果见表2。
在蒸馏水、自来水和河水3种基质中进行5.0、10.0 mg/L 两个质量浓度水平的加标回收试验,每个浓度进行6次平行试验,测定3种酚类化合物的平均回收率和精密度(见表3)。结果表明,在纯水基体中苯酚、双酚A、2,4-二氯苯酚的平均回收率依次为82.7% 、87.8% 、82.6% ;实际环境水样基体中酚类化合物的回收率均在85.7% ～113.2%之间,相对标准偏差(RSD)(n=6)均小于5% ,表明方法的精密度和准确度均较好。
本方法把微乳体系加入到液相色谱流动相中,增大了组分在两相中的选择性,使结构相似、极性较强的酚类化合物得到了较好的分离。该方法简便、快速,准确度高,且溶剂用量少,绿色环保,适用于饮用水、工业废水、生活污水等环境水体中酚类化合物的检测。
2013, Vol. 31 Issue (8): 809-812
PDF (800KB)
2013, Vol. 31 Issue (8): 809-812
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