CN109212056B - 一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法 - Google Patents
一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及痕量有害物质分析检测方法,具体涉及到一种测定水源水中痕量3‑氟‑2‑甲基苯甲酸、3‑氯‑4‑甲基苯甲酸和3‑碘‑4‑甲基苯甲酸的气相色谱‑质谱联用法。方法步骤包括以镁铝型水滑石焙烧产物为吸附剂富集水源水中目标化合物、以酸溶解吸附剂实现目标物完全洗脱、以小剂量有机溶剂对化合物进行高效萃取,并在甲酯化衍生后以气相色谱‑质谱联用法快速分析测定。本方法所采用的新型吸附剂采用分散固相萃取的方式实现对目标物的快速高效吸附,可以节省大量的吸附时间;应用酸溶解吸附剂可实现目标物完全脱吸附;仅适用少量的有机溶剂萃取,使得本方法具有显著的安全、环保优点和经济优势。
Description
技术领域
本发明涉及有害痕量物质分析检测的方法,具体涉及到一种测定水源水中痕量3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法。
背景技术
3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸是三种常见化工产品,常用于合成、医药、农药生产领域,生产和使用量巨大。同时,该三种化合物具有极性大、易溶解于水的特点。正因如此,生产厂商和使用者的泄露或违法排放将使得该类化合物容易进入到环境特别是水体中,成为污染水源水的有害化学物质来源。
虽然目前没有关于这三种的生态学数据,但是已有研究显示该物质对环境可能存在危害,尤其对其给水体造成的影响应给予特别注意。
对于水体中该三种卤代甲基苯甲酸类化合物的检测方法和标准缺乏,可以参考的文献仅限于使用高效液相色谱测定苯甲酸的报道,对于水源水中该三种化合物的检测参考意义不大。检测方法和标准的缺失对于有关部门监控水源水质量安全和维护人们的健康十分不利,亟待开发出可行有效的分析方法。
层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)是一种典型的具有超分子插层结构的层状材料,其主要由二价和三价金属的氢氧化物组合构成带正电荷的层板,以及带负电荷的阴离子插层于层板之间构成。将这类改性材料在450℃-500℃的温度下进行焙烧,可以有效去除层板间***的阴离子,仅仅留下调整了间距的空腔状层板结构,从而得到焙烧产物(layered double oxide,LDO)。由于材料改性后层板间的间隙有所调整,从而表现出对不同目标物进入其层板间的选择性。通常情况下,由于LDO具有更多的中空空隙结构,在将LDH及其相对应的LDO用作为吸附剂的领域中,LDO对于某些特定目标物的吸附性能经常高于相应的LDH。
近年来,发明人研究团队对层状双羟基复合金属氧化物(Layered DoubleHydroxides,LDHs)及其改性材料进行了广泛的研究,制备了不同类插层阴离子改性的LDHs及其焙烧产物(layered double oxide,LDO)材料,并以此为基础运用这些合成材料开展了针对不同目标化合物的吸附富集性能筛选、考察与优化的应用研究。
发明人在前期的研究中应用多种改性的LDHs和对应的LDO材料对三种目标物进行了吸附性能的选择性试验,发现仅仅使用镁铝型水滑石焙烧物就可以实现对水中三种化合物的良好吸附。在此基础上,发明人进一步对所研制的吸附剂富集水中目标化合物的性能和应用方法进行了优化,建立了以镁铝型水滑石焙烧物为吸附剂的水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸检测的气相色谱-质谱联用法。
发明内容
为了克服现有水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸检测方法和标准缺失的不足,本发明要解决的技术问题在于提供一种基于新型吸附剂分散固相萃取快速吸附的、适合于水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸检测的气相色谱-质谱联用法。
本发明是通过以下技术方案来实现上述目标的。
一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,包括如下步骤:
步骤1化合物的吸附:水源水样品采集后于4℃保存,使用前过滤,使用时向分液漏斗中添加适量的水源水,并向其中添加0.40g镁铝型水滑石焙烧物吸附剂,震荡一定时间使吸附剂吸附水中的目标化合物;
步骤2化合物的脱吸附:将分液漏斗中的吸附剂与水混合物转移至具塞离心管中离心,使固体吸附剂与水溶液分离并弃去上清液,将所有下层固体吸附剂合并至一个离心管中,向其中添加一定量的盐酸溶液溶解固体吸附剂,完成被吸附化合物的脱吸附;
步骤3化合物的萃取与衍生化:向上述离心管中添加一定量无水硫酸钠及有机溶剂萃取,涡旋、离心,取上清液至衍生瓶中,向其中添加衍生化试剂,密封、混匀后置于恒温水浴中完成甲酯化衍生化过程;
步骤4化合物的分析测试:向衍生瓶中添加终止液去除多余衍生剂,并加入适量固体碳酸氢钠和无水硫酸钠,涡旋,吸取上层有机溶液过滤后按照下列条件应用气相色谱-质谱联用法进行分析测试:
a)色谱柱:DB-5MS毛细管柱,30m×0.25mm,0.25μm膜厚;柱流速:1.20mL/min。
b)进样口温度:280℃;进样方式:不分流进样;进样量:2μL。
c)升温程序:40℃(保持1min),以10℃/min速率升温至280℃(保持2min)。
d)EI轰击源:70ev;色谱-质谱连接口温度:280℃;四极杆温度:230℃;离子源温度:150℃。
e)载气:高纯氦气(纯度≥99.999%)。
f)质谱数据采集模式:选择离子扫描模式(SIM),溶剂延迟时间:8min。
g)化合物的定量和定性离子如下表:
其中,
步骤1中所述的三种单卤代甲基苯甲酸为3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸,水源水量为200mL,震荡的时间为15min。
步骤2中所述的盐酸溶液为浓盐酸与水按照体积比1:1配制而成,用量为1.00mL。
步骤3中添加的无水硫酸钠为2.0g,有机萃取溶剂为乙酸乙酯与甲苯按体积比1:1的混合液,萃取溶剂用量为5.00mL,衍生化试剂为0.2mL甲醇和0.1mL浓度为2moL/L的三甲基硅烷化重氮甲烷正己烷溶液,水浴温度为30℃至50℃,衍生化时间为30min。
步骤4中所述的终止液为权利要求3中的盐酸溶液,添加量为0.05mL,固体碳酸氢钠添加量为0.1g,无水硫酸钠的添加量为0.5g,滤膜为有机相滤膜,孔径0.22μm。
上述步骤中涡旋为涡旋1min至2min,离心为以4500rpm转速运行3min。
方法开发过程中需要说明的情况:在本发明中对吸附目标物的吸附剂进行了较大规模的筛选,发现仅仅使用镁铝型水滑石焙烧产物吸附剂就可对三种目标物产生良好的吸附效果,无需使用改性的改性水滑石吸附剂或其焙烧产物吸附剂。在考虑到水源水中存在较多的干扰杂质,实验中又对吸附剂的用量、水样的测试初始pH值和吸附时间进行了优化和调整;同时,实验中对多种衍生目标物的方法进行了比较和择优,选择了反应条件较为平和并且衍生效果较好的三甲基硅烷化重氮甲烷为衍生剂。此外,实验就分析三种目标物衍生产物的色谱条件、衍生物的定量和定性离子选择等进行了优化,以期待获得一种稳定性好、灵敏度高的分析测试方法。
同时,出于对目标物定量准确性考虑,本方法在无法获得目标物同位素从而进行同位素内标法定量的前提下采用基质校正曲线对目标物进行定量,以尽量消除***误差提高定量的准确性。
本发明的优点在于:
(1)本发明采用常见的镁铝型水滑石焙烧产物以分散固相萃取的方式对水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸进行快速的吸附,富集快速高效;
(2)本发明利用镁铝型水滑石焙烧产物吸附剂可溶解于酸的特点,应用盐酸溶液对吸附目标物后的吸附剂进行溶解,可以使得目标物从吸附剂上完全脱吸附;
(3)本发明仅适用少量的有机溶剂作为目标物的萃取溶剂,具有显著的安全、环保优点和经济优势。
附图说明
图1是具体实施方式中3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸的基质标准溶液色谱图,其浓度为500.0μg/L,其中1是3-氟-2-甲基苯甲酸、2是3-氯-4-甲基苯甲酸、3是3-碘-4-甲基苯甲酸。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明,以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
(1)本发明实施例中所涉及到的试剂药品如下:
3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸共三种化合物固体标准品,纯度大于等于98.0%,上海阿拉丁科技有限公司;
甲醇,乙酸乙酯,无水硫酸钠、碳酸氢钠,分析纯,国药集团;
盐酸,优级纯,国药集团;水为符合GB/T 6682规定的一级水。
三甲基硅烷重氮甲烷溶液,2.0M溶于正己烷,Alfa Aesar公司。
(2)本发明实施例中所涉及到的仪器如下:
KH-75A型电热恒温鼓风干燥箱,广州市康恒仪器有限公司;
7890B-5977A型气相色谱-质谱联用仪,配电子轰击源(EI),美国安捷伦科技有限公司。
(3)气相色谱-质谱联用仪分析测试条件:
a)色谱柱:DB-5MS毛细管柱,30m×0.25mm,0.25μm膜厚;柱流速:1.20mL/min。
b)进样口温度:280℃;进样方式:不分流进样;进样量:2μL。
c)升温程序:40℃(保持1min),以10℃/min速率升温至280℃(保持2min)。
d)EI轰击源:70ev;色谱-质谱连接口温度:280℃;四极杆温度:230℃;离子源温度:150℃。
e)载气:高纯氦气(纯度≥99.999%)。
f)质谱数据采集模式:选择离子扫描模式(SIM),溶剂延迟时间:6min。
g)化合物的定量和定性离子如下表:
序号 | 化合物名称 | 定量离子 | 定性离子 |
1 | 3-氟-2-甲基苯甲酸衍生物 | 137.0 | 109.0,168.0 |
2 | 3-氯-4-甲基苯甲酸衍生物 | 153.0 | 184.0,125.0 |
3 | 3-碘-4-甲基苯甲酸衍生物 | 244.9 | 275.9,216.9 |
(4)基质校正曲线的制作和检出限、定量限的确定
准确称量上述3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸并以甲醇溶解定容,配制成浓度为1000mg/L的标准储备液,-4℃下保存。使用时将标准储备液以去离子水逐步稀释,配制成浓度梯度为10.0μg/L、20.0μg/L、40.0μg/L、100.0μg/L和200.0μg/L的标准使用液。
取五个500mL的分液漏斗并向其中各添加200mL去离子水,分别取上述标准使用液各5.00mL,制备得到系列浓度的加标样品以制备基质校正曲线,之后向各漏斗中添加0.40g镁铝型水滑石焙烧产物吸附剂,震荡15min使吸附剂吸附;将分液漏斗中的水添加至50mL具塞离心管中以4500rpm转速离心3min,使固体吸附剂与水溶液分离并弃去上清液,将所有下层固体吸附剂合并至一个离心管中,向其中添加1.00mL稀释1倍的盐酸溶液,待固体吸附剂溶解完成后实现被吸附目标物的脱吸附;向上述离心管中添加2.0g无水硫酸钠,再添加5.0mL乙酸乙酯与甲苯混合物(体积比1:1)并涡旋1min、4500rpm转速离心3min,取上清液至衍生瓶中,并向其中添加0.2mL甲醇和0.1mL浓度为2moL/L的三甲基硅烷化重氮甲烷正己烷溶液,密闭、混匀后静置于50℃的水浴中衍生化30min,完成甲酯化衍生化过程;向上述衍生瓶中添加上述盐酸溶液0.05mL去除多余的三甲基硅烷化重氮甲烷,之后添加固体碳酸氢钠添加量0.1g,无水硫酸钠的添加量为0.5g,涡旋,去除剩余的盐酸和水,吸取上层有机溶液过孔径为0.22μm的有机相滤膜,之后以气相色谱-质谱联用法分析测试。
以3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸在样品溶液的浓度为X轴,3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸衍生物在气相色谱-质谱联用仪上的色谱峰峰面积为Y轴绘制基质标准曲线并用于外标法定量。
以信噪比S/N的三倍值为方法的检测限(LOD,LOD=3S/N),以信噪比S/N的十倍为方法的定量限(LOQ,LOQ=10S/N),并结合添加基质的体积计算各个化合物在水中的检出限和定量限。
上述基质标准曲线相关参数、LOD和LOQ相关信息见表1。
表1.3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸的基质标准曲线、检测限和定量限相关信息
(5)对甲基苯磺酸根-镁铝型水滑石吸附剂的合成
为了是本领域的技术人员能够重复实现本发明的相关实验,现在提供一种本发明中使用的关键物质镁铝型水滑石焙烧产物吸附剂的合成方法,如下:
①合成吸附剂所涉及到的试剂药品如下:
Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O,分析纯,美国Aldrich公司。
②合成吸附剂所涉及到的仪器如下:
EXCEL型微波消解仪,上海屹尧仪器科技发展有限公司,消解罐体积为100mL;微波马弗炉(烧结炉),美国CEM公司;VD53型真空干燥箱,德国宾德科技公司;HJ-5多功能恒温搅拌器,金坛荣华仪器制造有限公司;FS-12型分液漏斗振荡器,日本新光科技有限公司;3K-15型离心机,德国sigma科技公司;BF518945C-1型箱式电阻炉(马弗炉),美国赛默飞世尔科技公司。
③合成吸附剂的具体步骤如下:
(a)焙烧:将购买的镁铝型水滑石Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O置于马弗炉中,以升温速率5℃/min加热至温度为500℃,焙烧6h,得到焙烧产物Mg6Al2O8(OH)2;
(b)干燥:将焙烧产物研磨后过100目筛,密封保存。
实施例1
本实施例1采用闽江江水为样品基质进行加标回收实验以验证本发明方法的可行性,水样采自福州自来水厂台江段取水点,采集后保存于4℃备用,使用前过滤并按照下列步骤进行处理:
1.化合物的吸附:
在500mL的分液漏斗中添加200mL的自来水,并向其中各添加5.00mL浓度分别为10.0μg/L、20.0μg/L和200.0μg/L的三种种化合物标准溶液,制备得到三水平六平行的加标样品,再添加0.40g镁铝型水滑石焙烧产物吸附剂,震荡15min使吸附剂吸附;
2.化合物的脱吸附:
将分液漏斗中的水添加至50mL具塞离心管中以4500rpm转速离心3min,使固体吸附剂与水溶液分离并弃去上清液,将所有下层固体吸附剂合并至一个离心管中,向其中添加2.00mL稀释1倍的盐酸溶液,待固体吸附剂溶解完成后实现被吸附化合物的脱吸附;
3.化合物的萃取与衍生化:
向上述离心管中添加2.0g无水硫酸钠,再添加5.00mL乙酸乙酯并涡旋1min、4500rpm转速离心3min,取上清液至衍生瓶中,并向其中添加0.2mL甲醇和0.1mL浓度为2moL/L的三甲基硅烷化重氮甲烷正己烷溶液,密闭、混匀后静置于50℃的水浴中衍生化30min,完成甲酯化衍生化过程;
4、分析测试:
向上述衍生瓶中添加上述盐酸溶液0.05mL去除多余的三甲基硅烷化重氮甲烷,之后添加固体碳酸氢钠0.1g,无水硫酸钠0.5g,涡旋,吸取上层有机溶液过孔径为0.22μm的有机相滤膜,以气相色谱法分析测试。
本实施例1的加标回收率实验相关参数见表2。
表2自来水样品的添加浓度及回收率实验数据(n=6)
实施例2
本实施例2采用水库水为样品基质进行加标回收实验以验证本发明方法的可行性,水样采自福清东张水库,采集后保存于4℃备用,使用前过滤并按照下列步骤进行处理:
1.化合物的吸附:
在500mL的分液漏斗中添加200mL的井水,并向其中各添加5.00mL浓度分别为10.0μg/L、20.0μg/L和200.0μg/L的三种化合物标准溶液,制备得到三水平六平行的加标样品,再添加0.40g镁铝型水滑石焙烧产物吸附剂,震荡15min使吸附剂吸附;
2.化合物的脱吸附:
将分液漏斗中的水添加至50mL具塞离心管中以4500rpm转速离心3min,使固体吸附剂与水溶液分离并弃去上清液,将所有下层固体吸附剂合并至一个离心管中,向其中添加2.00mL稀释1倍的盐酸溶液,待固体吸附剂溶解完成后实现被吸附化合物的脱吸附;
3.化合物的萃取与衍生化:
向上述离心管中添加2.0g无水硫酸钠,再添加5.00mL乙酸乙酯并涡旋1min、4500rpm转速离心3min,取上清液至衍生瓶中,并向其中添加0.2mL甲醇和0.1mL浓度为2moL/L的三甲基硅烷化重氮甲烷正己烷溶液,密闭、混匀后静置于30℃的水浴中衍生化30min,完成甲酯化衍生化过程;
4、分析测试:
向上述衍生瓶中添加上述盐酸溶液0.05mL去除多余的三甲基硅烷化重氮甲烷,之后添加固体碳酸氢钠0.1g,无水硫酸钠0.5g,涡旋,吸取上层有机溶液过孔径为0.22μm的有机相滤膜,以气相色谱法分析测试。
本实施例2的加标回收率实验相关参数见表3。
表3井水样品的添加浓度及回收率实验数据(n=6)
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员而言,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围,因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)化合物的吸附:水源水样品采集后于4℃保存,使用前过滤,使用时向分液漏斗中添加适量的水源水,并向其中添加0.40g镁铝型水滑石焙烧物吸附剂,震荡一定时间使吸附剂吸附水中的3-氟-2-甲基苯甲酸、3-氯-4-甲基苯甲酸和3-碘-4-甲基苯甲酸;
(2)化合物的脱吸附:将分液漏斗中的吸附剂与水混合物转移至具塞离心管中离心,使固体吸附剂与水溶液分离并弃去上清液,将所有下层固体吸附剂合并至一个离心管中,向其中添加一定量的盐酸溶液溶解固体吸附剂,完成被吸附化合物的脱吸附;
(3)化合物的萃取与衍生化:向上述离心管中添加一定量无水硫酸钠及有机溶剂萃取,涡旋、离心,取上清液至衍生瓶中,向其中添加衍生化试剂,密封、混匀后置于恒温水浴中完成甲酯化衍生化过程;
(4)化合物的分析测试:向衍生瓶中添加终止液去除多余衍生剂,并加入适量固体碳酸氢钠和无水硫酸钠,涡旋,吸取上层有机溶液过滤后按照下列条件应用气相色谱-质谱联用法进行分析测试:
a)色谱柱:DB-5MS毛细管柱,30m×0.25mm,0.25μm膜厚;柱流速:1.20mL/min;
b)进样口温度:280℃;进样方式:不分流进样;进样量:2μL;
c)升温程序:40℃,保持1min,以10℃/min速率升温至280℃,保持2min;
d)EI轰击源:70ev;色谱-质谱连接口温度:280℃;四极杆温度:230℃;离子源温度:150℃;
e)载气:高纯氦气,纯度≥99.999%;
f)质谱数据采集模式:选择离子扫描模式,溶剂延迟时间:8min;
g)化合物的定量和定性离子如下表:
。
2.如权利要求1所述一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,其特征在于,步骤(1)中所述的水源水量为200mL,震荡的时间为15min。
3.如权利要求1所述一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,其特征在于,步骤(2)中所述的盐酸溶液为浓盐酸与水按照体积比1:1配制而成,用量为2.00mL。
4.如权利要求1所述一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,其特征在于,步骤(3)中添加的无水硫酸钠为2.0g,有机萃取溶剂为乙酸乙酯与甲苯按体积比1:1的混合液,萃取溶剂用量为5.00mL,衍生化试剂为0.2mL甲醇和0.1mL浓度为2moL/L的三甲基硅烷化重氮甲烷正己烷溶液,水浴温度为30℃至50℃,衍生化时间为30min。
5.如权利要求1所述一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,其特征在于,所述的步骤(4)中所述的终止液为盐酸溶液,添加量为0.05mL,固体碳酸氢钠添加量为0.1g,无水硫酸钠的添加量为0.5g,过滤用滤膜为有机相滤膜,孔径0.22μm。
6.如权利要求1所述一种测定水源水中三种痕量单卤代甲基苯甲酸的气相色谱-质谱联用法,其特征在于,所述的涡旋为涡旋1min至2min,离心为以4500rpm转速运行3min。
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