顶空固相微萃取-气相色谱法测定生活饮用水中痕量1，4-二氧六环

顶空固相微萃取-气相色谱法测定生活饮用水中痕量1，4-二
氧六环
王玉飞;施家威;王立;金米聪
【摘要】A method for the detection of trace 1,4⁃dioxane in drinking water using headspace solid⁃phase microextraction ( HS/SPME ) with gas chromatography/flame ionization detector ( FID) was presented. Both the extraction conditions ( SPME fiber, extraction temperature, extraction time, pH and sample volume, et al) and the gas chromatographic conditions were optimized. The results showed that the best response was obtained with 85μm Carboxen⁃PDMS above 3 mL water in a 20⁃mL screw capped
vial containing 3 mL sodium hydroxide solution ( 600 g/L) . The best chromatographic separation was obtained on a PTA⁃5 capillary column ( 30 m × 0�53 mm × 3�0 μm ) which was modified with alkali⁃bonding and of large pores and thick film. The linear range for 1,4⁃dioxane was
0�50-50�0μg/L with the correlation coefficient ( r) of 0�999 5. The limit
of detection ( S/N>3) was 0�14μg/L. The recoveries for the actual water samples at low, medium and high spiked levels were 95�5%-107%, with the relative standard deviations of 1�1%-5�3% ( n=6) . The developed method is simple, accurate, reproducible and highly sensitive. It is suitable for the routine monitoring of trace amount of 1,4⁃dioxane in the drinking water.%建立了生活饮用水中痕量1，4⁃二氧六环的顶空固相微萃取（ HS／SPME）⁃气相色谱测定方法。

考察并优化了萃取头、萃取温度、萃取时间、pH值、样品量、色谱条件等参数。

结果表明：提取效率较好的方法是3 mL水样中加入3
mL 600 g／L氢氧化钠溶液，用85μm Carboxen⁃PDMS萃取头萃取，用键合碱改性的大口径、厚液膜PTA⁃5毛细管色谱柱测定。

1，4⁃二氧六环在0�50～
50�0μg／L范围内线性关系良好，相关系数为0�9995；方法检出限（以S／N ＞3计）为0�14μg／L；相对标准偏差为2�1％～4�5％（ n＝6）；对实际样品中进行线性范围内的高、中、低3个加标水平的测定，回收率为95�5％～107％，相对标准偏差为1�1％～5�3％（ n＝6）。

建立的方法简便、准确、重现性好、灵敏度高，适合生活饮用水中痕量1，4⁃二氧六环的常规监测。

【期刊名称】《色谱》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】5页(P441-445)
【关键词】顶空固相微萃取;气相色谱;1,4-二氧六环;生活饮用水
【作者】王玉飞;施家威;王立;金米聪
【作者单位】宁波市疾病预防控制中心，浙江省微量有毒化学物健康风险评估技术研究重点实验室，宁波市毒物研究与控制重点实验室，浙江宁波315010;宁波市疾病预防控制中心，浙江省微量有毒化学物健康风险评估技术研究重点实验室，宁波市毒物研究与控制重点实验室，浙江宁波315010;宁波市疾病预防控制中心，浙江省微量有毒化学物健康风险评估技术研究重点实验室，宁波市毒物研究与控制重点实验室，浙江宁波315010;宁波市疾病预防控制中心，浙江省微量有毒化学物健康风险评估技术研究重点实验室，宁波市毒物研究与控制重点实验室，浙江宁波315010
【正文语种】中文
【中图分类】O658
1，4-二氧六环俗称二恶烷，其结构为环状醚，沸点101 ℃，能与水无限混溶。

常见用途为合成和反应用溶剂、乳化剂、去垢剂和稳定剂等，会对环境和水质造成一定的污染。

国际癌症研究机构评定1，4-二氧六环为2B 类可能致癌物［1］。

美国、欧盟和日本都有相应的卫生标准和检测方法；世界卫生组织《饮用水水质准则》4版指明1，4-二氧六环属于对饮用水构成潜在危险的污染物之一，其限值为50.0 μg／L［2］；美国环保署（EPA）规定饮用水中的1，4-二氧六环质量浓度
需控制在3μg／L 以下。

而我国生活饮用水卫生标准中尚无1，4-二氧六环的卫生标准和检测方法。

目前检测1，4-二氧六环的方法有低温微萃取-气相色谱-质谱联用法［3］、固相
萃取-气相色谱-质谱联用法（SPE-GC／MS）［4-6］、顶空气相色谱-质谱联用
法（HS-GC／MS）［7-8］、液液萃取-气相色谱-质谱联用法（LLE-GC／MS）［9］、固相微萃取-气相色谱-质谱联用法（SPME-GC／MS）［10-11］和膜萃
取-气相色谱／微分离子迁移谱法［12］。

由于1，4-二氧六环同时具有水溶性和
油溶性，因此普遍存在提取富集难、色谱响应值低等问题，国内对生活饮用水中检测1，4-二氧六环的报道较少。

本实验采用顶空固相微萃取技术结合气相色谱／氢火焰离子化检测（GC／FID），开展饮用水中1，4-二氧六环痕量检测方法的探讨。

GC／FID作为基础的色谱分离技术而广泛用于各实验室，但是其灵敏度的局限性
使痕量检测比较困难；而固相微萃取作为近年来逐渐被关注的一种快速、环保的方法，可有效富集目标化合物，本文将顶空固相微萃取（HS／SPME）技术和GC／FID 结合，开发了一种检测水中痕量1，4-二氧六环的简便方法。

图1为顶空固相微萃取-气相色谱法流程图，主要步骤包括取样、加碱、萃取和分析。

图1 顶空固相微萃取-气相色谱法流程图Fig.1 Schematic diagram of
headspace solid-phase microextraction（HS／SPME）with GC／FID
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
安捷伦7890A 型气相色谱仪（美国Agilent公司），配有FID、CTC 三合一自动进样器、CTC 专用顶空瓶（20 mL）（瑞士CTC 公司）。

85μm Carboxen-PDMS萃取头（美国Supelco公司）。

氢氧化钠：分析纯，用超纯水配制成600 g／L的溶液。

超纯水（Milli-Q）：经色谱检验无待测组分。

1，4-二氧六环标准品（纯度99.5%，德国Dr.Ehrenstorfer
公司）。

水样采自设在宁波地区的8个国家饮用水监测点。

1.2 实验条件
1.2.1 自动固相微萃取条件
SPME 萃取头：首次使用前于260 ℃老化30 min；样品平衡及萃取温度：60 ℃；搅拌速度：500 r／min；样品平衡时间：10 min；萃取方式：顶空；萃取时间：15 min；解吸温度：260℃；解吸时间：3.0 min。

解吸后萃取头于260 ℃再老化5 min。

1.2.2 气相色谱条件
色谱柱：Supelco PTA-5毛细管柱（30 m×0.53 mm×3.0μm），进样口温度：260℃；不分流进样；柱流速：3 mL／min；柱温：50 ℃，保持1 min，以8℃／min的速度上升到101 ℃，保持2 min，再以30℃／min的速度上升到120℃，260℃后运行6 min；后运行流速：6 mL／min；检测器温度：280 ℃；氢气流速：30 mL／min；空气流速：350 mL／min；尾吹气流速：24 mL／min。

1.3 实验方法
1.3.1 空白试验
进行分析前，对纯水和试剂进行空白实验以确保不存在污染。

1.3.2 水样的采集与保存
用100 mL玻璃瓶采集水样，密封，于4 ℃避光保存。

样品中被测组分较稳定，
可保存10天。

1.3.3 样品前处理
取水样3 mL 于20 mL 顶空瓶中，加入3 mL 600 g／L氢氧化钠溶液，密封后混匀，依据1.2节实验条件测定。

1.3.4 标准溶液的配制
准确称取1，4-二氧六环标准品适量，用超纯水配制成100 mg／L的标准储备液。

用标准储备液配制不同浓度梯度的1，4-二氧六环标准溶液（1.0～100.0μg／L），各吸取3.0 mL 配制好的标准溶液至顶空瓶中，分别准确加入3 mL600 g／L氢氧化钠溶液，密封后混匀，此标准系列最终质量浓度为0.5～50.0μg／L。

按1.2节
实验条件测定，外标法定量。

2 结果与讨论
2.1 仪器参数的优化
程序升温条件下比较了HP-5（30 m×0.32 mm×0.25μm）、HP-624（30
m×0.32 mm×1.80μm）和PTA-5（30 m×0.53 mm×3.0μm）等3种毛细管色
谱柱用于1，4-二氧六环测定的效果。

发现使用HP-5柱时1，4-二氧六环无响应；使用HP-624柱时1，4-二氧六环出峰面积较小；而使用经键合碱改性的毛细管色谱柱，尤其是大口径、厚液膜（0.53 mm×3.0μm）的PTA-5毛细管色谱柱时，
能得到较大的色谱峰面积响应。

图2 10μg／L1，4-二氧六环（a）标准溶液和（b）加标水样的色谱图Fig.2 Chromatograms of 10μg／L1，4-dioxane（a）standard and（b）spiked water sample
生活饮用水中可能存在挥发性有机化合物对目标化合物的干扰，可通过优化色谱条
件排除。

图2为10μg／L1，4-二氧六环标准溶液和加标水样的色谱图。

在优化的色谱条件下，无妨碍1，4-二氧六环测定的干扰物；需要强调的是，为保证下一次分析的样品不受上一次分析样品的污染，每一次进样后需在260 ℃后运行6 min。

实际加标样品分析时，前次分析后运行不充分时的残留及后运行部分的峰见图3。

图3 1，4-二氧六环加标实际样品在260 ℃下后运行6 min的色谱图Fig.3 Chromatogram of a real sample spiked with1，4-dioxane after column running 6 min at 260 ℃
2.2 固相微萃取条件的优化
2.2.1 萃取涂层及萃取方式的选择
比较了85μm Carboxen-PDMS、100μm PDMS和70μm Carbowax-DVB3种
固相微萃取纤维涂层对1，4-二氧六环的吸附效果。

实验表明，萃取率大小依次为85μm Carboxen-PDMS＞70μm Carbowax-DVB＞100μm PDMS。

比较了萃取头浸入水中的萃取方式和顶空萃取方式的结果。

顶空萃取方式灵敏度较高，重现性好，且能延长萃取头使用寿命。

因此实验确定采用85 μm Carbo xen-PDMS萃取头，使用顶空萃取方式来萃取水中痕量的1，4-二氧六环。

2.2.2 氢氧化钠用量的优化
本研究首先用氯化钠作为盐析剂进行了试验，但是在实际样品检测时发现，加入氯化钠后FID 检测出现假阳性结果。

改变水样的pH 值进行试验，结果表明，强碱
性条件可有效降低1，4-二氧六环在水中的溶解度，大大提高气相中1，4-二氧六环的浓度。

考察了在30μg／L1，4-二氧六环标准溶液中添加氢氧化钠对气液平衡浓度的影响。

以最后定容体积6 mL计，氢氧化钠用量为0.3～2.4 g时发现碱性越强，1，4-二氧六环的萃取率越高（见图4）。

氢氧化钠用量在0.3～1.2 g之间，萃取率变化
不大；但在用量达到1.8 g时，萃取率有一个跃升；在用量达到2.4 g以上时，萃
取率相应增大；但是因为氢氧化钠溶解度的限制，达到2.4 g／6 mL 以上时，实验条件难以准确控制，导致重现性差（RSD＞20%）。

考虑到1.8 g／6 mL 时，已经可以获得足够的灵敏度，且实验重复性符合要求（RSD＜7%），我们配制了600 g／L氢氧化钠溶液，按取样量加等量600 g／L氢氧化钠溶液来准确控制实验条件。

必须强调的是：为得到重现性好的结果，必须每次准确加入等量的氢氧化钠溶液。

图4 6 mL溶液中氢氧化钠用量对萃取效率的影响Fig.4 Effect of the mass of sodium hydroxide in 6 mL solution on extraction efficiency
2.2.3 取样量对结果的影响
分别取30μg／L的标准溶液2、3、4和5 mL，加入和取样量等体积的600 g／L 氢氧化钠溶液，在本实验条件下进行试验。

结果表明：随着取样量和600 g／L氢氧化钠溶液的增加，萃取效率也有所增加，但增加幅度平缓，考虑到大批量样品检测时高浓度氢氧化钠的成本和对环境的影响，在已满足灵敏度要求的前提下选择取样量为3 mL，同时加3 mL氢氧化钠溶液为本实验的取样量优化结果。

2.2.4 萃取温度和时间的优化
分别在50、60、70和80 ℃下进行萃取和检测，结果表明：随着萃取温度提高，萃取率有相应增加，但增加幅度不大。

本实验选择60℃作为萃取温度。

固定温度为60 ℃，样品平衡时间10 min，改变萃取时间分别为10、15、20、30和40 min，结果表明：随着萃取时间的增加，萃取率也相应增加，但是萃取时间为15 min以上时，萃取效率的增长趋缓。

考虑到固相微萃取是一种动力学意义的平衡技术，并不需要完全萃取（100%萃取）分析物，只需严格控制各实验条件，就是重现性的最好保证。

因此在满足灵敏度要求的前提下，选择60 ℃和15 min作为优化的萃取温度和萃取时间。

2.3 方法的线性范围、检出限和精密度
对质量浓度为0.50～50.0μg／L的1，4-二氧六环标准溶液进行分析，以色谱峰
面积Y 对样品的质量浓度X （μg／L）做标准曲线，得到标准曲线方程为Y＝
4.091 62X＋1.296 56，相关系数（r）为0.999 5；以S／N＞3确定方法的检出
限为0.14μg／L，以S／N＞10确定方法的定量限为0.50μg／L；标准溶液的相
对标准偏差为2.1%～4.5% （n＝6）。

2.4 实际水样的加标回收率和准确度
对空白水样按本方法进行高、中、低3个水平的加标回收率测定，每个水平平行
测定6次，结果见表1。

实际水样加标回收率为95.5%～107%，RSD 为1.1%～5.3%（n＝6）。

表1 管网水中1，4-二氧六环的加标回收率和相对标准偏差（n＝6）Table 1 Spiked recoveries and relative standard deviations （RSDs）of 1，4-dioxane in tap water samples（n＝6）Compound Background／（μg／L）Added／（μg／L）Found／（μg／L）Recovery／%RSD／%1，4-Dioxane 0 10.0 10.73 107 2.0 0 25.0 24.21 96.8 5.3 0 40.0 38.18 95.5 1.1
2.5 实际样品的测定
采用本方法对50份出厂水、50份末梢水、5份水源水进行1，4-二氧六环的检测，结果2份出厂水的检测结果呈阳性（质量浓度分别为3.4、1.0 μg／L），其他样
品中含量均低于检出限。

3 结论
建立了自动顶空固相微萃取-气相色谱测定生活饮用水及水源水中痕量1，4-二氧
六环的方法。

碱化水样可提高1，4-二氧六环的萃取率，键合碱改性的大口径、厚液膜PTA-5 毛细管色谱柱可提高1，4-二氧六环的检测灵敏度。

方法具有简便、
准确、灵敏的特点，在满足水质卫生标准要求的同时，避免了大量有机溶剂的使用，适合生活饮用水和水源水中1，4-二氧六环的常规监测。

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