应用案例 | 在饮用水和环境水中高灵敏度测定痕量氯酚和常见异味物质

本研究的目标化合物见表1。

表1：目标化合物。

校准标准：

标准储备液（S1）在甲醇中制备，浓度为10mg/L（氯酚类）或1mg/L（其他异味物质），并存储在4℃下。在每个分析批次之前，从S1中制备中间液（S2），通过在HPLC级水中稀释1,000倍，使用这个中间液生成如表2所示的校准标准。我们制备了低于最小气味阈值的标准曲线浓度范围。

表2：备用和校准标准制备。

除了能够检测到通常样本中较高浓度的异味物质，另外，对于低浓度范围的分析，也可以检测到低于引起消费者投诉的问题水平的化合物。

标准校正液被分装到每个含有1.5克NaCl的20毫升瓶中，并添加20ng/L的甲苯-D8作为内标。

水样品：

样品描述见表3。所有样品均来自英国。这些样品的制备方式与校准标准相同，只是样品水代替了HPLC级水，且未添加目标分析物。

表3：本研究中分析的水样品。

萃取相选择

通过顺序测试各种参数来优化方法，以达到目标分析物响应值最大化。

影响力最大的参数是HiSorb探针上吸附相组合。对于不同的吸附相类型其他异味物质受到的影响较小，但氯酚受到DVB/CWR/PDMS探针的显着影响，明显优于其他两种组合（图6）。这种影响的强度取决于氯原子的数量，对于1CP，与仅使用PDMS探针相比，观察到大约10倍的改进，对于5CP观察到73倍的改进。因此，我们在所有进一步的工作中都使用DVB/CWR/PDMS探针。

图6：比较三种HiSorb吸附相组合对使用校准标准C8浸入式萃取化合物的影响。以PDMS探针产生的峰面积作为基准1，计算其它峰面积的相对值作为比较。

色谱

图7：使用校准标准C3（蓝色）和C1（黑色）的氯酚和其他异味物质的SIM色谱图。

A）所有化合物的响应按比例显示。B）每种化合物的孤立峰。

图7A显示了校准标准C3的SIM分析。所有化合物都可以轻松检测到，并且峰形良好。

2CP（＃6）和IBMP（＃7）部分共流出，但由于它们具有不同的定量和确认离子，因此很容易分离。

图7B显示了来自7A（蓝色）的峰与标准4倍低的分析叠加，氯酚为5ng/L，其他异味物质（C1）为0.5ng/L，即使在极微量水平下也能轻松检测到并且峰形良好。

线性

分析了包括5至1,500ng/L（氯酚）或0.5至150ng/L（其他异味物质）之间的八个水平的校准系列。R²值范围从0.9981到0.9997（表4），表明所有分析物的线性关系非常好。

表4：方法性能指标总结。稳定性指的是系统稳定性，计算时间为五天。

批内重复性

对中等水平实验室标准品C4进行了八次复制分析，并分别计算了每种化合物的相对标准偏差（RSD）。RSD值范围从3.92%到7.94%，除了1CP和5CP，它们分别为10.39%和22.32%（见表4）。对大多数目标分析物来说，重复性非常好，即使对于在色谱方面具有挑战性的氯酚，是良好的。

进一步的方法开发，比如增加脱附温度和流速，应该可以提高这些化合物从探针中的脱附，并提供增强的重复性。

系统稳定性随时间变化

实验室标准C4在不同日期运行，相隔五天，使用该方法的分析系统保持稳定性以评估重复性。结果应与之前进行的多水平校准的结果相符合在20%之内。峰面积被归一化到内部标准，然后在两次运行中进行比较，发现根据目标分析物的不同，它们在0.29%到11.68%的范围内发散（表4）。发现系统在连续例行使用的多天内保持稳定。

检测和定量限

分析了最低实验室标准C1的十个平行样，并计算了峰面积的标准偏差。将偏差与校准曲线进行比较，以确定等效浓度。检测限（LOD）取为该等效浓度乘以3，而对于定量限（LOQ），则乘以10。

非氯酚类异味物质的检出限普遍极低，最高为MIB的0.53ng/L。至关重要的是，这些数值都远低于水中这些化合物的气味阈值，这意味着该方法可以在异味物质浓度升高到消费者注意之前检测到。同样，氯酚类的检出限远低于监管机构要求的水平，最高为4CP的8.76ng/L。从这些检出限可以预期，非氯酚类的定量限也很低，范围从0.5–1.78ng/L，氯酚类的定量限低于30ng/L。

在实验室标准上确认了该方法的性能后，将其应用于真实水样本（表5）。水样本进行了三次分析，每个样本批次都包含由实验室标准组成的校准曲线。

表5：实际水样结果总结。“ND”表示未检测到分析物；“痕量”表示分析物检测值低于LOQ。

每个样品中每种可检测分析物的浓度均从平均峰面积计算得出。如果计算得出的浓度超过先前计算的LOQs，则认为计算得出的浓度是可靠的。具有计算得出的浓度高于LOD但低于LOQ的分析物存在，但处于不可定量的痕量水平。结果总结在表5中。

从每个样品中为每种可定量化合物计算了RSD。19个RSD值中有17个低于12%，平均值为7.35%。例外情况是样品F中的4CP，池塘水（20.51%），以及样品I中的5CP，雨水（13.54%）。

自来水和山泉水

由于自来水和瓶装山泉水供人类饮用，预期不会发现高水平的污染物。瓶装山泉水（样品E）中未检测到目标分析物，而自来水（样品A-C）中检测到土臭素和MIB，但这些水平远低于气味阈值，不会影响水质。土臭素和MIB是极为常见的天然异味物质，难以完全消除，因此它们以低水平存在是正常的。

同样，样品A中2,4,6-三氯苯的痕量水平可能源自水源中的微生物。除了土臭素和MIB外，我们还在一个自来水样品（样品C）中检测到痕量的4CP和5CP。有趣的是，在该样品的原始泉水源（样品D）中，这些化合物和MIB均未被检测到，这表明它们可能在处理过程中进入了供水系统

雨水

雨水（样品I）是在一个干净的玻璃瓶中收集的。其中的任何分析物料预计在雨水降落时已经存在，而不是来源于容器。因此，发现5CP的浓度相当高是令人惊讶的（图8）。5CP是一种木材防腐剂，而收集瓶是放在一个木制花园桌旁边。因此，检测到的5CP的一个可能来源是从桌子上流下并随后滴入瓶中的径流。

图8：三个雨水复制品和20ng/L实验室标准中五氯酚的叠加峰。

湖水

水样是从当地水公司管理和维护的两个天然湖泊中收集的。由于缺乏强化过滤，可能预期到有更高水平的异味物质。实际上，水样G含有低（低于气味阈值）水平的MIB、246-TCA和土臭素，水样H含有低水平的土臭素，另外还含有低水平的4CP和5CP，与自来水和泉水样品的水平相似。在这种情况下，氯酚可能来自环绕湖泊的电话杆，这些电话杆可能被防腐剂处理过。

池塘水

池塘水样（样品F）来自半农村地区一个小（约1mx1m）静止的花园池塘。池塘中生长着藻类、池草和节肢动物、两栖动物等动物。与所有其他样品不同，这个样品有浓重的霉味，因此我们并不惊讶地检测到了大量目标分析物（图9）。

图9：池塘水中检测到的目标分析物的结果：A）所有目标。B）仅戊氯酚，与1,000ng/L实验室标准进行比较。

这是唯一含有单氯苯甲醚和甲氧基吡嗪的样品，它们的气味阈值极低，具有独特的霉味/霉味或绿色气味特征。土臭素、246-TCA和MIB也存在。

所有异味物质可能源自生活在池塘中的自然存在的生物，尽管气味浓烈，但浓度相当低（2-CA的最高浓度为10.85ng/L）。

在池塘水中检测到相对非常高的5CP水平（~2.5µg/L），超过了美国环保局对饮用水的最大污染物容许水平1µg/L。4CP和3CP的浓度也较低。池塘水并非供人类饮用，然而发现5CP含量如此之高是意外的。这很可能是由于防腐处理的围栏柱和电线杆的径流在池塘中积累，因为池塘没有出流。4CP和3CP可以通过5CP的分解产生，特别是在微生物存在的情况下，这可能解释了这些化合物在池塘水中的出现。

池塘水中的这些化合物。值得注意的是，计算得出的5CP浓度超出了校准范围，因此需要进一步使用扩展的校准范围进行工作，以正式报告5CP。