HPLC－UV法檢測(cè)土壤中的3－硝基苯并蒽酮

郭金芝，豐碩，金東日

（延邊大學(xué)理學(xué)院 化學(xué)系，吉林 延吉133002）

HPLC－UV法檢測(cè)土壤中的3－硝基苯并蒽酮

郭金芝，豐碩，金東日＊

（延邊大學(xué)理學(xué)院 化學(xué)系，吉林 延吉133002）

建立了HPLC－UV法檢測(cè)土壤中多環(huán)芳烴類物質(zhì)3－硝基苯并蒽酮的方法.采用on Ultimate?XB－C18（5μm，150 mm×4.6 mm i.d.）柱，流動(dòng)相為甲醇∶水＝7∶3（v／v），流速為0.5 m L／min，柱溫為30℃，檢測(cè)波長(zhǎng)為391 nm.在此色譜條件下，3－硝基苯并蒽酮在0.2～40μg／m L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，最低濃度檢測(cè)限為78 ng／mL（S／N＝3）.利用超聲波萃法對(duì)土壤中的3－硝基苯并蒽酮進(jìn)行了萃取，并用HPLC－UV法測(cè)出了其含量.

3－硝基苯并蒽酮；HPLC－UV；土壤樣品；多環(huán)芳烴

多環(huán)芳烴是最早被人類發(fā)現(xiàn)的一類環(huán)境致癌化合物，它們種類多、數(shù)量大、分布廣、異構(gòu)體多，主要來源于煤炭、石油、木材等有機(jī)物的熱解和不完全燃燒［1－2］硝基苯并蒽酮（3－NBA）是多環(huán)芳烴酮類化合物的一種，最初由Suzuki等［3］在柴油機(jī)的尾氣顆粒物、空氣顆粒的有機(jī)萃取物中發(fā)現(xiàn).后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，3－NBA廣泛地存在于大氣、土壤、沉積物、機(jī)動(dòng)車尾氣等環(huán)境介質(zhì)中［4］.3－NBA具有很強(qiáng)的致突變性，不但會(huì)使組織出血，還可以使腸壁的茸毛脫落并讓腸壁變脆［5］.目前，3－NBA的檢測(cè)方法有高效液相 化學(xué)發(fā)光法［6］和GCMS［7］等.另外，還有將3－NBA 還原為氨基苯并蒽酮后對(duì)其進(jìn)行高效液熒光［8］分析的方法.

本文采用HPLC法，優(yōu)化3－NBA的分離條件，建立了一種簡(jiǎn)便、快速地測(cè)定3－NBA的方法，并考察了土壤樣品中萃取3－NBA的預(yù)處理方法.本方法樣品預(yù)處理簡(jiǎn)單，分析時(shí)間短，可應(yīng)用于土壤樣品中3－NBA含量的測(cè)定.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

苯并蒽酮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99%）、硝基苯購(gòu)于東京化成工業(yè)株式會(huì)社；濃硝酸、發(fā)煙硝酸、冰乙酸、二氯甲烷均為分析純，購(gòu)于北京化工廠；甲醇為色譜純，乙醇、冰乙酸購(gòu)于山東禹王實(shí)業(yè)有限公司.

HITACHI液相色譜儀配備 L－7150泵，L－7420 UV－VIS檢測(cè)器，D－7500記錄儀，柱溫箱，THERMO ODS HYPERSIL色譜柱（150 mm×4.6 mm i.d.，5 um），AV－300核磁共振儀（瑞士Bruck公司），Axima CFR MALDI－TOF－MS質(zhì)譜儀（日本島津）.

1.2 3－NBA的合成

3－NBA化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示.按照文獻(xiàn)［9］的方法合成3－NBA.合成方法如下：將苯并蒽酮2.5 g（10.89 mmol）溶解于30 m L硝基苯，加入4 m L（95.24 mmol）濃硝酸，40℃下攪拌30 min；冷卻反應(yīng)液，分離出硝基苯并蒽酮 （黃色固體）粗產(chǎn)物，再分別用冰乙酸、二氯甲烷重結(jié)晶，最終得到3－NBA黃色固體，其純度為96.5%.HPLC－UV檢測(cè)（λ＝ 254 nm）.1HNMR：δ＝7.7（t，J＝7.4，1 H），7.8（t，J＝7.7，1 H），8.0（t，J＝7.4，1H），8.36（d，J＝8.0，1H ），8.41（d，J＝8.2，1 H ），8.50（d，J＝3.8，1 H ），8.53（d，J＝5.0，1H ），8.9（d，J＝7.4，1H），9.0（d，J＝8.7，1 H）.IR：v＝1 334，1 517，1 666 cm－1.MALDI－TOF－MS（基質(zhì)為 CHCA）：［M＋H］＋＝276.2.

圖1硝基苯并蒽酮的結(jié)構(gòu)式

1.3 土壤樣品取樣

分別取延邊大學(xué)停車場(chǎng)和延吉市某公交站點(diǎn)附近的土壤作為空白和實(shí)際樣品.土壤樣品的取樣方法為：先清除土壤表層覆蓋的植物、大塊土粒等雜質(zhì)物質(zhì)，再用鐵鍬垂直于地表面挖出一個(gè)斷面，清除坑內(nèi)多余的土粒，沿?cái)嗝嬗面@薄薄切下一層，然后用塑封袋取回.將取回的土壤樣品混勻，室溫下放置48 h后研碎，通過0.25 mm孔徑篩后放在塑封袋中，在避光處保存?zhèn)溆?

1.4 土壤樣品預(yù)處理

取篩過的土壤樣品10 g，加入10 g無(wú)水Na2SO4，用研缽研磨均勻，放置一段時(shí)間；用超聲波萃取法對(duì)土壤樣品進(jìn)行提取，提取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋至有少量液體剩余；取適量的CH2Cl2沖洗燒瓶，然后將液體完全轉(zhuǎn)移至15 m L雞心瓶中，用氮?dú)獯吒?，以甲醇定溶? m L，溶液過0.45 mm的濾膜，待用.

1.5 回收率試樣

在10 g空白樣品（含10 g無(wú)水Na2SO4）中，分別加入8μg和20μg 3－NBA，混合均勻后放置一段時(shí)間.采用1.4樣品預(yù)處理方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理.

1.6 色譜條件

色譜柱：ODS HYPERSIL （150 mm×4.6 mm，i.d.，5μm）；流動(dòng)相為甲醇∶水（7∶3，v／v）；流速為0.5 m L／min；檢測(cè)波長(zhǎng)為391 nm；柱溫為30℃；記錄儀紙速為2.5 cm／min.

1.7 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

準(zhǔn)確稱取適量3－NBA標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇配制成40.00 ug／m L的溶液作為儲(chǔ)備液.使用時(shí)，用流動(dòng)相稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度溶液，經(jīng)0.45μm濾膜過濾后進(jìn)行HPLC－UV分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 3－NBA的色譜分析方法的建立

2.1.1 流動(dòng)相 當(dāng)甲醇和水、乙腈和水、甲醇和甲酸銨等作為流動(dòng)相時(shí)，均得到了尖而對(duì)稱正態(tài)分布的3－NBA峰.本實(shí)驗(yàn)選擇了甲醇∶水＝70∶30（v／v）為 流 動(dòng) 相.在 此 流 動(dòng) 相 條 件 下，3－NBA的出峰時(shí)間為22.10 min.

2.1.2 流速 考察了流動(dòng)相流速對(duì)3－NBA的色譜保留時(shí)間的影響.從圖2可以看出，隨著流速的提高，3－NBA的保留時(shí)間變短.本實(shí)驗(yàn)流速選擇為0.50 m L／min.

圖2 流速對(duì)保留時(shí)間的影響

2.1.3 柱溫 考察了柱溫對(duì)3－NBA的色譜保留時(shí)間的影響.由圖3可知，3－NBA的保留時(shí)間隨柱溫的增加而降低，但變化不大.本實(shí)驗(yàn)中柱溫選擇為30℃.

圖3 柱溫對(duì)保留時(shí)間的影響

通過以上實(shí)驗(yàn)，本文將3－NBA的色譜分離條件確定為：流動(dòng)相為甲醇∶水＝7∶3（v／v）；流速為0.5 m L／min；檢測(cè)波長(zhǎng)為391 nm；柱溫為30℃；進(jìn)樣量為20μL.此條件下的3－NBA色譜圖見圖4.

2.1.4 線性關(guān)系及最低檢測(cè)限 在0.2μg／mL～40μg／m L濃度范圍內(nèi)，3－NBA的峰面積與濃度成良好線性關(guān)系，其回歸方程為Y＝－519.048 64＋24 697.943 64X（其中Y表示峰面積，X表示濃度），相關(guān)系數(shù)為0.999 9，最低檢出限為7.8 ng／m L（S／N＝3）.

圖4 3－NBAR的色譜圖

2.1.5 精密度考察 在3－NBA濃度分別為1.0μg／m L和20μg／m L的條件下，連續(xù)進(jìn)樣6次（同一天），其RSD分別為1.2%和0.64%.

2.2 土壤樣品前處理方法的選擇

本文分別考察了索氏提取和超聲波萃取兩種前處理方法對(duì)3－NBA的提取效率情況.首先，考察了不同極性提取劑（甲醇，二氯甲烷，環(huán)己烷）對(duì)兩種方法提取效率的影響（表1）.由表1可知，兩種方法以二氯甲烷為提取劑時(shí)，萃取效率最高.

表1 提取劑對(duì)提取效率的影響

其次，考察了Na2SO4添加劑對(duì)上述兩種方法提取效率的影響.圖5表明，加入Na2SO4后，兩種提取方法的提取率均明顯增加（分別增加16%和24%）.這可能是因?yàn)椴杉瘉淼耐寥罉悠吩谑覝貤l件下放置（48 h），其水分未被完全去除而影響了萃取效率.

圖5 Na2 SO4對(duì)萃取效率的影響

再次，考察了提取時(shí)間對(duì)兩種提取方法萃取率的影響.圖6為提取時(shí)間對(duì)索氏提取效率的影響.提取時(shí)間從6 h（回收率為50.50%）到9 h（回收率為62.68%）時(shí)，提取效率增加明顯，而從9 h到12 h（回收率為66.42%）時(shí)，提取效率變化不大.這可能是由于提取時(shí)間超過9 h后，3－NBA在土壤和萃取溶液之間逐漸達(dá)到了分配平衡.

圖7為提取時(shí)間對(duì)超聲波萃取效率的影響.由圖7可知，雖然隨提取時(shí)間的增加提取效率有所提高，但增加幅度不明顯.當(dāng)萃取時(shí)間為15、30、45 min時(shí)，萃取率分別為74.58%、78.31%、77.84%.

圖6 提取時(shí)間對(duì)索氏提取效率的影響

圖7 提取時(shí)間對(duì)超聲波萃取效率的影響

通過以上前處理方法的考察可知：索氏提取法處理土壤樣品中的3－NBA時(shí)，需要12 h以上，回收率為66.42%；超聲波萃取法處理土壤樣品中的3－NBA時(shí)，僅需要不到3 h的時(shí)間，最佳回收率為78.42%.這表明，對(duì)土壤中3－NBA的提取，超聲波萃取法明顯優(yōu)于索氏提取法，所以本文在實(shí)驗(yàn)過程中選擇超聲波萃取法作為土壤樣品的預(yù)處理方法，CH2Cl2為萃取劑，單次萃取時(shí)間為30 min，并且加入10 g Na2SO4.

表2分別列出了在10 g土壤中分別加入8 mg和20 mg 3－NBA后，超聲波萃取法的回收率.結(jié)果表明，加標(biāo)平均回收率均大于75.98%（n＝3），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2.40%.通過以上數(shù)據(jù)可以看出，超聲波萃取法的回收率能夠滿足測(cè)定環(huán)境樣品回收率的要求，因此此法可用于土壤樣品中3－NBA的預(yù)處理方法.

表2 3－NBA的回收率及其重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

2.3 實(shí)際樣品的測(cè)定

圖8（a）是延吉市某公交站點(diǎn)附近地表土壤的色譜分析圖.在22.40 min處，有色譜峰出現(xiàn)，這與3－NBA標(biāo)樣保留時(shí)間相同.為了進(jìn)一步證實(shí)，在已處理的土壤樣品中加入3－NBA標(biāo)樣，混勻進(jìn)樣.結(jié)果如圖8（b）所示.對(duì)比加入前后的色譜圖可知，圖8（b）在22.40 min處的峰增高，因此可認(rèn)為圖8（a）中22.40 min處的峰是3－NBA的色譜峰.該土壤中3－NBA的含量為7.32μg／g（n＝3）.

圖8 土壤樣品色譜圖

3 結(jié)論

利用超聲波萃取法對(duì)土壤樣品中的3－NBA進(jìn)行了萃取，用HPLC－UV法測(cè)出被污染土壤中3－NBA的含量為7.32μg／g.實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)的索氏提取法相比，超聲波萃取法處理土壤樣品時(shí)所需時(shí)間短，萃取率高.本文所建立的超聲波萃取法法操作簡(jiǎn)便，不需要復(fù)雜、昂貴的設(shè)備，可用于被機(jī)動(dòng)車尾氣污染較嚴(yán)重的土壤等樣品中的3－NBA的含量測(cè)定.

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Determination of 3－nitrobenzanthrone in Surface Soil by HPLC－UV

GUO Jin－zhi，F(xiàn)ENG Shuo，JIN Dong－ri＊
（DepartmentofChemistry，CollegeofScience，YanbianUniversity，Yanji133002，China）

A HPLC－UV method for the determination of 3－nitrobenzanthrone（3－NBA）in surface soil was developed.HPLC analysis was performed on Ultimate?XB－C18（5μm，150 mm×4.6 mm i.d.）with MeOH－water as the mobile phase.The flo wrate kept at 0.5 m L／min，the column temperature was set to 30℃and the detection wavelength was 391 nm.The linear range is 0.2－40μg／mL for 3－NBA.The detection limit is 7.8 ng／m L（S／N＝3）.Using ultrasonic extraction，3－NBA in soil samples were extracted，and tested the content of 3－NBA by HPLC－UV.

3－NBA；HPLC－UV；surface soil；PAHs

X502

A

1004－4353（2011）03－0249－05

2011 -04 -26

＊通信作者：金東日（1965—），男，教授，研究方向?yàn)榄h(huán)境分析.