超聲提取-高效液相色譜法測(cè)定土壤中氨基苯磺酸的方法研究

李光明

(中檢集團(tuán)理化檢測(cè)有限公司，上海 200436)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，我國(guó)的污染場(chǎng)地?cái)?shù)量不斷增多，環(huán)境問(wèn)題不斷突出。這些場(chǎng)地中，不少受到氨基苯磺酸類物質(zhì)的污染。氨基苯磺酸是人工合成的物質(zhì)，自然界中未發(fā)現(xiàn)天然儲(chǔ)藏，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)中氨基和磺酸基的位置不同，其有對(duì)、間、鄰3種同分異構(gòu)體，這3種物質(zhì)都是重要的有機(jī)化工中間體，廣泛地應(yīng)用于制備磺胺類藥劑、顏料/染料助劑、減水劑、聚合物等[1-2]。氨基苯磺酸對(duì)人體健康有一定危害，對(duì)皮膚有腐蝕和刺激作用，易引起皮膚過(guò)敏，會(huì)刺激并導(dǎo)致嚴(yán)重的眼睛損傷。氨基苯磺酸具有一定的急性毒性，若其遷移到土壤和水體中，可造成部分生物的死亡。另外，氨基苯磺酸受熱易分解，生成的硫氧化合物、氮氧化合物等會(huì)造成大氣污染。近年來(lái)，氨基苯磺酸對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害逐漸受到關(guān)注。目前，對(duì)于氨基苯磺酸的研究主要集中在其生產(chǎn)階段[3-6]，而對(duì)于環(huán)境介質(zhì)中氨基苯磺酸的分析測(cè)試方法，僅涉及飲用水[7]和環(huán)境水體[8]，尚未見(jiàn)到涉及土壤基質(zhì)的分析測(cè)試方法。隨著氨基苯磺酸類物質(zhì)污染場(chǎng)地的不斷出現(xiàn)，其在土壤中的準(zhǔn)確測(cè)定成為重要的研究課題。

氨基苯磺酸屬于有機(jī)酸類，常溫下，3種氨基苯磺酸均呈固態(tài)粉末狀，均微溶于甲醇、乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑和水，溶于氫氧化鈉溶液和碳酸鈉溶液。由于其具有熱不穩(wěn)定性且熔點(diǎn)超過(guò)300 ℃，因此可使用高效液相色譜法進(jìn)行分析測(cè)定。土壤樣品中有機(jī)物的前處理方法主要有索氏提取法、微波提取法、超聲提取法、加壓流體萃取法等[9-12]。若土壤含有復(fù)雜基質(zhì)，如何將氨基苯磺酸從土壤中提取出來(lái)并去除可能存在的干擾是測(cè)試難點(diǎn)，常見(jiàn)的凈化方法有層析法、固相小柱法、凝膠色譜法等[13]?？紤]氨基苯磺酸的離子化特性，現(xiàn)使用甲醇/水的混合溶劑體系，通過(guò)超聲法和離心法將目標(biāo)物提取至溶劑中，再通過(guò)固相色譜小柱進(jìn)行凈化，使用離子交換法分離后用高效液相色譜法測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備

Agilent 1260 Infinity高效液相色譜儀(美國(guó)安捷倫公司)，配備DAD二極管陣列檢測(cè)器；XW-80A漩渦混勻器(海門市其林貝爾公司)；舒美KQ-500GDV超聲波清洗機(jī)(昆山市超聲儀器有限公司)；飛鴿TDL-40B型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)；AUW120D分析天平(日本島津公司)；Milli-Q Direct16純水機(jī)(美國(guó)默克密理博公司)；C18/Ag離子/Na離子/H離子凈化小柱(1 mL，上海安譜公司)。

1.2 藥品和試劑

對(duì)氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸(≥99.0%，上海安譜公司)；鄰氨基苯磺酸(99%，北京百靈威公司)；碳酸鈉、甲醇(HPLC級(jí)，上海安譜公司)；純水(Mill-Q純水機(jī)制)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液使用液

分別準(zhǔn)確稱取0.050 g對(duì)氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸、鄰氨基苯磺酸標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇/水(V∶V=1∶1)溶解，并定容至50 mL。移取5.00 mL該溶液至50 mL容量瓶，用甲醇/水(V∶V=1∶1)定容至刻度，此為標(biāo)準(zhǔn)溶液使用液。

1.4 樣品前處理

為提高取樣的代表性，參照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)，將土壤樣品風(fēng)干、四分、研磨至過(guò)60目篩[14]。稱取5.0 g過(guò)篩后的樣品，準(zhǔn)確加入25.0 mL甲醇/水(V∶V=1∶1)混合溶液，用漩渦混合器混勻后，置于超聲清洗機(jī)中超聲提取10 min，再重復(fù)混勻和超聲提取1次。4 000 r/min離心10 min，取適量上清液經(jīng)0.45 μm親水聚四氟乙烯(PTFE)濾頭后，待上機(jī)測(cè)定。以石英砂代替土壤樣品，用同樣的步驟制備空白試樣。

1.5 色譜條件

色譜柱：MetroSep A Supp 5(4.0 mm×150 mm×5 μm)；流動(dòng)相：10 mmol/L碳酸鈉溶液(A)和水(B)；梯度洗脫：碳酸鈉溶液從65%到50%(11 min)，并保持5 min；流量：0.6 mL/min；柱溫：30 ℃；進(jìn)樣量：20 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)：244 nm。

1.6 分析測(cè)定

1.6.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

分別量取適量的氨基苯磺酸混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，制備質(zhì)量濃度分別為0.20，1.00，2.00，5.00，10.0和20.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。按照1.5的色譜條件，由低質(zhì)量濃度到高質(zhì)量濃度依次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行分析測(cè)定，以目標(biāo)組分濃度為橫坐標(biāo)，以其對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)，建立校準(zhǔn)曲線。

1.6.2 試樣測(cè)定

按照與繪制校準(zhǔn)曲線相同的儀器分析條件進(jìn)行樣品和空白試樣的測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取條件

2.1.1 提取方式

研磨過(guò)篩后的樣品較細(xì)，為避免樣品結(jié)塊包覆導(dǎo)致溶劑接觸不充分，在加液后用漩渦混勻器將樣品充分混勻后再進(jìn)行超聲提取，對(duì)比了直接超聲提取和漩渦混勻后超聲提取實(shí)驗(yàn)，以平均回收率為評(píng)價(jià)依據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 提取方式效率對(duì)比①

由表1可見(jiàn)，在超聲提取前增加漩渦混勻操作可以明顯提高提取效率。

2.1.2 提取溫度、時(shí)間和頻次

現(xiàn)對(duì)不同提取溫度、時(shí)間和頻次條件下的超聲提取效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以平均回收率為評(píng)價(jià)依據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，溫度從室溫上升至40 ℃，對(duì)目標(biāo)化合物的提取效率影響不大；而提取時(shí)間和頻次影響較大，在室溫(即不開(kāi)啟超聲機(jī)溫控開(kāi)關(guān))下，以10 min/次提取2次，可用較短的時(shí)間和相對(duì)經(jīng)濟(jì)的條件得到目標(biāo)化合物較高的回收率。

2.2 干擾及消除

現(xiàn)采用甲醇/水超聲提取，離子色譜柱分離，利用氨基苯磺酸根在紫外光區(qū)的吸收強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。在超聲提取時(shí)，甲醇的加入能夠加快有機(jī)化合物的溶解速度，但同時(shí)會(huì)讓土壤基質(zhì)中更多的有機(jī)雜質(zhì)進(jìn)入提取液，這些有機(jī)雜質(zhì)可能對(duì)后續(xù)分析產(chǎn)生干擾。而水的存在會(huì)讓離子化合物和部分共價(jià)化合物形成離子態(tài)，其中金屬離子對(duì)色譜柱的影響和常規(guī)陰離子對(duì)目標(biāo)化合物出峰的影響最大。

現(xiàn)使用的MetroSep A Supp 5色譜柱為帶季銨基團(tuán)的聚乙烯醇離子色譜柱，其分離原理為離子交換，對(duì)無(wú)法電離的有機(jī)物基本沒(méi)有保留，而檢測(cè)器端選擇目標(biāo)化合物吸收最強(qiáng)的244 nm紫外光區(qū)，具有較好的抗干擾性。但是，有機(jī)物尤其是分子質(zhì)量較大的有機(jī)物會(huì)累積在色譜柱柱頭，造成柱壓上升甚至流路堵塞，目標(biāo)物質(zhì)保留時(shí)間發(fā)生變化等。另外，大量的有機(jī)雜質(zhì)通過(guò)色譜柱后進(jìn)入流通池，可能造成流通池的污染，導(dǎo)致基線不穩(wěn)定和鬼峰的發(fā)生等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將提取液通過(guò)經(jīng)活化的C18凈化小柱，可去除上述大部分有機(jī)雜質(zhì)，且對(duì)目標(biāo)物氨基苯磺酸的回收率沒(méi)有影響(凈化前后3種氨基苯磺酸的回收率均為86%～87%)。

圖1 100 mg/L常規(guī)陰離子和4 mg/L 3種氨基苯磺酸混合溶液色譜圖

綜上所述，本方法具有較好的抗干擾性，一般情況下，提取液使用C18小柱凈化即可。

2.3 色譜條件優(yōu)化

本研究的色譜條件主要參考文獻(xiàn)[8]，樣品基質(zhì)加標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 樣品基質(zhì)加標(biāo)色譜圖

由圖2可見(jiàn)，鄰氨基苯磺酸后有一個(gè)較大的干擾峰無(wú)法完全分離，使用上述凈化小柱(C18、Ag)無(wú)法有效去除?？赡苡捎谠摳蓴_物具有親水基團(tuán)，性質(zhì)與鄰氨基苯磺酸相似，分子質(zhì)量、相對(duì)電負(fù)性差異不大所致。將流動(dòng)相比例由65%(A)∶35%(B)改為梯度洗脫65%(A)～50%(A)∶35%(B)～50%(B)，逐漸降低碳酸鈉溶液的濃度，實(shí)現(xiàn)了該干擾物和目標(biāo)物質(zhì)的完全分離(圖3)。

圖3 優(yōu)化后的樣品基質(zhì)加標(biāo)色譜圖

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及相關(guān)系數(shù)①

由表3可見(jiàn)，3種氨基苯磺酸在質(zhì)量濃度為0.20～20 mg/L范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)均≥0.999。

2.5 方法檢出限與測(cè)定下限

參照《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T 168—2010)，采用濃度值為估計(jì)方法檢出限2～5倍的樣品，進(jìn)行平行測(cè)定[15]，稱取5 g石英砂10份，分別加入50 μL標(biāo)準(zhǔn)溶液使用液，按照樣品分析步驟平行測(cè)定，方法檢出限(MDL)=t(n-1,0.99)×S(S為n次測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=10時(shí)，t=2.821)，測(cè)定下限(MQL)=4×MDL[15]，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 方法檢出限與測(cè)定下限(n=10) mg/kg

由表4可見(jiàn)，取樣量為5 g時(shí)，對(duì)、間、鄰氨基苯磺酸的方法檢出限分別為0.1，0.2和0.2 mg/kg。

2.6 精密度與準(zhǔn)確度

在石英砂空白樣品中進(jìn)行氨基苯磺酸的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)量為100 μg(20 mg/kg)，進(jìn)行6次平行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)化合物的精密度與準(zhǔn)確度(RSD)見(jiàn)表5。

表5 精密度與準(zhǔn)確度(n=6)

對(duì)實(shí)際土壤樣品進(jìn)行其他濃度的平行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)量分別為10 μg(2 mg/kg)、20 μg(4 mg/kg)、50 μg(10 mg/kg)，平均加標(biāo)回收率見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn)，不同加標(biāo)量均可以獲得較好的平均回收率。

表6 不同加標(biāo)量的回收率

2.7 樣品適用性驗(yàn)證

選取上海、山東、廣西、福建、天津某場(chǎng)地的各一個(gè)隨機(jī)樣品，加標(biāo)量為100 μg(20 mg/kg)，各進(jìn)行2次平行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，在1.5的色譜條件下，均未見(jiàn)明顯干擾，平均加標(biāo)回收率見(jiàn)表7。

表7 不同地區(qū)的隨機(jī)土壤樣品加標(biāo)回收率

由表7可見(jiàn)，上述幾個(gè)地區(qū)隨機(jī)土壤樣品的加標(biāo)回收率均>80%，可見(jiàn)方法適用性較強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)土壤中3種氨基苯磺酸(對(duì)氨基苯磺酸、間氨基苯磺酸、鄰氨基苯磺酸)的測(cè)定方法進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)證明，以甲醇/水混合溶劑進(jìn)行超聲波提取，提取液通過(guò)固相萃取小柱凈化后注入高效液相色譜儀分析測(cè)定，3種氨基苯磺酸的方法檢出限分別達(dá)到了0.1，0.2和0.2 mg/kg，方法的精密度和準(zhǔn)確度較好。通過(guò)對(duì)不同地區(qū)場(chǎng)地的隨機(jī)土壤樣品測(cè)定和加標(biāo)回收測(cè)定，證明該方法均具有較好的適用性。