液液萃取–氣相色譜–質(zhì)譜法測(cè)定水中19 種苯胺類化合物

李婧，高翔宇，高文旭，康文貴，張利

（西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，西安 710054）

苯胺類化合物屬于半揮發(fā)性有機(jī)污染物，是重要的化工中間體，廣泛應(yīng)用于化工、制藥和印染等工業(yè)［1-2］。苯胺及其衍生物具有特殊的氣味，毒性較大，可通過(guò)呼吸道、消化道進(jìn)入人體，也可通過(guò)皮膚被人體迅速吸收，部分苯胺類物質(zhì)對(duì)人體有致癌、致畸、致細(xì)胞突變作用［3-5］，目前苯胺類物質(zhì)已被列入我國(guó)14 類環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單中。因此，建立一種準(zhǔn)確高效、環(huán)境友好的苯胺類有機(jī)污染物測(cè)定方法，對(duì)其分布監(jiān)測(cè)以及后續(xù)治理都具有重要的意義。

水樣中苯胺類化合物的測(cè)定方法主要有分光光度法［6］、氣相色譜法［7-9］、氣相色譜-質(zhì)譜法［10］、高效液相色譜法［11-12］、高效液相色譜-質(zhì)譜法［13］等。其中分光光度法僅能測(cè)定苯胺及其芳香苯胺類化合物的總量，不能對(duì)每一個(gè)苯胺類物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定性定量測(cè)量，且容易受被測(cè)水樣色度、共存離子等影響，靈敏度較低；高效液相色譜法選擇性差，流動(dòng)相成本較高，且水體中酚類化合物會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果有干擾；高效液相色譜-質(zhì)譜法價(jià)格昂貴，在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)種應(yīng)用很少；氣相色譜-質(zhì)譜法靈敏度較高，選擇性好，能對(duì)水樣中低濃度的苯胺類物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量分析。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道采用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中苯胺類化合物，但回收率都較低，且可檢測(cè)的苯胺類化合物種類較少［14-15］。因此筆者選擇氣相色譜-質(zhì)譜法，通過(guò)對(duì)液液萃取條件和色譜分析條件進(jìn)行比較和篩選，針對(duì)回收率較低設(shè)計(jì)光化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，模擬天然水體中苯胺類化合物的光降解，大大提高了苯胺類化合物的回收率，建立了測(cè)定水中19 種苯胺類化合物的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜儀：Agilent 5977-7890B 型，配自動(dòng)進(jìn)樣器，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

平行濃縮儀：Multi Vap-10 型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

全自動(dòng)高通道量柱式固相萃取儀：SPE1000-3型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

電子天平：SQP 型，感量為0.1 mg，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

19 種苯胺類化合物（苯胺、2-氯苯胺、3-氯苯胺、4-氯苯胺、4-溴苯胺、2-硝基苯胺、2，4，6-三氯苯胺、3，4-二氯苯胺、3-硝基苯胺、2，4，5-三氯苯胺、4-氯-2-硝基苯胺、4-硝基苯胺、2-氯-4-硝基苯胺、2，6-二氯-4-硝基苯胺、2-溴-6-氯-4-硝基苯胺、2-氯-4，6-二硝基苯胺、2，6-二溴-4-硝基苯胺、2，4-二硝基苯胺、2-溴-4，6-二硝基苯胺）標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為1 000 μg／mL，編號(hào)為F3030010，溶劑為二氯甲烷，上海ANPEL 公司；

苯胺-d5 替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度為2 000 μg／mL，編號(hào)為380199，溶劑為二氯甲烷，美國(guó)o2 si 公司。

1，2-二氯苯-d4 內(nèi)標(biāo)溶液：質(zhì)量濃度為2 000 μg／mL，編號(hào)為C2320015，溶劑為二氯甲烷，上海ANPEL 公司。

菲-d10 內(nèi)標(biāo)溶液：質(zhì)量濃度為500 μg／mL，編號(hào)為C2320015，溶劑為二氯甲烷，上海ANPEL 公司。

二氯甲烷、異丙醇、正己烷：均為色譜級(jí)，成都科隆化學(xué)品有限公司。

甲醇：農(nóng)殘級(jí)，德國(guó)CNW 公司。

無(wú)水硫酸鈉、氯化鈉：均為優(yōu)級(jí)純，400 ℃烘烤4 h，保存于干燥器中，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

氫氧化鈉：優(yōu)級(jí)純，成都市科隆化學(xué)品有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水（不含有機(jī)物）。

1.2 溶液配制

苯胺-d5 替代物儲(chǔ)備液：20 μg／mL，準(zhǔn)確移取0.10 mL 苯胺-d5 替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液于10.0 mL 棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至標(biāo)線，搖勻。

內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：10 μg／mL,分別準(zhǔn)確移取0.05 mL 1，2-二 氯 苯-d4 內(nèi) 標(biāo) 溶 液 和0.20 mL菲-d10 內(nèi)標(biāo)溶液于10.0 mL 棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至標(biāo)線，搖勻。

19 種苯胺類標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（含替代物）：20 μg／mL，分別準(zhǔn)確移取0.20 mL 19 種苯胺類化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.10 mL 苯胺-d5 替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液于10.0 mL棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至標(biāo)線，搖勻。

19 種苯胺類標(biāo)準(zhǔn)工作液：分別準(zhǔn)確移取0.40、1.00、2.50 mL 19 種苯胺類化合物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（含替代物）和1.00 mL 內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于3 只10.0 mL棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至標(biāo)線，搖勻，制備成質(zhì)量濃度分別為0.4、1.0、2.5 μg／mL 標(biāo)準(zhǔn)工作液。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液（含替代物）：分別移取19 種苯胺類標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（含替代物）0.10、0.25、0.50、1.00、1.50、2.50 mL 置于6 只10.0 mL 棕色容量瓶中，再分別加入1.00 mL 10 μg／mL 內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用二氯甲烷定容至標(biāo)線，配制成19 種苯胺類化合物質(zhì)量濃度均分別為0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 mg／L 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（含替代物）。

1.3 樣品采集與保存

按照GB 17378、HJ／T 91、HJ／T 164 的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行水樣采集，樣品貯存于棕色玻璃瓶中并充滿樣品瓶，不留空隙。樣品采集后立即加入氫氧化鈉溶液或硫酸溶液，調(diào)節(jié)pH 6～8，于4 ℃冷藏保存。如水樣中有余氯，每1 000 mL 樣品中加入80 mg 硫代硫酸鈉溶液。水樣中的苯胺類化合物易降解，應(yīng)盡快測(cè)定，若不能及時(shí)測(cè)定，應(yīng)將樣品保存于4 ℃冰箱中。采集的樣品應(yīng)在24 h 內(nèi)萃取，萃取后的樣品在40 d 內(nèi)分析。

1.4 樣品預(yù)處理

中性萃?。簻?zhǔn)確量取1 000 mL 水樣于分液漏斗中，加入30 g 氯化鈉，輕輕振搖至氯化鈉溶解，調(diào)節(jié)pH 7～8，加入100.0 μL 20.0 mg／L 苯胺-d5 替代物工作液作為回收指示物，混合均勻，加入60 mL二氯甲烷，振搖萃取10 min，靜置5 min，兩相分層，收集有機(jī)相至三角燒瓶。繼續(xù)加入60 mL 二氯甲烷至水相，重復(fù)萃取2 次，有機(jī)相合并至三角燒瓶中，用適量（大于3 g）無(wú)水硫酸鈉過(guò)濾脫水，上氮吹儀濃縮，加入0.1 mL 10 μg／mL 內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用二氯甲烷定容至1 mL，待測(cè)。

堿性萃?。簻?zhǔn)確量取1 000 mL 水樣于分液漏斗中，加入30 g 氯化鈉，輕輕振搖至氯化鈉溶解，用pH 劑調(diào)節(jié)pH 大于11，加入100.0 μL 20.0 mg／L苯胺-d5 替代物工作液（回收指示物），混合均勻，加入60 ml 二氯甲烷，振搖萃取10 min，靜置5 min，兩相分層，收集有機(jī)相至三角燒瓶。繼續(xù)加入60 mL 二氯甲烷至水相，重復(fù)萃取2 次，有機(jī)相合并至三角燒瓶中，用適量（大于3 g）無(wú)水硫酸鈉過(guò)濾脫水，上氮吹儀濃縮，加入0.1 mL 10 μg／mL 內(nèi)標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用二氯甲烷定容至1 mL 待測(cè)。

1.5 儀器工作條件

1.5.1 氣相色譜條件

色譜柱：DB-5MS 型色譜柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm，美國(guó)安捷倫科技有限公司）；進(jìn)樣口溫度：260 ℃；進(jìn)樣方式：無(wú)分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量1.0 μL；載氣：氦氣；流量：1.00 mL／min；設(shè)置程序升溫：初始溫度為40 ℃，保持2 min，以5 ℃／min 的速率升溫至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升溫至200 ℃，保持8 min，最后以35 ℃／min 的速率升溫至280 ℃。

1.5.2 質(zhì)譜條件

離子源：EI 源；離子源溫度：230 ℃；離子化能量：70 ev。接口溫度：260 ℃。掃描范圍：m／z 35～500 amu；溶劑延遲時(shí)間：9.0 min；采用質(zhì)譜圖結(jié)合保留時(shí)間定性，選擇離子定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取劑的選擇

苯胺類化合物屬半揮發(fā)極性分子，可選擇疏水性溶劑做液液萃取法的萃取劑，利用被測(cè)組分在溶劑與水之間的溶解度差異進(jìn)行萃取。二氯甲烷對(duì)非極性到極性范圍的化合物都有較高的萃取能力，沸點(diǎn)低，萃取后易于濃縮，密度比水大，分液操作容易，且不易燃，適用于多組分同時(shí)分析。因此，本研究選擇二氯甲烷作為前處理萃取劑。

2.2 色譜條件的選擇

2.2.1 升溫程序

通過(guò)改變升溫速率和初始柱溫探究升溫程序?qū)Ψ蛛x效果的影響，設(shè)計(jì)4 種條件進(jìn)行試驗(yàn)。

(a)：初始溫度為40 ℃，保持1 min，以10 ℃／min的速率升至100 ℃，再以30 ℃／min 的速率升至280 ℃，保持5 min［5］。

(b)：初始溫度為40 ℃，保持5 min，以5 ℃／min的速率升溫至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升溫至200 ℃，保持8 min，最后以30 ℃／min 的速率升溫至280 ℃［16］。

(c)：初始溫度為60 ℃，保持5 min，以5 ℃／min的速率升溫至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升溫至200 ℃，保持8 min，最后以30 ℃／min 的速率升溫至280 ℃。

(d)：初始溫度為40 ℃，保持2 min，以5 ℃／min的速率升溫至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升溫至200 ℃，保持8 min，最后以35 ℃／min 的速率升溫至280 ℃。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，條件(a)中11 min 后升溫速率過(guò)快，部分苯胺類物質(zhì)色譜峰重疊，無(wú)法分離，因此需降低升溫速率；采用條件(b)，除過(guò)苯胺-d5 與苯胺以及4-氯-2 硝基苯胺與4-硝基苯胺分離不完全，其余物質(zhì)均完全分離；為盡量縮短分離時(shí)間，考察條件(c)，在初始柱溫為60 ℃的條件下，3-氯苯胺和4-氯苯胺峰形有重疊，分離效果較差；考察條件(d)，除過(guò)苯胺-d5 與苯胺以及4-氯-2 硝基苯胺與4-硝基苯胺分離不完全，其余物質(zhì)均完全分離，且分離時(shí)間較條件(b)短，適用于實(shí)際樣品的分析檢測(cè)。因此本實(shí)驗(yàn)采用條件(d)作為升溫程序。

2.2.2 色譜柱的選擇

選擇美國(guó)安捷倫科技有限公司DB-5MS 型 (30 m×0.25mm，0.25 μm，5%二苯基-95%二甲基聚硅氧烷石英毛細(xì)色譜柱）和DB-35MS 型［30 m×0.25 mm，0.25 μm，（35%苯基）-甲基聚硅氧烷石英毛細(xì)色譜柱］兩種色譜柱對(duì)1.2 中1.0 μg／mL 19 種苯胺類標(biāo)準(zhǔn)工作液的22 種化合物（包括19 種苯胺類目標(biāo)物、1 種替代物和2 種內(nèi)標(biāo)物）進(jìn)行分離檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明優(yōu)化色譜條件后DB-5MS 柱可以達(dá)到預(yù)期的分離效果，缺點(diǎn)是苯胺-d5 與苯胺以及4-氯-2 硝基苯胺與4-硝基苯胺分離不完全，但可以通過(guò)定量離子進(jìn)行定量分析；DB-35MS 柱對(duì)19 種苯胺類目標(biāo)物完全分離，但通用性不強(qiáng)。因此最終采用DB-5MS 柱，總離子流色譜圖如圖1 所示。

圖1 苯胺類化合物的總離子流色譜圖

2.2.3 pH 對(duì)回收率的影響

苯胺類化合物屬于堿性物質(zhì)，在酸性條件下可形成穩(wěn)定的苯胺鹽，具有較強(qiáng)的親水性，用有機(jī)溶劑萃取時(shí)萃取效率較低，且其中部分化合物屬于弱鹽基性。參考EPA 8270 中“在pH 6～8 時(shí)進(jìn)行萃取”，取6 份1.2 中1.0 μg／mL 19 種苯胺類標(biāo)準(zhǔn)工作液，分3 組，分別在中性、堿性、先中性后堿性的條件下進(jìn)行萃取，后進(jìn)樣分析，考察回收率和pH 的關(guān)系，結(jié)果列于表1。由表1 可知，在先中性后堿性條件下19 種苯胺類化合物回收率最高，萃取效率好。

表1 不同pH 萃取條件下的回收率 %

2.2.4 光降解對(duì)回收率的影響

苯胺類化合物在分析檢測(cè)中回收率不高，查閱其在天然水體環(huán)境中滯留、遷移、轉(zhuǎn)化等行為的相關(guān)資料，設(shè)計(jì)模擬天然水體中苯胺類化合物光降解試驗(yàn)。分別取1.2 中0.4、1.0、2.5 μg／mL 的苯胺類標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，每個(gè)濃度各6 份，分3 組。在避光5 h，以及同一光照條件下放置1、3、5 h 后進(jìn)樣分析，測(cè)定響應(yīng)值，結(jié)果列于表2。

表2 不同質(zhì)量濃度苯胺類標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同光氧化降解條件下的響應(yīng)值

由表2 可知，避光時(shí)苯胺類化合物測(cè)試響應(yīng)值高，降解較緩慢，有光時(shí)部分苯胺類化合物在水中的降解加速，說(shuō)明水中存在光敏物質(zhì)，在光照射下產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的活潑基團(tuán)，從而促進(jìn)了有機(jī)污染物的降解，與相關(guān)研究得到結(jié)果類似［17-18］。因此，本研究選擇在避光環(huán)境中進(jìn)行樣品的前處理實(shí)驗(yàn)。

2.2.5 濃縮條件對(duì)回收率的影響

苯胺類化合物具有一定揮發(fā)性，濃縮時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，濃縮溫度不易過(guò)高，否則會(huì)降低苯胺類化合物的回收率；且氮?dú)饬髁恳m中，以溶液不形成回旋為宜，氮?dú)饬魉偬煲矔?huì)造成低沸點(diǎn)苯胺類物質(zhì)的損失。因此，為優(yōu)化濃縮條件，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，考察濃縮過(guò)程中溫度和氮?dú)饬髁繉?duì)苯胺類化合物回收率的影響。正交試驗(yàn)表見(jiàn)表3，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表4，不同條件下的回收率試驗(yàn)結(jié)果列于表5。

表3 實(shí)驗(yàn)因素和水平

表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表5 不同溫度和氮?dú)饬髁肯碌幕厥章试囼?yàn)結(jié)果 %

由表5 可知，在水溫30～35 ℃、氮?dú)饬髁靠刂圃?.0～4.0 mL／min 時(shí)，19 種目標(biāo)化合物的回收率最好，綜合考慮濃縮時(shí)間和19 種苯胺類化合物的濃縮效果，本試驗(yàn)選擇水溫30 ℃、氮?dú)饬髁?.0 mL／min作為濃縮條件。

2.2.6 線性關(guān)系及檢出限

在優(yōu)化的色譜條件下對(duì)1.2 中的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定。以各物質(zhì)的質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，色譜峰面積（y）為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，計(jì)算線性方程和相關(guān)系數(shù)。連續(xù)分析7 個(gè)質(zhì)量濃度為1.0 μg／mL 的空白加標(biāo)樣品，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差s。按MDL =t(n-1，0.99)×s 計(jì)算方法檢出限，式中：n 為重復(fù)樣品數(shù)；t(n-1，0.99)為置信度99%、自由度(n-1)時(shí)的t 值，當(dāng)n=7 時(shí)，t 值取3.143［19］。苯胺類化合物的線性方程、相關(guān)系數(shù)、方法檢出限列于表6。由表11 可知，所有組分在質(zhì)量濃度為0.2～5.0 mg／L的范圍內(nèi)與色譜峰面積線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.995，檢出限為0.013～0.051 μg／L。

2.2.7 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

于1 L 空白水樣中加入1.0 mg／L 苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件萃取濃縮水樣后上機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，平行測(cè)定6 份，根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算方法的加標(biāo)回收率及精密度，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7 可知，實(shí)際樣品平均加標(biāo)回收率為80.44%～98.79%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.20%～9.41%。

表6 苯胺類化合物線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限

續(xù)表7

3 結(jié)語(yǔ)

建立了液液萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中19 種苯胺類化合物的分析方法。19 種苯胺類化合物均在0.2～5.0 mg／L 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢出限為0.013～0.051 μg／L。實(shí)際樣品平均加標(biāo)回收率為80.44%～98.79%，與文獻(xiàn)報(bào)道相比有所提高。可能的原因是萃取過(guò)程采用避光手段降低了目標(biāo)物的降解速率，同時(shí)，對(duì)樣品pH、濃縮條件的優(yōu)化選擇，使苯胺類化合物的回收率有所提高，證明該方法可用于水中苯胺類化合物的準(zhǔn)確測(cè)定。