氣相色譜質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定土壤中的苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺的殘留

(山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 250000)

苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺等化工原料，在合成橡膠、染料等工業(yè)中，應(yīng)用極為廣泛，如苯胺，又稱阿尼林，是重要的胺類物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于染料、橡膠、制藥等行業(yè)[1-4]。2010年前，我國(guó)苯胺主要依賴進(jìn)口，隨著國(guó)內(nèi)苯胺需求和產(chǎn)能的增加，2017年以來(lái)，我國(guó)苯胺已實(shí)現(xiàn)出口[5-10]。盡管我國(guó)橡膠、染料等合成工業(yè)發(fā)展，帶來(lái)了社會(huì)效益和就業(yè)崗位等的增加，同時(shí)也給自然環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染。發(fā)展初期，合成工業(yè)廢水直排至土壤、河流等，近些年隨著我國(guó)環(huán)保要求的不斷提高，部分企業(yè)為降低污水處理成本，仍采用偷排等方式，造成我國(guó)環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重[11-14]。因此加強(qiáng)對(duì)土壤環(huán)境中苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺等化工原料殘留的監(jiān)測(cè)，可以有效的掌握當(dāng)?shù)赝寥牢廴緺顩r，合理指導(dǎo)當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展。

土壤中苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺等化工原料殘留檢測(cè)方法主要有：氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法。如向彩紅等，研究了頂空-氣相色譜法測(cè)定土壤和沉積物中丙烯醛、丙烯腈、乙腈含量；劉慧杰等[15]，研究了固相萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法同時(shí)測(cè)定地表水中的四乙基鉛和聯(lián)苯胺[16]。氣相色譜法檢測(cè)靈敏度偏低，且專屬性較差，即假陽(yáng)性出現(xiàn)幾率較大；氣相色譜-質(zhì)譜法靈敏度高，且通過(guò)選擇適合的離子對(duì)監(jiān)測(cè)，可以有效消除假陽(yáng)性。實(shí)驗(yàn)研究開發(fā)加速溶劑萃取法提取土壤中的苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺氣相色譜-三重四級(jí)桿質(zhì)譜法檢測(cè)的分析方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此方法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、污染小、操作簡(jiǎn)便，適用于土壤中苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺等化工原料殘留的檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料

氣相色譜儀：2010 Plus型主機(jī)，配備TQ8040型三重四級(jí)桿質(zhì)譜檢測(cè)器、自動(dòng)進(jìn)樣器、柱溫箱等；微量電子天平：MSE225S型；質(zhì)譜用色譜柱：HP-5MS型石英毛細(xì)管柱(規(guī)格：30m×0.25 mm、0.25μm)；氮?dú)獯蹈蓛x：MV5型；冷凍高速離心機(jī)：GL-21M型。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：苯胺溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(溶劑：乙醇，編號(hào)：BWQ7996-2016，濃度：100μg/mL)；丙烯腈溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(溶劑：二硫化碳，編號(hào)：BWQ7697-2016，濃度：100μg/mL)；聯(lián)苯胺溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(溶劑：乙腈，編號(hào)：GBW(E)062639，濃度：100μg/mL)；丙烯酰胺溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(溶劑：甲醇，編號(hào)：GBW(E)100435，濃度：100μg/mL)；甲醇、丙酮、乙腈、氯仿：分析純。

1.2 儀器參數(shù)

色譜參數(shù)：進(jìn)樣口溫度220 ℃；Rtx-5MS色譜柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)；載氣：氦氣(純度99.999%)；載氣流量：1.6 mL/min；進(jìn)樣方式：不分流；進(jìn)樣量：1 μL。升溫程序設(shè)置見表1。

表1 升溫程序

質(zhì)譜參數(shù)：離子源：EI源(電子轟擊)；離子源溫度: 250℃；接口溫度: 245℃；碰撞氣：高純氬氣(純度>99.9999%)；轟擊能量：65eV；溶劑延遲時(shí)間：4.2 min；檢測(cè)方式：MRM(離子監(jiān)測(cè)模式)。

1.3 樣品制備

1.3.1樣品溶液制備

樣品預(yù)處理：隨機(jī)采集約1kg土壤樣品，挑去石塊、植物殘?bào)w(如根、莖殘留)等雜物，自然風(fēng)干后，鋼制粉碎機(jī)粉碎，過(guò)80目篩網(wǎng)，過(guò)篩后的土壤樣品置干凈的容器中，備用；稱取12.0 g(精確至0.01 g)預(yù)處理的土壤樣品，置快速溶劑萃取池中，再加硅藻土約10 g，設(shè)定ASE程序:提取溶劑：丙酮：正己烷(V∶V=1∶1)；萃取溫度：90 ℃，加熱時(shí)間：12 min；萃取壓力：9.5 kPa, 提取時(shí)間：10 min，沖洗體積：60%，循環(huán)次數(shù)：5次，氮?dú)獯祾撸? min。提取液置45℃氮吹儀濃縮至近干，甲醇定容至1 mL，渦旋后，即得。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的制備

分別取苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，分別精密移取1.0 mL，置4個(gè)10 mL量瓶中，加甲醇定容，制備濃度為10 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，備用；取上述配制的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液適量，加甲醇定容，配制成0.02 μg/mL，0.05 μg/mL，0.2 μg/mL，0.5 μg/mL，2.0 μg/mL，5.0 μg/mL系列標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液，混勻，即得。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理方法的確定

土壤基質(zhì)成分較為復(fù)雜，通常土壤中含有大量的無(wú)機(jī)物成分、有機(jī)物成分、水分等，如硅酸鹽、金屬氧化物等，前處理必須將待測(cè)物進(jìn)行有效的提取，且將其他物質(zhì)，尤其是干擾物質(zhì)進(jìn)行去除。常用的前處理方法主要有：索氏提取法、超聲提取法和加速溶劑提取法等。索氏提取法和超聲提取法，待測(cè)物提取率偏低，且基質(zhì)干擾大，導(dǎo)致檢測(cè)準(zhǔn)確度偏低，靈敏度較差；加速溶劑提取法是在一定的溫度和壓力下，反復(fù)多次的提取，待測(cè)物提取率高，且通過(guò)研究合適的提取溶劑，可以有效降低基質(zhì)干擾。實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較不同的提取方法，考察對(duì)加標(biāo)濃度為0.2μg/mL的加標(biāo)樣品進(jìn)行提取后提取率的比較，最終選擇快速溶劑萃取法作為前處理方法。比較結(jié)果見表2。

表2 前處理方法比較結(jié)果

2.2 提取溶劑的確定

土壤中雜質(zhì)較多，因此，要求萃取溶劑對(duì)目標(biāo)待測(cè)物有足夠的溶解性和一定的選擇性。苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺殘留檢測(cè)常用的萃取溶劑有：正己烷、甲醇、丙酮、乙腈等。實(shí)驗(yàn)選擇相同的色譜質(zhì)譜條件和其他處理?xiàng)l件不變，考察對(duì)加標(biāo)濃度為0.2μg/mL的加標(biāo)樣品進(jìn)行提取后提取率的比較。研究發(fā)現(xiàn)，正己烷、甲醇、丙酮、乙腈作為萃取溶劑共提物較多，色譜柱、質(zhì)譜離子源污染嚴(yán)重，降低了目標(biāo)物的響應(yīng)值；采用丙酮與正己烷混合溶劑(V∶V, 1∶1)提取時(shí)回收率較單個(gè)溶劑提取率高，且共提物少。因此選擇體積比1∶1的丙酮正己烷溶液作為萃取溶劑。

2.3 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

分別取1.3.2項(xiàng)下，苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺10 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。以苯胺為例，首先選擇全掃描模式(SCAN)，找到苯胺母離子；再選擇產(chǎn)物離子掃描模式(PRODUCT SCAN)，確定苯胺母離子對(duì)應(yīng)的2個(gè)產(chǎn)物離子，選擇響應(yīng)較高的離子對(duì)作為定量離子，另外1個(gè)離子對(duì)作為定性離子；根據(jù)確定的離子，分別優(yōu)化碰撞電壓和碰撞能量，使質(zhì)譜條件最優(yōu)，確定苯胺質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)檢測(cè)方法；同法確定丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺的MRM方法。確定后的參數(shù)見表3，典型譜圖見圖1。

表3 質(zhì)譜離子對(duì)選擇

圖1 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖1.苯胺；2.丙烯腈；3.聯(lián)苯胺；4.丙烯酰胺

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)和檢測(cè)限

分別取苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，分別精密移取1.0 mL，置4個(gè)10 mL量瓶中，加甲醇定容，制備濃度為10 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，備用；取上述配制的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液適量，加甲醇定容，配制成0.02 μg/mL，0.05 μg/mL，0.2 μg/mL，0.5 μg/mL，2.0 μg/mL，5.0 μg/mL系列標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液，混勻，再按1.2設(shè)置氣相色譜和質(zhì)譜條件，儀器穩(wěn)定后分別進(jìn)樣上述標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液；以峰面積(響應(yīng)值)為縱坐標(biāo)(y)，對(duì)應(yīng)的濃度為橫坐標(biāo)(x)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算曲線方程和相關(guān)系數(shù)，再以3倍信號(hào)噪聲比值 ( S/N)所對(duì)應(yīng)的樣品質(zhì)量濃度作為方法的檢測(cè)限。結(jié)果，4種待測(cè)成分在0.02～5.0μg/mL范圍內(nèi)，具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.9989～0.9994之間，檢測(cè)限在0.003～0.004之間，靈敏度較高。結(jié)果見表4。

表4 線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)考察

取不含苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺的土壤樣品，按1.3.1進(jìn)行預(yù)處理，稱取12.0 g(精確至0.01 g)預(yù)處理的土壤樣品，置快速溶劑萃取池中，分別加入一定量1.3.2標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液適量，使其在樣品中的最終濃度分別為0.02、0.2、2.0 μg/mL，后續(xù)按1.3.2進(jìn)行處理；再按1.2設(shè)置氣相色譜和質(zhì)譜條件，儀器穩(wěn)定后分別進(jìn)樣上述加標(biāo)溶液，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和實(shí)際加入量計(jì)算回收率。結(jié)果4種待測(cè)成分三水平加標(biāo)回收率在86.5～104.2%之間，精密度RSD在1.2～4.2%之間，方法準(zhǔn)確度較高，精密度良好。結(jié)果見表5。

表5 回收率與精密度結(jié)果

2.6 重復(fù)性試驗(yàn)考察

取不含苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺的土壤樣品，按1.3.1進(jìn)行預(yù)處理，稱取12.0 g(精確至0.01 g)預(yù)處理的土壤樣品，置快速溶劑萃取池中，分別加入一定量1.3.2標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液適量，使其在樣品中的最終濃度分別為0.1 μg/mL，后續(xù)按1.3.2進(jìn)行處理，同法配制6份重復(fù)性溶液；再按1.2設(shè)置氣相色譜和質(zhì)譜條件，儀器穩(wěn)定后分別進(jìn)樣上述重復(fù)性溶液，計(jì)算檢測(cè)結(jié)果。結(jié)果苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺重復(fù)性RSD分別為2.1%、1.8%、3.0%和2.6%，方法重復(fù)性良好。

2.7 方法應(yīng)用實(shí)例

實(shí)驗(yàn)抽取本地3種典型土壤(1&化工園區(qū)土壤、2&城郊結(jié)合處土壤、3&種植土壤)，分別按1.3.2前處理方法進(jìn)行處理，制備樣品溶液；再按1.2設(shè)置氣相色譜和質(zhì)譜條件，儀器穩(wěn)定后分別進(jìn)樣上述樣品溶液，根據(jù)響應(yīng)值計(jì)算土壤中苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺的含量。結(jié)果，在化工園區(qū)土壤中檢出微量苯胺和聯(lián)苯胺殘留，對(duì)于指導(dǎo)化工園區(qū)企業(yè)合理排放等具有重要的指示作用。結(jié)果見表6。

表6 實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

建立了采用加速溶劑萃取法提取土壤中的苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺氣相色譜-三重四級(jí)桿質(zhì)譜法檢測(cè)的分析方法，考察了方法的重復(fù)性、線性等，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此方法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、污染小、操作簡(jiǎn)便，適用于土壤中苯胺、丙烯腈、聯(lián)苯胺和丙烯酰胺等化工原料殘留的檢測(cè)。隨著我國(guó)土壤環(huán)境污染日益嚴(yán)重，此方法的研究，對(duì)于監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境污染程度，合理指導(dǎo)當(dāng)?shù)仄髽I(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。