液相色譜法測(cè)定土壤中15種醛酮類化合物

馮小康 朱 強(qiáng) 鄭亞麗

(蘇州國(guó)環(huán)環(huán)境檢測(cè)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

醛酮類化合物根據(jù)與羰基相連的烴基，可分為脂肪族醛酮，芳香族醛酮，飽和醛酮和不飽和醛酮[1],廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、化工、合成纖維、染料、農(nóng)藥等行業(yè)[2]。迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)環(huán)境介質(zhì)中大量產(chǎn)生醛酮類污染物的天然來(lái)源，土壤和沉積物中的醛酮類污染物主要是人類生產(chǎn)活動(dòng)造成的。此外，大氣中的甲醛、乙醛、丙酮、苯甲醛等化合物也可伴隨干、濕沉降進(jìn)入土壤，也是土壤醛酮類化合物重要的污染來(lái)源之一[3]。醛酮類污染物具有生態(tài)毒性，對(duì)人類、動(dòng)物、植物具有很大危害，是環(huán)境中主要污染物之一[4]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境空氣中的醛酮類化合物相關(guān)研究較多，土壤方面的研究較少，氣相色譜法和液相色譜法為較常用的檢測(cè)方法[5-6]。但由于2，4—二硝基苯肼(DNPH)衍生物較低的揮發(fā)性和較差的熱穩(wěn)定性，氣相色譜法一直沒能得到廣泛應(yīng)用[7]。目前國(guó)內(nèi)已出臺(tái)了液相色譜法測(cè)定土壤中醛酮類化合物的標(biāo)準(zhǔn)，本研究測(cè)定方法參照HJ 997—2018，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化探討。崔連喜，李利榮等已經(jīng)深入探討了液液萃取溶劑的選擇和液液萃取方式的對(duì)比[8]，所以本文在對(duì)比液液萃取和固相萃取兩種方式的基礎(chǔ)上，又著重探討了固相萃取條件的對(duì)比，以此豐富土壤中醛酮類檢測(cè)方法的研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent LC 1260液相色譜儀，配備紫外檢測(cè)器(VWD)，色譜柱型號(hào)ZORBAX Eclipse XDB-C18，4.6×250 mm, 4 μm；SPE1000-4全自動(dòng)固相萃取儀(北京萊伯泰科儀器公司)，C18柱固相萃取柱；恒溫振蕩器(科析儀器公司，THZ-82)；LabTech濃縮儀(MultiVap-10)；探頭式超聲儀(上海生析超聲公司，F(xiàn)S-450N)；超聲清洗器(昆山超聲儀器公司，KQ-600V)。

15種醛酮類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(上海安譜)：1 000 mg·L-1，15種醛酮類-2,4-二硝基苯肼混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(上海安譜)：1 000 mg·L-1。

醋酸-醋酸鈉提取劑：稱取5.3 g醋酸鈉，用水溶解后加入2.0 mL冰醋酸，用水稀釋定容至1 L。

緩沖溶液：稱取84.0 g檸檬酸和29.4 g檸檬酸鈉，用水溶解定容至500 mL， pH≈3。

DNPH衍生劑：稱取3.00 g DNPH于乙腈中，用乙腈溶解定容至1 L。

1.2 儀器條件

柱溫35 ℃保持34 min，流動(dòng)相為60%乙腈+40%水等度洗脫，流速1.0 mL/min，紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)360 nm，進(jìn)樣量10.0 μL。

1.3 方法原理

醛、酮的氧原子可以與水形成氫鍵，因此低級(jí)醛、酮可以與水混溶[1]。根據(jù)其性質(zhì)，土壤中醛酮類化合物用醋酸-醋酸鈉溶液振蕩提取，提取液中醛、酮類化合物在一定溫度和pH下與DNPH發(fā)生衍生化反應(yīng)，生成穩(wěn)定的腙類化合物，經(jīng)萃取濃縮后，用高效液相色譜分離，紫外檢測(cè)器檢測(cè)，以保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量。

1.4 試驗(yàn)方法

稱取10.00 g樣品于250 mL提取瓶中，加入200 mL 提取劑密封，在振蕩器中振蕩不少于18 h，用玻璃纖維濾膜過(guò)濾，收集提取液，取100 mL提取液于平底燒瓶中，加入4 mL緩沖溶液、6 mL衍生劑，置于超聲清洗器中衍生，40 ℃超聲30 min。向衍生后的溶液中加入10 mL氯化鈉溶液(ρ=0.365 g/mL)并轉(zhuǎn)移至C18固相萃取柱萃取，用乙腈洗脫，收集洗脫液并定容至10 mL，按上述條件測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

本文考察了ZORBAX SB-C18(4.6×250 nm,5 μm)，ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6×250 mm, 4 μm)，ZORBAX ODS (4.6×250 mm,5 μm)三種型號(hào)液相色譜柱對(duì)15種醛酮類-DNPH的分離效果，結(jié)果如圖1。

(1) ZORBAX SB-C18色譜柱

(2) ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱

(3)ZORBAX ODS色譜柱

由圖1可知，使用ZORBAX SB-C18色譜柱，大多數(shù)的目標(biāo)化合物能夠?qū)崿F(xiàn)分離、有較好的響應(yīng)值和峰型，但是間-甲基苯甲醛和對(duì)-甲基苯甲醛色譜峰完全重合。ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱可以分離15種醛酮類化合物，并且有良好的響應(yīng)值和峰型；雖然該色譜柱對(duì)間-甲基苯甲醛和對(duì)-甲基苯甲醛的分離度不佳，但是可以通過(guò)改變積分參數(shù)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)定量，本研究為了便于統(tǒng)計(jì)將兩者合并計(jì)算。ZORBAX ODS色譜柱雖然也有同樣的效果，但是其出峰時(shí)間太短，土壤的基質(zhì)干擾通常很大，不利于目標(biāo)物的定性，最終本試驗(yàn)選擇ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱。

2.2 提取方式的選擇

加入一定量的醛酮類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液至空白土壤中，分別采用振蕩提取、探頭式超聲提取、超聲清洗器提取三種方式進(jìn)行提取。其中振蕩提取和清洗器提取按照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行；探頭式超聲為防止目標(biāo)物揮發(fā)損失，將提取劑和衍生劑一起加入到加標(biāo)樣品中，在提取的同時(shí)進(jìn)行衍生化反應(yīng)[3]。結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，探頭式提取方式回收率略高于超聲清洗劑提取，振蕩提取時(shí)，15種醛酮類化合物的回收率大部分>70%，明顯高于兩種超聲提取的回收率，因此本研究選擇振蕩提取的方式提取土壤中醛酮類化合物。

圖2 不同提取方式下醛酮類化合物的回收率Fig. 2 Recovery of aldehydes and ketones under different extraction methods

2.3 萃取方式的對(duì)比

本節(jié)對(duì)比了液液萃取和固相萃取兩種方式的回收率。同樣，制備已知量的空白土壤加標(biāo)樣品，按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行固相萃取。液液萃取方法為向衍生后的提取液中加入1.5 g NaCl，分別用15 mL和10 mL 二氯甲烷分兩次萃取，萃取液經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水，氮吹濃縮近干，更換溶劑為乙腈，用乙腈準(zhǔn)確定容至10 mL，混勻待測(cè)，結(jié)果見圖3。

圖3 不同萃取方式下醛酮類化合物的回收率Fig. 3 Recovery of aldehydes and ketones under different extraction methods

從圖3中可以看出，固相萃取方法的回收率大部分物質(zhì)略高于液液萃取，除甲醛外其他相差不超過(guò)10%，兩種方式都可以得到較好的回收效果，因此兩種萃取方式都可以用來(lái)測(cè)定土壤中醛酮類化合物，本試驗(yàn)選擇固相萃取方式。

2.4 基質(zhì)的影響

分別稱取10.00 g石英砂、砂土和壤土，制備醛酮類混標(biāo)加標(biāo)量為1.0 μg·kg-1的三種加標(biāo)樣品，考察了樣品基質(zhì)對(duì)醛酮類回收率的影響，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，三種基質(zhì)回收率石英砂>砂土>壤土，說(shuō)明基質(zhì)對(duì)回收率有一定的影響，但是本文只討論了三種基質(zhì)對(duì)回收率的影響，具體如何影響、是否其他類型固體基質(zhì)也有影響還需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)佐證。

圖4 基質(zhì)對(duì)回收率的影響Fig. 4 The effect of matrix on recovery

2.5 固相萃取條件的優(yōu)化

2.5.1 萃取次數(shù)

將兩組加標(biāo)量相同的衍生后的提取液進(jìn)行固相萃取。其中一組轉(zhuǎn)移至C18固相萃取柱萃取，用乙腈洗脫，收集洗脫液并定容至10 mL；另一組同樣步驟萃取，收集洗脫液，再重復(fù)一次萃取和洗脫，合并2次萃取液，濃縮至10 mL以下，定容至10 mL。測(cè)定結(jié)果如圖5。

圖5 萃取次數(shù)對(duì)回收率的影響Fig. 5 The effect of extraction times on recovery

結(jié)果表明萃取次數(shù)對(duì)土壤中醛酮類化合物的回收率沒有太大影響，說(shuō)明萃取1次可以滿足回收率的要求，所以本試驗(yàn)選擇固相萃取1次。但是對(duì)于高濃度的樣品，萃取柱吸附劑可能達(dá)到飽和，可適當(dāng)增加一次萃取提高樣品回收率。

2.5.2 洗脫溶劑

固相萃取的原理是利用選擇性吸附和選擇性洗脫的方式對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行富集、分離和凈化的過(guò)程。本文選擇乙腈和二氯甲烷兩種溶劑進(jìn)行洗脫，結(jié)果如圖6。

圖6 不同洗脫溶劑對(duì)回收率的影響Fig. 6 The influence of different elution solvents on recovery

從結(jié)果可以看出，乙腈和二氯甲烷淋洗萃取柱對(duì)結(jié)果的影響差的不是很大，醛酮類極性相對(duì)弱些的幾種物質(zhì)的，用二氯甲烷淋洗稍好于乙腈，這可能由于二氯甲烷的極性小于乙腈，根據(jù)“相似相溶”原理對(duì)部分物質(zhì)淋洗更充分。實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，乙腈淋洗結(jié)果回收率更穩(wěn)定，并且不需要轉(zhuǎn)換溶劑，綜合上述結(jié)論，本試驗(yàn)選擇乙腈作為淋洗溶劑。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

分別加入0.00、2.00、4.00、6.00、30.0、60.0、100 μL 的醛酮類-DNPH標(biāo)準(zhǔn)溶液，用乙腈稀釋至1 mL，標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度分別為：0.00、0.03、0.06、0.09、0.45、0.90、1.50 μg·mL-1。按照儀器條件進(jìn)樣分析，以標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中目標(biāo)化合物濃度為橫坐標(biāo)，以其對(duì)應(yīng)峰面積為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程如表1。

對(duì)方法檢出濃度的3～5倍濃度的樣品連續(xù)測(cè)定10次，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差S計(jì)算檢出限。計(jì)算公式為MDL=t(n-1,0.99)×S，式中t(9,0.99)=2.821，結(jié)果見表1。

表1 醛、酮類標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

2.7 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

按照上述試驗(yàn)方法對(duì)3個(gè)加標(biāo)濃度分別為0.20 mg·kg-1、0.50 mg·kg-1、2.00 mg·kg-1的空白土壤樣品進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)定，計(jì)算精密度和準(zhǔn)確度，結(jié)果見表2。

表2 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，丙酮的回收率范圍40.8%～56.5%，醛類化合物回收率范圍63.0%～86.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差6.4%～19%。丙酮回收率偏低是由于丙酮水溶性強(qiáng)，衍生化效率稍低[3]。

2.8 實(shí)際樣品分析

采集某化工企業(yè)土壤樣品，按照試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果檢測(cè)出甲醛濃度1.56 mg·kg-1、乙醛濃度0.68 mg·kg-1，其他物質(zhì)未檢出。

本文采用溶劑提取-DNHP衍生-C18固相萃取-液相色譜法測(cè)定土壤種的15種醛酮類化合物，并討論了不同色譜柱、不同提取方式和萃取方式的對(duì)比以及基質(zhì)對(duì)目標(biāo)化合物回收率的影響，優(yōu)化了固相萃取條件。此方法抗干擾強(qiáng)、回收率高、檢出限低、簡(jiǎn)潔高效，方法線性范圍、精密度準(zhǔn)確度結(jié)果滿意。