快速溶劑萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中苯胺類化合物

胡新颯

（河南省南水北調(diào)中線渠首生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南南陽(yáng) 474475）

苯胺類化合物化學(xué)性質(zhì)活潑，廣泛應(yīng)用于印染、化妝品、制藥、橡膠等工業(yè)領(lǐng)域。苯胺類化合物毒性較高，可通過呼吸道、消化道和皮膚等多種途徑侵入人體，引起高鐵血紅蛋白癥和肝、腎及中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害，而且具有致畸、致癌、致突變性［1，2］。美國(guó)、歐盟、中國(guó)等都將其列入優(yōu)先控制污染物黑名單［3］。

隨著苯胺類化合物的廣泛應(yīng)用，其在環(huán)境中排放與殘留量日趨增多，對(duì)環(huán)境以及人類的生命健康所產(chǎn)生的危害日益嚴(yán)重。通過印染、化工廢水和農(nóng)藥殘留等排入土壤的苯胺類化合物，由于很難被生物降解，易造成持久土壤污染。目前，苯胺類化合物已經(jīng)被列入GB 36600—2018 《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》需要管制的重要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

由于土壤基質(zhì)復(fù)雜、干擾物質(zhì)種類多，且土壤中苯胺類化合物含量較低、長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中易被氧化等問題［4］，在測(cè)定土壤樣品中苯胺類化合物時(shí)，樣品處理尤為重要。目前測(cè)定土壤中有機(jī)污染物的樣品處理方法主要有索氏提取、超聲波萃取、微波萃取、快速溶劑萃取等，其中，快速溶劑萃取法是近年來迅速發(fā)展起來的新型萃取技術(shù)，該方法采取密閉系統(tǒng)，降低了溶劑消耗，減少了人與有機(jī)溶劑的接觸；同時(shí)提取時(shí)間短，保證了樣品的時(shí)效性和穩(wěn)定性。對(duì)于苯胺類物質(zhì)的測(cè)定方法主要有氣相色譜法［5-6］、分光光度法［7］、液相色譜法［8-9］、液相色譜-質(zhì)譜法［10］、氣相色譜-質(zhì)譜法［12-13］等。分光光度法靈敏度較低，且只能測(cè)定苯胺類化合物的總量，不能對(duì)每一種成分進(jìn)行定性、定量分析；氣相色譜法和液相色譜法測(cè)定土壤中有機(jī)物時(shí)基體干擾大，影響測(cè)定結(jié)果。液相色譜-質(zhì)譜法主要用于水樣分析，樣品不經(jīng)處理直接上機(jī)測(cè)試［10-11］，氣相色譜-質(zhì)譜法是目前主要的檢測(cè)方法，廣泛運(yùn)用于土壤中揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)污染物的分析。劉田等［14］采用超聲提取-氣相色譜質(zhì)譜法測(cè)定土壤中苯胺和硝基苯，回收率達(dá)到67.7%。林建等［15］采用分散劑與土壤混合淋洗提取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜法測(cè)定土壤中19 種苯胺類物質(zhì)，檢出限為0.017～0.075 mg/kg，平均回收率大于87%。張玉霞等［16］采用微波輔助萃取土壤中單一物質(zhì)苯胺，回收率在88.0%～91.5%。上述方法樣品處理過程均暴露于空氣中，有機(jī)溶劑用量大，增加了人的健康風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染。陶云鋒等［10］采用快速溶劑萃取結(jié)合凝膠色譜凈化氣相色譜質(zhì)譜法測(cè)定土壤中16 種苯胺類化合物，方法精密度和準(zhǔn)確度滿足分析要求，但測(cè)定的都是苯胺衍生物，不包括化學(xué)活性較高的苯胺。

筆者以丙酮-二氯甲烷作為提取劑，采用快速溶劑萃取儀對(duì)實(shí)際土壤樣品進(jìn)行提取富集，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)萃取濃縮液進(jìn)行定性、定量分析，采用選擇離子監(jiān)測(cè)（SIM）掃描方式，有效排除了干擾，提高了檢測(cè)的靈敏度和可靠性。該方法自動(dòng)化程度高，有機(jī)溶劑用量少，對(duì)環(huán)境和人體的危害程度小，操作簡(jiǎn)便，靈敏度高，檢出限低，可為土壤中苯胺類化合物殘留量的測(cè)定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890B-5977A 型，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

快速溶劑萃取儀：ASE150 型，美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司。

平行濃縮儀：Multivap-8 型，北京萊伯泰科儀器有限公司。

電子天平：HZ2002B 型，感量為0.01 g，慈溪紅鉆衡器設(shè)備有限公司。

丙酮、正己烷、二氯甲烷：均為色譜純，德國(guó)默克股份兩合公司。

無水硫酸鈉、硅藻土：優(yōu)級(jí)純，經(jīng)400 ℃灼燒4 h，儲(chǔ)存于干燥器中，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

硅酸鎂凈化小柱：填充劑為硅酸鎂，1 000 mg，柱體積為6 mL，美國(guó)色譜科公司。

5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：苯胺、鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對(duì)硝基苯胺、二硝基苯胺的質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，不確定度為0.5 μg/mL，產(chǎn)品編號(hào)為CUS-14803，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

1.2 溶液配制

依次移取5、10、15、25、40、50 μL 的5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別置于6 只1 mL 容量瓶中，用二氯甲烷定容至標(biāo)線，混勻，配制成5 種苯胺的質(zhì)量濃度均分別為0.2、0.4、0.6、1.0、1.6、2.0 μg/mL 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 樣品采集與保存

在南水北調(diào)中線水源地渠首附近采集空閑地土壤。按照HJ/T 166—2004 《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定進(jìn)行布點(diǎn)、采樣、運(yùn)輸、保存和制備。根據(jù)地形選擇梅花點(diǎn)法采集0～20 cm 表層土，各分點(diǎn)樣品混勻后用四分法取1 kg 土壤樣品裝入棕色玻璃瓶中，密封冷藏，保存時(shí)間不超過10 d。

去除土樣中的異物，稱取2 份土壤樣品，各約10 g（精確到0.01 g），一份按照HJ 613—2011 《土壤 干物質(zhì)和水分的測(cè)定 重量法》測(cè)定干物質(zhì)含量，另一份加入適量硅藻土，研磨均化成流砂狀。

1.4 樣品處理

1.4.1 快速溶劑萃取

將與硅藻土混勻處理后的樣品轉(zhuǎn)移至33 mL不銹鋼萃取池中，以丙酮-二氯甲烷混合溶劑（體積比為1∶1）為萃取溶劑，設(shè)置萃取溫度為100 ℃，預(yù)熱平衡時(shí)間為5 min，在8.274 MPa 壓力下靜態(tài)萃取5 min，氮?dú)獯祾?0 s，收集提取液。按照同樣萃取條件循環(huán)萃取2 次。

1.4.2 樣品凈化與濃縮

（1） 預(yù)濃縮。提取液經(jīng)無水硫酸鈉脫水干燥后，開啟氮?dú)庵寥軇┍砻嬗袣饬鞑▌?dòng)，用二氯甲烷多次洗滌氮吹過程中已露出的濃縮器管壁，濃縮至約1 mL，待凈化。

（2）凈化柱活化。用少量二氯甲烷淋洗硅酸鎂凈化小柱，保持柱內(nèi)浸潤(rùn)。在填充劑暴露于空氣之前，關(guān)閉控制閥，棄去流出液。

（3）洗滌。將濃縮后的提取液轉(zhuǎn)移至凈化小柱中，緩慢打開控制閥，用10 mL 二氯甲烷-正己烷混合溶劑（體積比為1∶1）進(jìn)行洗脫，收集全部洗脫液。

（4）濃縮定容。在40 ℃水浴條件下，洗脫液經(jīng)氮吹濃縮至略小于1 mL，然后用二氯甲烷定容至1.0 mL，待測(cè)。

1.5 儀器工作條件

1.5.1 色譜條件

色譜柱：HP-5MS 毛細(xì)管柱（30 m×0.25 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：不分流進(jìn)樣；柱流量：1.2mL/min；柱溫：初始為60℃，保持2 min，以10 ℃/min 升溫至220 ℃，保持1 min；進(jìn)樣體積1 μL。

1.5.2 質(zhì)譜條件

離子源：電子轟擊離子源（EI）；離子源溫度：230 ℃；電離能量：70 eV；傳輸線溫度：260 ℃；掃描方式：選擇性離子掃描；溶劑延遲：5 min。5 種苯胺類化合物的掃描起始時(shí)間及相應(yīng)的特征離子見表1。

表1 5 種苯胺類化合物選擇性離子掃描參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件優(yōu)化

苯胺類物質(zhì)屬于中等極性化合物，采用HP-5MS 毛細(xì)管色譜柱對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行分離。為保護(hù)質(zhì)譜燈絲壽命，溶劑延遲5 min，從進(jìn)樣5 min 后開始記錄色譜圖。依據(jù)目標(biāo)化合物的保留時(shí)間、碎片離子質(zhì)荷比和不同離子豐度比進(jìn)行定性。經(jīng)優(yōu)化選擇，5 種苯胺類化合物的掃描起始時(shí)間及相應(yīng)的特征離子見表1。在選定的儀器參數(shù)下，加標(biāo)土壤樣品的選擇離子色譜圖如圖1 所示。由圖1 可以看出，所有待測(cè)化合物均得到了很好的分離，樣品基質(zhì)對(duì)目標(biāo)物的測(cè)定干擾較小，提取凈化效果滿足測(cè)定要求。苯胺色譜峰豐度達(dá)到30 000，但是有展寬，可能與苯胺活性較高有關(guān)。

圖1 加標(biāo)樣品選擇離子色譜圖（TIC）

2.2 檢測(cè)模式選擇

選擇5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液為待測(cè)對(duì)象，分別在全掃描模式（Scan）和選擇離子掃描模式（SIM）下進(jìn)行測(cè)定，5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的離子流圖如圖2 和圖3 所示。

圖2 全掃描模式下5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液離子流圖

圖3 選擇離子掃描模式下5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液離子流圖

由圖2 和圖3 可以看出，Scan 模式下信號(hào)較強(qiáng)，但是基線漂移、基體干擾較大，尤其是對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量較大的二硝基苯胺，其色譜峰被嚴(yán)重掩蔽，難以分離和定量。在Scan 模式下，選定范圍內(nèi)的每一個(gè)質(zhì)荷比離子都能通過質(zhì)量分析器。在SIM 模式下，只允許某些選擇的特定質(zhì)荷比的離子通過質(zhì)量分析器，因此靈敏度和選擇性均較好。為了減少干擾，提高方法的選擇性和靈敏度，根據(jù)目標(biāo)化合物的質(zhì)譜特征，選擇豐度高、高質(zhì)量端的特征離子進(jìn)行SIM模式測(cè)定。結(jié)果顯示，在SIM 模式下基線平穩(wěn)，色譜峰形良好，分離度滿足測(cè)定要求。

2.3 提取溶劑選擇

根據(jù)相似相溶原理，萃取溶劑的極性對(duì)土壤介質(zhì)中目標(biāo)物的提取至關(guān)重要。參照HJ 783—2016《土壤和沉積物 有機(jī)物的提取 加壓流體萃取法》，分別考察丙酮-二氯甲烷混合溶液（體積比為1∶1）和丙酮-正己烷混合溶液（體積比為1∶1）作為提取溶劑時(shí)，對(duì)目標(biāo)化合物回收效率的影響。結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可以看出，以丙酮-正己烷混合溶液為提取溶劑時(shí)，5種苯胺類化合物的回收率均低于以丙酮-二氯甲烷混合溶液為提取溶劑時(shí)的萃取結(jié)果，因此選擇丙酮-二氯甲烷混合溶液作為提取溶劑。

圖4 不同萃取溶劑時(shí)的回收率

2.4 線性方程與檢出限

在1.5 儀器工作條件下，對(duì)1.2 中的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，以苯胺類化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的特征離子色譜峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算線性方程和相關(guān)系數(shù)。

按照HJ 168—2010 《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》，配制低質(zhì)量濃度的空白加標(biāo)樣品，按1.4 方法進(jìn)行樣品處理，在1.5 儀器工作條件下平行測(cè)定7 次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差s，按LD=s×t(n-1，0.99)計(jì)算方法檢出限，當(dāng)n=7 時(shí)，t(n-1，0.99)=3.143。

5 種苯胺類化合物的質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表2。

表2 質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.5 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

選取空白土壤樣品，分別加入適量的5 種苯胺類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使加標(biāo)后5 種苯胺類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均分別為60、140 μg/kg，按1.4 樣品處理方法各平行制備6 份加標(biāo)樣品溶液，在1.5 儀器工作條件下分別進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。由表3 可知，除苯胺的回收率略低（51.0%～64.2%，）外，其余4 種硝基苯胺的回收率為68.0%～121.5%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2%～7.4%。表明該方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

表3 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

建立了氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定土壤中5 種苯胺類化合物的方法。以丙酮-二氯甲烷為提取劑，采用快速溶劑萃取法對(duì)樣品進(jìn)行處理，有機(jī)溶劑用量少，減少了對(duì)操作人員和環(huán)境的危害。該方法操作性強(qiáng)，快速簡(jiǎn)便，檢出限低，靈敏度高，定性、定量準(zhǔn)確，適合大批量土壤樣品中痕量苯胺化合物的測(cè)定。