堿法提取–流動(dòng)注射檢測(cè)儀測(cè)定土壤中的揮發(fā)酚

馬龍利，盧業(yè)友

（貴州有色地質(zhì)化驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心，貴州都勻 558000）

酚類化合物是苯環(huán)上的氫原子被羥基取代后生成的化合物，依據(jù)沸點(diǎn)分為揮發(fā)酚和不揮發(fā)酚，一般認(rèn)為沸點(diǎn)在230 ℃以下能隨水蒸氣一起揮發(fā)的酚類為揮發(fā)酚［1］。土壤的基質(zhì)復(fù)雜，揮發(fā)酚在其中含量較低［2–3］。近幾年國(guó)家在國(guó)土空間方面的關(guān)注度愈發(fā)重視，不斷加強(qiáng)土壤檢測(cè)﹑修復(fù)﹑治理及監(jiān)管的投入，對(duì)大批量土壤樣品的及時(shí)監(jiān)測(cè)已是迫在眉睫。目前，土壤中揮發(fā)酚的檢測(cè)流程可分為樣品處理和樣品分析，前者主要有加酸蒸餾法［4–5］﹑加水浸提后蒸餾法［6–7］﹑加堿液提取后蒸餾［8–9］﹑頂空法［10］等，后者主要有4-氨基安替比林分光光度法﹑流動(dòng)注射法﹑氣相色譜法﹑氣質(zhì)聯(lián)用儀等［1，3，11］，其中又以堿液提取蒸餾結(jié)合4-氨基安替比林分光光度法為檢測(cè)行業(yè)普遍采用，因?yàn)樵摲ú襟E簡(jiǎn)單﹑成本低﹑技術(shù)成熟﹑易于掌握，但該方法整個(gè)分析周期長(zhǎng)，試劑需純化，檢測(cè)效率低，難以滿足環(huán)境分析工作中大批量樣品的測(cè)定［3，12–14］。連續(xù)流動(dòng)注射分析法因具有儀器自動(dòng)化操作，分析速度快，對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì)，廣泛用于水質(zhì)樣品中揮發(fā)酚的分析測(cè)試，但目前將流動(dòng)注射分析用于土壤中的揮發(fā)酚檢測(cè)較少［12–16］。

筆者以具備在線蒸餾的流動(dòng)注射檢測(cè)儀為重要依托，研究不同樣品前處理方式對(duì)分析結(jié)果的影響，同時(shí)考慮流動(dòng)注射檢測(cè)儀對(duì)土壤揮發(fā)酚樣品檢測(cè)中檢出限﹑精密度﹑準(zhǔn)確度的適用性，建立一種可以快速﹑準(zhǔn)確完成土壤揮發(fā)酚的分析測(cè)試方法，滿足大批量﹑保質(zhì)期時(shí)效短的土壤樣品中揮發(fā)酚的檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

全自動(dòng)揮發(fā)酚檢測(cè)儀：BDFIA–8000 型，北京寶德儀器有限公司。

數(shù)控超聲波清洗器：KQ–500DV 型，昆山市超聲儀器有限公司。

揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 mg/L（以苯酚計(jì)），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

揮發(fā)酚質(zhì)控樣1：（0.022 5±0.001 8） mg/L，編號(hào)為A1903318，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

揮發(fā)酚質(zhì)控樣2：（0.028 3±0.002 3） mg/L，編號(hào)為181154，水利部水環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)研究中心。

氫氧化鈉﹑磷酸：優(yōu)級(jí)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

4-氨基安替比林：分析純，阿拉丁試劑（上海）有限公司。

鐵氰化鉀：優(yōu)級(jí)純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

氯化鉀：優(yōu)級(jí)純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

硼酸：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 樣品采集、保存及處理

土壤中游離揮發(fā)酚很不穩(wěn)定，極易受到土壤中的微生物的分解，因此把采集的新鮮土壤樣品混勻后裝入干凈的棕色廣口瓶中，用防水膠帶封口，加標(biāo)簽，置于冰箱中低于4 ℃保存，盡快在24 h 內(nèi)分析完畢。

稱取約20 g 的新鮮土壤樣品置于內(nèi)有10 mL 5 g/L 硫酸銅溶液的具螺旋蓋聚乙烯瓶中，向聚乙烯瓶中加200 mL 10 g/L 氫氧化鈉溶液，超聲20 min后靜置，上清液經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾到流動(dòng)注射進(jìn)樣管中，待測(cè)。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制及工作曲線繪制

由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心購(gòu)買得揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 mg/L（以苯酚計(jì)），以1 g/L 氫氧化鈉溶液逐級(jí)稀釋成10 mg/L 揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)使用液。用10 mg/L揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)使用液配制成質(zhì)量濃度分別為0.00﹑0.02﹑0.05﹑0.10﹑0.20﹑0.50﹑1.00 mg/L 揮發(fā)酚系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，采用全自動(dòng)揮發(fā)酚檢測(cè)儀測(cè)定。以峰面積為橫坐標(biāo)，揮發(fā)酚質(zhì)量濃度（mg/L）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.2.3 方法原理

在封閉的管路中，將一定體積的試樣注入連續(xù)流動(dòng)的載液與磷酸蒸餾溶液混合，進(jìn)行在線蒸餾。揮發(fā)酚的餾出物與弱堿介質(zhì)中的鐵氰化鉀混合，再與4-氨基安替比林混合。餾出物中的酚在弱堿性條件下與鐵氰化鉀反應(yīng)，生成的醌物質(zhì)與4-氨基安替比林反應(yīng)，形成橙紅色的安替比林染料，在510 nm 波長(zhǎng)處測(cè)定，經(jīng)儀器處理后得到樣品峰面積，由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度。需要注意的是由于各廠家生產(chǎn)的流動(dòng)注射檢測(cè)儀不同，其揮發(fā)酚分析測(cè)試條件各有差異，具體分析條件應(yīng)參照相關(guān)儀器說明書。

2 結(jié)果與討論

2.1 試劑溶液脫氣

載流和配制好的試劑在儀器開機(jī)運(yùn)行前均需要脫氣處理，避免載流和試劑溶液中的空氣進(jìn)入檢測(cè)儀器造成信號(hào)波動(dòng)，影響檢測(cè)結(jié)果。筆者研究了超聲波脫氣﹑超聲波結(jié)合抽真空脫氣﹑超聲波結(jié)合氦氣脫氣三種方式進(jìn)行試劑溶液脫氣試驗(yàn)，以開機(jī)30 min 儀器基線結(jié)合5～7 次純水空白檢測(cè)結(jié)果為判定依據(jù)，研究不同脫氣方式的效果。結(jié)果表明：超聲波脫氣在40 min后效果良好，基線平穩(wěn)無氣泡峰，但副作用明顯，溶液溫度顯著上升；超聲波結(jié)合抽真空脫氣在20 min后效果良好，基線平穩(wěn)無氣泡峰，溶液溫度略有上升；超聲波結(jié)合氦氣脫氣在15 min后效果良好，基線平穩(wěn)無氣泡峰，溶液溫度略有上升。考慮到試驗(yàn)時(shí)間﹑成本等因素，筆者選擇超聲波結(jié)合抽真空脫氣20 min 為載流和試劑溶液脫氣方式，開展試驗(yàn)研究。

2.2 NaOH 提取溶液濃度選擇

為研究不同濃度提取液對(duì)土壤中揮發(fā)酚分析結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)了NaOH 溶液質(zhì)量濃度分別為0.0﹑5.0﹑10.0﹑15.0﹑20.0 g/L 5 個(gè)不同堿液濃度對(duì)分析數(shù)據(jù)的影響。稱取約20 g 的新鮮土壤樣品置于有10 mL 5 g/L 硫酸銅溶液的具螺旋蓋聚乙烯瓶中，再加入200 mL NaOH 溶液，超聲20 min 后靜置，上清液經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾到流動(dòng)注射進(jìn)樣管中，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1 所示。

表1 NaOH 溶液質(zhì)量濃度下?lián)]發(fā)酚測(cè)定結(jié)果

由表1 可知，隨著NaOH 溶液質(zhì)量濃度的增大，溶液堿性增強(qiáng)，從土壤中轉(zhuǎn)移到溶液中揮發(fā)酚逐漸增加。但隨著堿性增強(qiáng)，土壤基質(zhì)中更多雜質(zhì)逸散到提取液中會(huì)干擾檢測(cè)結(jié)果，導(dǎo)致測(cè)定值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差變大。綜合考慮，筆者選擇NaOH 提取溶液的質(zhì)量濃度為10.0 g/L。

2.3 提取液體積選擇

稱取約20 g 的新鮮土壤樣品置于內(nèi)有10 mL 5 g/L 硫酸銅溶液的具螺旋蓋聚乙烯瓶中，分別加入體積為100﹑200﹑300﹑400 mL 的10 g/L 氫氧化鈉溶液，超聲20 min 后靜置，上清液經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾到流動(dòng)注射進(jìn)樣管中進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)以石英砂作為空白進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 不同氫氧化鈉溶液加入體積下?lián)]發(fā)酚的質(zhì)量濃度測(cè)定值

由表2 可知，當(dāng)新鮮土壤稱取量為20 g，提取液體為200 mL 時(shí)，實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果最優(yōu)，隨著提取液體積增大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性越差。因?yàn)殡S著提取液體積變大，有效成分含量越低，基體干擾越顯著。因此實(shí)驗(yàn)選擇10 g/L 氫氧化鈉溶液體積為200 mL。

2.4 線性方程與檢出限

按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定1.2.2 配制的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以峰面積（A）為縱坐標(biāo)，揮發(fā)酚質(zhì)量濃度X（以苯酚計(jì)，mg/L）為橫坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，計(jì)算得線性回歸方程為A=227.272 7X+0.000 2，揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度在0～1.00 mg/L 范圍內(nèi)具有良好線性，相關(guān)系數(shù)r=0.999 9。

對(duì)土壤樣品進(jìn)行n（n≥7）次加標(biāo)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算方法檢出限，結(jié)果如表3 所示。當(dāng)稱樣量為20 g 時(shí)，土壤中揮發(fā)酚檢出限為0.085 mg/kg，定量限為0.340 mg/kg。

表3 方法檢出限結(jié)果表

注1）檢出限按MDL=t(n–1，0.99)S，其中n=8，t(n–1，0.99)=2.998；定量限為4 倍檢出限。

2.5 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

將編號(hào)為A1903318 的質(zhì)控樣分別以1 g/L 氫氧化鈉溶液稀釋10 倍﹑25 倍和100 倍，按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4 可知，6次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.59%﹑0.35%﹑0.89%，結(jié)果表明該方法測(cè)定揮發(fā)酚具有較高的精密度。

表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果

按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定土壤揮發(fā)酚質(zhì)控樣品，測(cè)定結(jié)果見表5。由表5 可知，兩種質(zhì)控樣品的測(cè)定值均在其參考值范圍之內(nèi)，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確度。

表5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)

稱取兩種土壤樣品若干（干物質(zhì)含量分別為80.3%﹑80.8%），部分樣品用于測(cè)試樣品揮發(fā)酚含量，另一部分用于對(duì)其進(jìn)行加標(biāo)回收率測(cè)定，結(jié)果見表6。由表6 可知，兩種土壤樣品加標(biāo)回收率范圍分別為83.8%～95.1%﹑94.0%～103%，說明該方法具有良好的準(zhǔn)確度。

表6 樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

建立了一種堿液超聲提取，利用流動(dòng)注射檢測(cè)儀對(duì)提取液中的揮發(fā)酚進(jìn)行蒸餾﹑測(cè)試的方法。

（1）采用200 mL 10 g/L NaOH 溶液超聲提取，可將土壤中絕大部分揮發(fā)酚提取到堿液中。

（2）土壤提取液經(jīng)流動(dòng)注射檢測(cè)儀在線蒸餾后檢測(cè)，可獲得較低的檢出限﹑良好的精密度與準(zhǔn)確度。

（3）建立的方法與經(jīng)典的水蒸氣蒸餾可見分光光度法相比，簡(jiǎn)化了土壤樣品前處理過程，縮短了檢測(cè)周期，適用于大批量土壤樣品揮發(fā)酚的檢測(cè)。

（4）由于土壤成分﹑基質(zhì)復(fù)雜，該法只能降低土壤基體對(duì)分析過程的干擾，但無法完全消除影響。

（5）如何消除基質(zhì)干擾，筆者建議可通過添加抗干擾試劑或在流動(dòng)注射檢測(cè)儀設(shè)備中增設(shè)二次蒸餾，從而完全消除土壤基質(zhì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。