環(huán)境水體中聯(lián)苯胺測(cè)定的方法優(yōu)化研究

沈?qū)帉?，陸啟偉，徐蘇紅

（1.江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 徐州 221000；2.徐州國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，江蘇 徐州 221000）

聯(lián)苯胺是聯(lián)苯的衍生物之一[1]，不能在自然界中產(chǎn)生，是燃料合成的重要中間體，由于其具有較強(qiáng)的毒性和揮發(fā)性，現(xiàn)已被其他無毒或低毒的中間體替代，聯(lián)苯胺及其鹽都是致癌物質(zhì)，其固體及蒸汽都很容易通過人的皮膚進(jìn)入體內(nèi)，引起接觸性皮炎，刺激粘膜，損害肝和腎臟，據(jù)報(bào)道持續(xù)吸入濃度為18 mg/m3的聯(lián)苯胺13年可導(dǎo)致癌癥的發(fā)生[2]。其對(duì)水生生物具有極高毒性，可能對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期的不良影響。聯(lián)苯胺是國(guó)際公認(rèn)的第一類致癌物，具有強(qiáng)烈的致癌作用，在2003年9月11日前，歐盟成員國(guó)實(shí)行禁令，我國(guó)也于2005年正式實(shí)施了國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，明確禁止生產(chǎn)聯(lián)苯胺，但因用聯(lián)苯胺制造的燃料色譜齊全、易生產(chǎn)、價(jià)格低廉，且不被其它燃料替代而屢禁不止。

目前國(guó)內(nèi)外研究水中聯(lián)苯胺的分析方法有很多種，主要有氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、液相色譜法、液相色譜-質(zhì)譜法、離子色譜-安培檢測(cè)器法等。由于聯(lián)苯胺這種物質(zhì)的穩(wěn)定性差，極容易氧化而導(dǎo)致?lián)p失，而采用GC和GC-MS進(jìn)行樣品分析時(shí)其預(yù)處理和分析步驟都比較復(fù)雜，預(yù)處理不好直接影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于聯(lián)苯胺的紫外吸收較差，所以用液相色譜檢測(cè)時(shí)的靈敏度也較差，因而也不滿足聯(lián)苯胺測(cè)定的要求。測(cè)定聯(lián)苯胺最理想的方法是用UPLC和HPLC/MS/MS[3]，但由于這種儀器價(jià)格昂貴，并沒有得到普及。而UPLC-熒光法可直接進(jìn)樣，其靈敏度也能滿足要求，且液相色譜-熒光法為通用儀器，熒光檢測(cè)器的選擇性好，需要較少的富集水樣就能滿足要求。目前對(duì)于環(huán)境水體國(guó)家有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中推薦的《水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》（第15版）中的紫外掃描分光光度法和《水質(zhì) 聯(lián)苯胺的測(cè)定 高效液相色譜法》（HJ 1017-2019）[4]，前者檢出限為0.000 2 mg/ L，后者方法檢出限為0.006 μg/L，與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）相比，前者方法不滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求，本文在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)方法基礎(chǔ)上，研究進(jìn)一步優(yōu)化聯(lián)苯胺的測(cè)量方法，使之更加簡(jiǎn)便、快速，適用性更廣。用固相萃取裝置對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行富集與凈化，然后再用氮吹儀進(jìn)行濃縮，最后用純水進(jìn)行定容，通過實(shí)驗(yàn)建立適合的分析條件，并將其應(yīng)用于各種實(shí)驗(yàn)室樣品的檢測(cè)，從而為從事聯(lián)苯胺分析的工作人員提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

帶熒光檢測(cè)器的液相色譜儀HPLC1200（安捷倫公司），C18（250 mm×3 mm×5 μm）；全自動(dòng)固相萃取儀AutoTrace 280；氮吹儀（美國(guó)Caliper公司）。

二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、甲醇均為液相色譜純，購自美國(guó)默克公司；氨水、氯化鈉、無水硫酸鈉均為優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司；Waters Oasis MCX 6 ml150 mg；聯(lián)苯胺標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L）。

1.2 樣品前處理?xiàng)l件

樣品前處理占據(jù)了整個(gè)樣品分析過程中的大部分時(shí)間，樣品前處理的目的是去除樣品中的干擾物質(zhì)，濃縮待測(cè)組分，以提高分析的靈敏度、準(zhǔn)確度，同時(shí)還可以起到保護(hù)儀器的作用。所以對(duì)樣品進(jìn)行合適的前處理是進(jìn)行準(zhǔn)確分析的前提。有文獻(xiàn)表明，由于聯(lián)苯胺顯弱堿性[5]，堿性條件下的聯(lián)苯胺回收率較好，因此，本文調(diào)節(jié)水樣pH值為11左右；參考馬小杰[6]的研究結(jié)果；在水樣中加入0.5 g/L干燥好的NaCl（用馬弗爐在350 ℃下烘6 h），利用鹽析效應(yīng)可以提高萃取效率，在每升水中加入5 mL甲醇可以增加有機(jī)相在陽離子交換固相萃取小柱上的吸附能力，提高聯(lián)苯胺的回收率，固相萃取的具體過程見表1。

表1 固相萃取方法

1.3 測(cè)定聯(lián)苯胺的儀器分析條件

流動(dòng)相A：乙腈，流動(dòng)相B:0.01 mol/L乙酸銨溶液 ；流動(dòng)相A/流動(dòng)相B=20/80（v/v），流速：1.0 mL/min；柱溫：40 ℃；熒光檢測(cè)器激發(fā)波長(zhǎng)：290 nm，發(fā)射波長(zhǎng)430 nm；進(jìn)樣體積為40.0 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取溶劑的選擇

聯(lián)苯胺是弱極性化合物，選擇了常用的四種有機(jī)溶劑對(duì)聯(lián)苯胺的萃取效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，萃取回收率見表2。從回收率結(jié)果可以看出，二氯甲烷作為萃取劑，萃取的效率最高，回收率高達(dá)93%，而三氯甲烷和丙酮的回收率均較低，尤其是正己烷的萃取回收率還不到10%，因此后續(xù)的實(shí)驗(yàn)均選擇用二氯甲烷來萃取樣品中的聯(lián)苯胺。

表2 不同溶劑萃取水中聯(lián)苯胺的回收率

2.2 液相色譜流動(dòng)相比例和流速

由于流動(dòng)相在保留過程中具有非常重要的作用，流速的大小對(duì)測(cè)量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，所以需優(yōu)化流動(dòng)相比例，尋找合適的洗脫梯度。通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)乙腈在流動(dòng)相中的占比較小時(shí)，如乙腈比例為5%或10%時(shí)，聯(lián)苯胺出峰時(shí)間較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)效率較低。隨著乙腈在流動(dòng)相中比例的增加，待增加到20%時(shí)聯(lián)苯胺出峰時(shí)間縮短，分離比較徹底。隨著乙腈比例繼續(xù)增加，增加到30%以上時(shí)就會(huì)造成一些峰不能很好地分離，也會(huì)對(duì)峰高和峰面積造成影響，并影響聯(lián)苯胺的正常檢測(cè)結(jié)果，所以選乙腈比例為20%。調(diào)整合適的流速達(dá)到合適的分離度。實(shí)驗(yàn)證明，如果流速過慢就會(huì)出現(xiàn)色譜峰拖尾的現(xiàn)象，流速過快也會(huì)對(duì)儀器造成一定的影響，最佳流速一般與柱內(nèi)徑成正比。對(duì)于聯(lián)苯胺的測(cè)量選擇流速為1.0 mL/min，在乙腈比例為20%時(shí)，測(cè)定聯(lián)苯胺的保留時(shí)間為7.56 min。

2.3 洗脫劑的體積

用固相萃取的目的之一就是為了節(jié)省試劑，因此在淋洗完全的基礎(chǔ)上洗脫劑用得越少越好。可以少量多次進(jìn)行洗脫，根據(jù)回收率找到適宜的洗脫液體積。為考察不同體積洗脫劑對(duì)聯(lián)苯胺測(cè)定的影響，研究用2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10 mL、12 mL的氨水甲醇（6+94）溶液進(jìn)行洗脫時(shí)，聯(lián)苯胺的回收率見表4。聯(lián)苯胺的回收率開始時(shí)隨著洗脫體積的增大而逐漸增大，但當(dāng)洗脫劑用量大于8 mL時(shí)，洗脫效果不再增大。綜合考慮，本文選擇8 mL作為洗脫液體積。

表4 不同洗脫液體積對(duì)聯(lián)苯胺回收率的影響

2.4 洗脫液氮吹溫度的優(yōu)化

氮吹溫度是影響聯(lián)苯胺重要的參數(shù)，一般說來氮吹溫度越高，分析效率越高；但是過快的氮吹溫度有可能會(huì)造成樣品的損失[7]。本文考察了氮吹溫度在45 ℃～65 ℃之間的四個(gè)溫度；在8 mL，6%氨水甲醇溶液中加入2.0 μg聯(lián)苯胺，混勻后分別在45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃下氮吹濃縮至1 mL，然后再定容到2 mL，測(cè)定水域溫度下聯(lián)苯胺的回收率，在四種氮吹溫度下，聯(lián)苯胺的回收率在89.6%～95.0%之間，本方法選擇55 ℃作為氮吹濃縮溫度。

表5 不同氮吹溫度對(duì)聯(lián)苯胺回收率的影響

2.5 方法的線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)曲線和相關(guān)系數(shù)

移取聯(lián)苯胺標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，用1:1的甲醇水溶液配制成質(zhì)量濃度分別為2.00、5.00、10.0、50.0、100、200、300 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，各濃度聯(lián)苯胺的峰面積見表6。在2～300 μg/L范圍內(nèi)，校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 4。50.0 μg/L聯(lián)苯胺的液相色譜譜圖見圖1，聯(lián)苯胺的出峰時(shí)間為7.5 6 min，峰形尖銳，分離度好。

圖1 聯(lián)苯胺標(biāo)準(zhǔn)色譜圖（ρ=50.0 μg/L）

表6 校準(zhǔn)曲線及相關(guān)系數(shù)

2.6 方法的精密度、準(zhǔn)確度和檢出限

本文選取一個(gè)低濃度2.0 μg/L聯(lián)苯胺樣品，對(duì)其進(jìn)行加標(biāo)，加標(biāo)濃度分別為5.0 μg/L和10.0 μg/L，對(duì)2.0 μg/L的聯(lián)苯胺樣品進(jìn)行10次測(cè)量，用標(biāo)準(zhǔn)偏差來檢驗(yàn)其精密度，用相對(duì)誤差來檢驗(yàn)其準(zhǔn)確度；同時(shí)對(duì)高低濃度的加標(biāo)點(diǎn)分別進(jìn)行6次測(cè)定，結(jié)果見表7，高低濃度的樣品測(cè)定回收率分別為92.8%、84.2%，符合水樣中聯(lián)苯胺測(cè)定的要求；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為6.8%、4.5%，方法檢出限為0.004 μg/L。

表7 聯(lián)苯胺檢出限、精密度和準(zhǔn)確度

2.7 環(huán)境水體中聯(lián)苯胺的測(cè)定

按以上條件的高效液相色譜-熒光法，分別對(duì)某印染廠排出的污水和地下水中的聯(lián)苯胺含量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表8，污水和地下水中聯(lián)苯胺質(zhì)量濃度分為0.205 μg/L和0.004 μg/L。污水和地下水加標(biāo)回收率分別為85%和84%，測(cè)定結(jié)果和準(zhǔn)確度均能滿足方法要求。

表8 兩種方法法測(cè)定實(shí)際樣品聯(lián)苯胺含量

3 結(jié)論

本文通過多組室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ1017-2019的基礎(chǔ)上優(yōu)化了聯(lián)苯胺樣品的前處理過程和HPLC-熒光法的檢測(cè)方法，提高了檢測(cè)靈敏度，并且檢出限等參數(shù)優(yōu)于國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。將其應(yīng)用于某企業(yè)廢水樣品和清潔水體的聯(lián)苯胺檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果和準(zhǔn)確度均能滿足要求。因此，該優(yōu)化方法可以用于實(shí)際水體聯(lián)苯胺的檢測(cè)。