土壤中3-甲酚和4-氯-3-甲酚的色譜分析研究

陳 帥，沈海倫，李改桃，王麗娟，李 誠

（浙江中通檢測科技有限公司，浙江 寧波 315040）

酚類化合物的毒性以苯酚為最大，通常含酚廢水和土壤中以苯酚和甲酚的含量最高。目前環(huán)境監(jiān)測常常以苯酚和甲酚等揮發(fā)性酚作為主要污染指標(biāo)。近年來，由于污水灌溉和運(yùn)輸事故等原因造成的土壤苯酚和甲酚污染事件多有發(fā)生，處理土壤苯酚和甲酚污染已成為目前亟待解決的環(huán)境問題[1]。

目前，美國已將11 種酚類化合物列入129 種環(huán)境優(yōu)先控制污染物之中，中國也將其中6種錄入環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單[2]。至今，國內(nèi)外對環(huán)境樣品中酚類化合物的測定方法已有較多研究，但主要集中于水樣（如河水、工業(yè)廢水和污水處理廠排水等）以及固體樣品（如沉積物、污水處理廠污泥等），而對土壤樣品的前處理與檢測方法的研究較少[3]。裴芳等采用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)相結(jié)合法對某煉油廠退役場地的土壤中7種酚類污染物作了研究和檢測，發(fā)現(xiàn)有近1/2面積的土地被酚類化合物嚴(yán)重污染，其中主要污染物是2,4-二硝基酚和4,6-二硝基-2-甲酚[4]；KUMAR等采用超聲波萃取和高效液相色譜相結(jié)合法對印度某縣混合土地利用帶的土壤作了研究和檢測，其中發(fā)現(xiàn)4-硝基酚和五氯酚為其主要污染物，且總酚平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.92 μg/g。

本研究對土壤中的酚類化合物前處理方法進(jìn)行研究，主要是以3-甲酚和4-氯-3-甲酚的為代表物質(zhì)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜儀，GC9790-N，配有FID 檢測器；石英毛細(xì)管柱DM-1，30 m×0.32 mm×0.25 μm；索氏提取器；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，RE-52；電子分析天平，F(xiàn)A1004；恒溫水浴鍋，HH-4；超聲波清洗機(jī)，PS-30；抽濾裝置；真空循環(huán)水泵，SHZ-DIII。

3-甲酚標(biāo)準(zhǔn)品（CAS 59-50-7）和4-氯-3-甲酚標(biāo)準(zhǔn)品（CAS 2416-94-6），購于某環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所。氯化鈉、無水硫酸鈉，分別在馬弗爐中400 ℃烘烤4 h，并冷卻至室溫，于干燥器內(nèi)保存。鹽酸水溶液，體積比1:3。氫氧化鈉水溶液，質(zhì)量濃度0.2 g/mL。二氯甲烷、乙酸乙酯，農(nóng)殘級。二氯甲烷、乙酸乙酯混合液，體積比1∶1。

土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（空白土壤），GBW07409，購于國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所，作為土壤基質(zhì)使用。實(shí)驗(yàn)室用水為純水，經(jīng)色譜檢測無干擾峰。

1.2 色譜條件

程序升溫：50 ℃（保持5min），以5 ℃/min升溫至150 ℃，再以30 ℃/min 升溫至300 ℃（保持5min）；進(jìn)樣口溫度250 ℃，F(xiàn)ID 檢測器溫度300 ℃；載氣、氫氣、空氣尾吹氣的體積流量分別為1.5、40.0、450.0、30.0 mL/min；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1.0 μL。

1.3 樣品前處理

取2 組相同成分的土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（空白土壤），其中1組用索氏提取法作為前處理方法，另1組作為超聲波萃取法作為前處理方法。

在空白土壤中不加任何試劑，按1.4 節(jié)和1.5節(jié)的相同步驟制備空白試樣。

1.4 索氏提取法

準(zhǔn)確稱取10.0 g標(biāo)準(zhǔn)土壤于小燒杯中，加入一定含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，混勻后加入硅藻土2.0 g，再次混勻后無損的移入濾紙筒內(nèi)，上部蓋一片濾紙，將濾紙筒裝入索氏提取器中，加入100 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取，在80 ℃的恒溫水浴鍋上加熱提取4 h，每次回流4～6次，待冷卻后，將提取液移入250 mL 分液漏斗中，移取0.10 mL氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH＞12，加入10.0 g氯化鈉，振蕩溶解后，加入40 mL二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取2次，收集有機(jī)相，然后再采用鹽酸溶液將有機(jī)相調(diào)節(jié)至pH＜2，加入20 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取2 次，收集合并有機(jī)相萃取液。

1.5 超聲波萃取法

準(zhǔn)確稱取10.0 g標(biāo)準(zhǔn)土壤于具塞錐形瓶中，在土壤中加入一定含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，混勻，然后移取50 mL 氫氧化鈉溶液于具塞錐形瓶中，密封后將樣品置于超聲波清洗機(jī)超聲30 min，并提取2次，用少量的超純水重復(fù)多次洗滌具塞錐形瓶，再經(jīng)抽濾裝置抽濾，再用少量的超純水重復(fù)多次洗滌抽濾錐形瓶，合并濾液并移入250 mL的分液漏斗中，加入10.0 g氯化鈉，再用鹽酸溶液將水相調(diào)節(jié)至pH＜2，加入20 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取2次，經(jīng)裝有無水硫酸鈉的砂芯漏斗過濾后，收集合并有機(jī)相萃取液。

1.6 濃 縮

將脫水干燥后的萃取液轉(zhuǎn)移至濃縮瓶，用濃縮裝置在45 ℃以下濃縮至1.0 mL，加入二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑3.0 mL，再濃縮定容至1.0 mL待測。

1.7 方法檢出限

在2組空白土壤中加入相同含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，按照1.4 節(jié)和1.5 節(jié)的方法進(jìn)行前處理后，再按照1.6 節(jié)的步驟濃縮后待測，連續(xù)進(jìn)樣7次，計(jì)算方法檢出限。

1.8 校準(zhǔn)曲線的繪制

取一定體積的3-甲酚和4-氯-3-甲酚標(biāo)準(zhǔn)品于二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑中，制備5個質(zhì)量分?jǐn)?shù)點(diǎn)的校準(zhǔn)系列，按照1.2節(jié)的色譜條件，分別取校準(zhǔn)系列質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0μL 由低到高依次進(jìn)樣分析，以峰面積為橫坐標(biāo)、目標(biāo)化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 線性回歸方程和定性色譜

圖1為3-甲酚和4-氯-3-甲酚定性色譜。

圖1 3-甲酚和4-氯-3-甲酚定性色譜Fig 1 Qualitative chromatography of 3-cresol and 4-choro-3-cresol

根據(jù)圖1 可得，3-甲酚的線性回歸方程為w1/(μg·g-1)=1.60×10-9A1/(mV·min)（w1為3-甲酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，A1為3-甲酚的峰面積），R=0.999 6；4-氯-3-甲酚的線性回歸方程為w2/(μg·g-1)=3.88×10-9A2/(mV·min)，R=0.999 2。這2 種物質(zhì)在質(zhì)量濃度為0～100 mg/L中線性良好，分離效果好。

2.2 方法檢出限和精密度

連續(xù)測定經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)處理后得到標(biāo)準(zhǔn)溶液7次，按照公式(1)計(jì)算：

式中，MDL 為方法的檢出限，n為樣品的平行測定次數(shù)；T為自由度n-1、置信度為99%時的T分布（單側(cè)）；S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差；當(dāng)n為7時，其自由度為6，T(n-1,0.99)則為3.143。

根據(jù)實(shí)際稱取的樣品量進(jìn)行換算，用2種方法得到3-甲酚和4-氯-3-甲酚的檢出限；在10.0 g標(biāo)準(zhǔn)土壤中分別加入5、1、0.5 μg的高、中、低3個水平的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，每個平行測定2份，按照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行測定，用2 種方法得到回收率；中間含量的加標(biāo)土壤樣品進(jìn)行7次測定，計(jì)算2種方法的精密度。結(jié)果見表1。

表1 2種提取法方法檢出限（n=7）Tab 1 MDL of two extraction methods(n=7)

由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和表1 可知，索氏提取法測定實(shí)驗(yàn)時間長，反應(yīng)較完全，MDL 為0.14～0.30μg·g-1，RSD為8.3%～9.0%，回收率在103%～112%，符合50%～140%的要求；超聲波萃取法操作簡單方便，在短時間內(nèi)可以取得效果，MDL 為0.12～0.25 μg/g，RSD為6.9%～7.9%，回收率在74.7%～76.7%，也符合50%～140%的要求，但回收率偏低的原因可能是超聲時間過長導(dǎo)致部分揮發(fā)。

2.3 實(shí)際土壤樣品的分析

樣品I為某石油化工廠周邊土壤，樣品II為某農(nóng)田表層土壤。各取10.0 g土壤，用超聲波萃取法提取2次，按照超聲波萃取的前處理方法進(jìn)行預(yù)處理，然后濃縮至1.0 mL，取1 μL進(jìn)樣分析。圖2為樣品I 的氣相色譜，2 種土壤中3-甲酚和4-氯-3-甲酚含量的分析結(jié)果見表2。

表2 實(shí)際土壤樣品超聲波提取法分析結(jié)果Tab 2 Analysis results of ultrasonic extraction of actual soil samples

圖2 實(shí)際土壤樣品超聲波提取法的色譜Fig 2 Chromatography of ultrasonic extraction of actual soil samples

根據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查樣品分析測試技術(shù)規(guī)定》中用氣相色譜測定酚類化合物的標(biāo)準(zhǔn)方法相比，2 種預(yù)處理方法均具有較好的檢出限、回收率與精密度，能夠應(yīng)用于環(huán)境土壤樣品中混合酚類污染物的檢測[5]。

3 結(jié) 論

通過計(jì)算和比對，2種預(yù)處理方法均能在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～100 μg/g 中取得良好的線性回歸方程，方法檢出限、回收率和精密度均在可信區(qū)間內(nèi)。2種方法均可以對土壤中的3-甲酚和4-氯-3-甲酚進(jìn)行有效萃取和分析，且各物質(zhì)分離效果良好，不受土壤中其他物質(zhì)干擾。不過因索氏提取法試劑消耗量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、成本高、實(shí)驗(yàn)時間過長，不利于大批量分析樣品；而超聲波萃取法試劑消耗少、時間短、操作方便，更適合實(shí)驗(yàn)室分析樣品，因此此方法具有較好地推廣應(yīng)用性。