王玲玲，梁　晶，靳朝喜，高　勇，滕恩江

1.河南省環(huán)境監(jiān)測中心，河南 鄭州 450004

2.洛陽環(huán)境監(jiān)測站，河南 洛陽 471000

3.中國環(huán)境監(jiān)測總站國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質量控制重點實驗室，北京 100012

四乙基鉛一度廣泛作為添加劑在汽油中使用，為了保護環(huán)境，國家技術監(jiān)督局于1999年12月28日發(fā)布了《車用無鉛汽油》強制性國家標準，并于2000年1月1日開始實施[1]?？芍两駷橹?，仍能從一些環(huán)境水體、土壤及人體血液中檢測出四乙基鉛[2-4]，對環(huán)境造成一定危害。四乙基鉛是《地表水環(huán)境質量標準》80項特定項目中的一種金屬有機物，目前采用《生活飲用水標準檢驗方法 金屬指標》(GB/T 5750.6—2006)-雙硫腙分光法檢測，光度法比較經典，但也存在操作繁雜、影響因素較多、測定結果不穩(wěn)定等問題。文獻中有對雙硫腙光度法測定水中鉛的方法改進[5]，但未見用于四乙基鉛。近幾年，隨著地表水109項監(jiān)測工作的開展，國內文獻中出現了關于四乙基鉛原子吸收光譜[6-7]、液液萃取-液相色譜法[8]、氣相色譜-質譜法[9]、頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法[10-11]的研究。光譜和光度法均為間接測定方法，一般最終測定的是有機鉛的總和，只有加入形態(tài)分離的步驟才能保證定性結果的準確，色譜法具有直接準確定性的優(yōu)勢，但文獻很少有對每種前處理和不同方法對比以及樣品保存技術的研究?；诖耍P者對直接法和間接法的關鍵技術及樣品保存進行探討和研究。

1　實驗部分

1.1實驗儀器

安捷倫7890氣相色譜儀，安捷倫5975氣相色譜-質譜儀，島津LC10A高效液相色譜儀、安捷倫7500等離子體發(fā)射光譜-質譜儀，TEKMAR 3100吹掃捕集裝置，723分光光度儀，自動頂空儀(HS 86.50，意大利)，氮吹濃縮儀等。氣相色譜柱DB-INNOWAX(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，液相色譜柱Zorbax 5 μm ODS，柱長250 mm，內徑4.6 mm或同等規(guī)格。分液漏斗、三角瓶、精密玻璃移液管和微量注射器、500 μL氣密注射器等其他實驗室常用器皿。

1.2實驗材料

四乙基鉛標準貯備液(200 mg/L，美國)；鉛標準溶液購于國家標物所；重蒸餾后的優(yōu)級純硝酸；農殘級甲醇；色譜級三氯甲烷、四氯化碳、正己烷、二氯甲烷；優(yōu)級純無水硫酸鈉、氯化鈉；分析純檸檬酸氫二銨、氰化鉀、鹽酸羥胺、雙硫腙和鹽酸；超純水。

2　結果與討論

2.1儀器和校準方法

通過實驗確定了液液萃取-液相色譜法、液液萃取-氣相色譜-質譜法、頂空-FID-氣相色譜法、萃取-消解-ICP-MS法等方法的儀器條件、校準曲線和儀器靈敏度。

2.1.1液相色譜-紫外檢測器

通過紫外光譜儀掃描，發(fā)現四乙基鉛在波長為200～260 nm有較為顯著的吸收，200～220 nm吸收最大(圖1)。進一步根據液相色譜二極管陣列檢測器在紫外區(qū)響應情況，觀察其吸收和干擾情況(圖2)，確定吸收波長為210 nm，流動相為95％甲醇+5％水。配置四乙基鉛的標準曲線，0.05～50 μg/mL，進樣量為10 μL，線性相關系數大于0.999 9。通過依次配置較低濃度的標準溶液，當信號值為噪音的3倍時確定為液相色譜儀器檢出限，不同儀器的檢出限不同，該研究液相色譜儀四乙基鉛的檢出限為0.03μg/mL。最佳曲線范圍為0.1～100 μg/mL。

圖1　濃度為10 μg/mL的紫外掃描圖

圖2　10 μg/mL二極管陣列紫外吸收譜圖和液相色譜圖

2.1.2氣相色譜-質譜法

氣相色譜-質譜條件：進樣口溫度230 ℃，分流比2∶1；程序升溫80 ℃開始，每分鐘升15 ℃直至200 ℃；SCAN/SIM同時掃描，選擇離子208、235、236、237、295 amu，定量離子237 amu。配置校準曲線0.1～50 μg/mL，進樣量1 μL SIM定量，線性相關系數大于0.999；質譜按照信噪比50作為檢出限，該研究儀器檢出限為0.05 μg/mL，不同儀器的檢出限不同。濃度為2 μg/mL的SIM譜圖見圖3。

圖3　濃度為2μg/mL的SIM譜圖

2.1.3頂空-氣相色譜法

根據四乙基鉛的揮發(fā)性，建立自動頂空-FID-氣相色譜方法，通過條件優(yōu)化實驗，確定頂空振蕩平衡時間為30 min，溫度為60 ℃。氣相條件為進樣口溫度210 ℃(不分流)，柱溫箱溫度60 ℃(保持5 min)，以5 ℃/min升至90 ℃(保持1 min)，再以10 ℃/min升至150 ℃(保持1 min)；氮氣6 mL/min，氫氣45 mL/min，空氣450 mL/min；檢測器溫度250 ℃；進樣量1 mL。當儀器檢出限以3倍信噪比記時，FID對四乙基鉛的檢出限為0.01 μg/mL。由于該方法的前處理和儀器分析為自動連續(xù)發(fā)生，四乙基鉛直接從水相進入氣相然后進入儀器，因此校準曲線和檢出限均是從頂空開始，20 mL頂空瓶，曲線范圍0.5～80 μg/L，按照HJ 168—2010[12]進行方法檢出限、精密度及回收率實驗。

2.1.4等離子體發(fā)射光譜-質譜法

等離子體發(fā)射光譜-質譜法測定四乙基鉛可以采用2種校準方法：一是無機鉛，二是從消解開始配置四乙基鉛曲線。儀器對鉛的檢出限決定于校準空白的波動和儀器的靈敏度，該研究儀器檢出限為0.02 μg/L。

2.1.5雙硫腙分光光度法

通過大量實驗證明，按照《生活飲用水標準檢驗方法 金屬指標》(GB/T 5750.6—2006)配置鉛曲線時，線性相關系數很難達到0.999，影響因素除了試劑、器皿、脫脂棉中鉛本底帶來的干擾外，主要是滴加氨水觀察百里酚藍指示確定pH帶來的波動。鉛本底的干擾消除可以采用酸清洗器皿和雙硫腙清洗試劑的方法，為提高顯色前反應體系pH的一致性，參考文獻[5]將原方法中氨水、檸檬酸銨等試劑分別配置改成配置檸檬酸銨-氨水緩沖pH溶液，相應操作方法也進行了改進。

改進后方法為先配置檸檬酸銨-氨水緩沖溶液，稱取50 g檸檬酸銨,加純水使之溶解,并稀釋至100 mL,用濃氨水調節(jié)pH至8.6～9.0(如果水樣加了酸可將緩沖溶液的pH調至8.6～8.8)。顯色前，依次加入5.0 mL的上述緩沖溶液，再加入1.0 mL鹽酸羥胺和2.0 mL的氰化鉀，再加入10 mL雙硫腙，振蕩5 min放置分層后測定雙硫腙層。不再使用原方法的操作及pH調配方法。改進后方法的曲線線性和pH穩(wěn)定性大為改善，詳見表1。

表1　改進后方法和國標方法對鉛標準曲線線性和pH的影響比較

2.2前處理方法

除頂空外，光度法、色譜法分析四乙基鉛還涉及萃取-濃縮和萃取-消解等前處理方法，研究對每個環(huán)節(jié)的回收率和精密度進行了驗證。

2.2.1萃取實驗

對文獻中用到的二氯甲烷、三氯甲烷和正己烷3種溶劑進行萃取回收率實驗。在500 mL水樣中分別取10 mL進行2次萃取實驗，合并萃取液，6次重復實驗的結果表明：三氯甲烷和正己烷的回收率分別為88％～95％和82％～113％，精密度為8％和12％；二氯甲烷在萃取過程中稍不小心即會在開始振蕩時使樣品溢出，6次重復實驗回收率為30％～87％。分次萃取實驗結果表明，第1次萃取回收率在80％以上，2次萃取基本完全，增大第1次萃取體積可提高回收率。

2.2.2濃縮實驗

直接在20 mL二氯甲烷、三氯甲烷和正己烷中加入2 μg四乙基鉛進行微量氣流的氮吹實驗，每種溶劑重復2次，每次4個平行樣品。實驗結果表明：二氯甲烷-四乙基鉛回收率為20％～50％，三氯甲烷-四乙基鉛回收率為75％～85％，正己烷-四乙基鉛回收率為44％～80％；精密度方面，三氯甲烷較穩(wěn)定，相對標準偏差為5％，正己烷和二氯甲烷較不穩(wěn)定，相對標準偏差大于20％。由于三氯甲烷一般使用國產色譜純很難獲得較高純度，其濃縮后譜圖含有較多雜質，二氯甲烷和正己烷一般為進口農殘級，濃縮后譜圖雜質較少。

2.2.3 萃取-濃縮實驗

分別對500 mL水樣加標2 μg四乙基鉛，每次用10 mL正己烷、二氯甲烷和三氯甲烷萃取，各進行2次，合并萃取液進行微量氮氣濃縮，每種溶劑進行6個樣品平行實驗，因為二氯甲烷揮發(fā)性較強，因此適當增加其萃取體積。結果表明，萃取濃縮是一個需要精密操作的過程，二氯甲烷體系回收率較差，三氯甲烷好于正己烷，但精密度和回收率均低于分步結果。因此，液液萃取的溶劑可選擇三氯甲烷和正己烷，正己烷的比重比水小，在上層，三氯甲烷的比重比水大，在下層，便于多次萃取，綜合考慮操作的方便程度，選擇三氯甲烷較好。詳見表2。

表2　不同溶劑萃取-濃縮回收率實驗結果(n=6)

2.2.4萃取-消解

按照《生活飲用水標準檢驗方法 金屬指標》(GB/T 5750.6—2006)四乙基鉛的雙硫腙方法，三氯甲烷萃取之后將試樣放在電熱板上加入溴水溴化，再加入濃硝酸消解至近干，將萃取消解后試樣中的鉛用ICP-MS測定，用無機鉛校準曲線。結果發(fā)現，加入溴水消解的空白中鉛較高，如果改用直接加入硝酸消解空白大大降低，回收率有所提高。4次重復萃取-消解-ICP-MS全程序測定曲線線性相關系數均大于0.999，空白加標回收率為85％～95％?？梢姡苯蛹酉跛嵯饪山档涂瞻?，提高回收率。詳見表3、表4。

表3　ICP-MS測定不同消解方法的線性比較

表4　ICP-MS測定不同消解方法對結果的影響比較

各種前處理方法中，三氯甲烷萃取-轉移有機相-加硝酸消解四乙基鉛轉化成無機鉛，此操作過程的損失較低、穩(wěn)定性較好(控制器皿和硝酸的空白)；液液萃取-濃縮回收率較低，使測定結果偏低；頂空無需轉化和萃取，損失最少。

2.3全程序分析方法性能比較

對改進后雙硫腙光度法、液液萃取-液相色譜法、液液萃取-氣相色譜-質譜法、萃取-消解-ICP-MS法和頂空-氣相色譜法進行全程序方法性能比對實驗研究。光度和光譜法均采用四乙基鉛的工作曲線，測試4組實際樣品均未檢出，光度法加標后濃度為20 μg/L、光譜法等其他加標后濃度為4 μg/L。取500 mL水樣時，光度法和光譜法檢出限均按照HJ 168—2010中關于空白中檢出目標物的方法，重復7次全程序空白實驗。色譜法按照HJ 168—2010中添加低濃度標準物質的方法。精密度采用4次平行實驗加標測定結果的精密度。結果見表5。

表5　不同方法測定四乙基鉛性能比較

從表5可以看出，雙硫腙分光光度法檢出限相對較高，500 mL水樣達不到地表水控制標準(0.1 μg/L)，萃取-消解-ICP-MS檢出限最低，其他方法也均能滿足地表水質量控制目標的要求。

方法的精密度方面，自動頂空和ICP-MS較好，其他方法均在15％以內，實際樣品加標回收率萃取-消解-ICP-MS和頂空-GC-FID優(yōu)于雙硫腙光度法,均在88％～110％，液液萃取-GC-MS和液液萃取-HPLC回收率在80％以下。

2.4水樣保存

四乙基鉛有較強的揮發(fā)性，環(huán)境中的四乙基鉛經光和熱的作用，逐步降解為三乙基鉛，再進一步降解為無機鉛。樣品的保存時間和保存條件對實驗結果的準確度起到重要作用。

2.4.1低溫冷藏保存

分別用超純水和實際地表水配置1、10 μg/L 2種濃度多組平行樣，水樣充滿40 mL VOC瓶，并在4 ℃避光冷藏，分別在配置后1 h～7 d內進行頂空-GC-FID測試，結果見表6。

表6　頂空法分析四乙基鉛樣品保存時間

由表6可見，不加保護劑低溫保存8 h四乙基鉛有86％～95.6％的保留，保存2 h時，有43.7％～71.6％的保留，3 d衰減一半以上，低濃度更容易衰減，實際樣品和空白水樣結果一致。

2.4.2不同保護劑保存

由于實驗條件的限制，樣品采集后很難立即進行分析，往往需要送至實驗室分析，因此需要在樣品中添加保護劑延長樣品保存時間。

根據四乙基鉛的特點，參考揮發(fā)性有機物保存方法[13]，選擇添加1 mL鹽酸(1∶1)控制微生物對有機鉛的降解；參考金屬樣品的保存方法[14]，選擇添加1 mL硝酸(1∶1)；參考有機物萃取方法[15]加入1 mL甲醇和10 g NaCl，利用“鹽析效應”降低有機物和萃取溶劑在水溶液中的溶解度，提高萃取效果。對這3種方法進行2種濃度多組平行樣品的保存時間實驗，樣品低溫保存，測試方法同“2.1.3節(jié)”。結果見表7。

表7　不同保護劑對頂空法分析四乙基鉛樣品保存時間的影響

由表7可見，加入甲醇和NaCl可以保證樣品在3 d內仍有80％以上的回收率，與不加保護劑低溫冷藏相比，延長了2 d，72 h后回收率為82％。3種保護劑對2種濃度實際水樣加標樣品的變化趨勢和衰減情況基本一致，如果以第1天為100％，7 d的衰減率分別是29％～32％，但鹽酸和硝酸加入后1 h即變?yōu)?5％左右，因此可以肯定,加入稀硝酸和鹽酸保存試劑后不適合采用頂空方法分析四乙基鉛，但并不能完全說明不能起到保護四乙基鉛的作用，也許是加入酸降低了其揮發(fā)性或其他原因，需要采用其他分析方法進行進一步驗證。

3　結論

測定水中四乙基鉛的光譜和色譜方法均有其適用的特點，可以滿足不同條件的實驗室和水樣的分析。濃縮比消解和萃取更容易造成四乙基鉛的損失。色譜法更加適合準確定性分析四乙基鉛，光度光譜法可以快速分析有機鉛總量。頂空法是損失最少的最佳前處理方式但檢出限有一定的限制。沒有保護劑的條件下四乙基鉛最好在8 h內分析完畢，加入甲醇和NaCl可以使采用頂空分析的樣品保存3 d。其他不同保護劑的保存效果有待進一步研究。

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