陳潔霞， 韋恩澤， 鮮啟鳴

(污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，江蘇南京210023)

酚類化合物是一種高毒物質(zhì)，且難降解。環(huán)境中酚類污染物的主要來(lái)源包括焦化廠、制藥廠、紡織廠、煤氣廠、石油化工廠、合成酚工業(yè)等［1］，其產(chǎn)生的酚類污染物會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。酚類化合物可長(zhǎng)期殘留于土壤中，并具有致癌、致畸、致突變作用。目前，美國(guó)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［2］，中國(guó)也將其中6種錄入環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單［3］。

至今，國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境樣品中酚類化合物的測(cè)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、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)［4］，而對(duì)土壤樣品的前處理與檢測(cè)方法的研究較少［5］。國(guó)內(nèi)，裴芳等［6］采用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)方法對(duì)某煉油廠退役場(chǎng)地土壤中7種酚類污染物進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)近1/2面積的土地酚類化合物污染嚴(yán)重，其中2，4-二硝基酚和4，6-二硝基-2-甲酚是主要的污染物;蔡全英等［7］采用超聲提取和高效液相色譜法檢測(cè)了廣東省部分土壤中的4-壬基酚，其含量為 5.3～16 μg/kg。國(guó)外，Kumar等［8］采用超聲波萃取和高效液相色譜法對(duì)印度巴格帕特縣的混合土地利用帶土壤中的11種優(yōu)先酚類污染物進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)4-硝基酚和五氯酚為其主要污染物，且總酚平均含量為1.92 mg/kg;Khairy［9］采用超聲波萃取和 GC-MS方法分析了埃及一處極度污染的沿海濕地底泥中29種酚類化合物，總含量為27.6～1 836 μg/kg，平均含量為594 μg/kg，且氯酚是最主要的污染物。

周艷玲［10］綜述了近年來(lái)酚類化合物分析檢測(cè)方法的研究進(jìn)展。土壤和沉積物中酚類化合物分析的前處理方法包括超聲波萃取、索氏提取、超臨界流體萃取和加速溶劑萃取(ASE)等［11-13］;衍生化方法包括N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(MSTFA)、乙酸酐和五氟芐基溴衍生等［14，15］。儀器分析方法包括 GC、HPLC、GC-MS 以及 LC-MS［16，17］。其中，常用的超聲波萃取需要樣品量大，且樣品顆粒大小對(duì)萃取效率有較大的影響;而索氏提取存在耗時(shí)長(zhǎng)(一般16 h以上)，有機(jī)溶劑消耗量大且操作復(fù)雜等缺點(diǎn)［18］。本文前處理選取的加速溶劑萃取則具有溶劑用量少、提取時(shí)間短和樣品提取自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)［19］。通過(guò)衍生化后，酚類化合物的峰形較好，沒(méi)有拖尾現(xiàn)象，且選擇離子掃描(SIM)-GC-MS能有效減少定性定量分析過(guò)程中的干擾。

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)重大環(huán)境污染事故頻繁發(fā)生，而化工園區(qū)作為一類特殊的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所，是污染源相對(duì)集中的區(qū)域，在運(yùn)輸、生產(chǎn)、使用過(guò)程中將直接或間接影響周邊的生態(tài)環(huán)境。根據(jù)調(diào)查，長(zhǎng)江中下游某化工園區(qū)中酚類化學(xué)品的年生產(chǎn)量近萬(wàn)噸，其中苯酚6 500 t/y，其他酚類化合物約3 500 t/y。本文以該化工園區(qū)為研究對(duì)象，研究了土壤與底泥中12種酚類化合物的污染水平和分布情況。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

Trace DSQ-II GC/MS單四極桿氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，配備 Triplus自動(dòng)進(jìn)樣器(美國(guó) ThermoFisher公司);TG-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm ×0.25 μm，美國(guó) Agilent Technologies公司);加速溶劑萃取儀(ASE350，Dionex公司)，配34 mL萃取池;AccuPrepTM自動(dòng)凝膠滲透色譜(GPC)儀(美國(guó)J2 Scientific公司);AL-104電子天平(0.1 mg，梅特勒-托利多儀器有限公司);冷凍干燥儀(美國(guó)Labconco公司)。

苯酚 500 mg/L、2-氯苯酚 500 mg/L、2，4，6-三氯酚 1 500 mg/L、五氯酚 2 500 mg/L、2，4-二甲基苯酚 500 mg/L、2，4-二硝基酚 2 500 mg/L、4-硝基苯酚 2 500 mg/L、4，6-二硝基鄰甲基苯酚 2 500 mg/L、4-氯-3-甲酚2 500 mg/L共9種組分的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(二氯甲烷為溶劑)購(gòu)自 Sigma公司。1 000 mg/L雙酚A(溶于甲醇)、0.25 g對(duì)苯二酚、0.25 g 鄰氯對(duì)苯二酚/氯氫醌、2，2'，5，5'-四溴聯(lián)苯及2，4，6-三溴苯酚購(gòu)自 J＆ K Chemicals公司。5%五氟芐基溴的丙酮溶液:取200 μL五氟芐基溴(J＆K Chemicals公司)溶于3.8 mL丙酮中，于4℃避光冷藏保存，可保存2 w。10%碳酸鉀溶液:稱取1.0 g碳酸鉀溶于水并定容到10.0 mL。所用試劑均為農(nóng)殘級(jí)，其中乙酸乙酯和環(huán)己烷購(gòu)自Tedia公司;二氯甲烷、丙酮、正己烷購(gòu)自Roe Scientific公司。標(biāo)準(zhǔn)土壤為底泥標(biāo)樣，購(gòu)自 Joint Research Center，ISPRA。實(shí)驗(yàn)室用水為純水，經(jīng)色譜檢測(cè)無(wú)干擾峰。

1.2 樣品采集

根據(jù)沿長(zhǎng)江某化工園區(qū)的地形及周邊河流進(jìn)行劃分，如圖1所示，黃色區(qū)域?yàn)樵摶@區(qū)范圍。在化工園區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格法布點(diǎn)(2.3 km×2.7 km)，共布設(shè)17個(gè)點(diǎn)(S1～S17)，其中 S16和 S17位于江心洲上;周邊長(zhǎng)江底泥采樣則根據(jù)等距離(約4～5 km)布點(diǎn)，共布設(shè)7個(gè)點(diǎn)(CJ1～CJ7)。土壤采樣用鐵鍬采集5～20 cm的表層土，底泥采用抓斗式采泥器采集表層底泥，所有樣品當(dāng)天運(yùn)回并立刻于-80℃冷凍保存。

圖1 某化工園區(qū)土壤、底泥采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Sampling sites of the soil and sediment surrounding the chemical industrial park

1.3 樣品前處理

1.3.1 ASE 萃取

稱取5 g經(jīng)冷凍、干燥、研磨并過(guò)100目篩的土壤(底泥)樣品，加入2 μg指示回收率的標(biāo)準(zhǔn)替代物2，4，6-三溴苯酚，再加入2 g硅藻土，攪拌混勻后用二氯甲烷-正己烷(2∶1，v/v)混合溶劑萃取。萃取溫度120℃，壓力10.34 MPa，預(yù)熱6 min，靜態(tài)提取5 min，循環(huán)2次，用萃取池體積60%的溶劑沖洗萃取池，最后用氮?dú)獯祾?10 s。萃取完成后收集萃取液(約60 mL)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至1 mL，然后加入乙酸乙酯-環(huán)己烷(1∶1，v/v)混合溶劑，定容到10 mL GPC小瓶中，待下一步GPC凈化。

1.3.2 GPC 凈化

將上述瓶中的7 mL樣品注入裝有Biobead SX3填料的GPC柱中，洗脫液是乙酸乙酯-環(huán)己烷(1∶1，v/v)，泵流速4.7 mL/min，收集17～29 min 的餾分，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至約1 mL，用約3 mL丙酮洗滌氮吹瓶，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至1.5～2.0 mL。重復(fù)上述步驟3次，更換溶劑體系至丙酮，最后定容到8.0 mL。

1.3.3 衍生化

在上述濃縮液中各加入100 μL 5%五氟芐基溴溶液和100 μL 10%K2CO3溶液，封閉好瓶塞，輕輕振搖1 min，于60℃水浴中加熱1 h。反應(yīng)完成后冷卻至室溫，氮吹濃縮至0.5 mL。再加入3 mL正己烷，繼續(xù)氮吹濃縮至0.8 mL。加入200 ng內(nèi)標(biāo)2，2'，5，5'-四溴聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容至 1 mL，待 GCMS分析。

1.4 GC-MS 分析

GC條件:TG-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣為氦氣，恒流模式，流速 1.2 mL/min;不分流進(jìn)樣1 μL。進(jìn)樣口溫度:270℃;傳輸線溫度:280℃;程序升溫:50℃保持1 min，以10℃/min速率升至170℃保持0.5 min，以5℃/min升至280℃并保持0.5 min，最后以8℃/min升至300℃并保持4 min。

MS條件:電子轟擊離子源(EI)，電子能量70 eV，溫度230℃;單四極桿溫度150℃;掃描方式SIM模式;掃描范圍:m/z 60～650。

酚類化合物的定性根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)保留時(shí)間以及質(zhì)譜特征離子。定量采用內(nèi)標(biāo)法:內(nèi)標(biāo)物為2，2'，5，5'-四溴聯(lián)苯;制備系列質(zhì)量濃度(5、12.5、25.0、50.0、100、200 μg/L)的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以分析物與內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度之比X為橫坐標(biāo)，以分析物與內(nèi)標(biāo)的峰面積之比Y為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 質(zhì)量保證與控制

實(shí)驗(yàn)室空白樣品的分析結(jié)果中，所有待測(cè)目標(biāo)化合物均未檢出。在實(shí)際樣品的分析過(guò)程中，17個(gè)土壤樣品中有2個(gè)平行樣品，7個(gè)底泥樣品有1個(gè)平行樣品，每個(gè)樣品中加替代物2，4，6-三溴苯酚進(jìn)行回收率控制，土壤和底泥中污染物含量均以干重表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 定性、定量參數(shù)的確定

12種酚類化合物的定性、定量參數(shù)見(jiàn)表1。結(jié)果表明:12種酚類化合物在5～200 μg/L線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(R2)≥0.991 6。

表1 酚類化合物定性、定量參數(shù)Table 1 Qualitative and quantitative parameters of the phenolic compounds

2.2 檢出限、回收率與精密度

表2 酚類化合物的檢出限和回收率Table 2 MDLs and recoveries of the phenolic compounds

連續(xù)測(cè)定5 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液7次，按照公式(1)計(jì)算:其中MDL為方法的檢出限;K為置信系數(shù)，當(dāng)置信水平為90%時(shí)，K=3;SD為樣品測(cè)量讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差;C為樣品含量為樣品測(cè)量平均值。根據(jù)實(shí)際稱取的樣品量進(jìn)行換算，得出12種酚類化合物的檢出限為0.410～13.1 μg/kg(見(jiàn)表2)。

在5 g標(biāo)準(zhǔn)土壤中分別加入 2、0.4、0.05 μg 的高、中、低3個(gè)水平的標(biāo)準(zhǔn)酚類化合物，每個(gè)水平平行2份，按照上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行測(cè)定，12種酚類化合物的加標(biāo)回收率為70.7%～122%(見(jiàn)表2)。

中間濃度的加標(biāo)土壤樣品進(jìn)行7次測(cè)定，計(jì)算方法的精密度，為1.2%～16%(見(jiàn)表2)。

與《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查樣品分析測(cè)試技術(shù)規(guī)定》中酚類化合物的氣相色譜測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法相比，本研究建立的分析方法具有較好的檢出限、回收率與精密度，能夠應(yīng)用于環(huán)境土壤樣品及底泥樣品中混合酚類污染物的檢測(cè)。

2.3 化工園區(qū)土壤和底泥中酚類污染物測(cè)定

本研究對(duì)沿江某化工園區(qū)的土壤和周邊長(zhǎng)江底泥樣品中12種酚類化合物進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。所有樣品中僅對(duì)苯二酚未檢出，其他酚類化合物均有檢出。結(jié)果表明:在該化工園區(qū)土壤及長(zhǎng)江底泥中檢出的11種酚類化合物中，五氯酚的含量最低，為0.02～0.03 mg/kg;4-硝基苯酚含量最高，為2.48～9.91 mg/kg。底泥中的酚類污染物平均含量比土壤中的偏高，其中4-硝基苯酚相差約1 mg/kg，主要是由于部分酚類污染物易揮發(fā)，且微溶于水。

表3 某化工園區(qū)土壤、底泥樣品中酚類化合物的含量Table 3 Levels of phenolic compounds in soil and sediment samples surrounding a chemical industrial park

我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(修訂)》［20］中規(guī)定苯酚污染物的標(biāo)準(zhǔn)值為40 mg/kg，該化工園區(qū)土壤中苯酚的含量(＜1 mg/kg)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)《展覽會(huì)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(暫行)》［21］中規(guī)定 2-氯酚、2-硝基酚、2，4-二甲基酚、2，4，6-三氯酚、2，4-二硝基酚和4，6-二硝基鄰甲基苯酚的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值分別為 39、63、160、62、16 和 0.8 mg/kg，而該化工園區(qū)土壤中僅4，6-二硝基鄰甲基苯酚達(dá)到展覽會(huì)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即低于20 mg/kg。由此可見(jiàn)，該化工園區(qū)的酚類污染物污染水平較低。且我國(guó)《工業(yè)企業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)》［22］中酚類污染物通用的直接接觸和遷移至地下水土壤基準(zhǔn)值均大于100 mg/kg。由此可見(jiàn)，該化工園區(qū)酚類污染產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)較低，對(duì)地下水中酚類污染物的污染水平影響較小。

該化工園區(qū)不同采樣點(diǎn)土壤及長(zhǎng)江底泥中酚類化合物總含量及最主要的酚類污染物見(jiàn)表4。從該化工園區(qū)土壤中酚類污染物的檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，園區(qū)最主要的酚類污染物為4-硝基苯酚和4-氯-3-甲酚，園區(qū)及周邊土壤中總酚含量范圍為13.20～29.38 mg/kg，整體污染水平較低。其中S3位于化工園區(qū)中心地帶，測(cè)得的含量最高。據(jù)了解，該化工園區(qū)的眾多企業(yè)中有酚類化合物的生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用，會(huì)對(duì)周邊土壤產(chǎn)生污染。S13、S17的較低，分別位于采樣區(qū)域的西北和西南，其中S17靠近夾江水源地附近，該區(qū)域無(wú)化工企業(yè)?？傮w上看，化工園區(qū)西部土壤中酚類污染相對(duì)較小，東部相對(duì)較高。

同時(shí)，該化工園區(qū)周邊長(zhǎng)江段不同采樣點(diǎn)底泥中的酚類污染物含量相差不大，總酚含量范圍為19.36～25.47 mg/kg;主要酚類污染物的種類和土壤中基本一致，為4-硝基苯酚和4-氯-3-甲酚。含量最高的是CJ6，位于長(zhǎng)江干流與夾江交匯處;而位于夾江水源地處的CJ1點(diǎn)含量最低，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該處地表水中酚類化合物的含量(數(shù)據(jù)未列出)也低于其他點(diǎn)位，達(dá)到了集中式生活飲用水地表水源地特定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值［23］。

表4 某化工園區(qū)土壤、長(zhǎng)江底泥樣中酚類化合物的總含量及最主要的污染物Table 4 Total contents of the phenolic compounds and the main pollutants in the soil and sediment samples surrounding the chemical industrial park

3 結(jié)論

建立了土壤、底泥樣品中12種酚類污染物的檢測(cè)方法，包括ASE萃取、GPC凈化和GC-MS定性定量分析。在沿江某化工園區(qū)土壤及長(zhǎng)江底泥中檢出其中的11種酚類污染物，最主要的為4-硝基苯酚和4-氯-3-甲酚，其次為鄰氯對(duì)苯二酚、4，6-二硝基鄰甲基苯酚和2，4，6-三氯酚，五氯酚濃度最低。對(duì)照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該化工園區(qū)土壤及河流底泥中酚類化合物污染水平不高，且沒(méi)有明顯的空間分布特征。

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