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液相色譜直接測定水中苯胺在應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用

馮 媛，楊麗麗，馬 玲，趙 鑫，李治國，高 遠

(石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心，河北石家莊 050022)

為了建立一種快速準確測定水體中苯胺的分析方法，以用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測，使用高效液相色譜-熒光檢測法測定水中的苯胺。將水樣經(jīng)微孔濾膜(0.22 μm)過濾后直接進樣分析，以甲醇和磷酸鹽緩沖溶液作為流動相，在λEx/λEm=230 nm/340 nm的熒光條件下進行測定，數(shù)據(jù)顯示：該方法在質(zhì)量濃度0.010～2.00 mg/L的范圍內(nèi)線性良好，檢出限為0.098 μg/L，測定下限為0.392 μg/L；在連續(xù)12 d的實際環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，其加標回收率為91%～106%，相對標準偏差(RSD)為0.0%～3.1%，繪制質(zhì)量控制圖結(jié)果滿意。該方法可快速準確地提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，是監(jiān)控水體污染程度和評估應(yīng)急處理措施的有效手段，適用于水中苯胺的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測和日常監(jiān)測。

環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價；苯胺；高效液相色譜-熒光檢測法；環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測；質(zhì)量控制圖

苯胺(aniline)是重要的胺類物質(zhì)之一，微溶于水，是用于染料制造、制藥、橡膠、樹脂和油漆的重要原料，在化工生產(chǎn)中被大量使用[1]。苯胺毒性大，也是重要的環(huán)境污染物之一，可造成水污染，進入人體后會損害血紅蛋白[2]，而且難降解，已被多個國家列為優(yōu)先控制污染物[3-4]，中國也將苯胺列入水體優(yōu)先控制污染物名單，對其進行嚴格控制，《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)中規(guī)定集中式生活飲用水地表水源地的苯胺限值為0.1 mg/L(質(zhì)量濃度)[5]。近年來在中國發(fā)生了多起苯胺污染環(huán)境水體的突發(fā)性事故[6-9]，因此十分有必要建立水體中苯胺的快速檢測方法，以便用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測。

水體中苯胺的檢測方法主要有分光光度法[10]、氣相色譜法[11]、氣相色譜-質(zhì)譜法[12]、液相色譜-紫外法[13]、超高效液相色譜-熒光法[14]等。其中，分光光度法測定的是苯胺類物質(zhì)，不能單獨測定苯胺；氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法和液相色譜-紫外法要實現(xiàn)低的方法檢出限，需要對樣品進行富集濃縮，前處理過程復(fù)雜繁瑣，無法實現(xiàn)快速測定，不適用于突發(fā)事故的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測。液相色譜-熒光法測定苯胺，直接進樣即可實現(xiàn)低的檢出限，方法操作簡單、快速。目前多見使用超高效液相色譜-熒光法進行苯胺與其他物質(zhì)的共同測定，而采用廣泛使用的普通的高效液相色譜-熒光法，來測定水中苯胺并應(yīng)用到環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，則尚未見報道。本文建立了高效液相色譜-熒光法直接測定水中苯胺的方法，應(yīng)用于突發(fā)環(huán)境事故的應(yīng)急監(jiān)測，在持續(xù)12 d的監(jiān)測中，采取了嚴密的質(zhì)量控制措施進行監(jiān)控，繪制了質(zhì)量控制圖。該方法展現(xiàn)出了良好的準確性，且測定濃度范圍大、簡便快速，可以滿足環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測和日常監(jiān)測的要求。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1260高效液相色譜儀，配備二極管陣列檢測器(DAD)以及熒光檢測器(FID)；0.22 μm一次性PES膜針頭過濾器；2 mL棕色玻璃進樣小瓶。

100 mg/L水中苯胺標準溶液(環(huán)保部標準樣品研究所提供)；水中苯胺標準樣品(環(huán)保部標準樣品研究所提供，GSBZ 50034)；甲醇(色譜純)；超純水(電阻率≥18.2 MΩ·cm)；磷酸二氫鉀(優(yōu)級純)，磷酸氫二鈉(優(yōu)級純)。

1.2 標準貯備液及緩沖鹽溶液的配制

1)苯胺標準貯備液：準確移取質(zhì)量濃度為100 mg/L苯胺標準溶液10.0 mL至100 mL的容量瓶中，加入超純水定容至刻度線，備用，貯備液苯胺質(zhì)量濃度為10.0 mg/L。

2)磷酸鹽緩沖溶液：分別配制0.05 mol/L的磷酸二氫鉀水溶液和0.05 mol/L磷酸氫二鈉水溶液，再將二者以體積比1∶1混合，緩沖溶液的pH值為6.8。

1.3 樣品采集與保存

采集水樣貯存于棕色玻璃瓶中，由于水中苯胺易于降解，水樣采集后應(yīng)盡快測定，若不能及時測定，應(yīng)置于4 ℃處冷藏、避光保存，并在24 h內(nèi)對水樣進行分析[15]。

1.4 樣品預(yù)處理

取水樣1～2 mL，直接使用0.22 μm的濾膜過濾至2 mL進樣小瓶中，待測。若水樣為污水，其中有明顯的懸浮物，則取水樣5 mL左右，以2 500 r/min的轉(zhuǎn)速離心3 min，取上清液經(jīng)0.22 μm的濾膜過濾至2 mL進樣小瓶中，待測。

1.5 色譜分析條件

1)流動相：將甲醇與磷酸鹽緩沖溶液以體積比40∶60混合；流速為0.7 mL/min；進樣量為10 μL。2)色譜柱：ZORBAX SB-C18色譜柱(4.6 mm×150 mm×5 μm，美國Agilent公司提供)；色譜柱溫為35 ℃。3)熒光檢測波長：λEx/λEm=230 nm/340 nm。

以保留時間定性，外標法定量。苯胺標準物質(zhì)測定結(jié)果見圖1。

圖1 苯胺HPLC色譜圖Fig.1 HPLC chromatogram of aniline

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜分析條件的選擇

2.1.1 激發(fā)波長和發(fā)射波長

熒光檢測器具有高選擇性和高靈敏度，選擇合適的檢測條件能夠消除和減少干擾物質(zhì)峰，提高分析的準確度。

首先利用二極管陣列檢測器(DAD)對苯胺標準物質(zhì)進行200～400 nm的三維紫外吸收波譜采集，以確定最大的紫外吸收波長，為確定熒光最佳激發(fā)波長提供參考，波譜掃描結(jié)果見圖2。苯胺在230 nm處有1個大的吸收峰，在280 nm處有1個較小吸收峰。因此選用230 nm作為激發(fā)波長進行熒光檢測試驗，固定熒光檢測器激發(fā)波長為230 nm，掃描220～400 nm的發(fā)射光譜，掃描結(jié)果見圖3，可以確定最佳發(fā)射波長為340 nm。進一步優(yōu)化激發(fā)波長，固定發(fā)射波長為340 nm，將熒光檢測器在200～320 nm處進行激發(fā)光譜掃描，波譜結(jié)果見圖4，可見苯胺仍是在230 nm和280 nm處的激發(fā)能量最大。為確定最佳激發(fā)波長，對同一濃度的苯胺標準物質(zhì)進行如下條件的熒光檢測：1)λEx/λEm=230 nm/340 nm；2)λEx/λEm=280 nm/340 nm，譜圖對比結(jié)果見圖5。由圖可知，條件1)的響應(yīng)值高于條件2)，因此最終選用λEx/λEm=230 nm/340 nm為最佳檢測條件。

圖2 DAD紫外波譜掃描結(jié)果Fig.2 UV spectra scanning results by DAD

圖3 發(fā)射波長掃描結(jié)果Fig.3 Scanning results of emission wavelength

圖4 激發(fā)波長掃描結(jié)果Fig.4 Scanning results of excitation wavelength

圖5 2種檢測條件下的色譜圖對比Fig.5 Comparison of the chromatograms under the two detection conditions

2.1.2 流動相

常用的乙腈-水體系和甲醇-水體系均可滿足分析要求，方法選用了毒性相對較小并且更為經(jīng)濟的甲醇-水體系。

苯胺的pKa為4.63(25 ℃)，在pH值為6～7的中性條件下以分子形式存在，熒光性質(zhì)不會受到影響，因此在中性條件下，以V(甲醇)∶V(水)=40∶60作為流動相對苯胺標準物質(zhì)進行測試，色譜圖見圖6。由圖可以看出苯胺色譜峰響應(yīng)明顯，但是峰形明顯不對稱，峰寬較大，這是由于胺類物質(zhì)在中性條件下可能仍帶正電荷，而色譜柱填料的硅膠表面的硅醇基則可能帶負電荷，二者相結(jié)合、反應(yīng)造成此結(jié)果。對于此類問題，在流動相中添加緩沖鹽可以起到改善峰形的作用，因此選用1.2部分 2)中的磷酸鹽緩沖溶液作為水相流動相，以V(甲醇)∶V(磷酸鹽緩沖溶液)=40∶60的流動相進行分析，色譜圖見圖6可以看出，峰形得到明顯改善。

圖6 2種流動相下的色譜圖對比Fig.6 Comparison of the chromatograms under the two mobile phases

2.1.3 其他條件及干擾排除

1)流動相的流速 在其他條件不變的情況下，改變流動相的流速，對苯胺的色譜峰形未見明顯影響，隨著流速增大苯胺的保留時間有所變短，但是當流速高于0.8 mL/min時會出現(xiàn)高效液相系統(tǒng)的壓力偏高，因此選擇0.7 mL/min作為最終流速。

2)柱溫 由于使用緩沖鹽溶液作為流動相，所以適當提高柱溫有助于降低系統(tǒng)壓力，選擇35 ℃作為最終柱溫。

3)干擾試驗 進行了硝基苯、苯酚等物質(zhì)的分離干擾試驗。向超純水中同時加入苯胺、硝基苯和苯酚標準物質(zhì)，參照1.5部分的方法進行測定，在該分析條件下硝基苯和苯酚未見色譜響應(yīng)。

2.2 線性關(guān)系、檢出限和測定下限

分別移取適量體積的苯胺標準貯備液，用超純水進行稀釋定容，配制成質(zhì)量濃度分別為0.010，0.020，0.050，0.100，0.500，1.00，2.00 mg/L的系列標準溶液，在最佳色譜分析條件下，對系列標準溶液進行測定，以各組分的峰面積對應(yīng)質(zhì)量濃度繪制標準曲線，線性回歸方程為y=50.55x-0.015 2，相關(guān)性系數(shù)為0.999 9。

按照樣品分析步驟進行實驗室空白測定，未見苯胺檢出。因此配制質(zhì)量濃度為0.200 μg/L的苯胺標準溶液，按照樣品分析步驟進行測定，平行測定7份，計算測定結(jié)果的標準偏差，按公式DMDL=t(n-1,0.99)×S計算出檢出限[16]，為0.098 μg/L；以4倍檢出限作為測定下限，為0.392 μg/L。檢出限和測定下限均明顯低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)中規(guī)定的苯胺限值0.1 mg/L，且與經(jīng)過樣品富集濃縮的氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、高效液相色譜法的檢出限相當[11-13]。

2.3 精密度與加標回收率

以未檢出苯胺的自來水配制質(zhì)量濃度為0.100，1.00，2.00 mg/L的苯胺溶液，每個濃度平行配制6份，按照樣品分析步驟對每份溶液進行測試，并統(tǒng)計精密度和方法加標回收率，結(jié)果見表1。對3個受苯胺污染的地表水樣品分別進行加標回收率的測定，加標回收率為92.7%～106%，結(jié)果見表2。方法的實驗室精密度和加標回收率良好。

3 在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)急監(jiān)測中實際樣品分析

在某次污染應(yīng)急事件中，化工廠的苯胺泄露引起了河流污染，并對下游飲用水源地造成威脅。采用高效液相色譜-熒光檢測法對水源地及其上游河流斷面等7個點位進行了持續(xù)12 d的應(yīng)急監(jiān)測，共計測試樣品249個。監(jiān)測期間，水樣的實際測定質(zhì)量濃度為3.62～2.28 μg/L，方法能夠準確快速地給出測定結(jié)果，為環(huán)境管理部門及時提供了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

表1 精密度和加標回收率Tab.1 Precision and average recovery

表2 實際水樣的加標回收率Tab.2 Recovery of actual water samples

3.2 應(yīng)急監(jiān)測過程中的質(zhì)量控制

3.2.1 質(zhì)量控制措施

使用該方法進行應(yīng)急監(jiān)測期間，采取了曲線濃度校核、加標回收率測定、平行雙樣測定、有證標準物質(zhì)測定等質(zhì)量控制措施，其統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 質(zhì)量控制措施Tab.3 Quality control measures

監(jiān)測中，每進行10個樣品測定即進行一次曲線濃度校核或有證標準物質(zhì)測定，充分保證了樣品分析的定量準確性[17]。而平行雙樣的分析結(jié)果說明該方法的樣品測定重復(fù)性穩(wěn)定，并且在實際樣品測定中也具有較好的加標回收率，可以滿足應(yīng)急監(jiān)測及日常監(jiān)測的要求。

3.2.2 標準樣品測定值質(zhì)量控制圖

質(zhì)量控制圖(以下簡稱質(zhì)控圖)能夠直觀地描繪數(shù)據(jù)質(zhì)量的變化情況，從而便于及時發(fā)現(xiàn)分析誤差的異常變化[18]。選用環(huán)保部標準樣品研究所提供的苯胺標準樣品(ρ(苯胺204012)=(0.873±0.049)mg/L，k=3)進行質(zhì)控圖的制作，在12 d的應(yīng)急監(jiān)測中，每12 h進行1次標準樣品的測定，將連續(xù)24次的測定結(jié)果繪制成單值質(zhì)控圖，見圖7。

圖7 苯胺標準樣品單值質(zhì)量控制圖Fig.7 Quality control diagram of aniline standard sample

由圖7可知，苯胺標準樣品的測定結(jié)果，均分布在上下警告限的范圍內(nèi)，質(zhì)控圖不存在連續(xù)5點中有4點在上下輔助線范圍外的情況，中心線的上下側(cè)未出現(xiàn)連續(xù)的9點，質(zhì)控圖上也不存在連續(xù)6點上升或下降的情況，單值質(zhì)控圖繪制結(jié)果滿意，證明此次環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測期間，苯胺的測定是處于穩(wěn)定受控的狀態(tài)，所有樣品的測定結(jié)果準確可靠，也證明了方法的穩(wěn)定可靠[18]。

3.3 環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測結(jié)果

此次環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，對水源地及其上游河流斷面中的3個重要點位進行了持續(xù)12 d的監(jiān)測。點位示意圖見圖8，點位2位于點位1下游4.9 km處，點位3位于點位2下游4.3 km處，3個點位的苯胺質(zhì)量濃度測定結(jié)果的變化趨勢見圖9。

圖8 監(jiān)測點位示意圖Fig.8 Map of monitoring points

圖9 3個點位苯胺質(zhì)量濃度的變化趨勢Fig.9 Aniline concentration at 3 monitoring spots

此次苯胺污染事故采取了活性炭吸附等措施進行污染物的消除，污染較為嚴重的上游點位1、點位2的苯胺濃度在應(yīng)急監(jiān)測初期出現(xiàn)了快速的下降，說明污染應(yīng)急措施發(fā)揮了作用。在應(yīng)急監(jiān)測的第4天，點位1和點位2的苯胺質(zhì)量濃度均已低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)中規(guī)定的限值0.1 mg/L，第5天下游點位3的苯胺質(zhì)量濃度也已低于0.1 mg/L。在之后幾天的監(jiān)測中，由于污染應(yīng)急措施和水體自凈功能的雙重作用，3個點位的苯胺質(zhì)量濃度均繼續(xù)平穩(wěn)下降，并且在監(jiān)測的第10，11天均已降至0.01 mg/L以下，在第12天仍未出現(xiàn)苯胺含量又反復(fù)升高的現(xiàn)象，說明受污染水體中的苯胺含量已降至安全水平。這也說明該測定方法可以作為評估污染應(yīng)急處理措施的有效手段。

4 結(jié) 語

本文利用高效液相色譜-熒光法直接進樣進行水中苯胺的測定，具有樣品處理步驟簡單、檢出限低、測定速度快等特點和優(yōu)勢，適用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測和日常監(jiān)測。在連續(xù)12 d的實際環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，采用了多種質(zhì)量控制措施來監(jiān)控此方法，結(jié)果呈現(xiàn)了良好的線性關(guān)系、精密度和加標回收率，繪制標準樣品單值質(zhì)量控制圖結(jié)果滿意，充分證明了該方法具有良好的準確性。在實際環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，使用該方法連續(xù)測定污染水體中的苯胺，直至測定結(jié)果低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)限值的10倍以下。因此，該方法能夠準確快速地給出測定結(jié)果，及時為環(huán)境管理部門提供大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，可有效防止污染事故的擴大，是評估苯胺污染應(yīng)急處理措施的有效手段。

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Direct determination of aniline in water by HPLC and its application in environmental emergency monitoring

FENG Yuan，YANG Lili，MA Ling，ZHAO Xin，LI Zhiguo，GAO Yuan

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang, Hebei 050022, China)

In order to build a fast and accurate determination method of aniline in water for the environmental emergency monitoring, HPLC with fluorescence detection is used for simultaneous determination of aniline in water. Water samples are filtered through a microfiltration membrane (0.22 μm), and are analyzed directly. With methanol and phosphate buffer solution as mobile phase, it is detected under the fluorescence (λEx/λEm=230 nm/340 nm). This method has higher linearity in the range of 0.010～2.00 mg/L, the detection limit is 0.098 μg/L, and the determination limit is 0.392 μg/L. During continuous actual environmental emergency monitoring of 12 days, the recovery of this method is 91%～106%, RSD is 0.0%～3.1%, and the quality control chart shows that the result is satisfactory. The method could provide monitoring data fast and accurately, and is an effective means for the monitoring of the pollution degree of water and the evaluation of emergency treatment, suiting for the environmental emergency monitoring and daily monitoring of aniline in water.

environmental quality monitoring and evaluation; aniline; HPLC with fluorescence detection; environmental emergency monitoring; quality control chart

1008-1534(2016)06-0519-06

2016-07-22;

2016-09-22；責(zé)任編輯：王海云

馮 媛(1982—)，女，河北石家莊人，工程師，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測技術(shù)方面的研究。

E-mail：fengyuaner@163.com

A

10.7535/hbgykj.2016yx06014

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