王紹俊, 王 超, 陳 燁, 呂怡兵, 周益民, 滕恩江

(1. 新疆生產(chǎn)建設兵團環(huán)境監(jiān)測中心站, 烏魯木齊 830002; 2. 中國環(huán)境監(jiān)測總站, 北京 100012)

超高效液相色譜法測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺

王紹俊1, 王 超2*, 陳 燁2, 呂怡兵2, 周益民1, 滕恩江2

(1. 新疆生產(chǎn)建設兵團環(huán)境監(jiān)測中心站, 烏魯木齊 830002; 2. 中國環(huán)境監(jiān)測總站, 北京 100012)

氯代苯胺和甲基苯胺是苯胺分子中苯環(huán)上的氫原子分別被一個氯或甲基官能團取代后形成的苯胺類化合物(ADs)。氯代苯胺和甲基苯胺是有機合成中重要的中間體,廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、燃料和日用化工領域。該類化合物具有較強的揮發(fā)性,可經(jīng)呼吸系統(tǒng)、皮膚等進入人體,對血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等造成損傷[1],其中對氯代苯胺、鄰甲基苯胺等還被國際癌癥研究機構(IARC)認定為致癌物或可能的致癌物[2]。

為加強該類化學品的風險管理和防控,我國將氯代苯胺和甲基苯胺同時列入《危險化學品目錄(2015版)》[3],將對氯代苯胺、甲基苯胺等ADs列入“十二五”環(huán)境風險重點防控化學品名單[4],將鄰氯代苯胺和鄰甲基苯胺列入《重點環(huán)境管理危險化學品目錄(第一批)》[5]。

氯代苯胺和甲基苯胺分別有鄰位、間位和對位等3種同分異構體,氯代苯胺和甲基苯胺的同分異構體的測定是開展化學品風險管理及污染防治的重要基礎。由于分子式相同,理化性質(zhì)接近,同分異構體往往難以得到成功分離和檢測。關于空氣中氯代苯胺和甲基苯胺分析的研究報道較少,已有的報道僅限于一種氯代苯胺或甲基苯胺化合物。文獻[6]中采用硅膠管采樣-氣相色譜法測定作業(yè)場所空氣中的對氯代苯胺,文獻[7]中采用熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜法測定空氣中的鄰甲基苯胺,文獻[8]中采用硅膠管采樣-氣相色譜法測定環(huán)境空氣中的鄰甲基苯胺。

超高效液相色譜法(UHPLC)采用約2 μm粒徑填料的色譜柱,具有更快的分離速率和更高的靈敏度,近年來成功地用于空氣和水中ADs的分析[9-11]。本工作采用UHPLC同時測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺的同分異構體。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

Waters ACQUITY UPLC H-class型超高效液相色譜儀;KC-60D型大氣采樣器;硅膠吸附管[內(nèi)徑6 mm,長120 mm,前段150 mg/后段75 mg,180～250 μm(60～80目)],0.22 μm聚四氟乙烯濾膜針式過濾頭。

鄰甲基苯胺標準儲備溶液:2 182 mg·L-1,稱取鄰甲基苯胺10.91 mg,用甲醇定容至5 mL。

間甲基苯胺標準儲備溶液:2 246 mg·L-1,稱取間甲基苯胺11.23 mg,用甲醇定容至5 mL。

對甲基苯胺標準儲備溶液:3 096 mg·L-1,稱取對甲基苯胺15.48 mg,用甲醇定容至5 mL。

鄰氯代苯胺、間氯代苯胺、對氯代苯胺標準儲備溶液:均為1 000 mg·L-1。

混合標準溶液:200 mg·L-1,分別移取2 182 mg·L-1鄰甲基苯胺標準儲備溶液0.458 mL,2 246 mg·L-1間甲基苯胺標準儲備溶液0.445 mL,3 096 mg·L-1對甲基苯胺標準儲備溶液0.323 mL以及1 000 mg·L-1鄰氯代苯胺、間氯代苯胺和對氯代苯胺標準儲備溶液各0.200 mL,用甲醇稀釋至5 mL。

乙酸銨溶液:5 mmol·L-1,稱取乙酸銨0.192 5 g溶解于500 mL水中,用乙酸調(diào)節(jié)pH至4.0,經(jīng)過0.22 μm濾膜抽濾后使用。

乙酸銨、乙酸為優(yōu)級純,甲醇為色譜純,試驗用水為二次去離子水。

1．2 儀器工作條件

ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm);柱溫40 ℃;流量0.3 mL·min-1;進樣量1 μL;紫外檢測波長280 nm。流動相:A為pH 4.0的5 mmol·L-1乙酸銨溶液,B為乙腈。梯度洗脫程序:0～2 min時,B為25%;2～4 min時,B由25%升至50%,保持2.5 min;6.5～10 min時,B由50%降至25%。

1．3 試驗方法

采樣時,將硅膠吸附管兩端打開,用硅膠管連接大氣采樣器進氣口,另一端垂直向上,以流量0.5 L·min-1采樣,記錄采樣時間、采樣點溫度和大氣壓等。采樣結束后,立即將硅膠吸附管兩端套封。

將采樣后的硅膠吸附管的前端硅膠和后端硅膠分別移入1.5 mL聚丙烯離心管中,加入1%(體積分數(shù),下同)氨水甲醇溶液1 mL,振蕩混勻后解吸20 min。移取解吸溶液,采用0.22 μm聚四氟乙烯濾膜的針式過濾器,過濾至進樣小瓶中,按儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2．1 色譜行為

2 mg·L-16種氯代苯胺和甲基苯胺混合標準溶液的色譜圖見圖1。

1-對甲基苯胺;2-間甲基苯胺;3-鄰甲基苯胺;4-對氯代苯胺;5-間氯代苯胺;6-鄰氯代苯胺圖1 混合標準溶液的色譜圖Fig. 1 Chromatogram of mixed standard solution

由圖1可知:甲基苯胺早于氯代苯胺出峰,同分異構體的出峰順序均依次為對位、間位和鄰位。甲基苯胺和氯代苯胺可與空氣中可能存在的苯胺、N,N-二甲基苯胺、聯(lián)苯胺等苯胺類化合物相互分離,避免干擾。

2．2 色譜條件的選擇

2．2．1 紫外檢測波長

采用超高效液相色譜儀的二極管陣列檢測器,分別對6種氯代苯胺和甲基苯胺標準溶液的紫外波長(210～400 nm)吸收進行掃描,結果顯示氯代苯胺和甲基苯胺在230,280 nm處存在特征吸收。由于在280 nm紫外波長下,流動相梯度淋洗而引起的基線漂移程度明顯低于230 nm,試驗選擇紫外檢測波長為280 nm。

2．2．2 色譜柱

試驗考察了ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×50 mm,1.7 μm),ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm),ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(2.1 mm×50 mm,1.7 μm)和ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm)等對甲基苯胺和氯代苯胺同分異構體的分離效果。結果顯示ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm)的分離效果較好,試驗選用ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm)。

2．2．3 流動相

由于氯代苯胺和甲基苯胺是弱堿類物質(zhì),采用一定濃度的乙酸銨緩沖溶液作為流動相,抑制其與色譜柱填料上的硅羥基發(fā)生離子交換作用,從而改善色譜峰形。試驗選擇采用5 mmol·L-1乙酸銨緩沖溶液(pH 6.8)作為流動相。結果表明:甲基苯胺的出峰時間早于氯代苯胺,但同分異構體相互無法得到分離。

試驗考察了流動相的pH分別為3.0,4.0,5.0,6.8,8.0,9.0時對甲基苯胺同分異構體的分離效果。結果顯示:流動相的pH顯著影響甲基苯胺同分異構體的出峰時間和分離效果;流動相pH越小,甲基苯胺同分異構體的出峰時間越早;當pH為3.0及不小于5.0時,3種甲基苯胺同分異構體均不能有效分離;當pH為4.0時,3種甲基苯胺同分異構體才得到有效分離。試驗選擇流動相的pH為4.0。

試驗考察了甲醇-乙酸銨和乙腈-乙酸銨兩種流動相體系對氯代苯胺和甲基苯胺的分離效果,結果表明:采用乙腈-乙酸銨流動相體系時,氯代苯胺和甲基苯胺的峰形和響應度均優(yōu)于甲醇-乙酸銨流動相體系,而且分析時柱壓相對較低,因此試驗選用乙腈-乙酸銨流動相體系。通過優(yōu)化乙腈-乙酸銨流動相梯度洗脫條件,氯代苯胺和甲基苯胺在6 min內(nèi)可得到分離。

2．3 解吸條件和過濾條件的選擇

文獻[11]報道由于苯胺、硝基苯胺等ADs可和硅膠表面大量裸露的硅羥基發(fā)生強烈的離子交換作用,單純用有機溶劑無法將其從硅膠上解吸下來。試驗考察了體積分數(shù)為0,0.5%,1%,2%,5%,10%的氨水甲醇溶液對硅膠吸附的氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果。結果表明:使用甲醇無法解吸氯代苯胺和甲基苯胺,推測是由于其與硅膠表面硅羥基之間的強烈離子交換作用,當在甲醇中加入一定量氨水后,可破壞離子交換作用,促使其順利解吸。當采用1%氨水甲醇溶液時,氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果良好,因此試驗選擇1%氨水甲醇溶液作為解吸液。

在前段150 mg硅膠中加入0.5 μg標準品,采用1%氨水甲醇溶液作為解吸液,考察了解吸時間為0,10,20,30 min時,氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果。結果表明:6種ADs的解吸速率較快,10 min時已基本解吸完全。試驗選擇解吸時間為20 min,以保證解吸完全。

進樣分析前,試驗比較了兩種針式過濾器(尼龍濾膜和聚四氟乙烯濾膜)過濾對測定結果的影響。結果顯示:采用尼龍濾膜過濾會析出雜質(zhì),干擾氯代苯胺的測定;采用聚四氟乙烯濾膜過濾,對氯代苯胺和甲基苯胺均無明顯的吸附作用且不析出干擾物質(zhì),因此試驗選擇聚四氟乙烯濾膜針式過濾器進行過濾。

2．4 樣品保存和穿透試驗

加入2.0 μg氯代苯胺和甲基苯胺至硅膠管的前段硅膠中,用塑料帽密封好硅膠管兩端,置于4 ℃避光條件下保存。分別于當天、第3天、第5天和第7天各取5支加標管,測定硅膠管中氯代苯胺和甲基苯胺含量,計算不同天數(shù)保存下樣品的回收率。結果表明:樣品在4 ℃避光條件下穩(wěn)定性較好,回收率為86.0%～104%,至少可以保存7 d。

在密閉裝置中放置一個表面皿,在其上滴加200 mg·L-1氯代苯胺和甲基苯胺混合標準溶液。氯代苯胺和甲基苯胺在室溫下(約25 ℃)不斷揮發(fā)至密閉裝置的空氣中,這可模擬含一定濃度氯代苯胺和甲基苯胺的空氣,然后以硅膠吸附管進行采樣,分別測定前段和后段硅膠中氯代苯胺和甲基苯胺的質(zhì)量,當后段硅膠中目標化合物質(zhì)量不大于前段硅膠中目標化合物質(zhì)量的5%時,以前段硅膠中的目標化合物的質(zhì)量表示穿透容量。結果表明:該硅膠管的氯苯胺穿透容量大于0.15 mg,甲基苯胺穿透容量大于0.2 mg。

2．5 標準曲線與檢出限

配制0.5,1.0,2.0,5.0,10,20 mg·L-1氯代苯胺和甲基苯胺混合標準溶液,按儀器工作條件進行測定,并繪制標準曲線。結果表明:各苯胺類化合物的質(zhì)量濃度均在0.5～20 mg·L-1內(nèi)呈線性,氯代苯胺和甲基苯胺的線性回歸方程及相關系數(shù)見表1。

向采樣管中加入低濃度Ads,采集10 L空氣經(jīng)前處理后進樣分析,以3倍的信噪比計算方法的檢出限(3S/N),結果見表1。

表1 線性參數(shù)及檢出限Tab. 1 Linearity parameters and detection limits

2．6 方法的回收試驗

分別在硅膠吸附管中加入0.5,2.0,20 μg的氯代苯胺和甲基苯胺,按試驗方法進行加標回收試驗,平行測定5次,結果見表2。

表2 回收試驗結果(n=5)Tab. 2 Results of tests for recovery

2．7 樣品分析

采集分析實驗室室內(nèi)(A)和室外(B)空氣樣品,另外在密閉裝置中放置不同濃度的氯代苯胺和甲基苯胺溶液,在室溫下鼓泡揮發(fā),得到氯代苯胺和甲基苯胺污染的空氣樣品(C～G),按試驗方法進行測定。結果表明:在實驗室室內(nèi)和室外空氣樣品中均未檢出氯代苯胺和甲基苯胺,在模擬受污染空氣中可檢出不同質(zhì)量濃度的6種氯代苯胺和甲基苯胺,結果見表3。

表3 樣品分析結果Tab. 3 Analytical results of samples

本工作建立了硅膠吸附管采樣-超高效液相色譜法測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺的方法。該方法可實現(xiàn)氯代苯胺和甲基苯胺同分異構體的同時分析,有效滿足環(huán)境空氣、工作場所空氣以及相關化學品突發(fā)泄漏事故現(xiàn)場空氣中相關的監(jiān)測需求。

[1] 張印德,高玉之,傅鳴遠.苯的胺基、硝基化合物中毒的防治[M].北京:化學工業(yè)出版社, 1982．

[2] International Agency for Research on Cancer. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans[EB/OL]. [2013-04-10]. http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/．

[3] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局公告2015年第5號[EB/OL]. [2015-03-09]. http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_4188/2015/0309/247041/content_247041.htm．

[4] 環(huán)境保護部.中華人民共和國環(huán)境保護部公告2013年第20號[EB/OL]. [2013-02-07]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201302/t20130220_248271.htm．

[5] 環(huán)境保護部.關于發(fā)布《重點環(huán)境管理危險化學品目錄》的通知[EB/OL]. [2014-04-04]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201404/t20140409_270296.htm．

[6] 董銀根,沈志武,吳潤琴.作業(yè)場所空氣中對氯苯胺的溶劑解吸氣相色譜測定法[J].職業(yè)與健康, 2006,22(9):660-661．

[7] 顧海東,秦宏兵,周民鋒.熱脫附-氣相色譜質(zhì)譜法測定空氣中苯胺類化合物[J].蘇州科技學院學報(工程技術版), 2013,26(1):9-12．

[8] 李剛,許月英,陳靜.硅膠管采樣-氣相色譜測定環(huán)境空氣中苯胺類化合物[J].干旱環(huán)境監(jiān)測, 2008,22(2):73-76．

[9] 王超,呂怡兵,滕恩江,等.超高壓液相色譜熒光檢測法快速測定水中痕量苯胺與聯(lián)苯胺[J].分析測試學報, 2013,32(1):32-37．

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10.11973/lhjy-hx201702020

2016-02-21

O652.63

B

1001-4020(2017)02-0216-04

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