陳海泉，顏 治，吳 浩，林 妮，楊麗丹

（深圳海關(guān)食品檢驗檢疫技術(shù)中心，廣東 深圳 518000）

氟是與人類健康密切相關(guān)的必需微量元素，氟化物的原始來源是土壤中的云母、磷灰石和電氣石，土壤中氟的含量在很大程度上取決于土壤無機組分的礦物組成［1］，而土壤環(huán)境中的氟是水和食物鏈［2］中氟的主要來源［3］。適量的氟對機體來說是必要的，但如果攝入過高以至失衡，輕微的可能會形成氟斑牙，嚴重的對于人、動物和植物都會導致氟病變的產(chǎn)生［4］。植物可以通過氣孔或者根部吸收氟化物［2，5］，過量的氟化物可能會導致光合作用能力下降，以及在食物鏈中增加氟化物含量的積累；人體內(nèi)氟化物的失衡可能會導致牙齒和骨骼方面的疾病［6］，例如骨密度下降，甚至是骨癌［7］。中國大部分地區(qū)處于高氟地區(qū)，加上工業(yè)化肥的使用和冶煉工業(yè)廠氣體的排放都能使氟化物侵入土壤，對土壤造成污染［2，8-9］。特別是欠發(fā)達地區(qū)［10］，如果飲用水和澆灌用水沒有經(jīng)過嚴格把控，對于人體和農(nóng)作物都是會帶來不可逆轉(zhuǎn)的損害。有研究顯示，作為經(jīng)濟作物的茶樹，會比一般植物更能吸收土壤中的氟化物［11］；加上現(xiàn)在農(nóng)業(yè)化肥的過度使用，化肥中含氟量較高，高含量的氟化物能吸附鋁形成絡(luò)合物殘留在土壤當中，間接增加了土壤中鋁含量，對土壤造成重金屬污染［12］；也有文獻報道通過分析土壤的數(shù)據(jù)得知該區(qū)域動物體內(nèi)污染元素的分布，這樣就可以不用通過提取動物器官來進行研究，而是采集土壤來進行檢測，這樣能很好地保護生態(tài)平衡［13］。因此，對土壤進行氟化物含量的檢測就尤為重要。

目前對于氟含量檢測，有離子選擇電極法［14-15］、頂空氣相色譜法［16-17］、比色法［18］、高效液相色譜法和離子色譜法［19-20］、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)［21-22］等。比色法操作步驟繁瑣，顯色時間較長，很難大批量操作；高效液相色譜法和離子色譜法對于氟離子能準確定量，但是設(shè)備昂貴，而且由于基質(zhì)為土壤，土壤中的氟化物并不適合進行水相的洗脫，因此用高效液相色譜法和離子色譜法的只有對食品和水的一些研究；離子選擇電極法，會受到消化液中其他離子的干擾，而在調(diào)節(jié)pH值時，若消化液的pH值過低，形成氫氟酸，對氟離子的定量檢測帶來誤差；頂空氣相色譜法，需要儀器具有頂空進樣裝置，儀器功能的多樣性的要求較高，并且有可能在加入衍生溶液之后，蓋子氣密性不好的情況下開始衍生，導致衍生生成的氣體泄漏影響測定的準確性；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對于檢測物質(zhì)除了能準確定量外，還能夠定性，測定更精準，靈敏度也高，但是質(zhì)譜設(shè)備昂貴，加上質(zhì)譜在日常維護需要投入更多，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀并不常見于一般的檢測單位中，對于日常的常規(guī)檢測帶來了設(shè)備上的困難，文獻報道的用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定氟化物的多為血液和尿液等一些醫(yī)療方面的研究。

本文用國標GB/T 22104-2008中提供土壤的消化方法［14］為基礎(chǔ)，改良了土壤的消化方法［3，23］，土壤樣品用氫氧化鈉在高溫熔融后，用熱水浸取后冷卻定容，然后在移取樣液之后再調(diào)節(jié)pH值至中性，得到土壤的消化液。運用三甲基氯硅烷（TMCS）水解生成硅醇，與熔融后的土壤中的氟化物反應(yīng)生成氣態(tài)的氟硅烷（TMFS）［24］的原理，參考國標中測定牙膏中氟［25］的氣相色譜的相關(guān)條件，用帶有正戊烷內(nèi)標的甲苯吸收衍生出來的氣體，并用含鹽分的水相以及低溫進行有機相和無機相的分層，取甲苯層進行檢測。此法不需要運用頂空裝置，只需帶有FID檢測器的氣相色譜儀便可以檢測。同時，由于通過三甲基氯硅烷（TMCS）的衍生，可以排除別的離子的干擾，加上內(nèi)標的加入，排除基體效應(yīng)的干擾。

1 實驗材料與準備

1.1 主要試劑

甲苯（色譜純）；三甲基氯硅烷（TMCS）（分析純）；高氯酸（70%～72%）；正戊烷（色譜純）；氟化鈉標準溶液（中國計量院1 000 mg/L）；實驗一級水；氯化鈉（分析純）；溴甲酚紫（分析純）；氫氧化鈉（分析純）；鹽酸（分析純）。

1.2 土壤質(zhì)控樣品

水系沉積物成分分析標準物質(zhì)（GBW07365）。

1.3 主要儀器

馬弗爐：CARBOLITE AAF11/18；分析天平：METTLER TOLEDO AG204；數(shù)量型多管式漩渦混合器Taltoys EOFO-9945066；低溫冰箱：SANYO MDF-U5411；氣相色譜儀：Agilent Technologies 7890B GC System；氣相色譜柱：Agilent Tecnologies，Inc.19091Z-433 HP-1 30 m×0.250 mm。

1.4 色譜條件

程序升溫：初始溫度60℃，初始時間1.8 min，升溫速率40℃/min，終止溫度160℃，保持3 min；進樣口溫度：200℃；檢測器（FID）溫度：300℃；進樣量：10 μL；載氣：氮氣，423 kPa；分流比：1∶13；隔墊吹掃：2 mL/min；尾吹氣：氮氣，25 mL/min。

2 實驗步驟

2.1 樣液的制備

采集的土壤樣品（約500 g），攤在聚乙烯薄膜或清潔的紙上，放在通風避光的室內(nèi)自然風干。風干后用木棒壓碎，去除石子和動植物殘體等異物，過2 mm尼龍篩，過篩樣品全部置于聚乙烯薄膜上，充分混勻，用四分法縮分為約100 g。用瑪瑙研缽研磨土樣至全部通過0.149 mm尼龍篩，混勻后備用［4］。

準確稱取樣品0.5 g（精確到0.000 1 g）于50 mL鎳坩堝中，加入4 g氫氧化鈉（3 g與樣品混勻，1 g均勻覆蓋于表面），放入馬弗爐中650℃加熱（有加標的要事先用烘箱105℃將水分烘干冷卻后再稱取氫氧化鈉），保溫20 min。取出冷卻，用50 mL剛煮沸的水分幾次浸提，直至熔塊完全溶解，移入100 mL燒杯中，冷卻后加入10 g氯化鈉使體系含有10%的氯化鈉，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容備用。

2.2 標準溶液的配制

分 別 取 0.00、0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 mL氟離子標準溶液至離心管中，并用10%氯化鈉溶液定容至10 mL，得標準溶液中氟離子質(zhì)量濃度分別為 0、1、2、5、10、20、50、100 mg/L。

2.3 標準溶液和樣品溶液的處理

準確取10 mL樣液至離心管，滴加0.04%溴甲酚紫指示劑1～2滴，用鹽酸（1+1）由藍紫色調(diào)至黃色，然后放于冰箱冷凍室（-20℃）冷卻10 min，然后在每個瓶中依次加入0.5 mL高氯酸、10.0 mL帶有正戊烷內(nèi)標的甲苯提取液和5.0 mL三甲基氯硅烷，每加完一種試劑立即加蓋（此操作需在通風櫥里完成），加好試劑的標準溶液及樣品溶液放在振蕩器上，以速度2 500 r/min震蕩10 min。取下放入冷凍室（-20℃）冷卻30 min，取甲苯層上機檢測。標準溶液的實驗方法與樣品溶液的實驗方法一樣。

3 結(jié)果與分析

3.1保留時間

將氟離子質(zhì)量濃度為10 mg/L按照標準溶液和樣品溶液的處理步驟得甲苯吸收液，進樣量為10 μL，上機進行檢測，得圖1標準溶液的圖譜，1.661 min出峰時間為氟化物的出峰時間，1.839 min的出峰時間為正戊烷的出峰時間。

圖2為本實驗外標測定法的曲線，線性r2達0.999 6，滿足本實驗的定量要求。

圖1 標準溶液的圖譜

圖2 外標測定法的曲線

3.2 儀器進樣再現(xiàn)性分析

從試驗中的儀器進樣再現(xiàn)性實驗中的平均值與精密度可看出，儀器對于同一樣品瓶重復進樣，檢測出來的結(jié)果的平行性較理想，可以斷定儀器對于同樣濃度下的樣品瓶做出來結(jié)果的誤差較小。而在試驗中土壤樣品的最適條件摸索和加標回收實驗中，對于檢測中的進樣誤差影響較小。

表1 10 mg/L標準點與土壤樣品的再現(xiàn)性

3.3 土壤樣品加標回收分析

實驗結(jié)果顯示，用衍生氣相色譜法測定土壤中氟化物的含量，結(jié)果在證書（見1.2節(jié)）參考值范圍內(nèi)。一個樣品本底和3個樣品加標一共4個濃度水平，在精密度方面，RSD都在3%以內(nèi)，說明不同濃度下的土壤樣品的平行性都符合要求；在回收率方面，4個濃度水平也都在85%～100%之間，表明能夠準確定量。

表2 平行加標實驗原始數(shù)據(jù)與精密度

表3 平行加標實驗平均回收率

3.4 前處理方法討論

在選擇熔融劑時［3，23］，分別嘗試了用氫氧化鈉與氫氧化鉀，發(fā)現(xiàn)氫氧化鉀爬壁現(xiàn)象嚴重，而且氫氧化鉀的成本高，因此選擇氫氧化鈉作為土壤的熔融劑。

表4、表5是對熔融條件進行優(yōu)化［3，23］，固定時間在20 min，設(shè)置溫度梯度為550、650、750℃。從表中的平均值和精密度可看出，溫度影響相對較小，平均值都接近土壤參考值，而且精密度也非常相近，但在650℃平均值與精密度都是最優(yōu)的，因此選擇了650℃作為熔融溫度。

在溫度保持在650℃的情況下，將保溫時間梯度15、20、40和60 min一共4個梯度進行嘗試，發(fā)現(xiàn)時間對于結(jié)果影響比較大。從15 min的結(jié)果看來，時間過短，可能導致土壤消化不充分，對結(jié)果有影響；從40與60 min的結(jié)果看來，時間過長雖然結(jié)果也在參考值范圍內(nèi)，但是結(jié)果與參考值的中位值偏差較大，而且時間超過40 min，可能會造成爬壁現(xiàn)象。因此，在熔融溫度選擇為650℃的前提下，確定了20 min的保溫時間。

表4 不同溫度之間的平均值與精密度

表5 不同時間之間的平均值與精密度

3.5 色譜條件方法討論

本文用了3種同種類型（Agilent Tecnologies，Inc.19091Z-433 HP-1 30 m×0.250 mm、Agilent Tecnologies，Inc.19091J-433 HP-5 30 m×0.250 mm、Agilent Tecnologies，Inc.122-1111 DB-1HT 15 m×0.250 mm）的氣相色譜柱上機測試，發(fā)現(xiàn)均能出峰，因此在柱子的選擇上，保證是同種類型，在測定前用標準點進行時間矯正即可。

4 注意事項與結(jié)論

4.1 注意事項

4.1.1 NaOH容易吸潮［26］，可先稱取土壤至鎳坩堝，再稱取3 g NaOH與土壤樣品混合，然后稱取1 g NaOH覆蓋表面，使得NaOH充分與土壤接觸。有液體加標的樣品，應(yīng)先放烘箱用105℃烘干后再稱取NaOH，以免內(nèi)容物迸濺，使得待測物損失。加完NaOH要盡快放入馬弗爐灼燒，并且在馬弗爐保溫的時間不能過長，NaOH吸潮以及時間過長都容易導致NaOH的爬壁嚴重。

4.1.2 灼燒后，等冷卻之后取出用玻璃吸管吸取沸水多次浸提，使熔融物脫落，完全洗脫出來。此步驟要有耐心，一開始熔融物很難脫落，可以先用沸水浸泡一小會，然后再用玻璃吸管吸取浸提液反復沖洗熔融物，使熔融物脫落。

4.1.3 在調(diào)節(jié)pH值時，與離子選擇電極法不同，本法在衍生的時候是需要溶液體系為酸性，故只要溶液變成黃色即可。

4.1.4 由于本法的衍生之后產(chǎn)生氣體被甲苯吸收，故衍生反應(yīng)發(fā)生前需將樣液放入冰箱冷凍，在加試劑時，每加一步試劑之后需蓋上蓋子，在加完試劑之后要確保蓋子的密閉性，以免衍生氣體泄漏而導致測量不準確。

4.2 結(jié)論

通過實驗表明，用衍生氣相色譜法測定土壤中的氟化物是可行有效的。從實驗數(shù)據(jù)表明，用衍生氣相色譜法測定土壤中的氟化物的精密度和加標回收率都能符合檢測的要求。