肖美玲，裴玲芳,2，范貴鵬，趙羽宏，李 強(qiáng)

(1、四川省地礦局 成都綜合巖礦測(cè)試中心，成都 610081；2、王雪蓮創(chuàng)新工作室，成都 610081)

酚類是指苯及其稠環(huán)的羥基衍生物，具有特殊的芳香氣味，呈弱酸性。根據(jù)酚類能否與水蒸汽一起蒸出，分為揮發(fā)酚和不揮發(fā)酚兩類，揮發(fā)酚是指沸點(diǎn)在230℃以下的酚類[1]。土壤中的揮發(fā)酚主要來源于石油化工、塑料、合成纖維、焦化等行業(yè)，其廢水流入農(nóng)田會(huì)污染土壤，可導(dǎo)致生長(zhǎng)的農(nóng)作物的可食部分產(chǎn)生異味，農(nóng)作物枯死或減產(chǎn)[2]。隨著污染情況日趨嚴(yán)重以及環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，土壤中揮發(fā)酚的監(jiān)測(cè)顯得越來越重要。

土壤中的揮發(fā)酚通常含量很低，使得前處理后的溶液檢測(cè)更加困難。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)揮發(fā)酚的檢測(cè)開展了大量的研究工作，建立了基于不同原理的檢測(cè)方法。主要分為手工分析法和儀器分析法兩類。手工分析法主要包括4-氨基安替比林分光光度法[3-4]和溴化容量法[5]，溴化容量法主要針對(duì)含量高的揮發(fā)酚溶液,該法檢出限為0.1mg/L，而我國(guó)水質(zhì)的檢測(cè)方法主要采用4-氨基安替比林分光光度法 ，該方法的檢出限低至0.000 3mg/L。但需要用到有毒有害試劑三氯甲烷，對(duì)分析人員的身體有害且對(duì)環(huán)境易產(chǎn)生二次污染。儀器分析法主要包括連續(xù)流動(dòng)注射法和色譜分析法。劉娟[6]用溴對(duì)樣品進(jìn)行衍生化，抗壞血酸還原多余的溴，分離、萃取，用氣相色譜儀分析，回收率達(dá)到86.0%～98.1%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 4.5%～7.3%。但上述方法衍生化試劑和萃取試劑毒性很大，操作步驟繁雜。因此不是揮發(fā)酚常用的測(cè)定方法。連續(xù)流動(dòng)注射分析法是應(yīng)對(duì)大批量樣品的分析而研發(fā)的一種自動(dòng)分析技術(shù)[7]，它是于封閉的管道中在流動(dòng)的載流下完成樣品注入、樣品前處理、試劑加入、樣品與試劑的混合和反應(yīng)，并在最后流經(jīng)檢測(cè)器時(shí)完成檢測(cè)和記錄信號(hào)等一系列分析過程。流動(dòng)注射分析法測(cè)定揮發(fā)酚化合物具有操作簡(jiǎn)捷、取樣量小，檢測(cè)限低、靈敏度高、線性范圍寬、結(jié)果準(zhǔn)確、檢測(cè)時(shí)間短等特點(diǎn)，并且減少了操作人員與有毒有害物質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)。

本文在傳統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)上研究了將土壤樣品經(jīng)過加酸蒸餾前處理后與連續(xù)流動(dòng)注射儀相結(jié)合，測(cè)定土壤中揮發(fā)酚含量的一種方法，該方法能夠極大地提高土壤中揮發(fā)酚的測(cè)定效率，同時(shí)所用試劑綠色環(huán)保，減少了對(duì)環(huán)境和人體的危害，適合大批量土壤樣品的連續(xù)快速測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 方法原理

連續(xù)流動(dòng)注射儀的自動(dòng)取樣器吸取一定量預(yù)蒸餾后的土壤樣品餾出液，與相關(guān)試劑按照比例被蠕動(dòng)泵壓縮到管路系統(tǒng)中，同時(shí)在模塊中注入均一的空氣泡,將每個(gè)樣品分割成相同的樣品片段，分割的樣品片段和試劑在反應(yīng)模塊中充分混合反應(yīng)，并在一定條件下混勻，分離干擾物，保溫反應(yīng)，顯色后測(cè)吸光度，由軟件記錄樣品吸收，并根據(jù)標(biāo)線、土壤樣品的稱樣量、餾出液體積、稀釋倍數(shù)算出土壤樣品中揮發(fā)酚的含量。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品、試劑與儀器

樣品：四川某廠區(qū)土壤。

主要試劑：

(1)甲基橙指示劑：稱取0.10g甲基橙溶解于200mL水中,配制成濃度為0.5mg/mL的甲基橙指示液。

(2)磷酸溶液：量取20mL(85%)的磷酸，溶解于180mL蒸餾水。

(3)硫酸銅溶液, 稱取50.00g硫酸銅(五水)溶于500mL水中，配制成濃度為0.1g/mL的硫酸銅溶液。

(4)4-氨基安替比林溶液：稱取0.13g 4-氨基安替比林溶于200mL水中，加1.0mL Brij35溶液，搖勻。

(5)鐵氰化鉀稱?。?.4g鐵氰化鉀，0.6g硼酸和1.0g氯化鉀于190mL水中溶解，再用10mL-1moL/L NaOH溶液調(diào)pH到10.3。

(6)氫氧化鈉溶液：ρ (NaOH)= 0.01moL/L。稱取氫氧化鈉(GR) 0.40 g 溶于水，稀釋至 1 000 mL。

儀器： 濟(jì)南盛泰ST106-3RW智能化一體式蒸餾儀，SKALAR SAN++連續(xù)流動(dòng)注射分析儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)稱取5.0 g 新鮮土壤樣品于蒸餾燒瓶中，加入 250mL 蒸餾水，加入數(shù)粒玻璃珠以防暴沸，再加入 2 滴 0.5mg/mL 甲基橙指示液，用磷酸溶液(1∶10)調(diào)節(jié) pH值，加入硫酸銅溶液。

(2)將蒸餾燒瓶放入智能一體化蒸餾儀中，設(shè)置加熱功率為200W，設(shè)定量為230mL，進(jìn)行加熱蒸餾，蒸餾結(jié)束后用蒸餾水定容至250mL。

(3)打開自動(dòng)進(jìn)樣器電源，合上小蠕動(dòng)泵泵蓋，將進(jìn)樣針清洗液管路放入蒸餾水中，打開主機(jī)電源，合上兩個(gè)蠕動(dòng)泵泵蓋，將所有試劑管路放入蒸餾水中，打開數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電源。

(4)打開軟件，確認(rèn)通訊是否正常。設(shè)置樣品的時(shí)間、沖洗時(shí)間、空氣時(shí)間；開啟氮?dú)鉁p壓閥總閥，調(diào)節(jié)分壓閥至0.2單位，調(diào)節(jié)氣體流速至約70～80單位。

(5)打開循環(huán)冷卻水，按照電源→循環(huán)→制冷的順序，開啟155度加熱器電源。將揮發(fā)酚所有試劑管路放入對(duì)應(yīng)試劑瓶中。

(6)約30min后系統(tǒng)穩(wěn)定，點(diǎn)擊開始，進(jìn)入分析狀態(tài)。

(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算土壤中揮發(fā)酚的含量。

X：表示土壤中揮發(fā)酚的含量,mg/kg。

C：表示餾出液中揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度(以苯酚計(jì))，mg/L。

V:表示餾出液定容體積，mL。

m：表示土壤稱樣量，g。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 土壤樣品前處理方法的選擇及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

測(cè)定土壤中揮發(fā)酚含量的前處理方法主要有加酸蒸餾法[4]和加水浸提法[5]兩種。加酸蒸餾法即是稱取新鮮土壤樣品于蒸餾瓶中，加入 250mL 水，甲基橙指示液，用磷酸溶液調(diào)節(jié) pH值，最后加入硫酸銅溶液，進(jìn)行蒸餾。加水浸提法即是稱取新鮮土樣，置于翻轉(zhuǎn)振蕩器自帶塑料樣品瓶中，加入氯化汞溶液，搖勻。再加入氯化鈣溶液，最后加入無酚水至總體積 250mL。在翻轉(zhuǎn)振蕩器上振蕩 30 min。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較兩種方法發(fā)現(xiàn)，加酸蒸餾法的加標(biāo)回收率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于加水浸提法，且操作更簡(jiǎn)便，所用的試劑更加綠色環(huán)保，減少了對(duì)分析人員身體的危害且不易造成二次污染，因此本文中采取加酸蒸餾法進(jìn)行前處理。在前處理時(shí)分別加入不同體積的磷酸溶液，使得蒸餾燒瓶中的溶液的pH=1 、pH=2、pH=4、pH=6，結(jié)果(圖1)顯示pH=4時(shí)，加標(biāo)回收率最佳。同時(shí)，本文也探究了不同硫酸銅濃度對(duì)揮發(fā)酚測(cè)定結(jié)果的影響，結(jié)果(圖1)顯示5ml 0.1 g/mL硫酸銅的效果最佳。以下實(shí)驗(yàn)將在此條件下進(jìn)行。

圖1 pH、硫酸銅含量與回收率占比趨勢(shì)圖 Fig.1 Variation chart of pH、copper sulfate content and recovery ratio

2.2 SKALAR SAN++連續(xù)流動(dòng)注射分析儀條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

向土壤中加入一定量的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成不同含量的含揮發(fā)酚的土壤。分別針對(duì)3種不同濃度揮發(fā)酚餾出液，探討連續(xù)流動(dòng)注射分析儀加熱溫度對(duì)揮發(fā)酚測(cè)定加標(biāo)回收率的影響。結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明在儀器加熱溫度為155℃時(shí)，測(cè)定結(jié)果更穩(wěn)定，因此本方法選擇儀器的加熱溫度為155℃。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)對(duì)相同土壤樣品進(jìn)行相同加標(biāo)回收，針對(duì)同一種的揮發(fā)酚餾出液，在155℃儀器加熱溫度下，探討了進(jìn)樣時(shí)間、沖洗時(shí)間、空氣時(shí)間3個(gè)參數(shù)對(duì)加標(biāo)回收率的影響，加標(biāo)回收率與100%加標(biāo)相比較，差值越小效果越佳。針對(duì)3個(gè)條件分別選取3個(gè)時(shí)間點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算加標(biāo)回收平均值，與100%相比較，結(jié)果分別如圖3～圖5所示，結(jié)果表明，SKALAR SAN++連續(xù)流動(dòng)注射分析儀在進(jìn)樣時(shí)間為70s，空氣時(shí)間為0s，清洗時(shí)間為80s時(shí)，儀器效果最佳。以下實(shí)驗(yàn)將在此條件下進(jìn)行。

圖2 儀器溫度與回收率關(guān)系圖Fig.2 Relationship between instrument temperature and recovery

圖3 進(jìn)樣時(shí)間與回收率占比趨勢(shì)圖Fig.3 Variation of injection time and recovery ratio

圖4 空氣時(shí)間與回收率占比趨勢(shì)圖Fig.4 Variation of air time and recovery ratio

圖5 清洗時(shí)間與回收率占比趨勢(shì)圖Fig.5 Variation of cleaning time and recovery ratio

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成0.000 0 mg/L、0.002 0 mg/L、0.010 0 mg/L、0.020 0 mg/L、0.040 0 mg/L、0.060 0 mg/L、0.080 0 mg/L、0.100 0 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，設(shè)置連續(xù)流動(dòng)注射分析儀在加熱溫度為155℃，樣品時(shí)間為70s，沖洗時(shí)間為80s，空氣時(shí)間為0s，開始測(cè)定，以相對(duì)峰高y為縱坐標(biāo)，揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度x(mg/L)為橫坐標(biāo)，由SKALAR SAN++軟件系統(tǒng) FlowAccess 計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)曲線一次方程，如圖6所示。在測(cè)試過程中加入示蹤點(diǎn)和漂移校正點(diǎn)以確保結(jié)果的穩(wěn)定性，其峰高與揮發(fā)酚的濃度成正比，如圖7中所示。該方法的線性方程為y=0.270773x+0.000038，相關(guān)系數(shù)r=0.9996，結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性良好。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖Fig.6 Standard curve

圖7 標(biāo)準(zhǔn)曲線峰形圖Fig.7 Standard curve peak diagram

2.4 方法的檢出限

方法檢出限即用特定分析方法在給定的置信度內(nèi)可從樣品中定性檢出待測(cè)物質(zhì)的最低濃度或最小量[8]。按照樣品分析的全部步驟，本實(shí)驗(yàn)選取了兩種不同含量的土壤樣品廠區(qū)1#、廠區(qū)2#，分別進(jìn)行平行測(cè)定7次，根據(jù)兩批土壤樣品的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算7次平行測(cè)定的方差，根據(jù)組合標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，本方法的檢出限為0.053 mg/kg，測(cè)定下限為0.21 mg/kg。

表1 檢出限實(shí)驗(yàn)Tab.1 Detection limit experiment (mg/kg)

2.5 精密度實(shí)驗(yàn)

采集廠區(qū)3個(gè)不同區(qū)域的土壤：廠區(qū)3#、廠區(qū)4#、廠區(qū)5#，并向3種土壤中加入一定量的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，模擬低、中、高濃度的土壤揮發(fā)酚。前處理按照加酸蒸餾法進(jìn)行，餾出液用連續(xù)流動(dòng)注射儀測(cè)定揮發(fā)酚的含量，每種土壤樣品平行測(cè)定7次。測(cè)定的提取液濃度及質(zhì)量濃度如表2所示。結(jié)果表明，分別測(cè)定7次低、中、高3種濃度的土壤揮發(fā)酚含量，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.021～0.146mg/kg；變異系數(shù)小于6.5%，該方法具有較好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

表2 精密度實(shí)驗(yàn)Tab.2 Precision experiment

2.6 實(shí)際土壤樣品的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

采集3種不同土壤:廠區(qū)6#、廠區(qū)7#、廠區(qū)8#，并向3種土壤中加入一定量的揮發(fā)酚標(biāo)準(zhǔn)溶液，模擬低、中、高濃度的土壤揮發(fā)酚含量，前處理按照加酸蒸餾法進(jìn)行，餾出液用連續(xù)流動(dòng)注射儀測(cè)定揮發(fā)酚含量，每種土壤樣品平行測(cè)定6次。同時(shí)，廠區(qū)6#、廠區(qū)7#、廠區(qū)8#3種土壤分別加入標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每種加標(biāo)樣品平行測(cè)定6次。如表3所示。結(jié)果表明，對(duì)低、中、高3種不同的實(shí)際土壤樣品加標(biāo)回收率范圍在71.0%～115.0%之間，加標(biāo)回收率良好。

表3 實(shí)際土壤樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)Tab.3 Standard addition recovery experiment of soil (mg/kg)

3 結(jié) 論

本項(xiàng)目研究了土壤中揮發(fā)酚的測(cè)定流程，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較兩種方法發(fā)現(xiàn)，加酸蒸餾法的加標(biāo)回收率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于加水浸提法，且操作更簡(jiǎn)便，所用的試劑更加綠色環(huán)保，減少了對(duì)分析人員身體的危害且不易造成二次污染，因此本項(xiàng)目采取加酸蒸餾法進(jìn)行土壤中揮發(fā)酚的前處理，餾出液經(jīng)連續(xù)流動(dòng)注射儀進(jìn)行檢測(cè)揮發(fā)酚的含量。經(jīng)過系列實(shí)驗(yàn)，得出最佳實(shí)驗(yàn)條件，調(diào)節(jié)蒸餾燒瓶中的溶液pH =4，硫酸銅的濃度為0.1 g/mL，連續(xù)流動(dòng)注射分析儀加熱溫度為155℃，儀器進(jìn)樣時(shí)間為70s，沖洗時(shí)間為80s，空氣時(shí)間為0s時(shí)測(cè)定效果最佳。并對(duì)此方法流程進(jìn)行了方法確認(rèn)，結(jié)果表明，連續(xù)流動(dòng)注射分析法測(cè)定土壤中的揮發(fā)酚的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性良好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999以上；方法檢出限為0.053 mg/kg，測(cè)定下限為0.21 mg/kg。對(duì)3種不同的土壤進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為0.021～0.146mg/kg，變異系數(shù)小于6.5%，結(jié)果表明方法的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性良好，對(duì)低、中、高3種不同的實(shí)際土壤樣品加標(biāo)回收率范圍在71.0%～115.0%之間，加標(biāo)回收率良好。

基于土壤的基質(zhì)復(fù)雜性，本文采取合適的樣品前處理方式，使其更好地適配后續(xù)的儀器分析，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。使用連續(xù)流動(dòng)注射分析儀進(jìn)行分析，對(duì)儀器分析參數(shù)進(jìn)行開發(fā)和優(yōu)化，最終建立了操作流程簡(jiǎn)單、分析速度快、成本小、對(duì)環(huán)境污染小、能針對(duì)大批量樣品連續(xù)快速測(cè)定的分析方法，并進(jìn)行了方法確認(rèn)工作。應(yīng)用建立的方法對(duì)實(shí)際土壤樣品進(jìn)行分析，研究其可行性，并推廣應(yīng)用，這在應(yīng)用技術(shù)和領(lǐng)域都有創(chuàng)新和推進(jìn)作用。