陳加偉，方紹敏，宋洲，陳玉嬌，劉田，周順超，董靜

（1.湖北華祥地質(zhì)環(huán)境檢測科技有限公司，武漢 430000； 2.湖北省地質(zhì)實驗測試中心，武漢 430034；3.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點實驗室，武漢 430022）

苯胺類化合物系指苯胺分子中的氫原子被其它官能團(tuán)取代后形成的一類化合物，是合成藥物、染料、殺蟲劑、高分子材料、炸藥等的重要原料之一，在化工、印染、制藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，經(jīng)廢水排放、降水滲透等途徑會導(dǎo)致土壤污染［1］。苯胺類物質(zhì)具有致畸、致癌和致突變作用等［2–3］，已被美國、日本及我國等列入環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單，在我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 36600–2018）［4］中將苯胺和3，3'-二氯聯(lián)苯胺分別列為基本項目和其它項目進(jìn)行監(jiān)測。因此，建立土壤中苯胺類化合物的檢測方法具有重要的意義。

傳統(tǒng)的索氏提取在處理土壤中苯胺類化合物樣品時，存在提取時間長（16～18 h）、溶劑消耗大（100 mL）的不足［5］，相比而言，快速溶劑萃取速度快、溶劑用量少且效率高［6–7］，已被我國納入環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（HJ 782–2016）［8］。盡管如此，該法依然存在設(shè)備投入成本高，土壤樣品批量處理時萃取池維護(hù)頻繁，不僅增加成本而且限制了其處理能力的進(jìn)一步提升。超聲萃取作為一種簡單方便、快速有效的前處理方式，亦被納入我國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（HJ 911–2017）［9］，已在土壤有機物前處理中得到廣泛應(yīng)用［10–12］。袁艷麗等［13］采用超聲提取土壤中苯胺和硝基苯，20 min 時二者平均回收率均在80%以上；趙前龍等［14］針對超聲提取土壤中苯胺時五水合硫代硫酸鈉和氨水投加量進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后超聲提取30 min 苯胺的加標(biāo)回收率高于90%；但是上述研究僅選取了苯胺，其它苯胺類化合物并未涉及。基于此，筆者擬采用超聲萃取，氣相色譜分離質(zhì)譜法檢測土壤中13 種苯胺類化合物，通過前處理條件的優(yōu)化，實現(xiàn)目標(biāo)化合物的快速提取測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：Thermo Scientific Trace 1300 型氣相色譜儀，ISQ 7000 型質(zhì)譜儀，美國Thermo Scientific 公司。

全自動氮吹濃縮儀：TurboVapII 型，環(huán)境溫度為15～30 ℃，瑞典Biotage 公司。

數(shù)控超聲波清洗器：KQ–500 DE 型，昆山市超聲波儀器有限公司。

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DGG–9140B 型，上海森信實驗儀器有限公司。

臺式高速冷凍離心機：3K15 型，德國Sigma 公司。

固相萃取裝置：CNW 24 位固相萃取真空裝置，德國CNW Technologies GmbH 公司。

超純水機：Milli-Q Direct 8 型，美國密理博公司。

13 種苯胺類化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：3-硝基苯胺質(zhì)量濃度為100 mg／L，苯胺、4-甲基苯胺、3-甲基苯胺、2-甲基苯胺、2，4-二甲基苯胺、2-甲氧基苯胺、4-氯苯胺、3-氯苯胺、2-萘胺、4-硝基苯胺、N-亞硝基二苯胺、3，3'-二氯聯(lián)苯胺均為50 mg／L，甲醇為介質(zhì)，上海安譜實驗科技股份有限公司。

5 種多環(huán)芳烴氘代內(nèi)標(biāo)混合溶液：萘-D8、苊-D10、菲-D10、?-D12、苝-D12 濃度均為2 000 mg／L，二氯甲烷為介質(zhì)，上海安譜實驗科技股份有限公司。

替代物2-氟聯(lián)苯、對三聯(lián)苯-D14 溶液：均為2 000 mg／L，上海安譜實驗科技股份有限公司。

正己烷、丙酮、二氯甲烷：色譜純，美國Fisher公司。

高純氦氣：純度大于99.999%，武漢華星工業(yè)技術(shù)有限公司。

無水硫酸鈉：分析純，650 ℃灼燒4 h，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

五水合硫代硫酸鈉、氨水：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

固相萃取小柱：氟羅里硅土柱，1 g／(6 mL)，上海安譜實驗科技股份有限公司。

實驗用水均為Milli-Q 超純水。

1.2 儀器工作條件

毛細(xì)管色譜柱：DB–5MS 型（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度：260 ℃；傳輸線溫度：280℃；程序升溫：40℃保持2 min，以10 ℃／min 速率升至100 ℃，保持2 min，再以25 ℃／min 速率升至300 ℃，保持10 min；載氣：高純氦氣；載氣流量：1.0 mL／min；進(jìn)樣方式：脈沖不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣體積：1 μL；電子轟擊離子源（EI）；四極桿溫度：150 ℃，離子源溫度：300 ℃；溶劑延遲：5 min；選擇離子監(jiān)測（SIM）模式；各組分質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 13 種苯胺類化合物的質(zhì)譜參數(shù)

1.3 樣品采集與保存

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ／T 166–2004）［15］采集土壤樣品，密封避光0～4 ℃冷藏保存運輸，10 天內(nèi)完成萃取。

1.4 樣品前處理方法

稱取10 g（精確至0.01 g）鮮樣，加入1.0 g 五水合硫代硫酸鈉和適量無水硫酸鈉，研磨至流沙狀后轉(zhuǎn)移至50 mL 離心管中，依次加入100 μL 氨水、替代物和40 mL 正己烷–丙酮混合液（體積比為1∶1），密封后手動搖勻，于超聲波清洗器中提取20 min（功率300 W，水槽中放置冰袋，確保水浴溫度始終低于25 ℃），離心后轉(zhuǎn)移上清液，繼續(xù)用正己烷潤洗離心管，溶液一并轉(zhuǎn)入氮吹管中，在40 ℃、41.37～55.16 kPa（6～8 psi）下濃縮至5 mL，待凈化。

將氟羅里硅土柱預(yù)先用10 mL 正己烷活化，然后將上述濃縮液轉(zhuǎn)移至小柱上，用15 mL 正己烷–二氯甲烷混合液（體積比為1∶1）進(jìn)行洗脫，將洗脫液接收至氮吹管中濃縮至5 mL，取1 mL 濃縮液加入內(nèi)標(biāo)后上機測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法的選擇

2.1.1 超聲萃取條件

影響超聲萃取效率的因素主要包括萃取溶劑、超聲功率和時間等因素，根據(jù)趙前龍等［14］和陶云峰等［7］的研究可知，正己烷–丙酮混合液（體積比為1∶1）作為萃取溶劑，不僅能實現(xiàn)苯胺的有效提取，而且能夠滿足其它12 種苯胺類化合物的萃取需求。因此選擇正己烷–丙酮混合液（體積比為1∶1）作為超聲萃取溶劑。為了篩選出合適的超聲功率和時間，分別對超聲功率250、300、350 W，超聲時間20、30、40 min 進(jìn)行了試驗，結(jié)果見圖1。

圖1 超聲功率和時間對13 種苯胺類回收率的影響

由圖1 可知，在超聲功率分別為250、300、350 W 的條件下，其對應(yīng)的最優(yōu)超聲時間分別為40、20、30 min。因此從能量消耗和萃取時間綜合考慮，選擇超聲功率為300 W，超聲時間為20 min 作為超聲萃取條件，13 種苯胺類化合物的平均加標(biāo)回收率為90.9%～126%。

2.1.2 氮吹濃縮條件

一般通過調(diào)節(jié)氮吹濃縮設(shè)備的水浴溫度和氮氣壓力來實現(xiàn)目標(biāo)物的快速高效濃縮，對氮吹濃縮條件進(jìn)行了試驗，結(jié)果見圖2。

圖2 氮吹濃縮條件對13 種苯胺類化合物回收率的影響

由圖2 可知，過低或過高的水浴溫度和氮氣壓力，13 種苯胺類化合物的回收率均有所降低，這主要是由于在上述條件下濃縮過程過長或過短，均會使得苯胺類組分隨溶劑揮發(fā)的損失增加。因此選擇氮吹水浴溫度為40 ℃，氮氣壓力為41.37～55.16 kPa（6～8 psi），此時13 種苯胺類化合物的平均加標(biāo)回收率均可控制在80.0%以上。

2.2 樣品測試條件的選擇

苯胺類化合物具有一定的熱不穩(wěn)定性，在氣相色譜進(jìn)樣口會存在一定程度的降解。因此重點考察了氣相色譜進(jìn)樣口參數(shù)的優(yōu)化。分別設(shè)定進(jìn)樣口溫度為240、260、280 ℃進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)在260 ℃下苯胺類化合物響應(yīng)占優(yōu)，這主要是由于進(jìn)樣口溫度過低苯胺類化合物氣化不完全，過高苯胺類化合物熱分解所致，故最終設(shè)定進(jìn)樣口溫度為260 ℃。同時對比了不分流和脈沖不分流下進(jìn)樣的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脈沖的引入，不僅可以改善苯胺峰拖尾的問題，而且可以提高4-甲基苯胺、3-氯苯胺、3-硝基苯胺等的響應(yīng)，這主要是由于樣品氣化后進(jìn)入色譜柱更快，在襯管中駐留時間縮短所致，故最終選定脈沖不分流的進(jìn)樣方式。

2.3 基質(zhì)效應(yīng)

為了進(jìn)一步評價土壤基質(zhì)對于苯胺類化合物測定的影響，參照錢卓真等［16］的研究分別配制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液和溶劑標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.2 的條件進(jìn)行測試后計算基質(zhì)效應(yīng)，結(jié)果見圖3。由圖3 可知，除3，3’-二氯聯(lián)苯胺存在基質(zhì)抑制作用外，其它苯胺類化合物均存在基質(zhì)增強效應(yīng)；除4-氯苯胺以外，基質(zhì)效應(yīng)均處于–20%～20%范圍內(nèi)，表明基質(zhì)效應(yīng)較弱。這表明本實驗優(yōu)化的前處理方法可有效消除土壤中的基質(zhì)干擾物。

圖3 優(yōu)化的前處理條件下13 種苯胺類化合物的基質(zhì)效應(yīng)

2.4 校準(zhǔn)曲線及檢出限

為了消除基質(zhì)效應(yīng)帶來的定量偏差，采用空白土壤提取液配制校準(zhǔn)曲線，氣相色譜質(zhì)譜測定，13種苯胺類化合物的色譜圖見圖4。

圖4 13 種苯胺類化合物色譜圖

采用內(nèi)標(biāo)法定量，繪制得到13 種苯胺類化合物的線性方程及相關(guān)系數(shù)如表2 所示。根據(jù)HJ 168–2010 的規(guī)定［17］，連續(xù)測定7 個接近于預(yù)期方法檢出限濃度的實驗室空白加標(biāo)樣品，利用測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法檢出限，13 種苯胺類化合物的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及方法檢出限見表2。

表2 線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及方法檢出限

由表2 可知，在10～1 000 μg／L（3-硝基苯胺為20～2 000 μg／L）的范圍內(nèi)，13 種苯胺類化合物的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.996，線性良好。13 種苯胺類化合物的方法檢出限為0.48～1.06 μg／kg，利用4 倍檢出限換算得到定量下限為1.92～4.24 μg ／kg。

2.5 精密度和準(zhǔn)確度試驗

選定實際土壤樣品，經(jīng)測定土壤中苯胺類化合物本底值均小于方法檢出限，再向其中添加低、中和高3 個濃度水平的目標(biāo)物，平行測定6 次，計算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表3。

表3 方法的精密度和準(zhǔn)確度試驗結(jié)果(n=6)

由表3 可知，13 種苯胺類化合物的平均加標(biāo)回收率為81.6%～107%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.11%～8.06%（n=6），說明方法的精密度和準(zhǔn)確度均能滿足土壤環(huán)境監(jiān)測的要求。

3 結(jié)語

土壤樣品經(jīng)超聲提取，用氟羅里硅土小柱凈化，采用氣相色譜分離質(zhì)譜選擇離子掃描模式檢測其中13 種苯胺類化合物的含量。該方法前處理操作簡單且提取效率高，方法靈敏度、準(zhǔn)確度及精密度均能滿足土壤環(huán)境監(jiān)測的需要，適合批量土壤樣品中苯胺類化合物的測定。