王正宇，吳明火

(大連理工大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧 盤錦 124221)

含氮化合物(NCs)廣泛存在于汽油、柴油、煤油等各種化石燃料中[1]，給人類化工生產(chǎn)、日常生活帶來(lái)一系列的負(fù)面影響，如阻礙燃油加工[2]，不利于燃油儲(chǔ)存，致癌[1,3]，環(huán)境污染[4]，人類健康問(wèn)題等[5]。如何準(zhǔn)確測(cè)定燃油中NCs的種類和濃度，一直是研究熱點(diǎn)。目前測(cè)定燃油中NCs的方法主要為氣相色譜(GC)[6-11]，液相色譜(LC)方法較少[12-14]，燃油中NCs含量較低，極性強(qiáng)、且缺乏有效的衍生化方法，使其分離富集十分困難[15]。

本研究發(fā)展了一套基于水輔助分散固相萃取的方法,以混合型陽(yáng)離子交換微球(MCX)為吸附劑，對(duì)汽油中NCs富集萃取，用LC-UV測(cè)定，建立了同時(shí)測(cè)定汽油中的13種NCs的新方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

乙腈、甲醇均為色譜純；鹽酸、甲酸、甲酸銨、乙醇、正庚烷、異辛烷、丙酮、異丁醇、三乙胺、吡啶(PY)、2-甲基吡啶(MPY)、苯胺(AL)、喹啉(QNL)、間甲苯胺(MA)、2-甲基喹啉(QD)、N-甲基苯胺(NMA)、4-乙基苯胺(EA)、吲哚(ID)、N-乙基苯胺(NEA)、N，N-二甲基苯胺(DMA)、2，3-二甲基吲哚(DMI)、N，N-二乙基苯胺(DEA)均為分析純；吸附劑MCX、C18、HLB購(gòu)自鴻普儀器科技公司；超純水；92#汽油。

EClassical 3100高效液相色譜儀(配UV3100紫外-可見(jiàn)檢測(cè)器)；PHS-3C pH計(jì)；Vortex-2旋渦混勻儀；UPTA-20超純水機(jī)。

1.2 溶液配制

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制 將13種含氮標(biāo)樣各10 μL溶于10 mL乙醇中，配制成1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，放置在-18 ℃下保存。

1.2.2 模擬汽油的配制 取每種標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各10 mL于1 000 mL容量瓶中，將異辛烷與正庚烷按92∶8的比例混合稀釋至刻度，配制成含氮量130 mg/L 的模擬汽油。

1.3 分散固相萃取

稱取50 mg吸附到50 mL離心管中，加入1 mL甲醇，渦旋5 min，棄去上清液。加入2 mL固定pH的水，渦旋5 min，加入定量樣品，渦旋5 min。棄去上清液。轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管，加入1 mL水，渦旋洗滌材料至中性，棄去上清液，加入含定量三乙胺的甲醇溶液0.5 mL，渦旋5 min，取上清液，過(guò)0.22 μm的有機(jī)濾膜，與等量水混勻，使用LC-UV測(cè)定。

1.4 色譜條件

色譜柱為Hypersil BDS C18(5 μm,4.6×200 mm)，柱溫40 ℃，進(jìn)樣量20 μL; 流量1.0 mL/min，流動(dòng)相A(10 mmol/L甲酸銨水溶液)，流動(dòng)相B(乙腈)，檢測(cè)波長(zhǎng)為230 nm，采用梯度洗脫：0～1 min 25% B，1～4 min 25%-40% B，4～8 min 40%～45% B，8～12.5 min 45%～95% B，12.5～15 min 95% B，15～15.1 min 95%～25% B，151～17 min 25% B。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附材料的選擇

分別用MCX、C18、HLB三種填料做吸附劑，用鹽酸將上樣階段水的pH調(diào)節(jié)為3.5，洗脫液為含有1%三乙胺的甲醇溶液的條件下，吸附材料對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 不同吸附劑對(duì)回收率的影響Fig.1 Effect of different adsorbents on recovery rate

由圖1可知,在3種吸附劑中，MCX對(duì)13種NCs的平均回收率最高，MCX具有疏水基團(tuán)(苯基)和強(qiáng)陽(yáng)離子交換基團(tuán)(磺酸基團(tuán))[16]，在酸性條件下，對(duì)弱堿性物質(zhì)有較好的吸附作用。因此，選擇MCX作為吸附劑。

2.2 pH的影響

在用MCX作吸附劑，洗脫劑為含有1%三乙胺的甲醇溶液的條件下，上樣階段水的pH對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖2(6.5為實(shí)驗(yàn)室水的自然pH)。

圖2 酸性條件對(duì)回收率的影響Fig.2 Effect of acidic conditions on recovery rate

由圖2可知，使用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至3.5時(shí)，對(duì)13種NCs的平均回收率最高，氨基在弱酸性條件下(pKa>6)，可確保NCs的質(zhì)子化，與溶液中氫離子形成配位鍵—NH3+，成為電子受體，與MCX材料中的磺酸基建立離子交換作用，并且目標(biāo)物與吸附劑之間通過(guò)反相相互作用結(jié)合，利用雙重機(jī)制被吸附在MCX上[16-17]。隨著酸性增強(qiáng)，回收率降低，氨基與鹽酸或甲酸形成水解鹽，出現(xiàn)白色物質(zhì)，阻礙了MCX對(duì)NCs的吸附；另一方面，氨基物質(zhì)離子化，極性變強(qiáng)，疏水作用變?nèi)酰琈CX吸附效果變差。因此選擇用0.1 mol/L的鹽酸將上樣階段水的pH調(diào)節(jié)為3.5。

2.3 洗脫劑的選擇

在用MCX作吸附劑，用鹽酸將上樣階段的水pH調(diào)節(jié)為3.5，洗脫液含有1%三乙胺的條件下，不同洗脫劑對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 不同洗脫劑對(duì)回收率的影響Fig.3 Effects of different eluents on recovery rate

由圖3可知，甲醇作洗脫劑時(shí)，目標(biāo)物的平均回收率最高，整體效果最好。因此,選擇用甲醇作為洗脫劑。

2.4 三乙胺用量的影響

在用MCX作吸附劑，用鹽酸將上樣階段的水pH調(diào)節(jié)為3.5，甲醇為洗脫劑的條件下，三乙胺用量對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 三乙胺用量對(duì)回收率的影響Fig.4 Effect of triethylamine dosage on recovery rate

由圖4可知，洗脫液中三乙胺含量的增加，可顯著提高目標(biāo)物的回收率，因?yàn)閴A性溶液確保堿性分析物的去質(zhì)子化，而吸附劑由于其酸性強(qiáng)度仍處于離子形式，含氮目標(biāo)物容易被有機(jī)溶劑洗脫下來(lái)，這也證實(shí)了離子相互作用機(jī)制的存在[18]。三乙胺的含量>1.0%時(shí)，可以略微提高回收率，但是較高的三乙胺含量可能對(duì)色譜柱產(chǎn)生危害。因此，選擇在洗脫液中加入1%三乙胺進(jìn)行洗脫。

2.5 線性定量范圍、檢測(cè)限和定量限

在本方法所確定的分析條件下，取一系列不同濃度的NCs標(biāo)準(zhǔn)溶液，以相同方式進(jìn)行分散固相萃取并分析，色譜圖見(jiàn)圖5。以峰面積y對(duì)濃度x進(jìn)行線性回歸，得到13種NCs的線性方程。按照S/N=3計(jì)算得到13種NCs標(biāo)樣在汽油中的檢測(cè)限(LOD)；按照S/N=10計(jì)算得到相應(yīng)的定量限(LOQ)，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖5 13種NCs標(biāo)樣的色譜分離圖Fig.5 LC chromatogram of 13 NCs 1.PY;2.MPY;3.AL;4.QNL;5.MA;6.QD;7.NMA;8.EA; 9.ID;10.NEA;11.DMA;12.DMI; 13.DEA；每種標(biāo)樣濃度為20 mg/L

表1 13種含氮標(biāo)樣的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限和富集因子Table 1 Linear equation,linear range,correlation coefficient (R2),limit of detection (LODs),limit of quantification (LOQs) and enrichment factors (EFs) of 13 standard samples NCs

由表1可知，在每種NCs的濃度范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)R2均在0.992～0.998，表明在此分析方法下，被分析物濃度和相應(yīng)的峰面積呈良好的線性關(guān)系。13種目標(biāo)物的方法檢測(cè)限為0.06～3.16 μg/L；定量限為0.25～10 μg/L，表明方法具有較高的靈敏度。

2.6 富集因子

富集因子(EF)可通過(guò)方程式EF=Csed/C0計(jì)算得到，式中Csed和C0分別是富集相的分析濃度和在樣品溶液中的初始濃度。當(dāng)模擬汽油的上樣體積為100 mL時(shí)，計(jì)算得到13種NCs的富集因子，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，11種含氮目標(biāo)物的富集效果較好，富集因子在70.6～88.5，ID和DMI的富集因子分別為46.3和53.5，原因主要是ID和DMI上樣時(shí)，吸附效率較低。

2.7 實(shí)際樣品的測(cè)定

按照1.3節(jié)，選取優(yōu)化的最佳條件對(duì)100 mL 92#汽油樣品進(jìn)行處理并檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 92#汽油樣品色譜圖Fig.6 Chromatogram of 92# gasoline sample 1.AL;2.MA;3.NMA；其他峰為未知雜質(zhì)

由圖6可知，92#汽油樣品中檢測(cè)到AL、MA、NMA，均在線性范圍內(nèi)。不同日期時(shí)測(cè)的結(jié)果見(jiàn)表2，平均濃度分別為2.21，7.09，0.71 mg/L。

表2 92#汽油樣品中NCs的分析結(jié)果Table 2 The analytical results of NCs in 92# gasoline sample

該方法經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改進(jìn)，可進(jìn)一步應(yīng)用于柴油、煤油等其他燃料樣品中NCs的分析。

3 結(jié)論

開(kāi)發(fā)了一種新型同時(shí)從汽油中富集13種NCs的分析方法，通過(guò)將上樣階段水的pH調(diào)至3.5，創(chuàng)造合適的酸性條件，利用MCX吸附劑的離子交換與反向相互作用雙重機(jī)制富集NCs，并使用堿性洗脫液提高目標(biāo)物的回收率。結(jié)合液相色譜分析，具有檢測(cè)成本低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。樣品體積為100 mL時(shí)，大多數(shù)NCs的富集效果較好，富集因子在70.6～88.5，方法定量限在0.25～10 μg/L，線性相關(guān)系數(shù)R2≥0.992。該方法分離效果好，靈敏度高，并成功應(yīng)用于實(shí)際汽油樣品的測(cè)定。