郭金芝,豐碩,金東日
(延邊大學(xué)理學(xué)院 化學(xué)系,吉林 延吉133002)
HPLC-UV法檢測(cè)土壤中的3-硝基苯并蒽酮
郭金芝,豐碩,金東日*
(延邊大學(xué)理學(xué)院 化學(xué)系,吉林 延吉133002)
建立了HPLC-UV法檢測(cè)土壤中多環(huán)芳烴類物質(zhì)3-硝基苯并蒽酮的方法.采用on Ultimate?XB-C18(5μm,150 mm×4.6 mm i.d.)柱,流動(dòng)相為甲醇∶水=7∶3(v/v),流速為0.5 m L/min,柱溫為30℃,檢測(cè)波長(zhǎng)為391 nm.在此色譜條件下,3-硝基苯并蒽酮在0.2~40μg/m L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,最低濃度檢測(cè)限為78 ng/mL(S/N=3).利用超聲波萃法對(duì)土壤中的3-硝基苯并蒽酮進(jìn)行了萃取,并用HPLC-UV法測(cè)出了其含量.
3-硝基苯并蒽酮;HPLC-UV;土壤樣品;多環(huán)芳烴
多環(huán)芳烴是最早被人類發(fā)現(xiàn)的一類環(huán)境致癌化合物,它們種類多、數(shù)量大、分布廣、異構(gòu)體多,主要來源于煤炭、石油、木材等有機(jī)物的熱解和不完全燃燒[1-2]硝基苯并蒽酮(3-NBA)是多環(huán)芳烴酮類化合物的一種,最初由Suzuki等[3]在柴油機(jī)的尾氣顆粒物、空氣顆粒的有機(jī)萃取物中發(fā)現(xiàn).后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí),3-NBA廣泛地存在于大氣、土壤、沉積物、機(jī)動(dòng)車尾氣等環(huán)境介質(zhì)中[4].3-NBA具有很強(qiáng)的致突變性,不但會(huì)使組織出血,還可以使腸壁的茸毛脫落并讓腸壁變脆[5].目前,3-NBA的檢測(cè)方法有高效液相 化學(xué)發(fā)光法[6]和GCMS[7]等.另外,還有將3-NBA 還原為氨基苯并蒽酮后對(duì)其進(jìn)行高效液熒光[8]分析的方法.
本文采用HPLC法,優(yōu)化3-NBA的分離條件,建立了一種簡(jiǎn)便、快速地測(cè)定3-NBA的方法,并考察了土壤樣品中萃取3-NBA的預(yù)處理方法.本方法樣品預(yù)處理簡(jiǎn)單,分析時(shí)間短,可應(yīng)用于土壤樣品中3-NBA含量的測(cè)定.
苯并蒽酮(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99%)、硝基苯購(gòu)于東京化成工業(yè)株式會(huì)社;濃硝酸、發(fā)煙硝酸、冰乙酸、二氯甲烷均為分析純,購(gòu)于北京化工廠;甲醇為色譜純,乙醇、冰乙酸購(gòu)于山東禹王實(shí)業(yè)有限公司.
HITACHI液相色譜儀配備 L-7150泵,L-7420 UV-VIS檢測(cè)器,D-7500記錄儀,柱溫箱,THERMO ODS HYPERSIL色譜柱(150 mm×4.6 mm i.d.,5 um),AV-300核磁共振儀(瑞士Bruck公司),Axima CFR MALDI-TOF-MS質(zhì)譜儀(日本島津).
3-NBA化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示.按照文獻(xiàn)[9]的方法合成3-NBA.合成方法如下:將苯并蒽酮2.5 g(10.89 mmol)溶解于30 m L硝基苯,加入4 m L(95.24 mmol)濃硝酸,40℃下攪拌30 min;冷卻反應(yīng)液,分離出硝基苯并蒽酮 (黃色固體)粗產(chǎn)物,再分別用冰乙酸、二氯甲烷重結(jié)晶,最終得到3-NBA黃色固體,其純度為96.5%.HPLC-UV檢測(cè)(λ= 254 nm).1HNMR:δ=7.7(t,J=7.4,1 H),7.8(t,J=7.7,1 H),8.0(t,J=7.4,1H),8.36(d,J=8.0,1H ),8.41(d,J=8.2,1 H ),8.50(d,J=3.8,1 H ),8.53(d,J=5.0,1H ),8.9(d,J=7.4,1H),9.0(d,J=8.7,1 H).IR:v=1 334,1 517,1 666 cm-1.MALDI-TOF-MS(基質(zhì)為 CHCA):[M+H]+=276.2.
圖1硝基苯并蒽酮的結(jié)構(gòu)式
分別取延邊大學(xué)停車場(chǎng)和延吉市某公交站點(diǎn)附近的土壤作為空白和實(shí)際樣品.土壤樣品的取樣方法為:先清除土壤表層覆蓋的植物、大塊土粒等雜質(zhì)物質(zhì),再用鐵鍬垂直于地表面挖出一個(gè)斷面,清除坑內(nèi)多余的土粒,沿?cái)嗝嬗面@薄薄切下一層,然后用塑封袋取回.將取回的土壤樣品混勻,室溫下放置48 h后研碎,通過0.25 mm孔徑篩后放在塑封袋中,在避光處保存?zhèn)溆?
取篩過的土壤樣品10 g,加入10 g無(wú)水Na2SO4,用研缽研磨均勻,放置一段時(shí)間;用超聲波萃取法對(duì)土壤樣品進(jìn)行提取,提取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋至有少量液體剩余;取適量的CH2Cl2沖洗燒瓶,然后將液體完全轉(zhuǎn)移至15 m L雞心瓶中,用氮?dú)獯吒?,以甲醇定溶? m L,溶液過0.45 mm的濾膜,待用.
在10 g空白樣品(含10 g無(wú)水Na2SO4)中,分別加入8μg和20μg 3-NBA,混合均勻后放置一段時(shí)間.采用1.4樣品預(yù)處理方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理.
色譜柱:ODS HYPERSIL (150 mm×4.6 mm,i.d.,5μm);流動(dòng)相為甲醇∶水(7∶3,v/v);流速為0.5 m L/min;檢測(cè)波長(zhǎng)為391 nm;柱溫為30℃;記錄儀紙速為2.5 cm/min.
準(zhǔn)確稱取適量3-NBA標(biāo)準(zhǔn)品,用甲醇配制成40.00 ug/m L的溶液作為儲(chǔ)備液.使用時(shí),用流動(dòng)相稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度溶液,經(jīng)0.45μm濾膜過濾后進(jìn)行HPLC-UV分析.
2.1.1 流動(dòng)相 當(dāng)甲醇和水、乙腈和水、甲醇和甲酸銨等作為流動(dòng)相時(shí),均得到了尖而對(duì)稱正態(tài)分布的3-NBA峰.本實(shí)驗(yàn)選擇了甲醇∶水=70∶30(v/v)為 流 動(dòng) 相.在 此 流 動(dòng) 相 條 件 下,3-NBA的出峰時(shí)間為22.10 min.
2.1.2 流速 考察了流動(dòng)相流速對(duì)3-NBA的色譜保留時(shí)間的影響.從圖2可以看出,隨著流速的提高,3-NBA的保留時(shí)間變短.本實(shí)驗(yàn)流速選擇為0.50 m L/min.
圖2 流速對(duì)保留時(shí)間的影響
2.1.3 柱溫 考察了柱溫對(duì)3-NBA的色譜保留時(shí)間的影響.由圖3可知,3-NBA的保留時(shí)間隨柱溫的增加而降低,但變化不大.本實(shí)驗(yàn)中柱溫選擇為30℃.
圖3 柱溫對(duì)保留時(shí)間的影響
通過以上實(shí)驗(yàn),本文將3-NBA的色譜分離條件確定為:流動(dòng)相為甲醇∶水=7∶3(v/v);流速為0.5 m L/min;檢測(cè)波長(zhǎng)為391 nm;柱溫為30℃;進(jìn)樣量為20μL.此條件下的3-NBA色譜圖見圖4.
2.1.4 線性關(guān)系及最低檢測(cè)限 在0.2μg/mL~40μg/m L濃度范圍內(nèi),3-NBA的峰面積與濃度成良好線性關(guān)系,其回歸方程為Y=-519.048 64+24 697.943 64X(其中Y表示峰面積,X表示濃度),相關(guān)系數(shù)為0.999 9,最低檢出限為7.8 ng/m L(S/N=3).
圖4 3-NBAR的色譜圖
2.1.5 精密度考察 在3-NBA濃度分別為1.0μg/m L和20μg/m L的條件下,連續(xù)進(jìn)樣6次(同一天),其RSD分別為1.2%和0.64%.
本文分別考察了索氏提取和超聲波萃取兩種前處理方法對(duì)3-NBA的提取效率情況.首先,考察了不同極性提取劑(甲醇,二氯甲烷,環(huán)己烷)對(duì)兩種方法提取效率的影響(表1).由表1可知,兩種方法以二氯甲烷為提取劑時(shí),萃取效率最高.
表1 提取劑對(duì)提取效率的影響
其次,考察了Na2SO4添加劑對(duì)上述兩種方法提取效率的影響.圖5表明,加入Na2SO4后,兩種提取方法的提取率均明顯增加(分別增加16%和24%).這可能是因?yàn)椴杉瘉淼耐寥罉悠吩谑覝貤l件下放置(48 h),其水分未被完全去除而影響了萃取效率.
圖5 Na2 SO4對(duì)萃取效率的影響
再次,考察了提取時(shí)間對(duì)兩種提取方法萃取率的影響.圖6為提取時(shí)間對(duì)索氏提取效率的影響.提取時(shí)間從6 h(回收率為50.50%)到9 h(回收率為62.68%)時(shí),提取效率增加明顯,而從9 h到12 h(回收率為66.42%)時(shí),提取效率變化不大.這可能是由于提取時(shí)間超過9 h后,3-NBA在土壤和萃取溶液之間逐漸達(dá)到了分配平衡.
圖7為提取時(shí)間對(duì)超聲波萃取效率的影響.由圖7可知,雖然隨提取時(shí)間的增加提取效率有所提高,但增加幅度不明顯.當(dāng)萃取時(shí)間為15、30、45 min時(shí),萃取率分別為74.58%、78.31%、77.84%.
圖6 提取時(shí)間對(duì)索氏提取效率的影響
圖7 提取時(shí)間對(duì)超聲波萃取效率的影響
通過以上前處理方法的考察可知:索氏提取法處理土壤樣品中的3-NBA時(shí),需要12 h以上,回收率為66.42%;超聲波萃取法處理土壤樣品中的3-NBA時(shí),僅需要不到3 h的時(shí)間,最佳回收率為78.42%.這表明,對(duì)土壤中3-NBA的提取,超聲波萃取法明顯優(yōu)于索氏提取法,所以本文在實(shí)驗(yàn)過程中選擇超聲波萃取法作為土壤樣品的預(yù)處理方法,CH2Cl2為萃取劑,單次萃取時(shí)間為30 min,并且加入10 g Na2SO4.
表2分別列出了在10 g土壤中分別加入8 mg和20 mg 3-NBA后,超聲波萃取法的回收率.結(jié)果表明,加標(biāo)平均回收率均大于75.98%(n=3),相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2.40%.通過以上數(shù)據(jù)可以看出,超聲波萃取法的回收率能夠滿足測(cè)定環(huán)境樣品回收率的要求,因此此法可用于土壤樣品中3-NBA的預(yù)處理方法.
表2 3-NBA的回收率及其重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)
圖8(a)是延吉市某公交站點(diǎn)附近地表土壤的色譜分析圖.在22.40 min處,有色譜峰出現(xiàn),這與3-NBA標(biāo)樣保留時(shí)間相同.為了進(jìn)一步證實(shí),在已處理的土壤樣品中加入3-NBA標(biāo)樣,混勻進(jìn)樣.結(jié)果如圖8(b)所示.對(duì)比加入前后的色譜圖可知,圖8(b)在22.40 min處的峰增高,因此可認(rèn)為圖8(a)中22.40 min處的峰是3-NBA的色譜峰.該土壤中3-NBA的含量為7.32μg/g(n=3).
圖8 土壤樣品色譜圖
利用超聲波萃取法對(duì)土壤樣品中的3-NBA進(jìn)行了萃取,用HPLC-UV法測(cè)出被污染土壤中3-NBA的含量為7.32μg/g.實(shí)驗(yàn)表明,與傳統(tǒng)的索氏提取法相比,超聲波萃取法處理土壤樣品時(shí)所需時(shí)間短,萃取率高.本文所建立的超聲波萃取法法操作簡(jiǎn)便,不需要復(fù)雜、昂貴的設(shè)備,可用于被機(jī)動(dòng)車尾氣污染較嚴(yán)重的土壤等樣品中的3-NBA的含量測(cè)定.
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Determination of 3-nitrobenzanthrone in Surface Soil by HPLC-UV
GUO Jin-zhi,F(xiàn)ENG Shuo,JIN Dong-ri*
(DepartmentofChemistry,CollegeofScience,YanbianUniversity,Yanji133002,China)
A HPLC-UV method for the determination of 3-nitrobenzanthrone(3-NBA)in surface soil was developed.HPLC analysis was performed on Ultimate?XB-C18(5μm,150 mm×4.6 mm i.d.)with MeOH-water as the mobile phase.The flo wrate kept at 0.5 m L/min,the column temperature was set to 30℃and the detection wavelength was 391 nm.The linear range is 0.2-40μg/mL for 3-NBA.The detection limit is 7.8 ng/m L(S/N=3).Using ultrasonic extraction,3-NBA in soil samples were extracted,and tested the content of 3-NBA by HPLC-UV.
3-NBA;HPLC-UV;surface soil;PAHs
X502
A
1004-4353(2011)03-0249-05
2011 -04 -26
*通信作者:金東日(1965—),男,教授,研究方向?yàn)榄h(huán)境分析.