超高效液相色譜法測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺

王紹俊, 王 超, 陳 燁, 呂怡兵, 周益民, 滕恩江

(1. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團環(huán)境監(jiān)測中心站, 烏魯木齊 830002; 2. 中國環(huán)境監(jiān)測總站, 北京 100012)

超高效液相色譜法測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺

王紹俊1, 王 超2*, 陳 燁2, 呂怡兵2, 周益民1, 滕恩江2

(1. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團環(huán)境監(jiān)測中心站, 烏魯木齊 830002; 2. 中國環(huán)境監(jiān)測總站, 北京 100012)

氯代苯胺和甲基苯胺是苯胺分子中苯環(huán)上的氫原子分別被一個氯或甲基官能團取代后形成的苯胺類化合物(ADs)。氯代苯胺和甲基苯胺是有機合成中重要的中間體,廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、燃料和日用化工領(lǐng)域。該類化合物具有較強的揮發(fā)性,可經(jīng)呼吸系統(tǒng)、皮膚等進入人體,對血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等造成損傷[1],其中對氯代苯胺、鄰甲基苯胺等還被國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)認(rèn)定為致癌物或可能的致癌物[2]。

為加強該類化學(xué)品的風(fēng)險管理和防控,我國將氯代苯胺和甲基苯胺同時列入《危險化學(xué)品目錄(2015版)》[3],將對氯代苯胺、甲基苯胺等ADs列入“十二五”環(huán)境風(fēng)險重點防控化學(xué)品名單[4],將鄰氯代苯胺和鄰甲基苯胺列入《重點環(huán)境管理危險化學(xué)品目錄(第一批)》[5]。

氯代苯胺和甲基苯胺分別有鄰位、間位和對位等3種同分異構(gòu)體,氯代苯胺和甲基苯胺的同分異構(gòu)體的測定是開展化學(xué)品風(fēng)險管理及污染防治的重要基礎(chǔ)。由于分子式相同,理化性質(zhì)接近,同分異構(gòu)體往往難以得到成功分離和檢測。關(guān)于空氣中氯代苯胺和甲基苯胺分析的研究報道較少,已有的報道僅限于一種氯代苯胺或甲基苯胺化合物。文獻[6]中采用硅膠管采樣-氣相色譜法測定作業(yè)場所空氣中的對氯代苯胺,文獻[7]中采用熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜法測定空氣中的鄰甲基苯胺,文獻[8]中采用硅膠管采樣-氣相色譜法測定環(huán)境空氣中的鄰甲基苯胺。

超高效液相色譜法(UHPLC)采用約2 μm粒徑填料的色譜柱,具有更快的分離速率和更高的靈敏度,近年來成功地用于空氣和水中ADs的分析[9-11]。本工作采用UHPLC同時測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺的同分異構(gòu)體。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

Waters ACQUITY UPLC H-class型超高效液相色譜儀;KC-60D型大氣采樣器;硅膠吸附管[內(nèi)徑6 mm,長120 mm,前段150 mg/后段75 mg,180～250 μm(60～80目)],0.22 μm聚四氟乙烯濾膜針式過濾頭。

鄰甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:2 182 mg·L-1,稱取鄰甲基苯胺10.91 mg,用甲醇定容至5 mL。

間甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:2 246 mg·L-1,稱取間甲基苯胺11.23 mg,用甲醇定容至5 mL。

對甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:3 096 mg·L-1,稱取對甲基苯胺15.48 mg,用甲醇定容至5 mL。

鄰氯代苯胺、間氯代苯胺、對氯代苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:均為1 000 mg·L-1。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:200 mg·L-1,分別移取2 182 mg·L-1鄰甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液0.458 mL,2 246 mg·L-1間甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液0.445 mL,3 096 mg·L-1對甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液0.323 mL以及1 000 mg·L-1鄰氯代苯胺、間氯代苯胺和對氯代苯胺標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液各0.200 mL,用甲醇稀釋至5 mL。

乙酸銨溶液:5 mmol·L-1,稱取乙酸銨0.192 5 g溶解于500 mL水中,用乙酸調(diào)節(jié)pH至4.0,經(jīng)過0.22 μm濾膜抽濾后使用。

乙酸銨、乙酸為優(yōu)級純,甲醇為色譜純,試驗用水為二次去離子水。

1．2 儀器工作條件

ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm);柱溫40 ℃;流量0.3 mL·min-1;進樣量1 μL;紫外檢測波長280 nm。流動相:A為pH 4.0的5 mmol·L-1乙酸銨溶液,B為乙腈。梯度洗脫程序:0～2 min時,B為25%;2～4 min時,B由25%升至50%,保持2.5 min;6.5～10 min時,B由50%降至25%。

1．3 試驗方法

采樣時,將硅膠吸附管兩端打開,用硅膠管連接大氣采樣器進氣口,另一端垂直向上,以流量0.5 L·min-1采樣,記錄采樣時間、采樣點溫度和大氣壓等。采樣結(jié)束后,立即將硅膠吸附管兩端套封。

將采樣后的硅膠吸附管的前端硅膠和后端硅膠分別移入1.5 mL聚丙烯離心管中,加入1%(體積分?jǐn)?shù),下同)氨水甲醇溶液1 mL,振蕩混勻后解吸20 min。移取解吸溶液,采用0.22 μm聚四氟乙烯濾膜的針式過濾器,過濾至進樣小瓶中,按儀器工作條件進行測定。

2 結(jié)果與討論

2．1 色譜行為

2 mg·L-16種氯代苯胺和甲基苯胺混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖見圖1。

1-對甲基苯胺;2-間甲基苯胺;3-鄰甲基苯胺;4-對氯代苯胺;5-間氯代苯胺;6-鄰氯代苯胺圖1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖Fig. 1 Chromatogram of mixed standard solution

由圖1可知:甲基苯胺早于氯代苯胺出峰,同分異構(gòu)體的出峰順序均依次為對位、間位和鄰位。甲基苯胺和氯代苯胺可與空氣中可能存在的苯胺、N,N-二甲基苯胺、聯(lián)苯胺等苯胺類化合物相互分離,避免干擾。

2．2 色譜條件的選擇

2．2．1 紫外檢測波長

采用超高效液相色譜儀的二極管陣列檢測器,分別對6種氯代苯胺和甲基苯胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的紫外波長(210～400 nm)吸收進行掃描,結(jié)果顯示氯代苯胺和甲基苯胺在230,280 nm處存在特征吸收。由于在280 nm紫外波長下,流動相梯度淋洗而引起的基線漂移程度明顯低于230 nm,試驗選擇紫外檢測波長為280 nm。

2．2．2 色譜柱

試驗考察了ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×50 mm,1.7 μm),ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm),ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(2.1 mm×50 mm,1.7 μm)和ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm)等對甲基苯胺和氯代苯胺同分異構(gòu)體的分離效果。結(jié)果顯示ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm)的分離效果較好,試驗選用ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm)。

2．2．3 流動相

由于氯代苯胺和甲基苯胺是弱堿類物質(zhì),采用一定濃度的乙酸銨緩沖溶液作為流動相,抑制其與色譜柱填料上的硅羥基發(fā)生離子交換作用,從而改善色譜峰形。試驗選擇采用5 mmol·L-1乙酸銨緩沖溶液(pH 6.8)作為流動相。結(jié)果表明:甲基苯胺的出峰時間早于氯代苯胺,但同分異構(gòu)體相互無法得到分離。

試驗考察了流動相的pH分別為3.0,4.0,5.0,6.8,8.0,9.0時對甲基苯胺同分異構(gòu)體的分離效果。結(jié)果顯示:流動相的pH顯著影響甲基苯胺同分異構(gòu)體的出峰時間和分離效果;流動相pH越小,甲基苯胺同分異構(gòu)體的出峰時間越早;當(dāng)pH為3.0及不小于5.0時,3種甲基苯胺同分異構(gòu)體均不能有效分離;當(dāng)pH為4.0時,3種甲基苯胺同分異構(gòu)體才得到有效分離。試驗選擇流動相的pH為4.0。

試驗考察了甲醇-乙酸銨和乙腈-乙酸銨兩種流動相體系對氯代苯胺和甲基苯胺的分離效果,結(jié)果表明:采用乙腈-乙酸銨流動相體系時,氯代苯胺和甲基苯胺的峰形和響應(yīng)度均優(yōu)于甲醇-乙酸銨流動相體系,而且分析時柱壓相對較低,因此試驗選用乙腈-乙酸銨流動相體系。通過優(yōu)化乙腈-乙酸銨流動相梯度洗脫條件,氯代苯胺和甲基苯胺在6 min內(nèi)可得到分離。

2．3 解吸條件和過濾條件的選擇

文獻[11]報道由于苯胺、硝基苯胺等ADs可和硅膠表面大量裸露的硅羥基發(fā)生強烈的離子交換作用,單純用有機溶劑無法將其從硅膠上解吸下來。試驗考察了體積分?jǐn)?shù)為0,0.5%,1%,2%,5%,10%的氨水甲醇溶液對硅膠吸附的氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果。結(jié)果表明:使用甲醇無法解吸氯代苯胺和甲基苯胺,推測是由于其與硅膠表面硅羥基之間的強烈離子交換作用,當(dāng)在甲醇中加入一定量氨水后,可破壞離子交換作用,促使其順利解吸。當(dāng)采用1%氨水甲醇溶液時,氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果良好,因此試驗選擇1%氨水甲醇溶液作為解吸液。

在前段150 mg硅膠中加入0.5 μg標(biāo)準(zhǔn)品,采用1%氨水甲醇溶液作為解吸液,考察了解吸時間為0,10,20,30 min時,氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果。結(jié)果表明:6種ADs的解吸速率較快,10 min時已基本解吸完全。試驗選擇解吸時間為20 min,以保證解吸完全。

進樣分析前,試驗比較了兩種針式過濾器(尼龍濾膜和聚四氟乙烯濾膜)過濾對測定結(jié)果的影響。結(jié)果顯示:采用尼龍濾膜過濾會析出雜質(zhì),干擾氯代苯胺的測定;采用聚四氟乙烯濾膜過濾,對氯代苯胺和甲基苯胺均無明顯的吸附作用且不析出干擾物質(zhì),因此試驗選擇聚四氟乙烯濾膜針式過濾器進行過濾。

2．4 樣品保存和穿透試驗

加入2.0 μg氯代苯胺和甲基苯胺至硅膠管的前段硅膠中,用塑料帽密封好硅膠管兩端,置于4 ℃避光條件下保存。分別于當(dāng)天、第3天、第5天和第7天各取5支加標(biāo)管,測定硅膠管中氯代苯胺和甲基苯胺含量,計算不同天數(shù)保存下樣品的回收率。結(jié)果表明:樣品在4 ℃避光條件下穩(wěn)定性較好,回收率為86.0%～104%,至少可以保存7 d。

在密閉裝置中放置一個表面皿,在其上滴加200 mg·L-1氯代苯胺和甲基苯胺混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。氯代苯胺和甲基苯胺在室溫下(約25 ℃)不斷揮發(fā)至密閉裝置的空氣中,這可模擬含一定濃度氯代苯胺和甲基苯胺的空氣,然后以硅膠吸附管進行采樣,分別測定前段和后段硅膠中氯代苯胺和甲基苯胺的質(zhì)量,當(dāng)后段硅膠中目標(biāo)化合物質(zhì)量不大于前段硅膠中目標(biāo)化合物質(zhì)量的5%時,以前段硅膠中的目標(biāo)化合物的質(zhì)量表示穿透容量。結(jié)果表明:該硅膠管的氯苯胺穿透容量大于0.15 mg,甲基苯胺穿透容量大于0.2 mg。

2．5 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

配制0.5,1.0,2.0,5.0,10,20 mg·L-1氯代苯胺和甲基苯胺混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按儀器工作條件進行測定,并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明:各苯胺類化合物的質(zhì)量濃度均在0.5～20 mg·L-1內(nèi)呈線性,氯代苯胺和甲基苯胺的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表1。

向采樣管中加入低濃度Ads,采集10 L空氣經(jīng)前處理后進樣分析,以3倍的信噪比計算方法的檢出限(3S/N),結(jié)果見表1。

表1 線性參數(shù)及檢出限Tab. 1 Linearity parameters and detection limits

2．6 方法的回收試驗

分別在硅膠吸附管中加入0.5,2.0,20 μg的氯代苯胺和甲基苯胺,按試驗方法進行加標(biāo)回收試驗,平行測定5次,結(jié)果見表2。

表2 回收試驗結(jié)果(n=5)Tab. 2 Results of tests for recovery

2．7 樣品分析

采集分析實驗室室內(nèi)(A)和室外(B)空氣樣品,另外在密閉裝置中放置不同濃度的氯代苯胺和甲基苯胺溶液,在室溫下鼓泡揮發(fā),得到氯代苯胺和甲基苯胺污染的空氣樣品(C～G),按試驗方法進行測定。結(jié)果表明:在實驗室室內(nèi)和室外空氣樣品中均未檢出氯代苯胺和甲基苯胺,在模擬受污染空氣中可檢出不同質(zhì)量濃度的6種氯代苯胺和甲基苯胺,結(jié)果見表3。

表3 樣品分析結(jié)果Tab. 3 Analytical results of samples

本工作建立了硅膠吸附管采樣-超高效液相色譜法測定空氣中6種氯代苯胺和甲基苯胺的方法。該方法可實現(xiàn)氯代苯胺和甲基苯胺同分異構(gòu)體的同時分析,有效滿足環(huán)境空氣、工作場所空氣以及相關(guān)化學(xué)品突發(fā)泄漏事故現(xiàn)場空氣中相關(guān)的監(jiān)測需求。

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[4] 環(huán)境保護部.中華人民共和國環(huán)境保護部公告2013年第20號[EB/OL]. [2013-02-07]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201302/t20130220_248271.htm．

[5] 環(huán)境保護部.關(guān)于發(fā)布《重點環(huán)境管理危險化學(xué)品目錄》的通知[EB/OL]. [2014-04-04]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201404/t20140409_270296.htm．

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10.11973/lhjy-hx201702020

2016-02-21

O652.63

B

1001-4020(2017)02-0216-04

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