超聲波萃取-氣相色譜法測(cè)定土壤中酚類(lèi)化合物

許 龍，王 佳，柳 玲,趙 倩，高曉慶

(1．陜西省環(huán)境科學(xué)研究院，西安 710061;2.陜西智達(dá)環(huán)保科技工程有限公司，西安 710061)

酚類(lèi)化合物是一種含有酚羥基的芳香烴衍生物，具有特殊的芳香氣味，呈弱酸性，廣泛存在于石油化工、塑料制造、顏料合成、制藥、造紙等行業(yè)[1-2]。上世紀(jì)90年代，苯酚、對(duì)-硝基酚、五氯酚等六種酚已被我國(guó)確定為優(yōu)先控制有機(jī)污染物[3]。環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域?qū)τ谒袚]發(fā)性酚的污染關(guān)注較多，主要以分光光度法為主[4-5]，近些年來(lái)也有液相色譜法[6]、氣相色譜法[7]及氣相色譜-質(zhì)譜法[8]及流動(dòng)注射分析法[9]的報(bào)道。但對(duì)土壤中酚類(lèi)化合物的研究涉及較少，土壤中目標(biāo)物的提取方式主要有索氏提取[10]、微波提取[11]、超聲波提取[12]、加速溶劑萃取等[13]。索氏提取是最傳統(tǒng)最經(jīng)典的提取方法，具有提取效率高，設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)。但也因其操作繁瑣、費(fèi)時(shí)、費(fèi)料及對(duì)實(shí)驗(yàn)人員傷害大等缺點(diǎn)慢慢被其他先進(jìn)的提取裝置及方式所替代。微波提取、超聲波提取及加速溶劑萃取是目前實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有機(jī)前處理提取的主要方式。微波提取具有高效、節(jié)時(shí)、節(jié)料等優(yōu)點(diǎn)，但因其設(shè)備成本高昂將很多實(shí)驗(yàn)室拒之門(mén)外。加速溶劑萃取同樣具有高效和節(jié)料等優(yōu)點(diǎn)，但其費(fèi)時(shí)且設(shè)備昂貴常常被多數(shù)實(shí)驗(yàn)室作為備選方案。而超聲波提取兼顧了高效、節(jié)時(shí)、節(jié)料及設(shè)備成本低等4大優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為實(shí)驗(yàn)室有機(jī)前處理的首選。本文以土壤中酚類(lèi)化合物為研究對(duì)象，通過(guò)超聲波萃取儀對(duì)其提取，主要考察不同提取方式及提取時(shí)間對(duì)其提取率的影響。通過(guò)氣相色譜進(jìn)行分離和定量，并檢驗(yàn)了檢出限、精密度及準(zhǔn)確度。結(jié)果證明：本文方法滿足土壤中酚類(lèi)化合物的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

安捷倫7890A 氣相色譜儀；SCIENTZ-ⅡD超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)；FYC-1000*8分液漏斗振蕩萃取儀；AUTOEVA08IR全自動(dòng)紅外定容濃縮儀。

21種酚類(lèi)化合物混標(biāo)(1 000 mg/L)；正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲醇等均為農(nóng)殘色譜純；21種酚類(lèi)化合物土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品；鹽酸、氫氧化鈉均為優(yōu)級(jí)純；無(wú)水Na2SO4、石英砂(分析純)在馬弗爐中400℃烘至恒重。

1.2 氣相色譜條件

進(jìn)樣口溫度：260℃；DB-1毛細(xì)管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；程序升溫：50 ℃保持1 min，以10℃/min升至140 ℃，以20 ℃/min升至 250 ℃保持4 min；FID檢測(cè)器溫度：280℃；載氣流速：1.0 mL/min；氫氣流量：35 mL/min；空氣流量：300 mL/min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量：1.0 μL。

1.3 樣品處理

去除鮮樣中的異物，稱(chēng)取約10 g樣品雙份，一份用于測(cè)定干物質(zhì)含量，另一份加入適量無(wú)水硫酸鈉脫水，研磨均化成流砂狀。加入二氯甲烷/正己烷混合溶劑，間歇式提取(超聲3s停3s)2次，每次6 min，合并提取液，待凈化。

1.4 樣品凈化

在1.3節(jié)萃取液中加入純水，調(diào)節(jié)pH>12，振蕩、去除有機(jī)相；調(diào)節(jié)pH<2，用二氯甲烷/乙酸乙酯混合液，反萃取，有機(jī)相脫水，濃縮至1 mL待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 分離條件優(yōu)選

酚類(lèi)含有羥基團(tuán)屬于弱極性有機(jī)物，因此，對(duì)色譜柱固定相有一定要求。低流失非極性色譜柱的分離效果較好。圖1為21種酚類(lèi)化合物在色譜柱DB-1上的分離情況。由于同分異構(gòu)體性質(zhì)相似，對(duì)/間-甲酚(4、5號(hào)峰)、2,3,4,5/2,3,5,6-四氯酚(16、17號(hào)峰)無(wú)法分離。因此，定量時(shí)按總量計(jì)算。

1―苯酚、2―2-氯酚、3―鄰-甲酚、4/5―對(duì)/間-甲酚、6―2-硝基酚、7―2,4-二甲酚、8―2,4-二氯酚、9―2,6-二氯酚、10―4-氯-3-甲酚、11―2,4,6-三氯酚、12―2,4,5-三氯酚、13―2,4-二硝基酚、14―4-硝基酚、15―2,3,4,6-四氯酚、16/17―2,3,4,5 /2,3,5,6-四氯酚、18―2-甲基-4,6-二硝基酚、19―五氯酚、20―2-(1-甲基-正丙基)-4,6-二硝基酚(地樂(lè)酚)、21―2-環(huán)己基-4,6 二硝基酚圖1 酚類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)色譜圖Fig.1 Standard chromatogram of phenolic compounds

2.2 提取時(shí)間優(yōu)化

探針式超聲波提取儀的探頭可產(chǎn)生巨大沖擊力，從而對(duì)浸潤(rùn)樣品進(jìn)行反復(fù)沖擊，加速有機(jī)化合物在提取溶劑中的溶解。本文采用二氯甲烷/正己烷(2/1)混合溶劑對(duì)加標(biāo)石英砂中的21種酚進(jìn)行提取。對(duì)比了間歇1、2及3次提取和直接連續(xù)提取6 min與9 min 中21種酚的提取效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同提取時(shí)間下酚類(lèi)化合物的提取效率Fig.2 Extraction efficiencies of phenolic compounds under different extraction time

從圖2可知，按照間歇式提取，隨著提取次數(shù)的增加21種酚的提取效率也隨之增加。當(dāng)?shù)?次提取時(shí)，提取效率已經(jīng)幾乎變化不明顯。為節(jié)約時(shí)間與成本，確定提取次數(shù)為2次。按照連續(xù)式提取，當(dāng)提取時(shí)間為6 min時(shí)，21種酚的提取效率為61.2%～84.1%，略高于間歇提取1次，卻又低于間歇提取2次。提取9 min時(shí)，21種酚的提取效率較提取6 min時(shí)變化不大且部分目標(biāo)物提取效率有所降低。這可能與長(zhǎng)時(shí)間的超聲使探頭局部發(fā)熱，導(dǎo)致超聲空化效應(yīng)至使有機(jī)物降解有關(guān)[14]。因此，確定最佳的提取方式為間歇式提取2次，每次6 min。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

為考察方法檢出限，配制濃度為1.00、5.00、20.0、50.0和100 mg/L的21種酚類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液(以峰面積對(duì)濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線)。對(duì)10 g石英砂加標(biāo)，重復(fù)測(cè)定7次，根據(jù)檢出限=3.143×S[15]，計(jì)算方法檢出限,得到各組分的線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見(jiàn)表1。

表1 酚類(lèi)化合物的線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限Tab.1 Linear equations，correlation coefficients and method detection limit of pheonlic compounds

續(xù)表1

序號(hào)化合物線性方程R檢出限(mg/kg)122,4,5-三氯酚y=6.290 730x-7.299130.9990.02132,4-二硝基酚y=4.569 530x-15.99420.9980.01144-硝基酚y=6.623 490x-26.39730.9960.02152,3,4,6-四氯酚y=5.0188 60x-5.771610.9990.0216/172,3,4,5/2,3,5,6-四氯酚y=4.553 760x-10.28760.9990.03182-甲基-4,6-二硝基酚y=5.342 370x-9.553780.9990.0219五氯酚y=3.575 700x-6.141840.9980.0320地樂(lè)酚y=6.386 160x-7.545330.9990.02212-環(huán)己基-4,6-二硝基酚y=5.448 580x-10.26330.9980.02

結(jié)果表明：21種酚類(lèi)化合物含量在1.00～100 mg/L范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)為0.996～0.999，檢出限為0.01～0.03mg/kg，小于方法檢出限0.02～0.08mg/kg，滿足土壤中酚類(lèi)化合物的測(cè)定要求。

2.4 精密度和準(zhǔn)確度

為進(jìn)一步考察方法精密度和準(zhǔn)確度。對(duì)實(shí)際土壤樣品加標(biāo)，進(jìn)行全程序加標(biāo)試驗(yàn)，重復(fù)測(cè)定6次；準(zhǔn)確稱(chēng)取兩種濃度土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控樣品測(cè)試，重復(fù)測(cè)定2次。精密度和準(zhǔn)確度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 土壤樣品中酚類(lèi)化合物測(cè)定的精密度和準(zhǔn)確度Tab.2 Precision and accuracy of the determination of pheonlic compounds in soil sample

續(xù)表2

序號(hào)化合物背景值(mg/kg)樣品結(jié)果(mg/kg)RSD(%)均值(mg/kg)可接受范圍(mg/kg)122,4,5-三氯酚-0.98 4.16 1.71.37.032.570～8.0306.152.490～7.760132,4-二硝基酚-0.97 4.23 5.01.13.770.835～4.1803.070.841～4.210144-硝基酚-0.95 4.11 3.21.21.841.570～9.9602.791.780～11.200152,3,4,6-四氯酚-0.97 4.08 3.01.33.012.870～9.3704.473.150～10.30016/172,3,4,5 /2,3,5,6-四氯酚-2.06 8.59 1.81.711.35.200～16.9914.96.110～19.97182-甲基-4,6-二硝基酚-0.88 4.19 6.21.54.320.820～6.3804.140.847～6.58019五氯酚-0.94 4.30 4.41.61.741.090～7.9606.171.080～7.93020地樂(lè)酚-0.86 4.25 8.51.65.590.850～9.61010.31.500～16.90212-環(huán)己基-4,6-二硝基酚-0.71 4.24 10.22.54.622.200～7.6405.882.170～7.580

由表2可知，21種酚類(lèi)化合物的精密度良好，實(shí)樣加標(biāo)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.0%～10.2%。與張永兵等[10]使用索氏提取-氣相色譜法測(cè)定土壤中6種酚類(lèi)化合物相比。在加標(biāo)量均為1.0 mg/kg時(shí),本方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差高于其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.5%～7.7%，再現(xiàn)性較弱。較盛祥等[13]通過(guò)加速溶劑萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法測(cè)定土壤中14種酚類(lèi)化合物相比。在相同加標(biāo)量的條件下，本方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差5.2%～14.8%，再現(xiàn)性較好。與標(biāo)準(zhǔn)方法土壤和沉積物酚類(lèi)化合物的測(cè)定氣相色譜法[16](HJ 703-2014)相比。本方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法要求相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1.6%～24.4%，完全滿足土壤中酚類(lèi)化合物的測(cè)定要求。鑒于索氏提取-氣相色譜法的操作繁瑣、費(fèi)料，費(fèi)時(shí)且對(duì)實(shí)驗(yàn)人員傷害大等缺點(diǎn)，以及超聲波萃取-氣相色譜法的操作簡(jiǎn)單、節(jié)時(shí)、節(jié)料等優(yōu)點(diǎn)，本文更傾向于后者。

3 結(jié) 論

本文優(yōu)化了超聲波萃取-氣相色譜法測(cè)定土壤中酚類(lèi)化合物的方法。通過(guò)超聲波萃取儀萃取土壤中酚類(lèi)化合物，提取液經(jīng)堿酸凈化、反萃取、濃縮、定容后用氣相色譜檢測(cè)。經(jīng)過(guò)提取方式、提取時(shí)間、檢出限、精密度及土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定證明：本文優(yōu)化測(cè)定土壤中酚類(lèi)化合物的方法準(zhǔn)確性高、操作簡(jiǎn)單。