差量頂空-氣相色譜法測(cè)定有機(jī)肥料中三氯乙醛的含量

孫光舉

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建 龍巖 364000)

三氯乙醛為無(wú)色、易揮發(fā)且有刺激性氣味的油狀液體，物理性質(zhì)：溶于水、乙醇、乙醚和三氯甲烷，特別是易吸收水分形成水合三氯乙醛，環(huán)境中的三氯乙醛在微生物和化學(xué)作用下可以轉(zhuǎn)化為三氯乙酸或分解，是工業(yè)生產(chǎn)中生產(chǎn)有機(jī)化工產(chǎn)品的重要原料和有機(jī)中間體。三氯乙醛具有生物毒性，對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和人類(lèi)健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1]：影響植物細(xì)胞的正常分裂，致使植物生長(zhǎng)畸形，尤其對(duì)北方冬小麥等農(nóng)作物的危害最大：可致使土壤酸化、導(dǎo)造成幼苗減產(chǎn)、農(nóng)作物絕產(chǎn)等；生活中人類(lèi)及動(dòng)物飲用受到三氯乙醛輕度污染的水后會(huì)使中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，出現(xiàn)明顯嗜睡、身體乏力等癥狀；長(zhǎng)期飲用一定濃度含量的三氯乙醛的水的致癌、致畸和致突變的幾率增加。部分三氯乙醛會(huì)隨著化工廢物的排放進(jìn)入到水、土壤和用于再生產(chǎn)的一些產(chǎn)品上。

生產(chǎn)中為保持農(nóng)作物增產(chǎn)增量，常常需要使用一些肥料來(lái)保持土壤肥力。尤其近幾年綠色無(wú)公害農(nóng)業(yè)的普遍認(rèn)可，有機(jī)肥料在生產(chǎn)運(yùn)用越來(lái)越多，尤其在蔬菜、水果的種植上。但有機(jī)肥料因其原料來(lái)源的不固定性、原料來(lái)源復(fù)雜，部分原料來(lái)源于化工原料、受污染的物質(zhì)等以及標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量指標(biāo)要求比較沒(méi)有涉及到一些危害性指標(biāo)，且無(wú)機(jī)肥料每畝的使用量是復(fù)合肥料幾倍，因此監(jiān)測(cè)有機(jī)肥料中危害性物質(zhì)十分必要?？紤]到三氯乙醛的對(duì)植物、動(dòng)物的危害性，因此建立有機(jī)肥料的三氯乙醛的檢驗(yàn)方法十分必要。

無(wú)機(jī)肥料中三氯乙醛的測(cè)定采用的是GB/T 31266-2014《過(guò)磷酸鈣中三氯乙醛含量的測(cè)定》[2]，將無(wú)機(jī)肥料用異丙醇提取，提取液氣相色譜法直接測(cè)定。因無(wú)機(jī)肥料來(lái)源比較明確、基質(zhì)相對(duì)不會(huì)復(fù)雜，異丙醇提取效率高，適合無(wú)機(jī)肥料樣品前處理。一般有機(jī)肥料水分含量高，三氯乙醛溶于水以水合三氯乙醛形式存在，不易直接測(cè)定；有機(jī)肥料基質(zhì)復(fù)雜，異丙醇提取目標(biāo)物干擾很大，不能直接準(zhǔn)確測(cè)定。

考慮到水合三氯乙醛在堿性條件下可以生成等物質(zhì)的量的三氯甲烷[3-8]，三氯甲烷沸點(diǎn)低，易揮發(fā)、可采用頂空的方法進(jìn)行測(cè)定[9]；頂空進(jìn)樣是對(duì)密閉頂空瓶中的固/液態(tài)樣品之上處于平衡狀態(tài)的蒸汽進(jìn)行的分析，此方法利用氣體直接進(jìn)樣，無(wú)需進(jìn)行萃取、分析速度快。結(jié)合樣品前處理和儀器設(shè)備特點(diǎn)，本研究利用頂空-氣相色譜法測(cè)定堿化前后三氯甲烷的含量，通過(guò)測(cè)定堿化前后三氯甲烷的含量之差間接計(jì)算出三氯乙醛的濃度。

目前尚未發(fā)現(xiàn)采用此法測(cè)定有機(jī)肥料中三氯乙醛的研究，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，建立了差量法頂空-氣相色譜間接測(cè)定三氯乙醛的新方法，應(yīng)用于有機(jī)肥料的三氯乙醛的檢測(cè)取得較為滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

島津GC-2010Plus氣相色譜儀，配ECD檢測(cè)器、Perkin Elmer HS40頂空進(jìn)樣器。 CD-5毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。

水合三氯乙醛甲醇溶液 (質(zhì)量濃度為1000 μg/mL)，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所；甲醇中三氯甲烷溶(6.02 mg/L),中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;氯化鈉、氫氧化鈉,均為分析純；試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 測(cè)定條件

色譜條件：色譜柱：CD-5毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，氣化室溫度180 ℃；柱溫箱程序升溫65 ℃保持 7 min，柱流速1.5 mL/min；：40 ℃以5 ℃/min升至65 ℃，再以6 ℃/ min 升至 100 ℃，保持 5 min。檢測(cè)器溫度 200 ℃；柱前壓65 kpa，分流進(jìn)樣：分流比5。保留時(shí)間定性、外標(biāo)法峰面積定量。

頂空進(jìn)樣器條件：頂空瓶平衡溫度60 ℃；加熱時(shí)間 20 min，取樣針溫度50 ℃；傳輸線溫度 60 ℃；去活處理的傳輸線：長(zhǎng)度2 m、內(nèi)徑0.32 mm的石英毛細(xì)管柱，加壓時(shí)間 2 min；進(jìn)樣時(shí)間0.04 min，拔針時(shí)間0.2 min，頂空瓶壓力13.4 psi，恒定時(shí)間進(jìn)樣模式。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(水合三氯乙醛)在無(wú)三氯甲烷的房間以超純水配制成標(biāo)準(zhǔn)中間液10 μg/mL。根據(jù)需要配制成系列標(biāo)準(zhǔn)使用液，臨用前配制。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 樣品

風(fēng)干后的樣品經(jīng)多次縮分后取出約100 g樣品，迅速研磨至全部通過(guò)直徑1 mm尼龍篩，混勻，收集于干凈的樣品瓶或自封袋中，作分析用。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

頂空瓶于150 ℃烘箱中預(yù)處理1 h，冷卻室溫，加0.2 g NaCl，緩慢加入超純水10 mL、100 μL NaOH溶液(1 mol/L)，加蓋密封。用微量注射器分別注入不同體積的標(biāo)準(zhǔn)中間液，依次配制成濃度分別為0.500、1.00、2.00、5.00、10.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液，每個(gè)濃度平行測(cè)定兩次，峰面積取平均值。以堿化處理后生成三氯甲烷的峰面積為縱坐標(biāo)，以水合三氯乙醛濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.3 樣品測(cè)定

頂空瓶于150 ℃烘箱中預(yù)處理1 h，冷卻室溫稱取烘干無(wú)三氯甲烷的有機(jī)肥樣品2.0 g，加0.2 g NaCl，緩慢加入超純水(使得樣品和加入水總量為10 mL)、100μL NaOH溶液(1 mol/L)，加蓋密封,利用優(yōu)化好的程序分別上機(jī)測(cè)定堿化后樣品與未經(jīng)堿化處理的有機(jī)肥料樣品，所測(cè)得的三氯甲烷峰面積之差即為樣品中的三氯乙醛經(jīng)堿化后產(chǎn)生三氯甲烷的峰面積，由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算可得有機(jī)肥料樣品中水合三氯乙醛的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

本試驗(yàn)中要分離的三氯甲烷為極性物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)選擇不同極性的毛細(xì)管柱DB-624和CD-5進(jìn)行試驗(yàn)，DB-624分離需要較長(zhǎng)時(shí)間，CD-5柱分離效果好，在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)溶劑和待測(cè)物質(zhì)的基線分離。三氯甲烷沸點(diǎn)較低，色譜條件選擇柱溫 65 ℃待測(cè)物質(zhì)氣化良好，同時(shí)樣品中的水分未達(dá)到沸點(diǎn)，氣化較少，很好的保護(hù)了色譜柱和ECD檢測(cè)器。

2.2 頂空條件的選擇

三氯乙醛和氫氧化鈉在常溫下就可以反應(yīng)，為保證反應(yīng)完全，同時(shí)考慮三氯甲烷的氣相分配。本試驗(yàn)考察了考察不同的平衡溫度對(duì)三氯甲烷峰面積響應(yīng)值的影響，配制10.0 μg/L 的三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，平衡溫度分別設(shè)定為30 ℃、45 ℃、 55 ℃、65 ℃、75 ℃，結(jié)果顯示，當(dāng)平衡溫度為40～60 ℃時(shí)峰面積明顯增加，60 ℃后峰面積相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明樣品轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定。考慮到溫度升高，進(jìn)入氣相色譜的水蒸氣也隨之增加，過(guò)多水分將對(duì)毛細(xì)管色譜柱和ECD檢測(cè)器產(chǎn)生損害。因此，本方法選擇60 ℃為平衡溫度。

2.3 平衡時(shí)間

樣品中易揮發(fā)性有機(jī)物在氣、液相中達(dá)到平衡需要溫度和時(shí)間，合適的平衡時(shí)間，可以提高目標(biāo)物在氣相中的濃度，同時(shí)穩(wěn)定的氣液平衡可以提高校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)對(duì) 10.0 μg/L的三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液試驗(yàn)不同的穩(wěn)平衡時(shí)間，分為10、20、30、40 min，考察三氯甲烷響應(yīng)值的高低。隨著平衡時(shí)間邊長(zhǎng)，三氯甲烷的響應(yīng)值越大，平衡時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)峰面積響應(yīng)較大，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，響應(yīng)值增加緩慢。從分析時(shí)間考慮，本試驗(yàn)將平衡時(shí)間定為20 min。

2.4 轉(zhuǎn)化效率

測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于三氯乙醛轉(zhuǎn)化為三氯甲烷的效率，本試驗(yàn)選擇的6.02 μg/L三氯甲烷和10.0 μg/L三氯乙醛做驗(yàn)證試驗(yàn)，分別注入到頂空瓶中，看峰面積是否有顯著性差異(折算為同一濃度)，試驗(yàn)表明二者峰面積之差小于5%，證明轉(zhuǎn)化效率大于95%，適用本方法的測(cè)定。

2.5 氫氧化鈉的加入量

氫氧化鈉提供堿性環(huán)境并參與化學(xué)反應(yīng)，加入量影響三氯乙醛的轉(zhuǎn)化：加入量過(guò)少，反應(yīng)不完全；加入量過(guò)多，造成試劑的浪費(fèi)及腐蝕頂空瓶、會(huì)使響應(yīng)值減小。實(shí)驗(yàn)中保持實(shí)驗(yàn)中其他條件不變，用10.0 μg/L的三氯乙醛溶液分別進(jìn)行不同濃度試驗(yàn)：加入1 mol/L的NaOH溶液50～500 μL。 結(jié)果表明，三氯甲烷的峰面積響應(yīng)隨著NaOH加入量的增加而增大，當(dāng)NaOH量為100 μL時(shí)，三氯乙醛與NaOH反應(yīng)完全，三氯甲烷達(dá)到響應(yīng)值較大隨后響應(yīng)值趨于平緩。因此將NaOH加入量定為100 μL。

2.6 鹽的加入量

為了更快達(dá)到氣/液氣平衡，頂空分析實(shí)驗(yàn)中通常加入無(wú)機(jī)鹽，加入無(wú)機(jī)鹽的目的是降低有機(jī)物在水中的溶度，提高目標(biāo)物在頂空部分的濃度。本實(shí)驗(yàn)考察了在10 μg/L的三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入不同質(zhì)量的氯化鈉，結(jié)果表明在隨著NaCl加入量增加，三氯甲烷響應(yīng)增大，NaCl加入大于0.2 g時(shí)，三氯甲烷響應(yīng)達(dá)到最大后趨于穩(wěn)定。因此在體系中將NaCl加入量定為0.2 g。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照優(yōu)化條件對(duì)水合三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，得到堿化后的三氯甲烷的色譜圖，配制標(biāo)準(zhǔn)系列三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，以堿化后的三氯甲烷峰面積對(duì)水合三氯乙醛濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程：Y=3020X+547,相關(guān)系數(shù)R2=0.999。 在0.500～10.0 μg/L 濃度范圍內(nèi)，三氯乙醛具有良好的線性。

2.8 檢出限

儀器的檢出限一般按照3倍的信噪比進(jìn)行計(jì)算，本試驗(yàn)連續(xù)分析濃度為0.500 μg/L三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，重復(fù)6次進(jìn)樣，計(jì)算平均峰高，按照3倍信噪比計(jì)算檢出限，得到三氯乙醛檢出限為0.200 μg/L。以取樣量為2.0 g計(jì)，得到三氯乙醛的檢出限為1.00 μg/kg。

2.9 回收率和精密度試驗(yàn)

在不含三氯甲烷和三氯乙醛的有機(jī)肥料中，分別加入濃度為1.00、5.00、10.00 μg/L的三氯乙醛標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定，每個(gè)濃度平行測(cè)定6次，結(jié)果見(jiàn)表1所示。6次結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，加標(biāo)回收率在90%～ 110%之間，表明該方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度。

表1 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n=6)

2.10 實(shí)際樣品的測(cè)定

應(yīng)用優(yōu)化的頂空-氣相色譜法對(duì)龍巖市各縣區(qū)分布的有機(jī)肥料進(jìn)行三氯乙醛含量分析。測(cè)定堿化前后樣品中三氯甲烷的峰面積之差，從而間接計(jì)算出三氯乙醛含量，經(jīng)計(jì)算結(jié)果顯示三氯乙醛的含量均低于檢出限。說(shuō)明本地區(qū)的有機(jī)肥料的生產(chǎn)沒(méi)有使用含三氯乙醛的原料或者原料沒(méi)有受到三氯乙醛的污染。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)采用了差量頂空-氣相色譜法間接測(cè)定有機(jī)肥料中三氯乙醛含量。通過(guò)對(duì)色譜條件、頂空條件、加鹽量和加堿量等條件的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了三氯乙醛目標(biāo)物和雜質(zhì)完全分離、準(zhǔn)確定性、定量，在優(yōu)化條件下檢出限為1.00 μg/kg，線性相關(guān)系數(shù)R2為0.999，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)肥料的三氯乙醛的準(zhǔn)確測(cè)定。本試驗(yàn)通過(guò)轉(zhuǎn)化目標(biāo)物間接測(cè)定提高了三氯乙醛分析的靈敏度、減少了基質(zhì)、雜質(zhì)的干擾、分析過(guò)程無(wú)需使用有機(jī)溶劑、試劑消耗少、檢出限低、準(zhǔn)確度高，減少了環(huán)境污染，滿足有機(jī)肥料樣品中對(duì)三氯乙醛的檢測(cè)要求。