頂空-氣相色譜法測(cè)定土壤中異丙胺、二異丙胺、正丁胺和正辛胺

王 雪，孫陽(yáng)洋，章巧林

（浙江中一檢測(cè)研究院股份有限公司，浙江 寧波 315040）

有機(jī)胺類(lèi)化合物，如異丙胺、二異丙胺、正丁胺、正辛胺等，作為原料或中間產(chǎn)物在合成橡膠、合成纖維和樹(shù)脂、農(nóng)藥、有機(jī)染料、醫(yī)藥化工等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用［1-3］。因此，在相關(guān)企業(yè)排放的廢氣和廢水中常被檢出。有機(jī)胺類(lèi)化合物大多具有高毒性、持久性、遷移性和生物蓄積性等特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境和公共健康產(chǎn)生不利影響。部分有機(jī)胺對(duì)人體的眼睛、皮膚、黏膜等刺激較大，對(duì)人體健康存在危害。土壤中有機(jī)胺類(lèi)化合物的存在，可能是其通過(guò)工業(yè)廢水排放以及大氣沉降、地表徑流和滲漏等途徑進(jìn)入到土壤和沉積物環(huán)境中所導(dǎo)致。有機(jī)胺類(lèi)化合物污染已成為一個(gè)不可忽視的環(huán)境問(wèn)題，如何有效確認(rèn)環(huán)境中有機(jī)胺類(lèi)化合物的種類(lèi)和含量，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

目前對(duì)于水、空氣中的有機(jī)胺類(lèi)化合物的檢測(cè)方法基本為氣相色譜法［4-8］、離子色譜法［9］等。土壤中有機(jī)胺類(lèi)化合物的檢測(cè)主要以苯胺類(lèi)為主，脂肪胺（如異丙胺、二異丙胺、正丁胺、正辛胺等）的檢測(cè)方法還較少有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

本工作參考《土壤和沉積物 揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 頂空/氣相色譜法》（HJ 741—2015）［10］及其他相關(guān)文獻(xiàn)資料，建立了一種采用頂空-氣相色譜法測(cè)定土壤中異丙胺、二異丙胺、正丁胺、正辛胺4種有機(jī)胺類(lèi)化合物的方法，以期為土壤中有機(jī)胺類(lèi)化合物的檢測(cè)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑、材料和儀器

異丙胺，純度大于等于99.0%；正丁胺，純度大于等于99.0%；二異丙胺，純度大于等于99.0%；正辛胺，純度大于等于99.0%；甲醇，色譜純；氯化鈉，優(yōu)級(jí)純；石英砂，分析純；氨水，ρ（NH3·H2O）為0.91 g/mL；氮?dú)?，純度大于等?9.999%；氫氣，純度大于等于99.999%；空氣，經(jīng)硅膠除濕和脫烴管除烴；超純水。

胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：移取適量甲醇于25 mL容量瓶中，依次稱(chēng)取異丙胺0.051 4 g、正丁胺0.020 3 g、二異丙胺0.005 3 g、正辛胺0.012 8 g，用甲醇定容至刻度線，搖勻。根據(jù)藥品純度折算，得到混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中含異丙胺2 036 mg/L、正丁胺804 mg/L、二異丙胺208 mg/L、正辛胺508 mg/L。

飽和氯化鈉溶液：用氯化鈉和超純水配制成飽和溶液。

7890B型氣相色譜儀，Agilent公司，配FID檢測(cè)器；CP-Volamine型色譜柱，30 m×320 μm，Agilent公司；7697A型頂空進(jìn)樣器，Agilent公司；BSA224S型電子天平，賽多利斯公司；ZHC-S型往復(fù)式振蕩器，可固定頂空瓶，中環(huán)北方（北京）環(huán)?？萍加邢薰荆豁斂掌?，22 mL玻璃瓶，具密封墊（聚四氟乙烯）、密封蓋（一次性壓蓋），Agilent公司；樣品瓶，60 mL棕色廣口玻璃瓶，Agilent公司。

1.2 樣品采集

按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）［11］的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行土壤樣品的采集和保存，樣品采集工具使用前應(yīng)經(jīng)凈化處理，樣品應(yīng)盡快采集到樣品瓶中并填滿(mǎn)，快速清除掉樣品瓶螺紋及外表面上黏附的樣品，密封樣品瓶，貼上標(biāo)簽，置于便攜式冷藏箱內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)分析。若不能及時(shí)分析，樣品應(yīng)在無(wú)有機(jī)物干擾的4 ℃以下環(huán)境中密封保存。

1.3 樣品檢測(cè)

取出樣品瓶，待恢復(fù)至室溫后稱(chēng)取2.0 g樣品于頂空瓶中，迅速加入10.0 mL飽和氯化鈉溶液、100.0 μL氨水，立即密封，置于往復(fù)式振蕩器上以2.5 Hz的頻率振蕩10 min，放入頂空進(jìn)樣器中平衡30 min，取1.0 mL注入氣相色譜儀中進(jìn)行分析。

頂空進(jìn)樣器條件：加熱箱溫度（平衡溫度）80℃，定量環(huán)溫度180 ℃，傳輸線溫度190 ℃，頂空瓶平衡時(shí)間30 min，進(jìn)樣持續(xù)時(shí)間1.0 min，進(jìn)樣體積1.0 mL。

氣相色譜儀條件：進(jìn)樣口溫度200 ℃；分流進(jìn)樣，分流比20∶1；毛細(xì)管柱，CP-Volamine型；色譜柱流量3 mL/min；柱箱初始溫度60 ℃，保持時(shí)間4 min，升溫速率20 ℃/min，終止溫度200 ℃，保持時(shí)間7 min；FID檢測(cè)器，檢測(cè)器溫度200 ℃；空氣流量400 mL/min；氫氣流量40 mL/min；氮?dú)饬髁?0 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 頂空體系的優(yōu)化

頂空法對(duì)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)，添加一定量的氯化鈉溶液，有利于抑制樣品生物降解和提高頂空法的效率。因此，以下實(shí)驗(yàn)均是在添加飽和氯化鈉溶液的條件下進(jìn)行。準(zhǔn)備試驗(yàn)用頂空瓶，依次向頂空瓶中加入2.0 g石英砂、10.0 mL飽和氯化鈉溶液、40.0 μL胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在往復(fù)式振蕩器上以2.5 Hz的頻率振蕩10 min后待測(cè)。

2.1.1 平衡溫度

在其他條件不變的情況下，設(shè)置平衡溫度分別為60，70，80，90 ℃，測(cè)定胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到響應(yīng)值（峰面積）與平衡溫度的關(guān)系，見(jiàn)圖1。隨著平衡溫度的升高，頂空氣體的濃度增加，響應(yīng)值隨之增大。平衡溫度的影響程度因組分不同而異，待測(cè)組分的沸點(diǎn)越低，對(duì)溫度越敏感。在60～80 ℃，異丙胺、正丁胺、二異丙胺、正辛胺的響應(yīng)值隨平衡溫度的升高有明顯提高；在80～90 ℃，異丙胺、正丁胺的響應(yīng)值隨平衡溫度的升高出現(xiàn)下降，二異丙胺、正辛胺的響應(yīng)值則變化不明顯。綜上可知，有機(jī)胺類(lèi)化合物的響應(yīng)值于80 ℃時(shí)達(dá)到較高水平。此外，頂空加熱至85 ℃后會(huì)有大量水氣進(jìn)入氣相，對(duì)氣相成分產(chǎn)生影響，且頂空瓶的壓力較大，易造成爆破。綜合考慮，選擇80 ℃作為頂空平衡溫度進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖1 平衡溫度對(duì)響應(yīng)值的影響

2.1.2 平衡時(shí)間

平衡時(shí)間取決于被測(cè)組分分子從樣品基質(zhì)到氣相的擴(kuò)散速率，與分子大小、介質(zhì)黏度及溫度有關(guān)。在其他條件不變的情況下，設(shè)置平衡時(shí)間分別為20，30，40，50 min，測(cè)定胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察平衡時(shí)間對(duì)響應(yīng)值的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。頂空平衡時(shí)間大于等于30 min時(shí)各組分均有良好的響應(yīng)值，在30～50 min范圍內(nèi)各物質(zhì)的響應(yīng)值均沒(méi)有明顯變化。因此，確定平衡時(shí)間為30 min進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖2 平衡時(shí)間對(duì)響應(yīng)值的影響

2.1.3 氨水加入量

異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺屬于堿性物質(zhì)，選用的CP-Volamine型色譜柱屬于堿改性的非極性柱。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在頂空瓶?jī)?nèi)加入一定量的氨水可有效降低異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺在CP-Volamine型色譜柱上的吸附，改善色譜峰形，且可顯著提升目標(biāo)物在檢測(cè)器上的響應(yīng)，提高方法靈敏度。因此，本方法在選用CP-Volamine型柱檢測(cè)時(shí)，加入了一定量的氨水。在其他條件不變的情況下，考察了分別加入50.0，100.0，150.0，200.0 μL氨水時(shí)儀器響應(yīng)值的變化，結(jié)果見(jiàn)圖3。氨水加入量從50.0 μL增至100.0 μL時(shí)，隨著氨水加入量的增加，儀器響應(yīng)值明顯增大；當(dāng)氨水加入量超過(guò)100.0 μL后，繼續(xù)增加氨水加入量，響應(yīng)值增大不明顯。因此，選擇氨水加入量為100.0 μL進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖3 氨水加入量對(duì)響應(yīng)值的影響

2.2 色譜柱的選擇

實(shí)驗(yàn)比較了DB-1（60 m×0.32 mm×1.0 μm）、DB-624（60 m×0.32 mm×1.4 μm）、CP-Volamine（30 m×320 μm）型色譜柱對(duì)胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的分離效果。DB-1型和DB-624型色譜柱分別屬于非極性和中等極性的色譜柱，且兩者均未經(jīng)過(guò)堿化處理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺在這兩種類(lèi)型的柱子上拖尾非常嚴(yán)重，無(wú)法得到正常的色譜峰形。CP-Volamine型屬于堿性非極性柱，在CP-Volamine柱上，異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺能夠得到有效分離（見(jiàn)圖4），且色譜柱性質(zhì)穩(wěn)定、重現(xiàn)性很好。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇CPVolamine型色譜柱進(jìn)行分析。

圖4 CP-Volamine型色譜柱的GC譜圖

2.3 方法的建立和評(píng)價(jià)

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

取7個(gè)頂空瓶，依次加入2.0 g石英砂，10.0 mL飽和氯化鈉溶液，不同體積的胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（0，10.0，20.0，40.0，60.0，80.0，100.0 μL），100.0 μL氨水，配制成標(biāo)準(zhǔn)系列后，在往復(fù)式振蕩器上以2.5 Hz的頻率振蕩10 min，按照本實(shí)驗(yàn)最優(yōu)儀器條件操作，以各物質(zhì)含量（μg）為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)進(jìn)行擬合，得到異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程，如表1所示。由表1可見(jiàn)，本實(shí)驗(yàn)條件下，異丙胺、二異丙胺、正丁胺、正辛胺濃度與峰面積呈良好線性關(guān)系（R2≥0.999）。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，平行測(cè)定6次標(biāo)準(zhǔn)曲線的最低點(diǎn)、中間點(diǎn)、最高點(diǎn)3個(gè)濃度點(diǎn)及一個(gè)高于曲線最高濃度點(diǎn)2倍的濃度，由4個(gè)濃度的精密度可知，2倍最高點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為14%～36%，不符合精密度要求。此外，正辛胺在2倍最高點(diǎn)濃度時(shí)在色譜儀上產(chǎn)生記憶效應(yīng)，對(duì)定性和定量產(chǎn)生干擾。綜上，本實(shí)驗(yàn)中胺類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍選擇上述濃度。

2.3.2 檢出限

按照《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2020）［12］給出的方法確定檢出限。分別稱(chēng)取約2.0 g石英砂加入到7個(gè)頂空瓶中，向石英砂中加入15.0 μL胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，迅速加入10.0 mL飽和氯化鈉溶液、100.0 μL氨水，立即密封。在往復(fù)式振蕩器上以2.5 Hz的頻率振蕩10 min，上機(jī)檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算得到土壤中異丙胺、正丁胺、二異丙胺、正辛胺的檢出限分別為2，0.9，0.2，0.9 mg/kg。

2.3.3 準(zhǔn)確度和精密度

按照HJ 168—2020中規(guī)定選擇高（校準(zhǔn)曲線線性范圍上限90%的含量）、中（校準(zhǔn)曲線中間點(diǎn)附近的含量）、低（測(cè)定下限附近的含量）3個(gè)濃度進(jìn)行測(cè)試。取18個(gè)頂空瓶，分成3組，分別稱(chēng)取約2 g石英砂加入到各頂空瓶中，向每組頂空瓶中分別加入10.0，50.0，90.0 μL胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，迅速加入10.0 mL飽和氯化鈉溶液、100.0 μL氨水，立即密封。在往復(fù)式振蕩器上以2.5 Hz的頻率振蕩10 min，上機(jī)檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺每組6次結(jié)果的平均回收率和回收結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）（見(jiàn)表2），分別為81.3%～96.1%、80.7%～94.7%、68.0%～93.2%和93.8%～104%，以及3.9%～8.9%、4.2%～7.8%、7.6%～13%和5.9%～14%。

表2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=6）

2.4 實(shí)際樣品的測(cè)定

對(duì)浙江某化工企業(yè)拆遷地塊進(jìn)行取樣測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行基體加標(biāo)試驗(yàn)。取18個(gè)頂空瓶，分成3組，分別稱(chēng)取約2.0 g已知濃度的土壤樣品加入到各頂空瓶中，向每組頂空瓶中分別加入15.0，30.0，50.0 μL胺類(lèi)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，迅速加入10.0 mL飽和氯化鈉溶液、100.0 μL氨水，立即密封。在往復(fù)式振蕩器上以2.5 Hz的頻率振蕩10 min，上機(jī)檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算異丙胺、正丁胺、二異丙胺和正辛胺每組6次結(jié)果的平均回收率和回收結(jié)果的RSD（見(jiàn)表3），分別為71.5%～84.6%、70.3%～84.4%、59.6%～80.1%和73.0%～88.5%，以及3.8%～8.0%、4.3%～8.5%、7.5%～14%和7.8%～14%。

表3 實(shí)際樣品的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=6）

本實(shí)驗(yàn)采用的是某化工企業(yè)土壤樣品，該企業(yè)生產(chǎn)有機(jī)胺、醫(yī)藥化工等多種產(chǎn)品，土壤基質(zhì)較為復(fù)雜；并且，本實(shí)驗(yàn)采用新鮮土壤樣品，均勻性較差。這些因素可能是導(dǎo)致實(shí)際樣品加標(biāo)回收率較空白樣品低的原因。

3 結(jié)論

a）建立了一種頂空-氣相色譜法測(cè)定土壤中異丙胺、二異丙胺、正丁胺、正辛胺的方法，該方法檢出限低、操作方便、準(zhǔn)確度和精密度可靠，可滿(mǎn)足測(cè)定要求。

b）頂空體系的優(yōu)化條件為：平衡溫度80 ℃，平衡時(shí)間30 min，氨水加入量100.0 μL。氣相色譜選擇CP-Volamine型色譜柱進(jìn)行分析。

c）頂空-氣相色譜法測(cè)定土壤中的異丙胺、正丁胺、二異丙胺、正辛胺的檢出限分別為2，0.9，0.2，0.9 mg/kg；空白加標(biāo)回收率分別為81.3%～96.1%、80.7%～94.7%、68.0%～93.2%和93.8%～104%，RSD分別為3.9%～8.9%、4.2%～7.8%、7.6%～13%和5.9%～14%；基體加標(biāo)回收率分別為71.5%～84.6%，70.3%～84.4%，59.6%～80.1%，7 3.0%～8 8.5%，R S D 分別為3.8%～8.0%，4.3%～8.5%，7.5%～14%，7.8%～14%。