浅谈环境样品中苯胺类化合物的测定方法

谌佳佳 ， 严雪伟 ， 张晶晶

(河南省化工研究所有限责任公司 ， 河南 郑州 450052)

苯胺类化合物是重要的化工原料，主要用于染料、医药、农药、树脂、橡胶、塑料、清漆等工业生产过程。目前，在大气、地下水、河流、土壤和底泥中已发现苯胺类化合物的残留，这类污染物含量低、分布广、毒性大，对环境和生物构成极大危害。此类化合物具有高毒性。苯胺被世卫组织国际癌症研究机构列为第3类致癌物，苯胺类化合物被列入我国规定的优先控制污染物[1]。环境质量标准对苯胺类规定了限制要求。如《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行) GB36600—2018》规定了苯胺类筛选值：一类用地低于92 mg/kg，二类用地低于260 mg/kg；管制值：一类用地低于211 mg/kg，二类用地低于663 mg/kg。《地表水环境质量标准 GB3838—2002》规定苯胺0.1 mg/L。因此，环境样品中苯胺类物质的测定成为环境监测中非常重要的内容之一。

1 苯胺类化合物的测定方法研究现状

近年来，国内环保行业对水中苯胺类的分析方法标准从最初的国标推荐N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法，到《水和废水监测分析方法》(第四版增补版)规定了苯胺类的液相色谱法，再到生态环境部规定了地表水、地下水、海水、生活污水和工业废水中19种苯胺类化合物的气相色谱质谱法和17种苯胺类化合物的液相色谱—三重四极杆质谱法，可定量分析的苯胺类化合物已越来越多。相关文献研究对水质中的苯胺类物质的测定方法由最初的光度法、色谱法延伸至电化学法、荧光法、毛细管电泳法等。不同的分析方法有着各自的优势和不足，研究者对这些方法的限制因素进行了不断的改进。对于大气样品的苯胺类检测已有相关参照标准，主要方法是盐酸萘乙二胺分光光度法、高效液相色谱法和气相色谱法，其中研究和使用最为广泛的是气相色谱法。而土壤样品的苯胺类测定方法相关标准的气相色谱-质谱法中仅给出了4-氯苯胺、2-硝基苯胺、3-硝基苯胺和4-硝基苯胺4个项目的检出限和测定下限。液相色谱—三重四极杆质谱法测定土壤和沉积物中15种苯胺类和联苯胺类仅给出了征求意见稿，相关文献对该方面的研究也较少，其主要难点在于土壤样品基质复杂，萃取体系、萃取溶剂、净化方式都会直接影响检测结果的准确度。

2 水质中苯胺类化合物的测定

2.1 分光光度法及其改进

我国最早推荐使用的水中苯胺类化合物总量的测定方法为N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法，该方法最为经典，但存在显色剂N-(1-萘基)乙二胺溶液浓度大，试剂空白值高；酸度调节操作难于标准化；被测水样基质干扰诸多因素导致国标法操作复杂、分析时间长、测定精密度和准确度差[2]。因此在实际运用中，研究者不断对该测定方法进行改进。

2.1.1比色手段的改进

①利用显色原理开发不同的显色剂。利用亚硝酸盐与苯胺发生重氮化反应，再分别应用N-(1-萘基)-乙二胺、α-萘胺、α-萘酚、邻甲氧基酚、8-羟基喹啉和变色酸作为偶联剂在不同波长下进行测定。此外，平树水[3]利用六次甲基四胺一盐酸缓冲体系中,以铁氰化钾为催化剂使苯胺与4-氨基安替比林发生反应，生成紫红色络合物，其颜色深度与苯胺类的浓度成正比，该比色法适用于测定苯环上未连接基团的芳香胺。刘海军等[4]依据在亚硝基铁氰化钾存在下，苯胺在磷酸盐介质(pH值=1～1.4)中与次氯酸钠、苯酚反应形成靛酚。测定苯胺在0.06～6.40 g/L符合比尔定律。孙国军[5]发现在亚硝基铁氰化钾存在下，苯胺在氢氧化钠介质(pH值=12.5)中与次氯酸钠、水杨酸反应生成靛酚蓝。苯胺的质量浓度在0.09～8.00 mg/L内符合比尔定律。

②褪色及阻抑催化褪色光度法。研究发现在酸性介质中，苯胺对高锰酸钾具有褪色作用，痕量苯胺也可抑制溴酸钾氧化荧光素的褪色反应，从而建立了褪色光度法测定苯胺类物质的新方法。姚绍龙[6]研究发现在pH值为4.2的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠溶液中，I-能灵敏地催化(NH4)2S2O8氧化孔雀绿(MG)褪色，痕量苯胺对上述催化褪色指示反应有强烈的阻抑作用，并根据3σ/s计算出该方法的检出限为0.283 μg/L。

2.1.2pH值调控方式的改进

偶氮分光光度法反应的最佳pH值是1.5～2.0，采用固体硫酸氢钾或无水碳酸钠调节试液pH值，用量难以掌握、操作繁琐、分析结果重现性差。因此，改固体pH调节剂为液体pH调节剂，并使之定量化，或以不同浓度的硫酸溶液代替硫酸氢钾来调节样品的酸度，可最大限度地满足分析方法在操作、重复、可靠、准确等方面的要求。姚超英[7]采用酚酞作为指示剂进行调节至红色出现瞬间，再定量加入盐酸控制溶液pH值，此类改进均是为准确控制溶液酸度，最大限度地减小盐度引起的实验偏差，保证测定结果的准确度。

2.1.3流动注射技术的应用

研究者依据苯胺与亚硝酸盐发生重氮化反应，剩余的亚硝酸盐氧化亚铁氰化钾或碘化钾，其产物可与鲁米诺发生化学发光反应或遇淀粉变蓝的高灵敏反应原理，建立流动注射光度法测定苯胺类化合物。也有基于在多聚磷酸介质中，KMnO4氧化苯胺能产生强化学发光原理，测定水质中苯胺的方法。邓大伟等[8]基于阴离子交换树脂对苯酚类干扰物质的吸附，实现苯酚类与苯胺类物质的分离，建立了以阴离子树脂在线分离-流动注射-4氨基安替比林分光光度测定废水中苯胺类物质的方法。此类方法在溶液处理方面采用流动注射技术，苯胺含量采用直接或间接式测定。

2.1.4基质干扰消除方式的改进

为消除水样基质干扰，可将脱色剂的添加量具体化，制作工作曲线时同步添加脱色剂，或以硅油Ⅱ作为消泡剂，去除工业废水中残留的大量表面活性剂的显色干扰，可保证试验的准确度。袁存光等[9]研究在不同pH值的盐酸介质中，直接用紫外四阶导数光谱法测定不同类型污水中的苯胺类物质，此方法不需要预蒸馏和显色等复杂的操作，可消除苯酚、石油类、悬浮物及硫化物等的干扰。

2.2 电化学法

电化学分析法由于所需仪器设备简单，操作方便，易于推广而被广泛应用，其中吸附溶出伏安法对有机化合物的测定，尤其是在表面活性剂、生物碱、药物、染料及农药的测定上具有显著优势。张丽君等[10]研究了在酸性介质中，苯胺与亚硝酸根离子和盐酸萘乙二胺反应生成玫瑰红色偶氮染料在汞电极上具有良好的吸附性能，并且在氨性缓冲介质中可在汞电极上还原，于-0.5 V左右产生一灵敏的吸附极谱波。据此，建立了吸附溶出伏安法测定苯胺的方法。当吸附富集时间为3 min时，该法的检测下限为5×10-9mol/L，比分光光度法降低了近两个数量级。极谱法因其具有良好的重现性和选择性被用于苯胺类的测定。孙国军[11]研究了苯胺在磷酸盐介质中(pH值=10.4)与次氯酸钠、苯酚反应，其产物靛酚蓝在磷酸盐-氢氧化钠介质中(pH值=12.74)，在-0.42 V处产生灵敏的吸附波，该方法最低可检测0.002 mg/L的苯胺。

2.3 荧光光度法

荧光光度法测定苯胺的报道多为动力学荧光法和重氮化-耦合反应体系的荧光猝灭法。动力学荧光法主要是在酸性介质，痕量苯胺抑制过碘酸钾氧化罗丹明6G的荧光猝灭，或痕量对硝基苯胺抑制溴酸钾氧化罗丹明6G、罗丹明B的荧光猝灭。程定玺等[12]发现在醋酸介质中，痕量苯胺对溴酸钾和过氧化氢氧化罗丹明6G使其荧光猝灭的反应有抑制作用。武秀红等[13]依据重氮化反应生成的重氮盐在碱性条件下与2-萘酚发生耦合，而2-萘酚的荧光强度降低程度与苯胺类化合物的浓度成正比，建立了重氮化-耦合反应体系的荧光猝灭法测定水中微量的苯胺类化合物。

2.4 毛细管电泳法

毛细管电泳法以其进样量少、分析速度快、分离效率高等优越性能，被广泛应用于环境样品的分析。赵淑莉等[14]采用胶束电动毛细管色谱技术分离了废水中7种苯胺类化合物，系统地研究了苯胺类化合物的分离和方法的重现性、线性及最小检测量，但该方法无法满足实际样品测定中苯胺的回收率。熊辉等[15]采用含有β-环糊精和十二烷基磺酸钠的磷酸盐缓冲溶液作为分离体系，用毛细管电泳分离几种卤代苯胺，该方法测得苯胺类化合物的检出限为(1.2～4.2)×10-6mol/L。白新伟等[16]采用10-乙基吖啶酮-2-磺酰氯柱前衍生废水中10种苯胺类化合物，可实现12 min内快速高效的基线分离。

2.5 色谱法

近年来，随着色谱技术的发展，色谱法以分辨率高，分析速度快，重复性高，方便自动化操作的优势，在环境领域的应用越来越广泛，也成为各标准纷纷推荐使用的方法。在水质苯胺类化合物的测定中，色谱法的研究已越来越成熟，可定量测定的化合物种类也越来越多。而如何克服基质干扰，保证待测化合物全部萃取及结果的准确性成为色谱法研究的关键因素。

2.5.1LC和LC-MS技术

王超等[17]采用混合型固相萃取小柱对废水样品进行前处理，超高效液相色谱法测定苯胺、4-硝基苯胺、联苯胺、3-硝基苯胺、2-硝基苯胺、2，4-二硝基苯胺和N，N-二甲基苯胺，此7种苯胺类化合物可在6.5 min内实现基线分离，方法检出限(S/N=3)达到0.10～0.50 μg/L。当采取分散液液微萃取/高效液相色谱法测定水样中的苯胺类物质，需考察萃取剂的种类、分散剂的种类、分散剂和萃取剂体积比、分散剂和萃取剂总体积、样品pH值、盐效应、萃取时间等影响因素，以确保试验的准确度。母应锋等[18]考察了样品经乙腈盐析萃取后直接进样分析，结果表明11种苯胺类化合物在0.20～1.00 mg/L内具有良好的线性关系，方法检出限0.002～0.007 mg/L。马莹等[19]采用超声作为外力辅助加速乳浊液的形成，使得萃取过程更加迅速、高效。但该方法在测定准确度时发现低浓度下对三氟甲基苯胺的加标回收率略低于正常值，其原因可能是环境水样中，溶解氧或是其他氧化性基质的含量比超纯水的含量高很多，对三氟甲基苯胺具有还原性，与氧化性物质反应降低其浓度。虽然液相色谱法可满足实际样品的测定需求，但该方法仅靠保留时间定性。对于基质复杂的样品，可能会导致结果产生假阳性。有研究者采用直接进样的液相色谱-质谱法测定水样中的5种芳香胺，由于检测器为单级质谱，定性能力稍差。赵云芝等[20]采用直接进样-液相色谱-串联质谱法测定水中苯胺类化合物，无需进行前处理，简单、快速，且串联质谱采用多反应监测模式，有效“屏蔽”样品基体干扰。

2.5.2GC和GCMS联用技术

气相色谱与不同类型检测器联用测定水质中苯胺类化合物均有研究。贺小敏等[21]采用液液萃取气相色谱法氮磷检测器测定饮用水中19种苯胺类化合物，结果表明19种苯胺类化合物的方法检出限在0.06～0.45 μg/L。其他研究者则采用不同的萃取技术，以气相色谱法-氢火焰离子化检测器测定水质中的苯胺类化合物。其萃取技术主要有顶空固相微萃取、固相微萃取、顶空单滴液相微萃取、磁性固相萃取、自制离子液体键合固相微萃取涂层、同步衍生超声乳化微萃取。同样气相色谱法也仅靠保留时间定性，定性能力稍差，开发气相色谱质谱联用技术显得非常重要。储燕萍等[22]采用液液萃取-气相色谱/质谱联用法测定饮用水源水中19种苯胺类化合物，其检出限为0.016～0.067 μg/L。采用液液萃取的前处理方式，其在分析和检测之前须进行过滤、提取、浓缩等步骤。这些样品的前处理步骤往往是实验误差的主要来源。为减少前处理过程带来的实验误差，研究者以全自动固相萃取装置或吹扫-捕集代替液液萃取前处理方式，简化前处理过程，以气相色谱-质谱法测定。

3 环境空气中苯胺类化合物的测定

环境空气中苯胺类化合物的测定方法主要有光度法、气相色谱法、液相色谱法和电化学法。由于光度法测定的是苯胺类化合物的总量，不能对每一种苯胺类化合物进行定性、定量。成志强等[23]采用示波极谱法测定空气中的苯胺，虽然其灵敏度优于光度法，但无法与色谱法相比。因此研究者主要采用色谱法测定环境空气中的苯胺类化合物。目前研究较多的前处理手段是溶剂解吸和热脱附法，其解吸溶剂主要有甲醇、含1%氨水的甲醇、二氯甲烷、苯和环己烷[24]。检测手段有液相色谱法和气相色谱法，液相色谱法检测器类型有紫外检测器和荧光检测器，气相色谱法检测器类型有氢火焰离子化检测器、氮磷检测器、电子捕获检测器和质谱检测器测定。研究的化合物主要有苯胺、邻甲氧苯胺、邻甲基苯胺、2, 4-二甲基苯胺、硝基苯胺(邻、间、对)、2,4-二硝基苯胺、2,6-二硝基苯胺、3,5-二硝基苯胺、4-硝基苯胺、联苯胺、3-硝基苯胺、2-硝基苯胺、N,N-二甲基苯胺、N-甲基苯胺、2, 5-二甲基苯胺、三氯苯胺、甲基苯胺(邻、间、对)。王婷等[25]采用硅胶吸附-甲醇超声萃取-高效液相色谱法可同时测定环境空气中的10种苯胺类化合物，且采样体积为0.08 m3时，方法的检出限在0.102～1.35 μg/m3。

4 土壤中苯胺类化合物的测定

目前，已实施的相关标准涉及到土壤中苯胺类有4-氯苯胺、2-硝基苯胺、3-硝基苯胺和4-硝基苯胺的气相色谱质谱法。土壤中苯胺类化合物的测定方法主要有比色法和色谱法。比色法灵敏度低，干扰大，故色谱法的研究最为活跃。冯慧芳等[26]考察了在碱性条件下，从土壤中直接蒸馏提取苯胺类化合物，其蒸馏液再用重氮一偶合比色法测定。邓延慧等[27]采用顶空气相色谱法快速测定土壤中的苯胺，其检出限为0.22 mg/kg。林建等[28]采用基质固相分散萃取-气相质谱联用法测定土壤中19种苯胺类物质，结果表明19种苯胺类化合物的线性范围为0.1～10 mg/L，方法检出限为0.017～0.075 mg/kg。其他研究者采用快速溶剂萃取仪萃取-凝胶渗透色谱净化，去除样品中的杂质干扰，以气相色谱/质谱法测定土壤中苯胺类化合物。陈烨等[29]建立了固相微萃取-气相色谱/三重四级质谱法测定土壤中氯代苯胺类残留，该方法检出限达到1～10 pg/g，具有简便快捷、抗干扰能力强等特点，适合于土壤中痕量苯胺类化合物的大量快速筛查分析。王方园等[30]采用经典的索式提取，以二氯甲烷为提取剂可实现样品无需净化，直接液相色谱法测定2-硝基苯胺、3-硝基苯胺、4-硝基苯胺和2,4-二硝基苯胺。陈平钦[31]采用超声波萃取方式提取，超高效液相色谱-串联质谱法测定土壤中的5种苯胺类化合物，该方法基体效应小，灵敏度高，检出限低，达到0.38～0.54 μg/kg。

5 小结

环境样品中苯胺类化合物的测定中分光光度法只能测定苯胺类化合物的总和，无法对单一组分进行定量分析，但由于设备投资成本低，且随着方法的改进，可在一定程度上满足测试要求。然而随着色谱技术的普遍推广，自动化在线富集技术的应用，简化样品前处理过程，降低基质干扰，满足多组分测定是研究的主要问题。在水质样品处理中液液萃取由于存在消耗样品及溶剂量大，耗时较长等弱点已逐渐被顶空固相微萃取、固相微萃取、液液微萃取、吹扫捕集、超声萃取等技术所改进。气体样品前处理主要以溶剂解吸和热脱附为主，土壤样品基质干扰更大，前处理也更为复杂，经典的索式提取技术耗时较长，固相微萃取、快速溶剂萃取及超声萃取等可大大缩短萃取时间，提高萃取效率。检测器液相以紫外检测器、荧光检测器为主，气相以氢火焰离子化检测器、氮磷检测器、电子捕获检测器为主。而此类检测器均以保留时间定性，对于基质复杂样品，易出现假阳性结果，因此单四极杆和三重四极杆质谱由于其灵敏度高，定性能力强成为检测手段的发展趋势。目前，关于色谱法测定苯胺类化合物的标准方法中，水质已有气相色谱质谱法和液相-三重四极杆质谱法，环境空气仅有气相色谱法，土壤已有液相-三重四极杆质谱法的征求意见稿，因此环境空气和土壤样品中苯胺类化合物的质谱法测定研究应引起关注，同时在消除基质干扰的前提下简化样品前处理过程也是研究的关键问题。