液液萃取–气相色谱–质谱法测定水中19 种苯胺类化合物

李婧，高翔宇，高文旭，康文贵，张利

（西安西北有色地质研究院有限公司，西安 710054）

苯胺类化合物属于半挥发性有机污染物，是重要的化工中间体，广泛应用于化工、制药和印染等工业［1-2］。苯胺及其衍生物具有特殊的气味，毒性较大，可通过呼吸道、消化道进入人体，也可通过皮肤被人体迅速吸收，部分苯胺类物质对人体有致癌、致畸、致细胞突变作用［3-5］，目前苯胺类物质已被列入我国14 类环境优先污染物黑名单中。因此，建立一种准确高效、环境友好的苯胺类有机污染物测定方法，对其分布监测以及后续治理都具有重要的意义。

水样中苯胺类化合物的测定方法主要有分光光度法［6］、气相色谱法［7-9］、气相色谱-质谱法［10］、高效液相色谱法［11-12］、高效液相色谱-质谱法［13］等。其中分光光度法仅能测定苯胺及其芳香苯胺类化合物的总量，不能对每一个苯胺类物质进行准确定性定量测量，且容易受被测水样色度、共存离子等影响，灵敏度较低；高效液相色谱法选择性差，流动相成本较高，且水体中酚类化合物会对测定结果有干扰；高效液相色谱-质谱法价格昂贵，在环境监测系统种应用很少；气相色谱-质谱法灵敏度较高，选择性好，能对水样中低浓度的苯胺类物质进行准确的定性定量分析。目前，已有文献报道采用气相色谱-质谱法测定水中苯胺类化合物，但回收率都较低，且可检测的苯胺类化合物种类较少［14-15］。因此笔者选择气相色谱-质谱法，通过对液液萃取条件和色谱分析条件进行比较和筛选，针对回收率较低设计光化学反应实验，模拟天然水体中苯胺类化合物的光降解，大大提高了苯胺类化合物的回收率，建立了测定水中19 种苯胺类化合物的方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-质谱仪：Agilent 5977-7890B 型，配自动进样器，美国安捷伦科技有限公司。

平行浓缩仪：Multi Vap-10 型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

全自动高通道量柱式固相萃取仪：SPE1000-3型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

电子天平：SQP 型，感量为0.1 mg，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。

19 种苯胺类化合物（苯胺、2-氯苯胺、3-氯苯胺、4-氯苯胺、4-溴苯胺、2-硝基苯胺、2，4，6-三氯苯胺、3，4-二氯苯胺、3-硝基苯胺、2，4，5-三氯苯胺、4-氯-2-硝基苯胺、4-硝基苯胺、2-氯-4-硝基苯胺、2，6-二氯-4-硝基苯胺、2-溴-6-氯-4-硝基苯胺、2-氯-4，6-二硝基苯胺、2，6-二溴-4-硝基苯胺、2，4-二硝基苯胺、2-溴-4，6-二硝基苯胺）标准溶液：质量浓度均为1 000 μg／mL，编号为F3030010，溶剂为二氯甲烷，上海ANPEL 公司；

苯胺-d5 替代物标准溶液：质量浓度为2 000 μg／mL，编号为380199，溶剂为二氯甲烷，美国o2 si 公司。

1，2-二氯苯-d4 内标溶液：质量浓度为2 000 μg／mL，编号为C2320015，溶剂为二氯甲烷，上海ANPEL 公司。

菲-d10 内标溶液：质量浓度为500 μg／mL，编号为C2320015，溶剂为二氯甲烷，上海ANPEL 公司。

二氯甲烷、异丙醇、正己烷：均为色谱级，成都科隆化学品有限公司。

甲醇：农残级，德国CNW 公司。

无水硫酸钠、氯化钠：均为优级纯，400 ℃烘烤4 h，保存于干燥器中，天津市科密欧化学试剂有限公司。

氢氧化钠：优级纯，成都市科隆化学品有限公司。

实验用水为超纯水（不含有机物）。

1.2 溶液配制

苯胺-d5 替代物储备液：20 μg／mL，准确移取0.10 mL 苯胺-d5 替代物标准溶液于10.0 mL 棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至标线，摇匀。

内标物标准储备液：10 μg／mL,分别准确移取0.05 mL 1，2-二 氯 苯-d4 内 标 溶 液 和0.20 mL菲-d10 内标溶液于10.0 mL 棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至标线，摇匀。

19 种苯胺类标准储备液（含替代物）：20 μg／mL，分别准确移取0.20 mL 19 种苯胺类化合物标准溶液和0.10 mL 苯胺-d5 替代物标准溶液于10.0 mL棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至标线，摇匀。

19 种苯胺类标准工作液：分别准确移取0.40、1.00、2.50 mL 19 种苯胺类化合物标准储备液（含替代物）和1.00 mL 内标物标准储备液于3 只10.0 mL棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至标线，摇匀，制备成质量浓度分别为0.4、1.0、2.5 μg／mL 标准工作液。

系列混合标准工作液（含替代物）：分别移取19 种苯胺类标准储备液（含替代物）0.10、0.25、0.50、1.00、1.50、2.50 mL 置于6 只10.0 mL 棕色容量瓶中，再分别加入1.00 mL 10 μg／mL 内标物标准储备液，用二氯甲烷定容至标线，配制成19 种苯胺类化合物质量浓度均分别为0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 mg／L 的系列混合标准工作溶液（含替代物）。

1.3 样品采集与保存

按照GB 17378、HJ／T 91、HJ／T 164 的相关规定进行水样采集，样品贮存于棕色玻璃瓶中并充满样品瓶，不留空隙。样品采集后立即加入氢氧化钠溶液或硫酸溶液，调节pH 6～8，于4 ℃冷藏保存。如水样中有余氯，每1 000 mL 样品中加入80 mg 硫代硫酸钠溶液。水样中的苯胺类化合物易降解，应尽快测定，若不能及时测定，应将样品保存于4 ℃冰箱中。采集的样品应在24 h 内萃取，萃取后的样品在40 d 内分析。

1.4 样品预处理

中性萃取：准确量取1 000 mL 水样于分液漏斗中，加入30 g 氯化钠，轻轻振摇至氯化钠溶解，调节pH 7～8，加入100.0 μL 20.0 mg／L 苯胺-d5 替代物工作液作为回收指示物，混合均匀，加入60 mL二氯甲烷，振摇萃取10 min，静置5 min，两相分层，收集有机相至三角烧瓶。继续加入60 mL 二氯甲烷至水相，重复萃取2 次，有机相合并至三角烧瓶中，用适量（大于3 g）无水硫酸钠过滤脱水，上氮吹仪浓缩，加入0.1 mL 10 μg／mL 内标物标准储备液，用二氯甲烷定容至1 mL，待测。

碱性萃取：准确量取1 000 mL 水样于分液漏斗中，加入30 g 氯化钠，轻轻振摇至氯化钠溶解，用pH 剂调节pH 大于11，加入100.0 μL 20.0 mg／L苯胺-d5 替代物工作液（回收指示物），混合均匀，加入60 ml 二氯甲烷，振摇萃取10 min，静置5 min，两相分层，收集有机相至三角烧瓶。继续加入60 mL 二氯甲烷至水相，重复萃取2 次，有机相合并至三角烧瓶中，用适量（大于3 g）无水硫酸钠过滤脱水，上氮吹仪浓缩，加入0.1 mL 10 μg／mL 内标物标准储备液，用二氯甲烷定容至1 mL 待测。

1.5 仪器工作条件

1.5.1 气相色谱条件

色谱柱：DB-5MS 型色谱柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；进样口温度：260 ℃；进样方式：无分流进样；进样量1.0 μL；载气：氦气；流量：1.00 mL／min；设置程序升温：初始温度为40 ℃，保持2 min，以5 ℃／min 的速率升温至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升温至200 ℃，保持8 min，最后以35 ℃／min 的速率升温至280 ℃。

1.5.2 质谱条件

离子源：EI 源；离子源温度：230 ℃；离子化能量：70 ev。接口温度：260 ℃。扫描范围：m／z 35～500 amu；溶剂延迟时间：9.0 min；采用质谱图结合保留时间定性，选择离子定量。

2 结果与讨论

2.1 萃取剂的选择

苯胺类化合物属半挥发极性分子，可选择疏水性溶剂做液液萃取法的萃取剂，利用被测组分在溶剂与水之间的溶解度差异进行萃取。二氯甲烷对非极性到极性范围的化合物都有较高的萃取能力，沸点低，萃取后易于浓缩，密度比水大，分液操作容易，且不易燃，适用于多组分同时分析。因此，本研究选择二氯甲烷作为前处理萃取剂。

2.2 色谱条件的选择

2.2.1 升温程序

通过改变升温速率和初始柱温探究升温程序对分离效果的影响，设计4 种条件进行试验。

(a)：初始温度为40 ℃，保持1 min，以10 ℃／min的速率升至100 ℃，再以30 ℃／min 的速率升至280 ℃，保持5 min［5］。

(b)：初始温度为40 ℃，保持5 min，以5 ℃／min的速率升温至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升温至200 ℃，保持8 min，最后以30 ℃／min 的速率升温至280 ℃［16］。

(c)：初始温度为60 ℃，保持5 min，以5 ℃／min的速率升温至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升温至200 ℃，保持8 min，最后以30 ℃／min 的速率升温至280 ℃。

(d)：初始温度为40 ℃，保持2 min，以5 ℃／min的速率升温至100 ℃，再以10 ℃／min 的速率升温至200 ℃，保持8 min，最后以35 ℃／min 的速率升温至280 ℃。

试验发现，条件(a)中11 min 后升温速率过快，部分苯胺类物质色谱峰重叠，无法分离，因此需降低升温速率；采用条件(b)，除过苯胺-d5 与苯胺以及4-氯-2 硝基苯胺与4-硝基苯胺分离不完全，其余物质均完全分离；为尽量缩短分离时间，考察条件(c)，在初始柱温为60 ℃的条件下，3-氯苯胺和4-氯苯胺峰形有重叠，分离效果较差；考察条件(d)，除过苯胺-d5 与苯胺以及4-氯-2 硝基苯胺与4-硝基苯胺分离不完全，其余物质均完全分离，且分离时间较条件(b)短，适用于实际样品的分析检测。因此本实验采用条件(d)作为升温程序。

2.2.2 色谱柱的选择

选择美国安捷伦科技有限公司DB-5MS 型 (30 m×0.25mm，0.25 μm，5%二苯基-95%二甲基聚硅氧烷石英毛细色谱柱）和DB-35MS 型［30 m×0.25 mm，0.25 μm，（35%苯基）-甲基聚硅氧烷石英毛细色谱柱］两种色谱柱对1.2 中1.0 μg／mL 19 种苯胺类标准工作液的22 种化合物（包括19 种苯胺类目标物、1 种替代物和2 种内标物）进行分离检测。试验结果表明优化色谱条件后DB-5MS 柱可以达到预期的分离效果，缺点是苯胺-d5 与苯胺以及4-氯-2 硝基苯胺与4-硝基苯胺分离不完全，但可以通过定量离子进行定量分析；DB-35MS 柱对19 种苯胺类目标物完全分离，但通用性不强。因此最终采用DB-5MS 柱，总离子流色谱图如图1 所示。

图1 苯胺类化合物的总离子流色谱图

2.2.3 pH 对回收率的影响

苯胺类化合物属于碱性物质，在酸性条件下可形成稳定的苯胺盐，具有较强的亲水性，用有机溶剂萃取时萃取效率较低，且其中部分化合物属于弱盐基性。参考EPA 8270 中“在pH 6～8 时进行萃取”，取6 份1.2 中1.0 μg／mL 19 种苯胺类标准工作液，分3 组，分别在中性、碱性、先中性后碱性的条件下进行萃取，后进样分析，考察回收率和pH 的关系，结果列于表1。由表1 可知，在先中性后碱性条件下19 种苯胺类化合物回收率最高，萃取效率好。

表1 不同pH 萃取条件下的回收率 %

2.2.4 光降解对回收率的影响

苯胺类化合物在分析检测中回收率不高，查阅其在天然水体环境中滞留、迁移、转化等行为的相关资料，设计模拟天然水体中苯胺类化合物光降解试验。分别取1.2 中0.4、1.0、2.5 μg／mL 的苯胺类标准工作溶液，每个浓度各6 份，分3 组。在避光5 h，以及同一光照条件下放置1、3、5 h 后进样分析，测定响应值，结果列于表2。

表2 不同质量浓度苯胺类标准溶液在不同光氧化降解条件下的响应值

由表2 可知，避光时苯胺类化合物测试响应值高，降解较缓慢，有光时部分苯胺类化合物在水中的降解加速，说明水中存在光敏物质，在光照射下产生氧化性更强的活泼基团，从而促进了有机污染物的降解，与相关研究得到结果类似［17-18］。因此，本研究选择在避光环境中进行样品的前处理实验。

2.2.5 浓缩条件对回收率的影响

苯胺类化合物具有一定挥发性，浓缩时间不易过长，浓缩温度不易过高，否则会降低苯胺类化合物的回收率；且氮气流量要适中，以溶液不形成回旋为宜，氮气流速太快也会造成低沸点苯胺类物质的损失。因此，为优化浓缩条件，设计正交试验，考察浓缩过程中温度和氮气流量对苯胺类化合物回收率的影响。正交试验表见表3，正交试验设计见表4，不同条件下的回收率试验结果列于表5。

表3 实验因素和水平

表4 正交试验设计

表5 不同温度和氮气流量下的回收率试验结果 %

由表5 可知，在水温30～35 ℃、氮气流量控制在3.0～4.0 mL／min 时，19 种目标化合物的回收率最好，综合考虑浓缩时间和19 种苯胺类化合物的浓缩效果，本试验选择水温30 ℃、氮气流量4.0 mL／min作为浓缩条件。

2.2.6 线性关系及检出限

在优化的色谱条件下对1.2 中的系列混合标准工作溶液进行测定。以各物质的质量浓度（x）为横坐标，色谱峰面积（y）为纵坐标进行线性回归，计算线性方程和相关系数。连续分析7 个质量浓度为1.0 μg／mL 的空白加标样品，计算标准偏差s。按MDL =t(n-1，0.99)×s 计算方法检出限，式中：n 为重复样品数；t(n-1，0.99)为置信度99%、自由度(n-1)时的t 值，当n=7 时，t 值取3.143［19］。苯胺类化合物的线性方程、相关系数、方法检出限列于表6。由表11 可知，所有组分在质量浓度为0.2～5.0 mg／L的范围内与色谱峰面积线性关系良好，相关系数R2均大于0.995，检出限为0.013～0.051 μg／L。

2.2.7 加标回收与精密度试验

于1 L 空白水样中加入1.0 mg／L 苯胺类混合标准溶液，按优化的实验条件萃取浓缩水样后上机进行检测，平行测定6 份，根据测定结果计算方法的加标回收率及精密度，结果见表7。由表7 可知，实际样品平均加标回收率为80.44%～98.79%，相对标准偏差为4.20%～9.41%。

表6 苯胺类化合物线性方程、相关系数、检出限

续表7

3 结语

建立了液液萃取-气相色谱-质谱法测定水中19 种苯胺类化合物的分析方法。19 种苯胺类化合物均在0.2～5.0 mg／L 范围内呈现良好的线性关系，检出限为0.013～0.051 μg／L。实际样品平均加标回收率为80.44%～98.79%，与文献报道相比有所提高。可能的原因是萃取过程采用避光手段降低了目标物的降解速率，同时，对样品pH、浓缩条件的优化选择，使苯胺类化合物的回收率有所提高，证明该方法可用于水中苯胺类化合物的准确测定。