土壤和沉积物中氯苯类和硝基苯类化合物分析技术研究进展

黄文军，翁慧琳，张凯凯

（健研检测集团有限公司，福建厦门 361004）

各种各样的化工材料和化工产品在社会各个领域得到了广泛的应用，为当今工业化发展奠定了基础。由于硝基苯存在着大量有毒有害物质，对土壤环境、水文环境、生态环境都带来严重污染[1]。近年来，土壤环境污染问题已经呈现出多元化、复杂化、区域化的发展趋势，而企业排出的污染物是土壤环境污染的主要来源。在我国一些省已公布了重点监管企业名单，而在美国，硝基苯已被列为饮用水中的有机污染物，并已被列入国家环境重点污染物黑名单。硝基苯产生的有害有毒物质非常可怕，只要轻微的吸入就会给人带来伤害[2]。因此，必须严格分析与监测人们生活环境中存在的硝基苯类化合物，具有重要意义。

1 氯苯类和硝基苯类化合物提取技术研究进展

在对土壤和沉积物中硝基苯和氯苯类化合物含量的测定中，因土壤和沉积物成分复杂，污染物中硝基苯和氯苯类化合物含量较低，受基质干扰较大，不易直接测定。为提高检测灵敏度，在样品处理前先测定硝基苯和氯苯类化合物的浓度是否趋于一致，而预处理的关键是提取方法[3]。

1.1 索氏提取法

索氏提取法是从土壤和沉积物中提取氯苯类和硝基苯类的一种经典方法，对固体样品采用虹吸和溶剂回流的方法，进行连续纯溶剂的提取，提取效果良好。但是，索氏萃取回收率虽然高，却需要长时间的萃取过程，一般12～24h，溶剂用量大。近几年来，随着自动索氏提取装置的不断创新改进，采用索氏萃取法实现了对土壤中氯苯、硝基苯的自动提取。相对于传统的索氏萃取法，该方法耗时短，操作简单，适用性较广[4]。

1.2 超声波提取法

近年来，美国环境保护署建议，可利用超声波技术从土壤和沉积物中提取氯苯类和硝基苯类[5]。此方法简单、快速，且提取时间短、回收率高，所以超声波提取在土壤/沉积物提取中应被广泛应用。通常使用强极性有机溶剂如二氯甲烷、甲醇等作为萃取剂，弱极性有机溶剂可加入乙烷进行极性调节[6]。

1.3 加速溶剂萃取

加速溶剂萃取法是通过对一种固体样品或半固体样品进行预处理，具有自动萃取速度快的优点，被广泛应用于土壤和沉积物的氯苯类和硝基苯类化合物萃取[7]。然而，该方法容易受到高温高压影响，所以在使用过程中应特别注意一些热不稳定化合物的分解。加速溶剂萃取原理如图1所示。

图1 加速溶剂萃取原理

2 氯苯类和硝基苯类化合物净化技术研究进展

由于土壤和沉积物中底物结构复杂，存在的各类干扰物质较多，在采用有机溶剂从土壤和沉积物中提取氯苯类和硝基苯类化合物时，会对测定结果带来较大影响。所以，必须先对土壤和底泥中多环芳烃进行净化处理，达到提取物提纯的净化效果，确保定性和定量的准确性。

2.1 柱层析法

柱层析法是将硝基苯和氯苯等杂质吸附在吸附剂上，然后用合适的极性溶剂浸出、洗脱[8]。一是去除硝基苯和氯苯化合物，通常保留在吸附塔中的杂质，将硝基苯和氯苯化合物与杂质分离纯化，这是一种应用较广的方法。普通吸附分离设备有二氧化硅、氧化铝等，最常用的是硅胶柱层析，使用苯-环己烷混合溶剂对土壤/沉积物中的硝基苯和氯苯化合物进行洗脱。柱层析法原理如图2 所示。

图2 柱层析法原理

2.2 固相萃取

固相萃取法是通过激活、注入、浸出和洗脱的过程，是一种对目标化合物进行分离富集的方法[9]。氯苯类和硝基苯类化合物经过洗脱剂的洗脱后，具有良好的重现性和高选择性、减少溶剂消耗和节省时间等优点。固相萃取(SPE)柱主要用于氯苯类和硝基苯类化合物的净化，包括硅胶柱，Flores 硅胶柱和C18 柱等。在硅胶柱中将氯苯类和硝基苯类化合物提纯，然后用正己烷和一氯甲烷(1+1)混合溶剂浸出，采用EPA363 对硅胶柱进行纯化。二氯甲烷(2+3)、二氯甲烷(2+3)和环己烷的混合溶剂预洗法萃取液浓缩至接近干燥时，溶剂转化为环己烷，然后装入样品中，经二氯甲烷(2+3)混合溶剂洗脱，可达到理想的净化效果。固相萃取原理如图3 所示。

图3 固相萃取原理

3 分析技术研究进展

3.1 还原—偶氮光度法

还原—偶氮光度法操作简便，易于操作，已被广泛应用，同时还在许多方面作了改进。使用锌粉还原氯苯和硝基苯，然后用苯胺作发色物质[10]。在相同条件下，随着溶液体积逐渐增大，能够得到较好的还原效果，可将吸收光转化为硝基苯和苯胺形式，消除锌渣引起的分析误差。

3.2 化学计量学分光光度法

氯苯类和硝基苯类化合物是一种病态系统，具有多重共线性问题。为此，使用化学计量学分光光度法对氯苯类和硝基苯类化合物进行分析，能较好地测定混合物中各种物质的种类和含量。如果测定的平均相对偏差在6.0%～9.0%之间，就可达到理想测定结果。化学计量学分光光度法的工作原理如图4 所示。

3.3 气相色谱一质谱法

气相色谱—质谱法能够同时对样品进行定性和定量分析。该方法特别适合于氯苯类和硝基苯类化合物的定量检测，具有检测限低、选择性高、干扰少等优点，可用于环境样品中氯苯类和硝基苯类化合物的测定。气相色谱—质谱法的工作过程如图5 所示。

图5 气相色谱—质谱法工作过程

氯苯类和硝基苯类化合物在土壤及沉积物分析中的应用较多，但目前的气相色谱—质谱法分析仍然存在样品温度偏高、异构体组分不能很好地分离等问题。随着质谱法的普及，同位素稀释质谱法已逐步应用于土壤及沉积物中氯苯、硝基苯的定性定量分析，其准确度大大提高。利用同位素稀释气相色谱—质谱联用法，样品提取前后的16 种硝基苯和氯苯类化合物的同位素内标技术，样品提取后的回收气相色谱—质谱联用法对河流沉积物中的硝基苯和氯苯类化合物进行了测定。已知同位素内标物浓度的变化可以抵消待测年份的损失，提高定性定量分析的稳定性和准确性。

3.4 超高效液相色谱法

传统HPLC 法分离氯苯类和硝基苯类化合物一般要花30min，而采用HPLC 技术可缩短分析时间，提高分析效率。以一水B-eye 为C18 柱的流动相，快速分离了土壤中的硝基苯、氯苯等16 种化合物。检验时间14min，检验限度为2～20mL。该方法大大提高了检测灵敏度，回收率71～98%。平行试样相对偏差小于10%。超高效液相色谱法的工作过程如图6 所示。

图6 超高效液相色谱法工作过程

总之，为了保障良好的生活质量和生态环境，对环境中氯苯类和硝基苯类的定量检测非常重要，未来对分析检测方法提出了更高的要求。应当指出，以技术为基础的高效、简便、快速的分析方法在环境样品中氯苯类和硝基苯类化合物的分析中层出不穷，根据实际情况，可选择操作方法简单、价格低廉的仪器，能在一定程度上满足环境样品中硝基苯的测定要求。如色谱法就是现阶段应用较为广泛的一种用于硝基苯分离和分析的有效方法，经过实际工作中不断改进创新，其准确度和精密度都得到了快速提高，是目前值得广为推广的有效分析方法之一。