陈 帅,沈海伦,李改桃,王丽娟,李 诚
(浙江中通检测科技有限公司,浙江 宁波 315040)
酚类化合物的毒性以苯酚为最大,通常含酚废水和土壤中以苯酚和甲酚的含量最高。目前环境监测常常以苯酚和甲酚等挥发性酚作为主要污染指标。近年来,由于污水灌溉和运输事故等原因造成的土壤苯酚和甲酚污染事件多有发生,处理土壤苯酚和甲酚污染已成为目前亟待解决的环境问题[1]。
目前,美国已将11 种酚类化合物列入129 种环境优先控制污染物之中,中国也将其中6种录入环境优先控制污染物黑名单[2]。至今,国内外对环境样品中酚类化合物的测定方法已有较多研究,但主要集中于水样(如河水、工业废水和污水处理厂排水等)以及固体样品(如沉积物、污水处理厂污泥等),而对土壤样品的前处理与检测方法的研究较少[3]。裴芳等采用气相色谱和质谱联用(GC-MS)相结合法对某炼油厂退役场地的土壤中7种酚类污染物作了研究和检测,发现有近1/2面积的土地被酚类化合物严重污染,其中主要污染物是2,4-二硝基酚和4,6-二硝基-2-甲酚[4];KUMAR等采用超声波萃取和高效液相色谱相结合法对印度某县混合土地利用带的土壤作了研究和检测,其中发现4-硝基酚和五氯酚为其主要污染物,且总酚平均质量分数为1.92 μg/g。
本研究对土壤中的酚类化合物前处理方法进行研究,主要是以3-甲酚和4-氯-3-甲酚的为代表物质。
气相色谱仪,GC9790-N,配有FID 检测器;石英毛细管柱DM-1,30 m×0.32 mm×0.25 μm;索氏提取器;旋转蒸发仪,RE-52;电子分析天平,FA1004;恒温水浴锅,HH-4;超声波清洗机,PS-30;抽滤装置;真空循环水泵,SHZ-DIII。
3-甲酚标准品(CAS 59-50-7)和4-氯-3-甲酚标准品(CAS 2416-94-6),购于某环境保护科研监测所。氯化钠、无水硫酸钠,分别在马弗炉中400 ℃烘烤4 h,并冷却至室温,于干燥器内保存。盐酸水溶液,体积比1:3。氢氧化钠水溶液,质量浓度0.2 g/mL。二氯甲烷、乙酸乙酯,农残级。二氯甲烷、乙酸乙酯混合液,体积比1∶1。
土壤成分分析标准物质(空白土壤),GBW07409,购于国家标准物质研究所,作为土壤基质使用。实验室用水为纯水,经色谱检测无干扰峰。
程序升温:50 ℃(保持5min),以5 ℃/min升温至150 ℃,再以30 ℃/min 升温至300 ℃(保持5min);进样口温度250 ℃,FID 检测器温度300 ℃;载气、氢气、空气尾吹气的体积流量分别为1.5、40.0、450.0、30.0 mL/min;不分流进样,进样量1.0 μL。
取2 组相同成分的土壤标准物质(空白土壤),其中1组用索氏提取法作为前处理方法,另1组作为超声波萃取法作为前处理方法。
在空白土壤中不加任何试剂,按1.4 节和1.5节的相同步骤制备空白试样。
准确称取10.0 g标准土壤于小烧杯中,加入一定含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚,混匀后加入硅藻土2.0 g,再次混匀后无损的移入滤纸筒内,上部盖一片滤纸,将滤纸筒装入索氏提取器中,加入100 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶剂萃取,在80 ℃的恒温水浴锅上加热提取4 h,每次回流4~6次,待冷却后,将提取液移入250 mL 分液漏斗中,移取0.10 mL氢氧化钠溶液调节至pH>12,加入10.0 g氯化钠,振荡溶解后,加入40 mL二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶剂萃取2次,收集有机相,然后再采用盐酸溶液将有机相调节至pH<2,加入20 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶剂萃取2 次,收集合并有机相萃取液。
准确称取10.0 g标准土壤于具塞锥形瓶中,在土壤中加入一定含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚,混匀,然后移取50 mL 氢氧化钠溶液于具塞锥形瓶中,密封后将样品置于超声波清洗机超声30 min,并提取2次,用少量的超纯水重复多次洗涤具塞锥形瓶,再经抽滤装置抽滤,再用少量的超纯水重复多次洗涤抽滤锥形瓶,合并滤液并移入250 mL的分液漏斗中,加入10.0 g氯化钠,再用盐酸溶液将水相调节至pH<2,加入20 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶剂萃取2次,经装有无水硫酸钠的砂芯漏斗过滤后,收集合并有机相萃取液。
将脱水干燥后的萃取液转移至浓缩瓶,用浓缩装置在45 ℃以下浓缩至1.0 mL,加入二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶剂3.0 mL,再浓缩定容至1.0 mL待测。
在2组空白土壤中加入相同含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚,按照1.4 节和1.5 节的方法进行前处理后,再按照1.6 节的步骤浓缩后待测,连续进样7次,计算方法检出限。
取一定体积的3-甲酚和4-氯-3-甲酚标准品于二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶剂中,制备5个质量分数点的校准系列,按照1.2节的色谱条件,分别取校准系列质量分数1.0μL 由低到高依次进样分析,以峰面积为横坐标、目标化合物质量分数为纵坐标,绘制标准曲线。
图1为3-甲酚和4-氯-3-甲酚定性色谱。
图1 3-甲酚和4-氯-3-甲酚定性色谱Fig 1 Qualitative chromatography of 3-cresol and 4-choro-3-cresol
根据图1 可得,3-甲酚的线性回归方程为w1/(μg·g-1)=1.60×10-9A1/(mV·min)(w1为3-甲酚的质量分数,A1为3-甲酚的峰面积),R=0.999 6;4-氯-3-甲酚的线性回归方程为w2/(μg·g-1)=3.88×10-9A2/(mV·min),R=0.999 2。这2 种物质在质量浓度为0~100 mg/L中线性良好,分离效果好。
连续测定经过上述实验步骤预处理后得到标准溶液7次,按照公式(1)计算:
式中,MDL 为方法的检出限,n为样品的平行测定次数;T为自由度n-1、置信度为99%时的T分布(单侧);S为n次平行测定的标准偏差;当n为7时,其自由度为6,T(n-1,0.99)则为3.143。
根据实际称取的样品量进行换算,用2种方法得到3-甲酚和4-氯-3-甲酚的检出限;在10.0 g标准土壤中分别加入5、1、0.5 μg的高、中、低3个水平的3-甲酚和4-氯-3-甲酚,每个平行测定2份,按照上述实验步骤进行测定,用2 种方法得到回收率;中间含量的加标土壤样品进行7次测定,计算2种方法的精密度。结果见表1。
表1 2种提取法方法检出限(n=7)Tab 1 MDL of two extraction methods(n=7)
由实验现象和表1 可知,索氏提取法测定实验时间长,反应较完全,MDL 为0.14~0.30μg·g-1,RSD为8.3%~9.0%,回收率在103%~112%,符合50%~140%的要求;超声波萃取法操作简单方便,在短时间内可以取得效果,MDL 为0.12~0.25 μg/g,RSD为6.9%~7.9%,回收率在74.7%~76.7%,也符合50%~140%的要求,但回收率偏低的原因可能是超声时间过长导致部分挥发。
样品I为某石油化工厂周边土壤,样品II为某农田表层土壤。各取10.0 g土壤,用超声波萃取法提取2次,按照超声波萃取的前处理方法进行预处理,然后浓缩至1.0 mL,取1 μL进样分析。图2为样品I 的气相色谱,2 种土壤中3-甲酚和4-氯-3-甲酚含量的分析结果见表2。
表2 实际土壤样品超声波提取法分析结果Tab 2 Analysis results of ultrasonic extraction of actual soil samples
图2 实际土壤样品超声波提取法的色谱Fig 2 Chromatography of ultrasonic extraction of actual soil samples
根据《全国土壤污染状况调查样品分析测试技术规定》中用气相色谱测定酚类化合物的标准方法相比,2 种预处理方法均具有较好的检出限、回收率与精密度,能够应用于环境土壤样品中混合酚类污染物的检测[5]。
通过计算和比对,2种预处理方法均能在质量分数为0~100 μg/g 中取得良好的线性回归方程,方法检出限、回收率和精密度均在可信区间内。2种方法均可以对土壤中的3-甲酚和4-氯-3-甲酚进行有效萃取和分析,且各物质分离效果良好,不受土壤中其他物质干扰。不过因索氏提取法试剂消耗量大、环境污染严重、成本高、实验时间过长,不利于大批量分析样品;而超声波萃取法试剂消耗少、时间短、操作方便,更适合实验室分析样品,因此此方法具有较好地推广应用性。