液相色谱直接测定水中苯胺在应急监测中的应用

冯 媛，杨丽丽，马 玲，赵 鑫，李治国，高 远

(石家庄市环境监测中心，河北石家庄 050022)

为了建立一种快速准确测定水体中苯胺的分析方法，以用于环境应急监测，使用高效液相色谱-荧光检测法测定水中的苯胺。将水样经微孔滤膜(0.22 μm)过滤后直接进样分析，以甲醇和磷酸盐缓冲溶液作为流动相，在λEx/λEm=230 nm/340 nm的荧光条件下进行测定，数据显示：该方法在质量浓度0.010～2.00 mg/L的范围内线性良好，检出限为0.098 μg/L，测定下限为0.392 μg/L；在连续12 d的实际环境应急监测中，其加标回收率为91%～106%，相对标准偏差(RSD)为0.0%～3.1%，绘制质量控制图结果满意。该方法可快速准确地提供监测数据，是监控水体污染程度和评估应急处理措施的有效手段，适用于水中苯胺的环境应急监测和日常监测。

环境质量监测与评价；苯胺；高效液相色谱-荧光检测法；环境应急监测；质量控制图

苯胺(aniline)是重要的胺类物质之一，微溶于水，是用于染料制造、制药、橡胶、树脂和油漆的重要原料，在化工生产中被大量使用[1]。苯胺毒性大，也是重要的环境污染物之一，可造成水污染，进入人体后会损害血红蛋白[2]，而且难降解，已被多个国家列为优先控制污染物[3-4]，中国也将苯胺列入水体优先控制污染物名单，对其进行严格控制，《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定集中式生活饮用水地表水源地的苯胺限值为0.1 mg/L(质量浓度)[5]。近年来在中国发生了多起苯胺污染环境水体的突发性事故[6-9]，因此十分有必要建立水体中苯胺的快速检测方法，以便用于环境应急监测。

水体中苯胺的检测方法主要有分光光度法[10]、气相色谱法[11]、气相色谱-质谱法[12]、液相色谱-紫外法[13]、超高效液相色谱-荧光法[14]等。其中，分光光度法测定的是苯胺类物质，不能单独测定苯胺；气相色谱法、气相色谱-质谱法和液相色谱-紫外法要实现低的方法检出限，需要对样品进行富集浓缩，前处理过程复杂繁琐，无法实现快速测定，不适用于突发事故的环境应急监测。液相色谱-荧光法测定苯胺，直接进样即可实现低的检出限，方法操作简单、快速。目前多见使用超高效液相色谱-荧光法进行苯胺与其他物质的共同测定，而采用广泛使用的普通的高效液相色谱-荧光法，来测定水中苯胺并应用到环境应急监测中，则尚未见报道。本文建立了高效液相色谱-荧光法直接测定水中苯胺的方法，应用于突发环境事故的应急监测，在持续12 d的监测中，采取了严密的质量控制措施进行监控，绘制了质量控制图。该方法展现出了良好的准确性，且测定浓度范围大、简便快速，可以满足环境应急监测和日常监测的要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1260高效液相色谱仪，配备二极管阵列检测器(DAD)以及荧光检测器(FID)；0.22 μm一次性PES膜针头过滤器；2 mL棕色玻璃进样小瓶。

100 mg/L水中苯胺标准溶液(环保部标准样品研究所提供)；水中苯胺标准样品(环保部标准样品研究所提供，GSBZ 50034)；甲醇(色谱纯)；超纯水(电阻率≥18.2 MΩ·cm)；磷酸二氢钾(优级纯)，磷酸氢二钠(优级纯)。

1.2 标准贮备液及缓冲盐溶液的配制

1)苯胺标准贮备液：准确移取质量浓度为100 mg/L苯胺标准溶液10.0 mL至100 mL的容量瓶中，加入超纯水定容至刻度线，备用，贮备液苯胺质量浓度为10.0 mg/L。

2)磷酸盐缓冲溶液：分别配制0.05 mol/L的磷酸二氢钾水溶液和0.05 mol/L磷酸氢二钠水溶液，再将二者以体积比1∶1混合，缓冲溶液的pH值为6.8。

1.3 样品采集与保存

采集水样贮存于棕色玻璃瓶中，由于水中苯胺易于降解，水样采集后应尽快测定，若不能及时测定，应置于4 ℃处冷藏、避光保存，并在24 h内对水样进行分析[15]。

1.4 样品预处理

取水样1～2 mL，直接使用0.22 μm的滤膜过滤至2 mL进样小瓶中，待测。若水样为污水，其中有明显的悬浮物，则取水样5 mL左右，以2 500 r/min的转速离心3 min，取上清液经0.22 μm的滤膜过滤至2 mL进样小瓶中，待测。

1.5 色谱分析条件

1)流动相：将甲醇与磷酸盐缓冲溶液以体积比40∶60混合；流速为0.7 mL/min；进样量为10 μL。2)色谱柱：ZORBAX SB-C18色谱柱(4.6 mm×150 mm×5 μm，美国Agilent公司提供)；色谱柱温为35 ℃。3)荧光检测波长：λEx/λEm=230 nm/340 nm。

以保留时间定性，外标法定量。苯胺标准物质测定结果见图1。

图1 苯胺HPLC色谱图Fig.1 HPLC chromatogram of aniline

2 结果与讨论

2.1 色谱分析条件的选择

2.1.1 激发波长和发射波长

荧光检测器具有高选择性和高灵敏度，选择合适的检测条件能够消除和减少干扰物质峰，提高分析的准确度。

首先利用二极管阵列检测器(DAD)对苯胺标准物质进行200～400 nm的三维紫外吸收波谱采集，以确定最大的紫外吸收波长，为确定荧光最佳激发波长提供参考，波谱扫描结果见图2。苯胺在230 nm处有1个大的吸收峰，在280 nm处有1个较小吸收峰。因此选用230 nm作为激发波长进行荧光检测试验，固定荧光检测器激发波长为230 nm，扫描220～400 nm的发射光谱，扫描结果见图3，可以确定最佳发射波长为340 nm。进一步优化激发波长，固定发射波长为340 nm，将荧光检测器在200～320 nm处进行激发光谱扫描，波谱结果见图4，可见苯胺仍是在230 nm和280 nm处的激发能量最大。为确定最佳激发波长，对同一浓度的苯胺标准物质进行如下条件的荧光检测：1)λEx/λEm=230 nm/340 nm；2)λEx/λEm=280 nm/340 nm，谱图对比结果见图5。由图可知，条件1)的响应值高于条件2)，因此最终选用λEx/λEm=230 nm/340 nm为最佳检测条件。

图2 DAD紫外波谱扫描结果Fig.2 UV spectra scanning results by DAD

图3 发射波长扫描结果Fig.3 Scanning results of emission wavelength

图4 激发波长扫描结果Fig.4 Scanning results of excitation wavelength

图5 2种检测条件下的色谱图对比Fig.5 Comparison of the chromatograms under the two detection conditions

2.1.2 流动相

常用的乙腈-水体系和甲醇-水体系均可满足分析要求，方法选用了毒性相对较小并且更为经济的甲醇-水体系。

苯胺的pKa为4.63(25 ℃)，在pH值为6～7的中性条件下以分子形式存在，荧光性质不会受到影响，因此在中性条件下，以V(甲醇)∶V(水)=40∶60作为流动相对苯胺标准物质进行测试，色谱图见图6。由图可以看出苯胺色谱峰响应明显，但是峰形明显不对称，峰宽较大，这是由于胺类物质在中性条件下可能仍带正电荷，而色谱柱填料的硅胶表面的硅醇基则可能带负电荷，二者相结合、反应造成此结果。对于此类问题，在流动相中添加缓冲盐可以起到改善峰形的作用，因此选用1.2部分 2)中的磷酸盐缓冲溶液作为水相流动相，以V(甲醇)∶V(磷酸盐缓冲溶液)=40∶60的流动相进行分析，色谱图见图6可以看出，峰形得到明显改善。

图6 2种流动相下的色谱图对比Fig.6 Comparison of the chromatograms under the two mobile phases

2.1.3 其他条件及干扰排除

1)流动相的流速 在其他条件不变的情况下，改变流动相的流速，对苯胺的色谱峰形未见明显影响，随着流速增大苯胺的保留时间有所变短，但是当流速高于0.8 mL/min时会出现高效液相系统的压力偏高，因此选择0.7 mL/min作为最终流速。

2)柱温 由于使用缓冲盐溶液作为流动相，所以适当提高柱温有助于降低系统压力，选择35 ℃作为最终柱温。

3)干扰试验 进行了硝基苯、苯酚等物质的分离干扰试验。向超纯水中同时加入苯胺、硝基苯和苯酚标准物质，参照1.5部分的方法进行测定，在该分析条件下硝基苯和苯酚未见色谱响应。

2.2 线性关系、检出限和测定下限

分别移取适量体积的苯胺标准贮备液，用超纯水进行稀释定容，配制成质量浓度分别为0.010，0.020，0.050，0.100，0.500，1.00，2.00 mg/L的系列标准溶液，在最佳色谱分析条件下，对系列标准溶液进行测定，以各组分的峰面积对应质量浓度绘制标准曲线，线性回归方程为y=50.55x-0.015 2，相关性系数为0.999 9。

按照样品分析步骤进行实验室空白测定，未见苯胺检出。因此配制质量浓度为0.200 μg/L的苯胺标准溶液，按照样品分析步骤进行测定，平行测定7份，计算测定结果的标准偏差，按公式DMDL=t(n-1,0.99)×S计算出检出限[16]，为0.098 μg/L；以4倍检出限作为测定下限，为0.392 μg/L。检出限和测定下限均明显低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定的苯胺限值0.1 mg/L，且与经过样品富集浓缩的气相色谱法、气相色谱-质谱法、高效液相色谱法的检出限相当[11-13]。

2.3 精密度与加标回收率

以未检出苯胺的自来水配制质量浓度为0.100，1.00，2.00 mg/L的苯胺溶液，每个浓度平行配制6份，按照样品分析步骤对每份溶液进行测试，并统计精密度和方法加标回收率，结果见表1。对3个受苯胺污染的地表水样品分别进行加标回收率的测定，加标回收率为92.7%～106%，结果见表2。方法的实验室精密度和加标回收率良好。

3 在环境应急监测中的应用

3.1 应急监测中实际样品分析

在某次污染应急事件中，化工厂的苯胺泄露引起了河流污染，并对下游饮用水源地造成威胁。采用高效液相色谱-荧光检测法对水源地及其上游河流断面等7个点位进行了持续12 d的应急监测，共计测试样品249个。监测期间，水样的实际测定质量浓度为3.62～2.28 μg/L，方法能够准确快速地给出测定结果，为环境管理部门及时提供了大量监测数据。

表1 精密度和加标回收率Tab.1 Precision and average recovery

表2 实际水样的加标回收率Tab.2 Recovery of actual water samples

3.2 应急监测过程中的质量控制

3.2.1 质量控制措施

使用该方法进行应急监测期间，采取了曲线浓度校核、加标回收率测定、平行双样测定、有证标准物质测定等质量控制措施，其统计结果见表3。

表3 质量控制措施Tab.3 Quality control measures

监测中，每进行10个样品测定即进行一次曲线浓度校核或有证标准物质测定，充分保证了样品分析的定量准确性[17]。而平行双样的分析结果说明该方法的样品测定重复性稳定，并且在实际样品测定中也具有较好的加标回收率，可以满足应急监测及日常监测的要求。

3.2.2 标准样品测定值质量控制图

质量控制图(以下简称质控图)能够直观地描绘数据质量的变化情况，从而便于及时发现分析误差的异常变化[18]。选用环保部标准样品研究所提供的苯胺标准样品(ρ(苯胺204012)=(0.873±0.049)mg/L，k=3)进行质控图的制作，在12 d的应急监测中，每12 h进行1次标准样品的测定，将连续24次的测定结果绘制成单值质控图，见图7。

图7 苯胺标准样品单值质量控制图Fig.7 Quality control diagram of aniline standard sample

由图7可知，苯胺标准样品的测定结果，均分布在上下警告限的范围内，质控图不存在连续5点中有4点在上下辅助线范围外的情况，中心线的上下侧未出现连续的9点，质控图上也不存在连续6点上升或下降的情况，单值质控图绘制结果满意，证明此次环境应急监测期间，苯胺的测定是处于稳定受控的状态，所有样品的测定结果准确可靠，也证明了方法的稳定可靠[18]。

3.3 环境应急监测结果

此次环境应急监测中，对水源地及其上游河流断面中的3个重要点位进行了持续12 d的监测。点位示意图见图8，点位2位于点位1下游4.9 km处，点位3位于点位2下游4.3 km处，3个点位的苯胺质量浓度测定结果的变化趋势见图9。

图8 监测点位示意图Fig.8 Map of monitoring points

图9 3个点位苯胺质量浓度的变化趋势Fig.9 Aniline concentration at 3 monitoring spots

此次苯胺污染事故采取了活性炭吸附等措施进行污染物的消除，污染较为严重的上游点位1、点位2的苯胺浓度在应急监测初期出现了快速的下降，说明污染应急措施发挥了作用。在应急监测的第4天，点位1和点位2的苯胺质量浓度均已低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定的限值0.1 mg/L，第5天下游点位3的苯胺质量浓度也已低于0.1 mg/L。在之后几天的监测中，由于污染应急措施和水体自净功能的双重作用，3个点位的苯胺质量浓度均继续平稳下降，并且在监测的第10，11天均已降至0.01 mg/L以下，在第12天仍未出现苯胺含量又反复升高的现象，说明受污染水体中的苯胺含量已降至安全水平。这也说明该测定方法可以作为评估污染应急处理措施的有效手段。

4 结 语

本文利用高效液相色谱-荧光法直接进样进行水中苯胺的测定，具有样品处理步骤简单、检出限低、测定速度快等特点和优势，适用于环境应急监测和日常监测。在连续12 d的实际环境应急监测中，采用了多种质量控制措施来监控此方法，结果呈现了良好的线性关系、精密度和加标回收率，绘制标准样品单值质量控制图结果满意，充分证明了该方法具有良好的准确性。在实际环境应急监测中，使用该方法连续测定污染水体中的苯胺，直至测定结果低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)限值的10倍以下。因此，该方法能够准确快速地给出测定结果，及时为环境管理部门提供大量监测数据，可有效防止污染事故的扩大，是评估苯胺污染应急处理措施的有效手段。

[1] 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].4版．北京：中国环境科学出版社，2002：465.

[2] 张印德，高玉之，傅鸣远.苯的胺基、硝基化合物中毒的防治[M].北京：化学工业出版社，1982：46-64.

[3] 周文敏，寇洪如，王湘君. 环境优先污染物[M].北京：中国环境科学出版社，1989：114.

[4] MORRIS L，ELSTON H J. Medical management guidelines for acute chemical exposures[J]．Chemical Health & Safety，2002，9(6)：35-37.

[5] GB 3838—2002，地表水环境质量标准[S]．

[6] 李国刚，付强，吕怡兵．突发性环境污染事故应急监测案例[M].北京：中国环境科学出版社，2010：44-47.

[7] 时圣刚，曹敬灿，封莉，等.苯胺污染事故应急处置技术评估体系及其应用[J]．环境工程学报，2015，9(10)：4871-4876. SHI Shenggang, CAO Jingcan, FENG Li, et al. Evaluation system and application of emergency disposal technologies of aniline environmental pollution accident[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2015, 9(10):4871-4876.

[8] 殷晓波，王三反，刘井玉．饮用水源突发性苯胺污染应急处理技术研究[J]．环境污染与防治，2013，35(9)：78-81. YIN Xiaobo, WANG Sanfan, LIU Jingyu. Study on emergency treatment of the sudden aniline pollution of drinking water sources[J]. Environmental Pollution and Control, 2013, 35(9):78-81.

[9] 徐冉，王梓，程永正，等.突发性水污染事故应急管理体系研究[J]．河北工业科技，2009，26(4)：218-220. XU Ran, WANG Zi, CHENG Yongzheng, et al. Emergency management system of sudden water pollution accidents[J]. Hebei Journal of Industrial Science and Technology, 2009, 26(4) : 218-220.

[10]GB 11889—1989，水质 苯胺类化合物的测定N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法[S]．

[11]邓延慧，夏明芳，王志良，等.气相色谱法测定废水中苯胺类化合物[J]．环境监测管理与技术，2008，20(1)：35-36. DENG Yanhui, XIA Mingfang, WANG Zhiliang, et al. Determination of aniline compounds in waste water by GC[J]. The Administration and Technique of Environmental Monitoring, 2008, 20(1):35-36.

[12]储燕萍，唐莺，韩英，等.气相色谱/质谱联用法测定饮用水源水中苯胺类化合物[J]．环境监测管理与技术，2011，23(5)：58-61. CHU Yanping, TANG Ying, HAN Ying, et al. Method for aniline and selected derivatives determination in drink source water by GC/MS[J]. The Administration and Technique of Environmental Monitoring, 2011, 23(5):58-61.

[13]王超，彭涛，高愈霄，等.混合型固相萃取/超高压液相色谱法测定废水中苯胺类化合物[J]．分析测试学报，2013，32(12)：1415-1420. WANG Chao, PENG Tao, GAO Yuxiao, et al. Determination of aniline derivatives in waste water by ultra high pressure liquid chromatography with mixed-mode solid phase extraction[J]. Journal of Instrumental Analysis, 2013, 32(12):1415-1420.

[14]王超，吕怡兵，滕恩江，等.超高压液相色谱荧光检测法快速测定水中痕量苯胺与联苯胺[J]．分析测试学报，2013，32(1)：32-37. WANG Chao, LYU Yibing, TENG Enjiang, et al. Determination of trace aniline and benzidine in environmental water by ultrahigh-pressure liquid choromatography with fluorescence detection[J]. Journal of Instrumental Analysis, 2013, 32(1):32-37.

[15]HJ 493—2009， 水质采样 样品的保存和管理技术规定[S]．

[16]HJ 168—2010， 环境监测 分析方法标准制修订技术导则[S]．

[17]马玲，康苏花，冯媛，等.大气颗粒物源解析监测中的质量控制[J]．河北工业科技，2014，31(6)：542-546. MA Ling, KANG Suhua, FENG Yuan, et al. Quality control in the source apportionment of atmospheric particulate matter[J]. Hebei Journal of Industrial Science and Technology, 2014, 31(6) : 542-546.

[18]中国环境监测总站.环境水质监测质量保证手册[M]．2版(增补版)．北京:化学工业出版社，2009：329-331．

Direct determination of aniline in water by HPLC and its application in environmental emergency monitoring

FENG Yuan，YANG Lili，MA Ling，ZHAO Xin，LI Zhiguo，GAO Yuan

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang, Hebei 050022, China)

In order to build a fast and accurate determination method of aniline in water for the environmental emergency monitoring, HPLC with fluorescence detection is used for simultaneous determination of aniline in water. Water samples are filtered through a microfiltration membrane (0.22 μm), and are analyzed directly. With methanol and phosphate buffer solution as mobile phase, it is detected under the fluorescence (λEx/λEm=230 nm/340 nm). This method has higher linearity in the range of 0.010～2.00 mg/L, the detection limit is 0.098 μg/L, and the determination limit is 0.392 μg/L. During continuous actual environmental emergency monitoring of 12 days, the recovery of this method is 91%～106%, RSD is 0.0%～3.1%, and the quality control chart shows that the result is satisfactory. The method could provide monitoring data fast and accurately, and is an effective means for the monitoring of the pollution degree of water and the evaluation of emergency treatment, suiting for the environmental emergency monitoring and daily monitoring of aniline in water.

environmental quality monitoring and evaluation; aniline; HPLC with fluorescence detection; environmental emergency monitoring; quality control chart

1008-1534(2016)06-0519-06

2016-07-22;

2016-09-22；责任编辑：王海云

冯 媛(1982—)，女，河北石家庄人，工程师，硕士，主要从事环境监测技术方面的研究。

E-mail：fengyuaner@163.com

A

10.7535/hbgykj.2016yx06014

冯 媛，杨丽丽，马 玲，等.液相色谱直接测定水中苯胺在应急监测中的应用[J].河北工业科技,2016,33(6):519-524. FENG Yuan，YANG Lili，MA Ling，et al.Direct determination of aniline in water by HPLC and its application in environmental emergency monitoring[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(6):519-524.