王绍俊, 王 超, 陈 烨, 吕怡兵, 周益民, 滕恩江

(1. 新疆生产建设兵团环境监测中心站, 乌鲁木齐 830002; 2. 中国环境监测总站, 北京 100012)

超高效液相色谱法测定空气中6种氯代苯胺和甲基苯胺

王绍俊1, 王 超2*, 陈 烨2, 吕怡兵2, 周益民1, 滕恩江2

(1. 新疆生产建设兵团环境监测中心站, 乌鲁木齐 830002; 2. 中国环境监测总站, 北京 100012)

氯代苯胺和甲基苯胺是苯胺分子中苯环上的氢原子分别被一个氯或甲基官能团取代后形成的苯胺类化合物(ADs)。氯代苯胺和甲基苯胺是有机合成中重要的中间体,广泛用于医药、农药、燃料和日用化工领域。该类化合物具有较强的挥发性,可经呼吸系统、皮肤等进入人体,对血液系统、神经系统等造成损伤[1],其中对氯代苯胺、邻甲基苯胺等还被国际癌症研究机构(IARC)认定为致癌物或可能的致癌物[2]。

为加强该类化学品的风险管理和防控,我国将氯代苯胺和甲基苯胺同时列入《危险化学品目录(2015版)》[3],将对氯代苯胺、甲基苯胺等ADs列入“十二五”环境风险重点防控化学品名单[4],将邻氯代苯胺和邻甲基苯胺列入《重点环境管理危险化学品目录(第一批)》[5]。

氯代苯胺和甲基苯胺分别有邻位、间位和对位等3种同分异构体,氯代苯胺和甲基苯胺的同分异构体的测定是开展化学品风险管理及污染防治的重要基础。由于分子式相同,理化性质接近,同分异构体往往难以得到成功分离和检测。关于空气中氯代苯胺和甲基苯胺分析的研究报道较少,已有的报道仅限于一种氯代苯胺或甲基苯胺化合物。文献[6]中采用硅胶管采样-气相色谱法测定作业场所空气中的对氯代苯胺,文献[7]中采用热脱附-气相色谱-质谱法测定空气中的邻甲基苯胺,文献[8]中采用硅胶管采样-气相色谱法测定环境空气中的邻甲基苯胺。

超高效液相色谱法(UHPLC)采用约2 μm粒径填料的色谱柱,具有更快的分离速率和更高的灵敏度,近年来成功地用于空气和水中ADs的分析[9-11]。本工作采用UHPLC同时测定空气中6种氯代苯胺和甲基苯胺的同分异构体。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Waters ACQUITY UPLC H-class型超高效液相色谱仪;KC-60D型大气采样器;硅胶吸附管[内径6 mm,长120 mm,前段150 mg/后段75 mg,180～250 μm(60～80目)],0.22 μm聚四氟乙烯滤膜针式过滤头。

邻甲基苯胺标准储备溶液:2 182 mg·L-1,称取邻甲基苯胺10.91 mg,用甲醇定容至5 mL。

间甲基苯胺标准储备溶液:2 246 mg·L-1,称取间甲基苯胺11.23 mg,用甲醇定容至5 mL。

对甲基苯胺标准储备溶液:3 096 mg·L-1,称取对甲基苯胺15.48 mg,用甲醇定容至5 mL。

邻氯代苯胺、间氯代苯胺、对氯代苯胺标准储备溶液:均为1 000 mg·L-1。

混合标准溶液:200 mg·L-1,分别移取2 182 mg·L-1邻甲基苯胺标准储备溶液0.458 mL,2 246 mg·L-1间甲基苯胺标准储备溶液0.445 mL,3 096 mg·L-1对甲基苯胺标准储备溶液0.323 mL以及1 000 mg·L-1邻氯代苯胺、间氯代苯胺和对氯代苯胺标准储备溶液各0.200 mL,用甲醇稀释至5 mL。

乙酸铵溶液:5 mmol·L-1,称取乙酸铵0.192 5 g溶解于500 mL水中,用乙酸调节pH至4.0,经过0.22 μm滤膜抽滤后使用。

乙酸铵、乙酸为优级纯,甲醇为色谱纯,试验用水为二次去离子水。

1．2 仪器工作条件

ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色谱柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm);柱温40 ℃;流量0.3 mL·min-1;进样量1 μL;紫外检测波长280 nm。流动相:A为pH 4.0的5 mmol·L-1乙酸铵溶液,B为乙腈。梯度洗脱程序:0～2 min时,B为25%;2～4 min时,B由25%升至50%,保持2.5 min;6.5～10 min时,B由50%降至25%。

1．3 试验方法

采样时,将硅胶吸附管两端打开,用硅胶管连接大气采样器进气口,另一端垂直向上,以流量0.5 L·min-1采样,记录采样时间、采样点温度和大气压等。采样结束后,立即将硅胶吸附管两端套封。

将采样后的硅胶吸附管的前端硅胶和后端硅胶分别移入1.5 mL聚丙烯离心管中,加入1%(体积分数,下同)氨水甲醇溶液1 mL,振荡混匀后解吸20 min。移取解吸溶液,采用0.22 μm聚四氟乙烯滤膜的针式过滤器,过滤至进样小瓶中,按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2．1 色谱行为

2 mg·L-16种氯代苯胺和甲基苯胺混合标准溶液的色谱图见图1。

1-对甲基苯胺;2-间甲基苯胺;3-邻甲基苯胺;4-对氯代苯胺;5-间氯代苯胺;6-邻氯代苯胺图1 混合标准溶液的色谱图Fig. 1 Chromatogram of mixed standard solution

由图1可知:甲基苯胺早于氯代苯胺出峰,同分异构体的出峰顺序均依次为对位、间位和邻位。甲基苯胺和氯代苯胺可与空气中可能存在的苯胺、N,N-二甲基苯胺、联苯胺等苯胺类化合物相互分离,避免干扰。

2．2 色谱条件的选择

2．2．1 紫外检测波长

采用超高效液相色谱仪的二极管阵列检测器,分别对6种氯代苯胺和甲基苯胺标准溶液的紫外波长(210～400 nm)吸收进行扫描,结果显示氯代苯胺和甲基苯胺在230,280 nm处存在特征吸收。由于在280 nm紫外波长下,流动相梯度淋洗而引起的基线漂移程度明显低于230 nm,试验选择紫外检测波长为280 nm。

2．2．2 色谱柱

试验考察了ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色谱柱(2.1 mm×50 mm,1.7 μm),ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色谱柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm),ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱(2.1 mm×50 mm,1.7 μm)和ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm)等对甲基苯胺和氯代苯胺同分异构体的分离效果。结果显示ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色谱柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm)的分离效果较好,试验选用ACQUITY UPLC BEH SHIELD RP 18色谱柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm)。

2．2．3 流动相

由于氯代苯胺和甲基苯胺是弱碱类物质,采用一定浓度的乙酸铵缓冲溶液作为流动相,抑制其与色谱柱填料上的硅羟基发生离子交换作用,从而改善色谱峰形。试验选择采用5 mmol·L-1乙酸铵缓冲溶液(pH 6.8)作为流动相。结果表明:甲基苯胺的出峰时间早于氯代苯胺,但同分异构体相互无法得到分离。

试验考察了流动相的pH分别为3.0,4.0,5.0,6.8,8.0,9.0时对甲基苯胺同分异构体的分离效果。结果显示:流动相的pH显著影响甲基苯胺同分异构体的出峰时间和分离效果;流动相pH越小,甲基苯胺同分异构体的出峰时间越早;当pH为3.0及不小于5.0时,3种甲基苯胺同分异构体均不能有效分离;当pH为4.0时,3种甲基苯胺同分异构体才得到有效分离。试验选择流动相的pH为4.0。

试验考察了甲醇-乙酸铵和乙腈-乙酸铵两种流动相体系对氯代苯胺和甲基苯胺的分离效果,结果表明:采用乙腈-乙酸铵流动相体系时,氯代苯胺和甲基苯胺的峰形和响应度均优于甲醇-乙酸铵流动相体系,而且分析时柱压相对较低,因此试验选用乙腈-乙酸铵流动相体系。通过优化乙腈-乙酸铵流动相梯度洗脱条件,氯代苯胺和甲基苯胺在6 min内可得到分离。

2．3 解吸条件和过滤条件的选择

文献[11]报道由于苯胺、硝基苯胺等ADs可和硅胶表面大量裸露的硅羟基发生强烈的离子交换作用,单纯用有机溶剂无法将其从硅胶上解吸下来。试验考察了体积分数为0,0.5%,1%,2%,5%,10%的氨水甲醇溶液对硅胶吸附的氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果。结果表明:使用甲醇无法解吸氯代苯胺和甲基苯胺,推测是由于其与硅胶表面硅羟基之间的强烈离子交换作用,当在甲醇中加入一定量氨水后,可破坏离子交换作用,促使其顺利解吸。当采用1%氨水甲醇溶液时,氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果良好,因此试验选择1%氨水甲醇溶液作为解吸液。

在前段150 mg硅胶中加入0.5 μg标准品,采用1%氨水甲醇溶液作为解吸液,考察了解吸时间为0,10,20,30 min时,氯代苯胺和甲基苯胺的解吸效果。结果表明:6种ADs的解吸速率较快,10 min时已基本解吸完全。试验选择解吸时间为20 min,以保证解吸完全。

进样分析前,试验比较了两种针式过滤器(尼龙滤膜和聚四氟乙烯滤膜)过滤对测定结果的影响。结果显示:采用尼龙滤膜过滤会析出杂质,干扰氯代苯胺的测定;采用聚四氟乙烯滤膜过滤,对氯代苯胺和甲基苯胺均无明显的吸附作用且不析出干扰物质,因此试验选择聚四氟乙烯滤膜针式过滤器进行过滤。

2．4 样品保存和穿透试验

加入2.0 μg氯代苯胺和甲基苯胺至硅胶管的前段硅胶中,用塑料帽密封好硅胶管两端,置于4 ℃避光条件下保存。分别于当天、第3天、第5天和第7天各取5支加标管,测定硅胶管中氯代苯胺和甲基苯胺含量,计算不同天数保存下样品的回收率。结果表明:样品在4 ℃避光条件下稳定性较好,回收率为86.0%～104%,至少可以保存7 d。

在密闭装置中放置一个表面皿,在其上滴加200 mg·L-1氯代苯胺和甲基苯胺混合标准溶液。氯代苯胺和甲基苯胺在室温下(约25 ℃)不断挥发至密闭装置的空气中,这可模拟含一定浓度氯代苯胺和甲基苯胺的空气,然后以硅胶吸附管进行采样,分别测定前段和后段硅胶中氯代苯胺和甲基苯胺的质量,当后段硅胶中目标化合物质量不大于前段硅胶中目标化合物质量的5%时,以前段硅胶中的目标化合物的质量表示穿透容量。结果表明:该硅胶管的氯苯胺穿透容量大于0.15 mg,甲基苯胺穿透容量大于0.2 mg。

2．5 标准曲线与检出限

配制0.5,1.0,2.0,5.0,10,20 mg·L-1氯代苯胺和甲基苯胺混合标准溶液,按仪器工作条件进行测定,并绘制标准曲线。结果表明:各苯胺类化合物的质量浓度均在0.5～20 mg·L-1内呈线性,氯代苯胺和甲基苯胺的线性回归方程及相关系数见表1。

向采样管中加入低浓度Ads,采集10 L空气经前处理后进样分析,以3倍的信噪比计算方法的检出限(3S/N),结果见表1。

表1 线性参数及检出限Tab. 1 Linearity parameters and detection limits

2．6 方法的回收试验

分别在硅胶吸附管中加入0.5,2.0,20 μg的氯代苯胺和甲基苯胺,按试验方法进行加标回收试验,平行测定5次,结果见表2。

表2 回收试验结果(n=5)Tab. 2 Results of tests for recovery

2．7 样品分析

采集分析实验室室内(A)和室外(B)空气样品,另外在密闭装置中放置不同浓度的氯代苯胺和甲基苯胺溶液,在室温下鼓泡挥发,得到氯代苯胺和甲基苯胺污染的空气样品(C～G),按试验方法进行测定。结果表明:在实验室室内和室外空气样品中均未检出氯代苯胺和甲基苯胺,在模拟受污染空气中可检出不同质量浓度的6种氯代苯胺和甲基苯胺,结果见表3。

表3 样品分析结果Tab. 3 Analytical results of samples

本工作建立了硅胶吸附管采样-超高效液相色谱法测定空气中6种氯代苯胺和甲基苯胺的方法。该方法可实现氯代苯胺和甲基苯胺同分异构体的同时分析,有效满足环境空气、工作场所空气以及相关化学品突发泄漏事故现场空气中相关的监测需求。

[1] 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．

[2] International Agency for Research on Cancer. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans[EB/OL]. [2013-04-10]. http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/．

[3] 国家安全生产监督管理总局.国家安全生产监督管理总局公告2015年第5号[EB/OL]. [2015-03-09]. http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_4188/2015/0309/247041/content_247041.htm．

[4] 环境保护部.中华人民共和国环境保护部公告2013年第20号[EB/OL]. [2013-02-07]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201302/t20130220_248271.htm．

[5] 环境保护部.关于发布《重点环境管理危险化学品目录》的通知[EB/OL]. [2014-04-04]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201404/t20140409_270296.htm．

[6] 董银根,沈志武,吴润琴.作业场所空气中对氯苯胺的溶剂解吸气相色谱测定法[J].职业与健康, 2006,22(9):660-661．

[7] 顾海东,秦宏兵,周民锋.热脱附-气相色谱质谱法测定空气中苯胺类化合物[J].苏州科技学院学报(工程技术版), 2013,26(1):9-12．

[8] 李刚,许月英,陈静.硅胶管采样-气相色谱测定环境空气中苯胺类化合物[J].干旱环境监测, 2008,22(2):73-76．

[9] 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．

[10] 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．

[11] 王超,王绍俊,陈烨,等.硅胶吸附管采样-超高效液相色谱法测定空气中7种苯胺类化合物[J].环境化学, 2015,34(3):584-585．

10.11973/lhjy-hx201702020

2016-02-21

O652.63

B

1001-4020(2017)02-0216-04

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