超声波萃取-气相色谱法测定土壤中酚类化合物

2019-10-25高晓庆

四川环境 2019年5期

许龙，王佳，柳玲,赵倩，高晓庆

(1．陕西省环境科学研究院，西安 710061;2.陕西智达环保科技工程有限公司，西安 710061)

酚类化合物是一种含有酚羟基的芳香烃衍生物，具有特殊的芳香气味，呈弱酸性，广泛存在于石油化工、塑料制造、颜料合成、制药、造纸等行业[1-2]。上世纪90年代，苯酚、对-硝基酚、五氯酚等六种酚已被我国确定为优先控制有机污染物[3]。环境检测领域对于水中挥发性酚的污染关注较多，主要以分光光度法为主[4-5]，近些年来也有液相色谱法[6]、气相色谱法[7]及气相色谱-质谱法[8]及流动注射分析法[9]的报道。但对土壤中酚类化合物的研究涉及较少，土壤中目标物的提取方式主要有索氏提取[10]、微波提取[11]、超声波提取[12]、加速溶剂萃取等[13]。索氏提取是最传统最经典的提取方法，具有提取效率高，设备成本低等优点。但也因其操作繁琐、费时、费料及对实验人员伤害大等缺点慢慢被其他先进的提取装置及方式所替代。微波提取、超声波提取及加速溶剂萃取是目前实验室进行有机前处理提取的主要方式。微波提取具有高效、节时、节料等优点，但因其设备成本高昂将很多实验室拒之门外。加速溶剂萃取同样具有高效和节料等优点，但其费时且设备昂贵常常被多数实验室作为备选方案。而超声波提取兼顾了高效、节时、节料及设备成本低等4大优点，逐渐成为实验室有机前处理的首选。本文以土壤中酚类化合物为研究对象，通过超声波萃取仪对其提取，主要考察不同提取方式及提取时间对其提取率的影响。通过气相色谱进行分离和定量，并检验了检出限、精密度及准确度。结果证明：本文方法满足土壤中酚类化合物的测定。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

安捷伦7890A 气相色谱仪；SCIENTZ-ⅡD超声波细胞粉碎机；FYC-1000*8分液漏斗振荡萃取仪；AUTOEVA08IR全自动红外定容浓缩仪。

21种酚类化合物混标(1 000 mg/L)；正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲醇等均为农残色谱纯；21种酚类化合物土壤标准样品；盐酸、氢氧化钠均为优级纯；无水Na2SO4、石英砂(分析纯)在马弗炉中400℃烘至恒重。

1.2 气相色谱条件

进样口温度：260℃；DB-1毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；程序升温：50 ℃保持1 min，以10℃/min升至140 ℃，以20 ℃/min升至 250 ℃保持4 min；FID检测器温度：280℃；载气流速：1.0 mL/min；氢气流量：35 mL/min；空气流量：300 mL/min；进样方式：不分流进样；进样量：1.0 μL。

1.3 样品处理

去除鲜样中的异物，称取约10 g样品双份，一份用于测定干物质含量，另一份加入适量无水硫酸钠脱水，研磨均化成流砂状。加入二氯甲烷/正己烷混合溶剂，间歇式提取(超声3s停3s)2次，每次6 min，合并提取液，待净化。

1.4 样品净化

在1.3节萃取液中加入纯水，调节pH>12，振荡、去除有机相；调节pH<2，用二氯甲烷/乙酸乙酯混合液，反萃取，有机相脱水，浓缩至1 mL待测。

2 结果与讨论

2.1 分离条件优选

酚类含有羟基团属于弱极性有机物，因此，对色谱柱固定相有一定要求。低流失非极性色谱柱的分离效果较好。图1为21种酚类化合物在色谱柱DB-1上的分离情况。由于同分异构体性质相似，对/间-甲酚(4、5号峰)、2,3,4,5/2,3,5,6-四氯酚(16、17号峰)无法分离。因此，定量时按总量计算。

1―苯酚、2―2-氯酚、3―邻-甲酚、4/5―对/间-甲酚、6―2-硝基酚、7―2,4-二甲酚、8―2,4-二氯酚、9―2,6-二氯酚、10―4-氯-3-甲酚、11―2,4,6-三氯酚、12―2,4,5-三氯酚、13―2,4-二硝基酚、14―4-硝基酚、15―2,3,4,6-四氯酚、16/17―2,3,4,5 /2,3,5,6-四氯酚、18―2-甲基-4,6-二硝基酚、19―五氯酚、20―2-(1-甲基-正丙基)-4,6-二硝基酚(地乐酚)、21―2-环己基-4,6 二硝基酚图1 酚类化合物标准色谱图Fig.1 Standard chromatogram of phenolic compounds

2.2 提取时间优化

探针式超声波提取仪的探头可产生巨大冲击力，从而对浸润样品进行反复冲击，加速有机化合物在提取溶剂中的溶解。本文采用二氯甲烷/正己烷(2/1)混合溶剂对加标石英砂中的21种酚进行提取。对比了间歇1、2及3次提取和直接连续提取6 min与9 min 中21种酚的提取效率，实验结果见图2。

图2 不同提取时间下酚类化合物的提取效率Fig.2 Extraction efficiencies of phenolic compounds under different extraction time

从图2可知，按照间歇式提取，随着提取次数的增加21种酚的提取效率也随之增加。当第3次提取时，提取效率已经几乎变化不明显。为节约时间与成本，确定提取次数为2次。按照连续式提取，当提取时间为6 min时，21种酚的提取效率为61.2%～84.1%，略高于间歇提取1次，却又低于间歇提取2次。提取9 min时，21种酚的提取效率较提取6 min时变化不大且部分目标物提取效率有所降低。这可能与长时间的超声使探头局部发热，导致超声空化效应至使有机物降解有关[14]。因此，确定最佳的提取方式为间歇式提取2次，每次6 min。

2.3 标准曲线及检出限

为考察方法检出限，配制浓度为1.00、5.00、20.0、50.0和100 mg/L的21种酚类化合物标准溶液(以峰面积对浓度作标准曲线)。对10 g石英砂加标，重复测定7次，根据检出限=3.143×S[15]，计算方法检出限,得到各组分的线性方程、相关系数及检出限见表1。

表1 酚类化合物的线性方程、相关系数及检出限Tab.1 Linear equations，correlation coefficients and method detection limit of pheonlic compounds

续表1

序号化合物线性方程R检出限(mg/kg)122,4,5-三氯酚y=6.290 730x-7.299130.9990.02132,4-二硝基酚y=4.569 530x-15.99420.9980.01144-硝基酚y=6.623 490x-26.39730.9960.02152,3,4,6-四氯酚y=5.0188 60x-5.771610.9990.0216/172,3,4,5/2,3,5,6-四氯酚y=4.553 760x-10.28760.9990.03182-甲基-4,6-二硝基酚y=5.342 370x-9.553780.9990.0219五氯酚y=3.575 700x-6.141840.9980.0320地乐酚y=6.386 160x-7.545330.9990.02212-环己基-4,6-二硝基酚y=5.448 580x-10.26330.9980.02

结果表明：21种酚类化合物含量在1.00～100 mg/L范围内线性良好，相关系数为0.996～0.999，检出限为0.01～0.03mg/kg，小于方法检出限0.02～0.08mg/kg，满足土壤中酚类化合物的测定要求。

2.4 精密度和准确度

为进一步考察方法精密度和准确度。对实际土壤样品加标，进行全程序加标试验，重复测定6次；准确称取两种浓度土壤标准样品，进行标准质控样品测试，重复测定2次。精密度和准确度测定结果见表2。

表2 土壤样品中酚类化合物测定的精密度和准确度Tab.2 Precision and accuracy of the determination of pheonlic compounds in soil sample

续表2

序号化合物背景值(mg/kg)样品结果(mg/kg)RSD(%)均值(mg/kg)可接受范围(mg/kg)122,4,5-三氯酚-0.98 4.16 1.71.37.032.570～8.0306.152.490～7.760132,4-二硝基酚-0.97 4.23 5.01.13.770.835～4.1803.070.841～4.210144-硝基酚-0.95 4.11 3.21.21.841.570～9.9602.791.780～11.200152,3,4,6-四氯酚-0.97 4.08 3.01.33.012.870～9.3704.473.150～10.30016/172,3,4,5 /2,3,5,6-四氯酚-2.06 8.59 1.81.711.35.200～16.9914.96.110～19.97182-甲基-4,6-二硝基酚-0.88 4.19 6.21.54.320.820～6.3804.140.847～6.58019五氯酚-0.94 4.30 4.41.61.741.090～7.9606.171.080～7.93020地乐酚-0.86 4.25 8.51.65.590.850～9.61010.31.500～16.90212-环己基-4,6-二硝基酚-0.71 4.24 10.22.54.622.200～7.6405.882.170～7.580

由表2可知，21种酚类化合物的精密度良好，实样加标的相对标准偏差为1.0%～10.2%。与张永兵等[10]使用索氏提取-气相色谱法测定土壤中6种酚类化合物相比。在加标量均为1.0 mg/kg时,本方法的相对标准偏差高于其相对标准偏差0.5%～7.7%，再现性较弱。较盛祥等[13]通过加速溶剂萃取-气质联用法测定土壤中14种酚类化合物相比。在相同加标量的条件下，本方法的相对标准偏差优于其相对标准偏差5.2%～14.8%，再现性较好。与标准方法土壤和沉积物酚类化合物的测定气相色谱法[16](HJ 703-2014)相比。本方法的相对标准偏差均低于国家标准方法要求相对标准偏差1.6%～24.4%，完全满足土壤中酚类化合物的测定要求。鉴于索氏提取-气相色谱法的操作繁琐、费料，费时且对实验人员伤害大等缺点，以及超声波萃取-气相色谱法的操作简单、节时、节料等优点，本文更倾向于后者。