馬 亮，王玉功，李玉澤，余志峰

(國(guó)土資源部 蘭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心，甘肅 蘭州 730050)

酚類(lèi)化合物是當(dāng)前重要的環(huán)境污染物之一，大多數(shù)具有致癌、致畸、致突變的潛在毒性. 環(huán)境中酚類(lèi)污染物主要來(lái)源于石油化工、焦化、印染、制藥和農(nóng)藥等廠家排放的水、氣和廢渣. 土壤及水體被酚類(lèi)污染后可長(zhǎng)期殘留，難以降解. 這些酚類(lèi)污染物，最終通過(guò)食物鏈的富集，影響到人體健康. 美、日等國(guó)都將其列入優(yōu)先監(jiān)測(cè)物黑名單，制訂了標(biāo)準(zhǔn)分析方法，嚴(yán)格控制排放. 我國(guó)水質(zhì)和土壤質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)中也把苯酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚和對(duì)硝基酚也作為常規(guī)的必檢項(xiàng)目.

目前酚類(lèi)化合物的分析方法主要有氣相色譜法[1-4]、液相色譜法[5]和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)法[6-7]，但是大多偏重于對(duì)水中苯酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚等的測(cè)定，對(duì)土壤中其他酚類(lèi)化合物的分析較少. 土壤中酚類(lèi)化合物由于性質(zhì)活潑，提取和分析均比較困難. 土壤中酚類(lèi)化合物的提取方法主要有索氏提取法[8-9]、微波提取法和加壓流體萃取法[10]. 索氏提取法雖然效率高、重現(xiàn)性好，但溶劑消耗量較大，提取時(shí)間較長(zhǎng). 加壓流體萃取和微波提取方法快速、節(jié)能、操作方便、回收率較高、溶劑用量較少，但設(shè)備昂貴. 超聲波提取法[11]以其操作簡(jiǎn)便、提取率高、提取時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多地應(yīng)用于各種固體樣品的前處理中. 目前，對(duì)于油田區(qū)成分復(fù)雜、各種有機(jī)物含量普遍較高的土壤，采用超聲波提取酚類(lèi)化合物的報(bào)道并不多見(jiàn). 本文采用超聲波提取油田區(qū)土壤中21種酚類(lèi)化合物，氣相色譜準(zhǔn)確定量. 結(jié)果表明提取效率高，方法準(zhǔn)確、實(shí)用，特別是對(duì)于2,4-二硝基酚和4-硝基酚兩種化合物，本法回收率明顯高于加壓流體萃取法.

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

GC-7890B氣相色譜儀，配備FID檢測(cè)器(美國(guó)Agilent公司). 超聲波處理器(新芝SB-2400DT，寧波新芝生物科技股份有限公司). 加速溶劑萃取儀(賽默飛-AES350). 定量濃縮儀：(LabTech-MV5，北京萊伯泰科儀器股份有限公司).

酚類(lèi)化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ=1 000 mg/L，市售有證標(biāo)準(zhǔn)溶液(包括苯酚、2-氯酚、鄰-甲酚、對(duì)-甲酚、間-甲酚、2-硝基酚、2,4-二甲酚、2,4-二氯酚、2,6-二氯酚、4-氯-3-甲酚、2,4,6-三氯酚、2,4,5-三氯酚、2,4-二硝基酚、4-硝基酚、2,3,4,6-四氯酚、2,3,4,5-四氯酚、2,3,5,6-四氯酚、2-甲基-4,6,-二硝基酚、五氯酚、地樂(lè)酚、2-環(huán)己基-4,6-二硝基酚).

酚類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：ρ=50.0 mg/L .

二氯甲烷：色譜純(德國(guó)默克). 正己烷：色譜純(德國(guó)默克). 乙酸乙酯：色譜純(德國(guó)默克). 二氯甲烷/正己烷混合溶劑：2∶1(體積比). 二氯甲烷/乙酸乙酯混合溶劑：4∶1(體積比). 無(wú)水硫酸鈉(分析純，500 ℃馬弗爐中烘烤4 h后冷卻備用). 鹽酸、氫氧化鈉均為分析純?cè)噭? 試驗(yàn)室用水為二次蒸餾水.

1.2 儀器工作條件

毛細(xì)管柱：HP-5(30 m×0.32 mm，0.25 μm). 升溫程序：初始溫度50 ℃，以8 ℃/min速率升至250 ℃，保持5 min. 其他參數(shù)如表1所列.

表1 儀器工作條件Table 1 Working parameters of GC

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品采集與處理

采集5～20 cm深度的土壤樣品，除去石子、樹(shù)葉等雜物，充分混勻，裝入棕色磨口玻璃瓶，避光、4 ℃冷藏保存. 分別用加壓流體萃取法和超聲波提取法進(jìn)行前處理，同時(shí)做水分校正試驗(yàn).

超聲波提取法：準(zhǔn)確稱(chēng)取10.0 g(精確至0.01 g)混勻的土壤樣品，加入適量無(wú)水硫酸鈉，研磨攪拌均勻，倒入100 mL錐形瓶中，加入20 mL二氯甲烷/正己烷(體積比為2∶1)混合溶劑，以錫箔紙封口，超聲提取3次，每次5 min，提取時(shí)控制溫度不超過(guò)40 ℃，合并提取液.

加壓流體萃取法：準(zhǔn)確稱(chēng)取10.0 g(精確至0.01 g)混勻的土壤樣品，加入適量硅藻土，研磨攪拌均勻后，裝入萃取池中，以二氯甲烷/正己烷(體積比為2∶1)混合溶劑為萃取溶劑，萃取條件：萃取溫度100 ℃，萃取壓力10.3 MPa，靜態(tài)萃取時(shí)間5 min，淋洗體積為60%池體積，萃取循環(huán)次數(shù)為3次，合并萃取液.

1.3.2 樣品凈化

將上述兩種方法得到的萃取液分別置于250 mL分液漏斗中，向分液漏斗中加入120 mL的NaOH溶液(pH>12,0.02 mol/L)，充分振蕩、靜置，分層后棄去下層有機(jī)相，保留水相部分. 若有機(jī)相顏色較深，可適當(dāng)增加凈化次數(shù).

將得到的水相部分用HCl溶液(5 mol/L)調(diào)節(jié)pH低于2，加入30 mL二氯甲烷/乙酸乙酯混合溶劑(體積比為4∶1)，充分振蕩、靜置萃取2次，棄去水相，收集下層有機(jī)相，有機(jī)相經(jīng)裝有無(wú)水硫酸鈉的漏斗脫水，用二氯甲烷/乙酸乙酯混合溶劑充分淋洗無(wú)水硫酸鈉，合并全部有機(jī)相，氮吹、濃縮，定容至1.0 mL，待測(cè).

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲提取時(shí)間的選擇

按照試驗(yàn)方法，分別采用5、10、15、20、25、30 min的超聲時(shí)間進(jìn)行回收率試驗(yàn). 根據(jù)回收率統(tǒng)計(jì)結(jié)果，21種酚類(lèi)化合物回收率隨萃取時(shí)間的增加而明顯提高. 在超聲時(shí)間為15～25 min時(shí)，回收率基本穩(wěn)定在80%～110%之間. 在15 min時(shí),大部分化合物的回收率達(dá)到90%左右. 隨著萃取時(shí)間的增加，個(gè)別酚類(lèi)化合物的回收率有所下降，這是由于油田區(qū)土壤基質(zhì)復(fù)雜，各種化合物相互作用且性質(zhì)活潑易于發(fā)生化學(xué)變化所導(dǎo)致. 因此，試驗(yàn)選擇超聲提取時(shí)間為15 min.

2.2 凈化時(shí)間的選擇

由于油田區(qū)土壤基質(zhì)復(fù)雜，樣品凈化過(guò)程需要充分振蕩，將酚轉(zhuǎn)化成鹽類(lèi)，凈化時(shí)間對(duì)酚類(lèi)化合物的回收率具有一定影響，如圖1所示. 由圖1可見(jiàn)，凈化時(shí)間太短，水相與有機(jī)相分層效果差，凈化效果較差，酚類(lèi)化合物回收率偏低. 當(dāng)凈化時(shí)間達(dá)到5 min，回收率逐漸趨于穩(wěn)定. 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制水相體積為有機(jī)相體積的2倍，凈化效果較好，若有機(jī)相顏色較深，可增加凈化次數(shù). 本試驗(yàn)凈化兩次，每次凈化時(shí)間控制在不少于5 min.

圖1 凈化時(shí)間對(duì)酚類(lèi)化合物回收率影響曲線Fig. 1 Effect of purification time on recovery rate of phenolic compounds

2.3 pH對(duì)凈化條件的影響

油田區(qū)土壤中石油烴、多環(huán)芳烴和硝基苯等化合物含量普遍較高，測(cè)定酚類(lèi)化合物時(shí)，樣品若不經(jīng)過(guò)堿洗凈化，直接濃縮進(jìn)樣，將會(huì)污染進(jìn)樣口和色譜柱，從而影響酚類(lèi)化合物的準(zhǔn)確定量. 酚類(lèi)化合物由于含有酚羥基而具有弱酸性，在堿性介質(zhì)中易形成鹽類(lèi)而溶于水，在酸性介質(zhì)中又重新形成中性分子被有機(jī)溶劑提取. 利用這種特性，對(duì)提取液進(jìn)行酸堿分配凈化，可以去除大多數(shù)不溶于堿性水溶液的有機(jī)化合物.

采用二氯甲烷/正己烷混合溶劑(體積比為2∶1)作為土壤中酚類(lèi)化合物的提取溶劑，凈化時(shí)有機(jī)相在下層，容易分離. 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凈化時(shí)水溶液pH值對(duì)回收率影響很大. 分別在pH 8、12和高于12這3種條件下，收集凈化后廢棄的有機(jī)相，脫水后經(jīng)氣相色譜儀檢測(cè). 發(fā)現(xiàn)pH高于12時(shí)，廢液有機(jī)相中檢測(cè)不到酚類(lèi)化合物. pH為8時(shí)，部分酚類(lèi)化合物有檢出. 所以在pH高于12條件下，可以將成鹽的酚類(lèi)化合物保留在堿性水相中，有機(jī)相洗去大多數(shù)石油烴、多環(huán)芳烴和硝基苯類(lèi)等非酸性有機(jī)化合物，從而避免對(duì)酚類(lèi)化合物測(cè)定的干擾.

2.4 pH對(duì)萃取條件的影響

凈化后的樣品，采用二氯甲烷/乙酸乙酯(體積比為4∶1)混合溶劑萃取水相中的酚類(lèi). 酚類(lèi)化合物屬于酸性化合物，需要在酸性條件下進(jìn)行萃取. 試驗(yàn)采用pH在7、4、2和低于2這4種條件,結(jié)果如表2所列. 由表2可見(jiàn)，pH為7時(shí)，酚類(lèi)化合物的回收率很低. 隨著酸性的增強(qiáng)，酚類(lèi)化合物回收率逐漸提高，當(dāng)pH低于2時(shí)，回收率達(dá)到最高且逐漸趨于穩(wěn)定. 水樣pH調(diào)節(jié)好后，加入20 mL二氯甲烷/乙酸乙酯混合溶劑萃取5 min，分別萃取3次，合并萃取液. 通過(guò)充分振蕩、靜置，將水相中的酚類(lèi)化合物萃取至有機(jī)相中. 若有機(jī)相與水相分層不好，可通過(guò)添加氯化鈉，以減小水的活度，從而降低有機(jī)化合物的溶解度. 氮吹濃縮時(shí)，控制氮吹儀溫度不超過(guò)35 ℃，防止溫度過(guò)高，導(dǎo)致沸點(diǎn)較低的酚類(lèi)化合物損失.

2.5 線性回歸方程及檢出限

配制21種酚類(lèi)化合物混合標(biāo)準(zhǔn)系列，其質(zhì)量濃度分別為0.50、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00 mg/L，以峰面積對(duì)各組分的質(zhì)量濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，各組分的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)如表3所列. 所有組分的相關(guān)系數(shù)均在0.999以上，能滿足測(cè)定要求.

表2 不同pH條件下21種酚類(lèi)化合物回收率Table 2 Recovery rates of 21 phenolic compounds under different pH conditions

表3 21種酚類(lèi)化合物的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限Table 3 Linear regression equations, correlation coefficients and detection limits of 21 phenolic compounds

在10.0 g石英砂中加入0.10 μg酚類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，平行測(cè)定11份，按照3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出方法的檢出限為0.01～0.05 mg/kg，質(zhì)量濃度在0.04～80.0 mg/L內(nèi)，與其對(duì)應(yīng)的峰面積線性關(guān)系良好，完全能滿足土壤中21種酚類(lèi)化合物的測(cè)定要求.

2.6 標(biāo)準(zhǔn)色譜圖

由于酚類(lèi)化合物分子結(jié)構(gòu)中都含有酚羥基，具有一定極性，對(duì)色譜柱的選擇有一定要求. 本試驗(yàn)選用填料為5%二苯基-95%二甲基聚硅氧烷色譜柱，同時(shí)對(duì)柱箱升溫程序進(jìn)行了優(yōu)化，使各化合物更好的分離. 圖2為21種酚類(lèi)化合物在HP-5色譜柱上的分離情況，除間甲酚和對(duì)甲酚為同分異構(gòu)體無(wú)法分離，定量時(shí)可合并計(jì)算總量，其余化合物分離效果均較好.

圖2 HP-5毛細(xì)管色譜柱上酚類(lèi)化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖Fig. 2 Chromatogram of standard solution of phenolic compounds HP-5 capillary chromatographic column(1) 苯酚,(2) 2-氯酚,(3) 鄰-甲酚,(4/5) 對(duì)/間-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) 2,3,4,5-四氯酚,(17) 2,3,5,6-四氯酚,(18) 2-甲基-4,6,-二硝基酚,(19) 五氯酚,(20) 地樂(lè)酚,(21) 2-環(huán)己基-4,6-二硝基酚

2.7 提取方式的比較

超聲波提取法是利用產(chǎn)生的超聲波沖擊力，對(duì)浸潤(rùn)樣品進(jìn)行反復(fù)沖擊，在溶劑和樣品之間產(chǎn)生聲波空化作用，從而使固體樣品分散，增大樣品與溶劑之間的接觸面積，提高目標(biāo)物從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)速率.

加壓流體萃取法是在加壓、加熱條件下對(duì)樣品中有機(jī)物進(jìn)行萃取. 加壓的主要目的是阻止有機(jī)溶劑在高溫下沸騰，使其處于液態(tài)，并和實(shí)際樣品充分接觸，加熱可以破壞溶劑和基質(zhì)之間由于范德華力、氫鍵等引起的強(qiáng)吸引力，減少溶劑的粘性和表面張力，使溶劑更好地滲透到基質(zhì)里，從而達(dá)到快速、有效的萃取基質(zhì)中的目標(biāo)物.

稱(chēng)取7份樣品，分別采用兩種方法進(jìn)行提取. 結(jié)果如表4所列. 由表4可以看出，兩種萃取方式對(duì)絕大多數(shù)酚類(lèi)，提取效果相當(dāng)，相對(duì)偏差均低于15%，無(wú)明顯系統(tǒng)偏差. 但2,4-二硝基酚和4-硝基酚使用超聲波提取比加壓流體萃取效果更好，主要由于這2種化合物穩(wěn)定性差，在高溫、高壓條件下易分解，也可能被硅藻土吸附. 綜合比較兩種提取方式，超聲波提取法更優(yōu).

表4 不同提取方法對(duì)土壤樣品中21種酚類(lèi)化合物的影響Table 4 Effect of different extraction methods on 21 phenolic compounds in soil samples

2.8 精密度及回收率

為了比較加壓流體萃取和超聲波提取方式的精密度和準(zhǔn)確度，按照1.3的試驗(yàn)條件，分別稱(chēng)取7份平行樣品，采用兩種方式提取，每份加入4.0 μg酚類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn). 結(jié)果如表5所列.

表5 土壤樣品中酚類(lèi)化合物測(cè)定的精密度和準(zhǔn)確度(n=7)Table 5 Precision and accuracy of determination of phenolic compounds in soil samples

試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方法測(cè)定的精密度和結(jié)果基本一致. 但采用超聲波提取法所得2,4-二硝基酚和4-硝基酚的加標(biāo)回收率明顯高于加壓流體萃取法，其余化合物加標(biāo)回收率差別不大. 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果綜合分析，可能由于加壓流體萃取法萃取池填充的硅藻土對(duì)2,4-二硝基酚和4-硝基酚具有一定的吸附性，另外這兩種化合物穩(wěn)定性較差，而且萃取過(guò)程溫度較高，導(dǎo)致加標(biāo)回收偏低.

2.9 準(zhǔn)確度

按照1.3方法，稱(chēng)取2.0 g(精確至0.001 g)酚類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)樣品(ERA093，英國(guó)，Laboratory of the Government Chemist)，采用超聲波提取法進(jìn)行準(zhǔn)確度試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果如表6所列. 由表6可見(jiàn)，檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差大部分低于10%，其中2,4-二硝基酚和4-硝基酚相對(duì)誤差小于15%，能滿足土壤中21種酚類(lèi)化合物的測(cè)定要求[12].

表6 21種酚類(lèi)化合物的與標(biāo)準(zhǔn)樣品相對(duì)誤差Table 6 Relative errors among 21 phenolic compounds and standard samples

3 結(jié)論

本文探討了加壓流體萃取和超聲波提取-氣相色譜法測(cè)定油田區(qū)土壤中21種酚類(lèi)化合物在實(shí)際中的應(yīng)用. 綜合比較，采用超聲波提取法提取油田區(qū)土壤中酚類(lèi)化合物,結(jié)果優(yōu)于加壓流體萃取法，加標(biāo)回收率能同時(shí)滿足21種酚類(lèi)化合物的測(cè)定，特別是測(cè)定2,4-二硝基酚和4-硝基酚時(shí)，加標(biāo)回收率明顯提高. 同時(shí)該方法成本較低、操作簡(jiǎn)單快速、定量準(zhǔn)確，是實(shí)用、有效的測(cè)定方法.