肖美玲，裴玲芳,2，范貴鵬，趙羽宏，李 強

(1、四川省地礦局 成都綜合巖礦測試中心，成都 610081；2、王雪蓮創(chuàng)新工作室，成都 610081)

酚類是指苯及其稠環(huán)的羥基衍生物，具有特殊的芳香氣味，呈弱酸性。根據(jù)酚類能否與水蒸汽一起蒸出，分為揮發(fā)酚和不揮發(fā)酚兩類，揮發(fā)酚是指沸點在230℃以下的酚類[1]。土壤中的揮發(fā)酚主要來源于石油化工、塑料、合成纖維、焦化等行業(yè)，其廢水流入農(nóng)田會污染土壤，可導致生長的農(nóng)作物的可食部分產(chǎn)生異味，農(nóng)作物枯死或減產(chǎn)[2]。隨著污染情況日趨嚴重以及環(huán)保意識的逐漸增強，土壤中揮發(fā)酚的監(jiān)測顯得越來越重要。

土壤中的揮發(fā)酚通常含量很低，使得前處理后的溶液檢測更加困難。國內(nèi)外學者針對揮發(fā)酚的檢測開展了大量的研究工作，建立了基于不同原理的檢測方法。主要分為手工分析法和儀器分析法兩類。手工分析法主要包括4-氨基安替比林分光光度法[3-4]和溴化容量法[5]，溴化容量法主要針對含量高的揮發(fā)酚溶液,該法檢出限為0.1mg/L，而我國水質(zhì)的檢測方法主要采用4-氨基安替比林分光光度法 ，該方法的檢出限低至0.000 3mg/L。但需要用到有毒有害試劑三氯甲烷，對分析人員的身體有害且對環(huán)境易產(chǎn)生二次污染。儀器分析法主要包括連續(xù)流動注射法和色譜分析法。劉娟[6]用溴對樣品進行衍生化，抗壞血酸還原多余的溴，分離、萃取，用氣相色譜儀分析，回收率達到86.0%～98.1%，相對標準偏差為 4.5%～7.3%。但上述方法衍生化試劑和萃取試劑毒性很大，操作步驟繁雜。因此不是揮發(fā)酚常用的測定方法。連續(xù)流動注射分析法是應對大批量樣品的分析而研發(fā)的一種自動分析技術(shù)[7]，它是于封閉的管道中在流動的載流下完成樣品注入、樣品前處理、試劑加入、樣品與試劑的混合和反應，并在最后流經(jīng)檢測器時完成檢測和記錄信號等一系列分析過程。流動注射分析法測定揮發(fā)酚化合物具有操作簡捷、取樣量小，檢測限低、靈敏度高、線性范圍寬、結(jié)果準確、檢測時間短等特點，并且減少了操作人員與有毒有害物質(zhì)接觸的機會。

本文在傳統(tǒng)分析方法的基礎上研究了將土壤樣品經(jīng)過加酸蒸餾前處理后與連續(xù)流動注射儀相結(jié)合，測定土壤中揮發(fā)酚含量的一種方法，該方法能夠極大地提高土壤中揮發(fā)酚的測定效率，同時所用試劑綠色環(huán)保，減少了對環(huán)境和人體的危害，適合大批量土壤樣品的連續(xù)快速測定。

1 實驗部分

1.1 方法原理

連續(xù)流動注射儀的自動取樣器吸取一定量預蒸餾后的土壤樣品餾出液，與相關試劑按照比例被蠕動泵壓縮到管路系統(tǒng)中，同時在模塊中注入均一的空氣泡,將每個樣品分割成相同的樣品片段，分割的樣品片段和試劑在反應模塊中充分混合反應，并在一定條件下混勻，分離干擾物，保溫反應，顯色后測吸光度，由軟件記錄樣品吸收，并根據(jù)標線、土壤樣品的稱樣量、餾出液體積、稀釋倍數(shù)算出土壤樣品中揮發(fā)酚的含量。

1.2 實驗樣品、試劑與儀器

樣品：四川某廠區(qū)土壤。

主要試劑：

(1)甲基橙指示劑：稱取0.10g甲基橙溶解于200mL水中,配制成濃度為0.5mg/mL的甲基橙指示液。

(2)磷酸溶液：量取20mL(85%)的磷酸，溶解于180mL蒸餾水。

(3)硫酸銅溶液, 稱取50.00g硫酸銅(五水)溶于500mL水中，配制成濃度為0.1g/mL的硫酸銅溶液。

(4)4-氨基安替比林溶液：稱取0.13g 4-氨基安替比林溶于200mL水中，加1.0mL Brij35溶液，搖勻。

(5)鐵氰化鉀稱?。?.4g鐵氰化鉀，0.6g硼酸和1.0g氯化鉀于190mL水中溶解，再用10mL-1moL/L NaOH溶液調(diào)pH到10.3。

(6)氫氧化鈉溶液：ρ (NaOH)= 0.01moL/L。稱取氫氧化鈉(GR) 0.40 g 溶于水，稀釋至 1 000 mL。

儀器： 濟南盛泰ST106-3RW智能化一體式蒸餾儀，SKALAR SAN++連續(xù)流動注射分析儀。

1.3 實驗步驟

(1)稱取5.0 g 新鮮土壤樣品于蒸餾燒瓶中，加入 250mL 蒸餾水，加入數(shù)粒玻璃珠以防暴沸，再加入 2 滴 0.5mg/mL 甲基橙指示液，用磷酸溶液(1∶10)調(diào)節(jié) pH值，加入硫酸銅溶液。

(2)將蒸餾燒瓶放入智能一體化蒸餾儀中，設置加熱功率為200W，設定量為230mL，進行加熱蒸餾，蒸餾結(jié)束后用蒸餾水定容至250mL。

(3)打開自動進樣器電源，合上小蠕動泵泵蓋，將進樣針清洗液管路放入蒸餾水中，打開主機電源，合上兩個蠕動泵泵蓋，將所有試劑管路放入蒸餾水中，打開數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電源。

(4)打開軟件，確認通訊是否正常。設置樣品的時間、沖洗時間、空氣時間；開啟氮氣減壓閥總閥，調(diào)節(jié)分壓閥至0.2單位，調(diào)節(jié)氣體流速至約70～80單位。

(5)打開循環(huán)冷卻水，按照電源→循環(huán)→制冷的順序，開啟155度加熱器電源。將揮發(fā)酚所有試劑管路放入對應試劑瓶中。

(6)約30min后系統(tǒng)穩(wěn)定，點擊開始，進入分析狀態(tài)。

(7)實驗結(jié)束后，計算土壤中揮發(fā)酚的含量。

X：表示土壤中揮發(fā)酚的含量,mg/kg。

C：表示餾出液中揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度(以苯酚計)，mg/L。

V:表示餾出液定容體積，mL。

m：表示土壤稱樣量，g。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 土壤樣品前處理方法的選擇及優(yōu)化實驗

測定土壤中揮發(fā)酚含量的前處理方法主要有加酸蒸餾法[4]和加水浸提法[5]兩種。加酸蒸餾法即是稱取新鮮土壤樣品于蒸餾瓶中，加入 250mL 水，甲基橙指示液，用磷酸溶液調(diào)節(jié) pH值，最后加入硫酸銅溶液，進行蒸餾。加水浸提法即是稱取新鮮土樣，置于翻轉(zhuǎn)振蕩器自帶塑料樣品瓶中，加入氯化汞溶液，搖勻。再加入氯化鈣溶液，最后加入無酚水至總體積 250mL。在翻轉(zhuǎn)振蕩器上振蕩 30 min。

經(jīng)過實驗比較兩種方法發(fā)現(xiàn)，加酸蒸餾法的加標回收率要遠遠優(yōu)于加水浸提法，且操作更簡便，所用的試劑更加綠色環(huán)保，減少了對分析人員身體的危害且不易造成二次污染，因此本文中采取加酸蒸餾法進行前處理。在前處理時分別加入不同體積的磷酸溶液，使得蒸餾燒瓶中的溶液的pH=1 、pH=2、pH=4、pH=6，結(jié)果(圖1)顯示pH=4時，加標回收率最佳。同時，本文也探究了不同硫酸銅濃度對揮發(fā)酚測定結(jié)果的影響，結(jié)果(圖1)顯示5ml 0.1 g/mL硫酸銅的效果最佳。以下實驗將在此條件下進行。

圖1 pH、硫酸銅含量與回收率占比趨勢圖 Fig.1 Variation chart of pH、copper sulfate content and recovery ratio

2.2 SKALAR SAN++連續(xù)流動注射分析儀條件的優(yōu)化實驗

向土壤中加入一定量的揮發(fā)酚標準溶液，配制成不同含量的含揮發(fā)酚的土壤。分別針對3種不同濃度揮發(fā)酚餾出液，探討連續(xù)流動注射分析儀加熱溫度對揮發(fā)酚測定加標回收率的影響。結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明在儀器加熱溫度為155℃時，測定結(jié)果更穩(wěn)定，因此本方法選擇儀器的加熱溫度為155℃。同時，本實驗對相同土壤樣品進行相同加標回收，針對同一種的揮發(fā)酚餾出液，在155℃儀器加熱溫度下，探討了進樣時間、沖洗時間、空氣時間3個參數(shù)對加標回收率的影響，加標回收率與100%加標相比較，差值越小效果越佳。針對3個條件分別選取3個時間點，經(jīng)過反復多次實驗，計算加標回收平均值，與100%相比較，結(jié)果分別如圖3～圖5所示，結(jié)果表明，SKALAR SAN++連續(xù)流動注射分析儀在進樣時間為70s，空氣時間為0s，清洗時間為80s時，儀器效果最佳。以下實驗將在此條件下進行。

圖2 儀器溫度與回收率關系圖Fig.2 Relationship between instrument temperature and recovery

圖3 進樣時間與回收率占比趨勢圖Fig.3 Variation of injection time and recovery ratio

圖4 空氣時間與回收率占比趨勢圖Fig.4 Variation of air time and recovery ratio

圖5 清洗時間與回收率占比趨勢圖Fig.5 Variation of cleaning time and recovery ratio

2.3 標準曲線的繪制

將揮發(fā)酚標準溶液配制成0.000 0 mg/L、0.002 0 mg/L、0.010 0 mg/L、0.020 0 mg/L、0.040 0 mg/L、0.060 0 mg/L、0.080 0 mg/L、0.100 0 mg/L的系列標準工作溶液，設置連續(xù)流動注射分析儀在加熱溫度為155℃，樣品時間為70s，沖洗時間為80s，空氣時間為0s，開始測定，以相對峰高y為縱坐標，揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度x(mg/L)為橫坐標，由SKALAR SAN++軟件系統(tǒng) FlowAccess 計算得出標準曲線一次方程，如圖6所示。在測試過程中加入示蹤點和漂移校正點以確保結(jié)果的穩(wěn)定性，其峰高與揮發(fā)酚的濃度成正比，如圖7中所示。該方法的線性方程為y=0.270773x+0.000038，相關系數(shù)r=0.9996，結(jié)果表明標準曲線的線性良好。

圖6 標準曲線圖Fig.6 Standard curve

圖7 標準曲線峰形圖Fig.7 Standard curve peak diagram

2.4 方法的檢出限

方法檢出限即用特定分析方法在給定的置信度內(nèi)可從樣品中定性檢出待測物質(zhì)的最低濃度或最小量[8]。按照樣品分析的全部步驟，本實驗選取了兩種不同含量的土壤樣品廠區(qū)1#、廠區(qū)2#，分別進行平行測定7次，根據(jù)兩批土壤樣品的測定結(jié)果，計算7次平行測定的方差，根據(jù)組合標準偏差計算檢出限，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，本方法的檢出限為0.053 mg/kg，測定下限為0.21 mg/kg。

表1 檢出限實驗Tab.1 Detection limit experiment (mg/kg)

2.5 精密度實驗

采集廠區(qū)3個不同區(qū)域的土壤：廠區(qū)3#、廠區(qū)4#、廠區(qū)5#，并向3種土壤中加入一定量的揮發(fā)酚標準溶液，模擬低、中、高濃度的土壤揮發(fā)酚。前處理按照加酸蒸餾法進行，餾出液用連續(xù)流動注射儀測定揮發(fā)酚的含量，每種土壤樣品平行測定7次。測定的提取液濃度及質(zhì)量濃度如表2所示。結(jié)果表明，分別測定7次低、中、高3種濃度的土壤揮發(fā)酚含量，其標準偏差為0.021～0.146mg/kg；變異系數(shù)小于6.5%，該方法具有較好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

表2 精密度實驗Tab.2 Precision experiment

2.6 實際土壤樣品的加標回收實驗

采集3種不同土壤:廠區(qū)6#、廠區(qū)7#、廠區(qū)8#，并向3種土壤中加入一定量的揮發(fā)酚標準溶液，模擬低、中、高濃度的土壤揮發(fā)酚含量，前處理按照加酸蒸餾法進行，餾出液用連續(xù)流動注射儀測定揮發(fā)酚含量，每種土壤樣品平行測定6次。同時，廠區(qū)6#、廠區(qū)7#、廠區(qū)8#3種土壤分別加入標準參考物質(zhì)進行加標回收實驗，每種加標樣品平行測定6次。如表3所示。結(jié)果表明，對低、中、高3種不同的實際土壤樣品加標回收率范圍在71.0%～115.0%之間，加標回收率良好。

表3 實際土壤樣品加標回收實驗Tab.3 Standard addition recovery experiment of soil (mg/kg)

3 結(jié) 論

本項目研究了土壤中揮發(fā)酚的測定流程，經(jīng)過實驗比較兩種方法發(fā)現(xiàn)，加酸蒸餾法的加標回收率要遠遠優(yōu)于加水浸提法，且操作更簡便，所用的試劑更加綠色環(huán)保，減少了對分析人員身體的危害且不易造成二次污染，因此本項目采取加酸蒸餾法進行土壤中揮發(fā)酚的前處理，餾出液經(jīng)連續(xù)流動注射儀進行檢測揮發(fā)酚的含量。經(jīng)過系列實驗，得出最佳實驗條件，調(diào)節(jié)蒸餾燒瓶中的溶液pH =4，硫酸銅的濃度為0.1 g/mL，連續(xù)流動注射分析儀加熱溫度為155℃，儀器進樣時間為70s，沖洗時間為80s，空氣時間為0s時測定效果最佳。并對此方法流程進行了方法確認，結(jié)果表明，連續(xù)流動注射分析法測定土壤中的揮發(fā)酚的標準曲線的線性良好，相關系數(shù)達到0.999以上；方法檢出限為0.053 mg/kg，測定下限為0.21 mg/kg。對3種不同的土壤進行檢測，測定標準偏差范圍為0.021～0.146mg/kg，變異系數(shù)小于6.5%，結(jié)果表明方法的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性良好，對低、中、高3種不同的實際土壤樣品加標回收率范圍在71.0%～115.0%之間，加標回收率良好。

基于土壤的基質(zhì)復雜性，本文采取合適的樣品前處理方式，使其更好地適配后續(xù)的儀器分析，確保分析結(jié)果的準確性。使用連續(xù)流動注射分析儀進行分析，對儀器分析參數(shù)進行開發(fā)和優(yōu)化，最終建立了操作流程簡單、分析速度快、成本小、對環(huán)境污染小、能針對大批量樣品連續(xù)快速測定的分析方法，并進行了方法確認工作。應用建立的方法對實際土壤樣品進行分析，研究其可行性，并推廣應用，這在應用技術(shù)和領域都有創(chuàng)新和推進作用。