气相色谱法测定污水中苯胺类化合物

王洪明，江丕森，侯晓虹，伦小文，张聪璐，梁 宁

（1. 沈阳药科大学 制药工程学院，辽宁 沈阳 110016；2. 沈阳振兴环保产业集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）

气相色谱法测定污水中苯胺类化合物

王洪明1，江丕森2，侯晓虹1，伦小文1，张聪璐1，梁 宁1

（1. 沈阳药科大学 制药工程学院，辽宁 沈阳 110016；2. 沈阳振兴环保产业集团有限公司，辽宁 沈阳 110141）

采用气相色谱法测定了污水中苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺和邻氯苯胺5种化合物的含量。采用气相色谱法-氢火焰离子化检测器（GC-FID），OV-17毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm×0.5 μm），对色谱条件、液液萃取的pH、盐用量等实验条件进行了优化，使得各组分得到完全分离。实验结果表明，5种苯胺类化合物在质量浓度0.5～50.0 mg/L内均与峰面积呈良好的线性关系，相关系数大于0.999；最佳液液萃取条件为：在水样中加入9 g NaCl，用1 mol/L NaOH溶液调节水样pH=11，采用二氯甲烷萃取3次。在最佳分析条件下，方法的检出限为0.056～0.093 mg/L，重复性实验的相对标准偏差为0.8%～4.5%，加标回收率为82%～103%（n=3）。该分析方法快速、准确，适合污水中苯胺类化合物的检测。

液液萃取；气相色谱法；污水；苯胺；N，N-二甲基苯胺；邻甲苯胺；间甲苯胺；邻氯苯胺

苯胺类化合物广泛应用于化工、印染和制药等行业，是合成药物、染料、杀虫剂、高分子材料和炸药等的重要原料之一［1］。苯胺类化合物对环境的污染一直被人们所关注［2］，美国和日本等已把苯胺类化合物列入主要监测项目或优先监测污染物的黑名单［3-4］，该类有机物能积累在组织内部改变细胞的DNA结构，对人体产生致癌、致畸和致突变等病变，严重危害人体健康［5-6］。国内众多染料厂、农药厂、制药厂及其他化工厂在生产过程中会产生各种含苯胺类化合物的废水，其质量浓度有时可高达数千mg/L，而根据污水综合排放标准［7］要求，工业废水中苯胺类化合物的最高允许排放质量浓度为2 mg/L［8］。

目前苯胺类化合物的分析方法主要为液相色谱法［2，9］和分光光度法［10-12］。其中，液相色谱法能分离苯胺类化合物，但受体系中酚类化合物的干扰［13］；若采用N-（1-萘基）乙二胺偶氮分光光度法则只能测定苯胺类化合物的总量，且该方法受物质吸光度的影响，稳定性较差［13］。此外，也有人采用GC法［1，4，13-16］和GC-MS法［5］测定苯胺类化合物的含量。

目前对含苯胺类化合物的试样进行预处理的方法主要有液液萃取法［13-14，16］和固相萃取法［17］。采用气相色谱法处理试样时，多使用填充柱或质谱检测；采用液液萃取法时，多以三氯甲烷或苯为萃取剂。而以低毒性的二氯甲烷为萃取剂，采用毛细管色谱柱测定污水中苯胺类化合物的方法未见报道。

本工作以二氯甲烷为萃取剂，采用GC法测定了污水中苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、邻氯苯胺5种化合物的含量，对色谱条件和液液萃取条件进行了优化，建立了测定污水中苯胺类化合物含量的适宜方法。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

GC-14C型气相色谱仪（配有FID）：岛津公司；OV-17 毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm×0.5 μm）、PEG-20M毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm×0.5 μm）：大连中汇达科学仪器有限公司。

苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺：纯度大于99%，天津康晖精细化工有限公司；对甲苯胺、间甲苯胺、邻氯苯胺：纯度均大于99%，自制；二氯甲烷、NaCl、NaOH、无水硫酸钠：分析纯，天津大茂化学试剂厂；实际水样20110505，20110602，20110704：沈阳某污水处理厂。

1.2 分析方法

气相色谱分析条件：OV-17 毛细管色谱柱；柱温采用程序升温，即125 ℃保持3 min，然后以10 ℃/min的速率升温至130 ℃，保持2 min；FID检测，检测器温度 240 ℃；进样口温度 240 ℃；载气为氮气，流量1.0 mL/min；分流比5∶1；进样量0.5 μL。

1.3 标准溶液的制备

苯胺类化合物标准储备液的制备：准确称取一定量的苯胺、N，N-二甲基苯胺、对甲苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、邻氯苯胺标准物分别置于6个25 mL容量瓶中，用二氯甲烷溶解并稀释至刻度，摇匀，制得相应质量浓度分别为1.58，1.11，1.06，1.60，1.00，1.13 mg/mL的标准储备液，并于4 ℃冰箱中避光保存。

苯胺类化合物的标准混合溶液的制备：分别准确量取一定量的苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、邻氯苯胺的标准储备液，将其置于25 mL容量瓶中，用二氯甲烷稀释至刻度，摇匀，得到混合液中对应5种苯胺类化合物质量浓度分别为50.7，49.5，51.3，48.4，49.6 mg/L的标准混合溶液。

1.4 水样的采集与预处理

使用1 L玻璃瓶盛装水样。采集水样时，先用水样冲洗采样瓶数次，然后将采样瓶装满水样，不留气泡，盖好并旋紧瓶盖。水样采集后，应及时测定，如果不能立即分析，应将采集后的水样置于冰箱中，冷藏保存。水样存放区域必须无有机物干扰。采集后的水样必须在14 d内测定完毕，否则需重新采集［18］。

水样的预处理：取100 mL由中速滤纸过滤后的水样，将其加入到250 mL分液漏斗中，然后用浓度为1 mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH=11，再加入9 g NaCl，过滤，分别用10，5，5 mL的二氯甲烷萃取3次，每次振荡3 min（注意放气），静置30 min，分层，合并有机层；有机层经装有滤纸和无水硫酸钠的漏斗转入到50 mL圆底烧瓶中，然后经旋转蒸发进行浓缩；浓缩后的物质用二氯甲烷转移并定容至10 mL容量瓶中，取0.5 μL试样进行气相色谱分析。如果萃取后的水样产生乳化现象，不分层，可向分液漏斗中加入无水硫酸钠以破除乳化现象［15］。

1.5 标准曲线

分别量取标准混合溶液 0.1，0.2，0.8，2.0，4.0，10.0 mL置于10 mL容量瓶中，用二氯甲烷稀释至刻度，摇匀，配成各种苯胺类化合物质量浓度范围在0.5～50.0 mg/L之内的系列标准混合溶液。按1.2节所述的条件进样分析，记录峰面积。以峰面积为纵坐标、质量浓度为横坐标，绘制各苯胺类化合物的标准曲线，实验结果见表 1。由表1可以看出，5种苯胺类化合物的质量浓度在0.5～50.0 mg/L内均与峰面积呈现良好的线性关系，相关系数r≥0.999。

表1 苯胺类化合物的标准曲线方程Table 1 Regression equations of calibration curves of aniline and its substituted derivatives

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

2.1.1 色谱柱的选择

分别选用OV-17，PEG-20M毛细管色谱柱对试样进行分析。实验结果表明，前者对苯胺类化合物分离效果较好；而后者不能很好地分离这5种苯胺类化合物。因此，选用OV-17毛细管色谱柱。采用OV-17毛细管色谱柱对苯胺类化合物标准混合溶液和纯水进行分析，其GC谱图见图1。

图1 苯胺类化合物标准混合溶液（a）和纯水（b）的GC谱图Fig.1 GC chromatograms of the standard mixed solution of aniline and its substituted derivatives(a) and deionized water(b).The analysis conditions：OV-17 capillary column，FID detector, temperature programming.1 Aniline；2 N，N-Dimethylaniline；3 o-Toluidine；4 m-Toluidine；5 o-Chloroanilin

2.1.2 对甲苯胺的干扰验证实验

在优化的气相色谱条件下，对甲苯胺与邻甲苯胺的分离度约为0.8，对甲苯胺基本不干扰污水中苯胺类化合物的测定。因此，实验过程中不考虑对甲苯胺对分析结果的影响。

2.2 液液萃取条件的优化

2.2.1 水样pH的考察

苯胺类化合物大多呈碱性，在酸性条件下可形成较稳定的苯胺盐，具有较强的亲水性，用有机溶剂萃取时萃取率较低［14］。因此，选择在碱性条件下萃取苯胺类化合物。

取同一标准混合溶液4份，分别用1 mol/L的NaOH 溶液调节水样的pH至7.0，9.0，11.0，12.0，然后进行萃取，萃取后进样分析，考察峰面积和pH的关系，实验结果见图2。由图2可见，随pH的增大，各化合物的峰面积均呈现先增大后趋于稳定的趋势，当pH≥11时，各化合物的峰面积基本不再变化。经计算，水样的pH=11时，5种苯胺类化合物的回收率在97.0%～100.1%之间。因此，选择水样的pH=11。

图2 苯胺类化合物的峰面积与其pH的关系Fig.2 Relationships between the peak areas of aniline and its substituted derivatives and pH.● o-Toluidine；■ Aniline；▲ N，N-Dimethylaniline；▲m-Toluidine；◆ o-Chloroaniline

2.2.2 NaCl用量的考察

在进行液液萃取时，通常加入适量的无机盐，无机盐有提高溶液离子强度、降低有机物在水中溶解度的作用［19］。分别量取4份同一标准混合溶液，萃取时分别加入3，6，9，12 g NaCl，考察NaCl用量对分析结果的影响，实验结果见图3。

图3 苯胺类化合物的峰面积与NaCl用量的关系Fig.3 Relationship between the peak areas of aniline and its substituted derivatives and NaCl dosage.● o-Toluidine；■ Aniline；▲ N，N-Dimethylaniline；▲m-Toluidine；◆ o-Chloroaniline

由图3可见，随NaCl用量的增加，峰面积不断增大，当NaCl用量大于等于9 g时，峰面积基本不再变化，经计算，5种苯胺类化合物的回收率在98.0%～99.5%之间，符合分析方法的准确度要求。因此，选择NaCl用量为9 g，以降低苯胺类化合物在水中的溶解度。

2.3 方法检出限

重复分析7个空白加标试样，加标的质量浓度约为估测检出限制质量浓度的5倍，计算其标准偏差，参照EPA法［20］计算方法检出限，计算结果为：苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺、邻氯苯胺的检出限分别为0.093，0.061，0.056，0.074，0.064 mg/L。

2.4 加标回收率和重复性实验

准确量取已知苯胺类化合物含量的实际水样（20110602出水水样）9份，按低、中、高质量浓度分别准确加入苯胺类标准混合溶液，每一质量浓度的水样取3份，按1.2节和1.4节的条件进行操作，记录峰面积，计算各苯胺类化合物的回收率，实验结果见表2。由表2可见，5种苯胺类物质的平均回收率为82%～103%，相对标准偏差为0.8%～4.5%。

2.5 实际水样的测定

按1.2节和1.4节的条件，分析沈阳市某污水处理厂的3批水样（20110505，20110602， 20110704），其中采样点包括进水口、一级滤池和出水口，实验结果见表3。20110602进水水样的GC谱图见图4。由表3可见，3批水样的进水口水样中均检测出苯胺，其余4种苯胺类化合物均未检出。同时按照国标方法［12］测定水样中苯胺类化合物的总含量，并与本实验结果进行比较，实验结果见表3。由表3可见，苯胺类化合物在进水口、一级滤池均有检出，但含量低于污水排放标准的限值。

表 2 苯胺类物质的加标回收实验Table 2 Recovery of aniline and its substituted derivatives

国标方法［12］测定的是苯胺及其衍生物的总量，而本分析方法测定的是苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺和邻氯苯胺5种化合物的含量，且实际只检测出苯胺的含量，其含量低于国标方法测得的总量，表明该废水中含有除此5种苯胺类化合物以外的能发生重氮化反应的芳香胺类物质。由此可见，该污水处理厂对苯胺类物质的去除效果较好，出水中未检测出该类物质。

图4 20110602进水水样的GC谱图Fig.4 GC chromatogram of the influent sewage water sample of 20110602.

表3 实际水样的测定结果Table 3 Analysis of the actual samples

3 结论

（1）采用液液萃取法对污水进行前处理。最佳液液萃取条件为：在水样中加入9 g NaCl，用1 mol/L的NaOH溶液调节水样pH=11，以二氯甲烷为萃取剂萃取3次。

（2）采用GC法测定了污水中苯胺、N，N-二甲基苯胺、邻甲苯胺、间甲苯胺和邻氯苯胺5种化合物的含量，采用OV-17毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm×0.5 μm）对5种苯胺类化合物进行分离，FID检测，方法的检出限为0.056～0.093 mg/L，5种苯胺类化合物的加标回收率为82%～103%，相对标准偏差为0.8%～4.5%。

（3）该方法操作简单，分离效果好，灵敏度和准确度均能满足分析要求，适用于污水中苯胺类化合物的检测。

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Determination of Aniline and Its Substituted Derivatives in Sewage Water by Gas Chromatography

Wang Hongming1，Jiang Pisen2，Hou Xiaohong1，Lun Xiaowen1，Zhang Conglu1，Liang Ning1
（1. School of Pharmaceutical Engineering, Shenyang Pharmaceutical University，Shenyang Liaoning 110016，China；2. Shenyang Zhenxing Enviromental Protection Industry Group Co. Ltd.，Shenyang Liaoning 110141，China）

A method including liquid-liquid extraction and gas chromatography was developed for determination of aniline，N,N-dimethylaniline，o-toluidine，m-toluidine ando-chloroaniline in sewage water. The effects of chromatographic conditions，pH and salinity of the sewage water samples on the determination were investigated. Aniline and its substituted derivatives were completely separated on an OV-17 capillary column (30 m×0.32 mm×0.5 μm) and determined by GC equipped with FID. The results indicated good linear correlations between the peak areas and the mass concentrations of aniline and its substituted derivatives in the linearity range of 0.5-50.0 mg/L. All the correlation coefficients were more than 0.999. The optimal conditions for the liquid-liquid extraction were NaCl dosage 9 g，adjusting sewage water sample pH with NaOH solution(1 mol/L) to 11 and extraction with dichloromethane for 3 times. Under the optimal determination conditions, the detection limits were in the range of 0.056-0.093 mg/L，RSD of the reproducibility was 0.8%-4.5%，and the recoveries were in the range of 82%-103%. It is showed that the method is rapid and accurate.

liquid-liquid extraction；gas chromatography；sewage water；aniline；N，N-dimethylaniline；o-toluidine；m-toluidine；o-chloroaniline

1000 - 8144（2012）03 - 0342 - 06

TQ 075.1

A

2011 - 09 - 21；［修改稿日期］2011 - 12 - 30。

王洪明（1984 —），女，河北省衡水市人，硕士生，电话 15998330626，电邮 wanghongming123@163.com。联系人：梁宁，电话 024-23986458，电邮 robinln2002@hotmail.com。

（编辑 李明辉）