加速溶剂萃取—气相色谱—质谱法检测土壤中染料母体偶氮苯和咔唑

2018-02-02张莉左海英张永涛

湖北农业科学 2018年1期

张莉+左海英+张永涛

摘要：建立了土壤中染料母体偶氮苯和咔唑加速溶剂萃取-在线净化检测方法。土壤经石英砂分散后，裝入底部有氟罗里硅土粉和石墨炭黑粉的萃取池中，以丙酮-正己烷（V/V，1∶1）为溶剂用加速溶剂萃取仪萃取并同时完成净化，用DB-5MS柱分离，以气相色谱-质谱定性定量检测。考察了萃取溶剂、萃取温度、分散剂、土壤TOC及净化剂等因素的影响，对空白土壤样品进行3种浓度水平的加标试验，其平均回收率为72.0%～113.7%，相对标准偏差在7.6%～15.8%。此方法用于土壤样品的检测，部分样品中有偶氮苯和咔唑检出。

关键词：偶氮苯；咔唑；气相色谱-质谱；土壤；在线净化

中图分类号：O621.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）01-0112-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.01.029

Abstract： A method that accelerated solvent extraction and in situ purification of pro-dyes，namely azobenzene and carbazole，was carried out in this research. A soil sample，mixed with some silica sand，was placed in the extract cell with fluorine silica powder and graphitized carbon powder；two objectives were extracted by acetone-hexane（V∶V，1∶1），and in situ purified in the accelerated solvent extractor. Then they were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry using a DB-5MS column. We studied the influence of extracting solvent，temperature，dispersing agent，TOC content. Difference of in situ and off situ purification as well as superiority of composite purification was also discussed in this study. Spiked recoveries of three concentrations ranged from 72.0%～113.7% with relative standard deviation 7.6%～15.8%. Real sample analysis was constructed by this method， and some azobenzene and carbazole were detected.

Key words： azobenzene； carbazole； Gas Chromatography-mass Spectrometry； soil； in situ purification

化学合成染料因合成工艺简单、成本低廉、色牢度好等优点，在19世纪就已广泛用于纺织印染业。化学合成染料的使用极大地丰富了人民生活的同时，对人类的危害也显现出来，其潜在的致癌致敏性被临床试验所验证[1，2]，这其中以咔唑和偶氮苯结构为基础的染料表现的更为明显，如偶氮染料所衍生的致癌芳香胺改变人体的DNA，引起人体病变；咔唑染料对眼睛、皮肤的刺激性等。作为染料母体，咔唑和偶氮苯有一定的致癌性，并且其化学性质相对活跃，随印染废水沉积于土壤，在一定的温度、酸度和金属离子等作用下，还有衍生成氧化偶氮苯、氢化偶氮苯和苯胺等多种致癌化合物的可能，对人类造成极大的危害，而以纺织品为范畴的检测方法[3-5]难以满足土壤中这两种化合物的检测要求。因此建立土壤中咔唑、偶氮苯灵敏快捷的检测方法，对合理评价土壤污染状况，了解其在土壤中的迁移、转化、控制土壤污染蔓延等有重要意义。

加速溶剂萃取是近年来广泛用于固体和半固体样品有机污染物提速的一种新的萃取技术，同经典的索氏提取、超声提取和摇瓶提取等方法相比，该法是一种在提高温度和压力条件下的自动化提取方法，其突出的优点是有机溶剂用量少、快速、回收率高[6，7]。方法拟以咔唑和偶氮苯为研究对象，采用加速溶剂萃取技术对其进行萃取并对萃取液在线净化[8]，以气相色谱-质谱定性定量分析。通过对萃取、净化和色谱质谱等条件的优化，确保该方法准确、快捷、低污染，并可应用于土壤中该类有机物的实际检测工作。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

ASE200型加速溶剂萃取仪、33 mL萃取池； Q2010气相色谱仪-质谱联用仪（EI源）；氮吹仪、TOC-VCPA 总有机碳分析仪（日本岛津公司）。

丙酮、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、正己烷（农残级）；硫酸钠；石英砂；氟罗里硅土粉和石墨炭黑粉（VARIAN）。

偶氮苯和咔唑（Dr.Ehrenstorfer公司，标准溶液的配制均以丙酮为溶剂）。

1.2 色谱条件

毛细管色谱柱：DB-5MS柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。

色谱程序升温条件：初始温度40 ℃，保持2 min，以15 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，再以15 ℃/min升至295 ℃，保持5 min。进样口温度为250 ℃；不分流进样；进样体积为1 μL。

1.3 质谱条件endprint

离子源类型为EI源；电压70 eV；离子源温度230 ℃；传输杆温度280 ℃。

扫描方式选择离子扫描。

1.4 试验方法

称取土壤样品（80目）10 g、石英砂20 g和适量的硫酸钠于烧杯中，搅拌均匀，使土壤呈流沙状态。将流沙状态的土壤转移到萃取池中（萃取池预先加入氟罗里硅土粉1 g和石墨炭黑粉0.1 g），并用石英砂填满萃取池，加盖，装入快速溶剂萃取仪。于炉温100 ℃、压力10.34 MPa，静态10 min（5 min预热平衡之后）时，以丙酮-正己烷（V/V，1∶1）为萃取溶剂萃取2次，冲洗体积为萃取池体积的60%，高纯氮气吹扫收集提取液。将提取液于80 ℃水浴时氮吹浓缩，最后用正己烷定容至1.0 mL，于气相色谱-质谱（EI源）检测。

2 结果与分析

2.1 萃取条件

偶氮苯和咔唑在多数有机溶剂中溶解度较大，因此其萃取液的选择范围较宽，以甲基叔丁基醚、丙酮、丙酮-二氯甲烷混合溶剂（V/V，1∶1）及丙酮-正己烷混合溶劑（V/V，1∶1）为萃取溶剂，其回收率均在70%以上。但分析发现，用上述4种溶剂萃取所产生的样品基质差别较大，其萃取溶剂的极性越强所造成的样品基质越多，因此采用极性较弱的丙酮-正己烷（V/V，1∶1）为萃取溶剂。萃取温度100～120 ℃时，基本不影响化合物的回收率。但萃取温度的升高、时间的增加及超过2次的萃取次数都会造成萃取液的基质增多，对净化和检测形成负担，因此萃取温度确定为100 ℃、萃取时间为10 min、萃取次数为2次。

2.2 样品分散度及净化条件的选择

石英砂在分析过程中对样品起分散作用。同一土壤样品加入石英砂的萃取效果明显好于不加石英砂的萃取效果，这是由于前者有利于溶剂更好地浸润样品基体，萃取更充分，而后者影响溶剂对土壤层的穿透力，萃取效果受到限制。因此，除上述基本的萃取条件外，石英砂的分散作用也是保证提取效率的一个重要要素。

用氟罗里硅土粉和石墨炭黑粉对萃取液在线净化[8]。但石墨炭黑粉的添加量对两种染料的回收率有一定的影响。当加入量低于0.1 g时，其脱色效果较差、色谱背景值较高，但回收率在72%以上，随着石墨炭黑加入量的增大，其脱色效果虽然较好，但回收率降低，经试验分析，石墨炭黑粉的加入量控制在0.1 g左右时回收效果较好。

2.3 土壤TOC的影响

以总有机碳分析仪（TOC-VCPA）对土壤TOC进行测定。对TOC<2%的土壤样品进行浓度为20 μg/kg的加标分析（萃取后定容体积为1.0 mL时，仪器测定的浓度约为200 μg/L），偶氮苯和咔唑的回收率在84%～114%。对TOC在2%～3%的土壤进行20 μg/kg的加标分析，其回收率仍大于72%。对TOC>4%的土壤样品进行同样浓度的加标分析，其色谱背景值较大，高度净化才能完成检测，这导致了回收率明显偏低，因此方法不适用于TOC>4%的土壤测定。对此类样品的测定，本方法将取样量减少为2 g左右。

2.4 定性定量分析

采用气相色谱-质谱法（EI源）对提取液分析。通过质谱全扫描方式以保留时间和相应的定量离子（丰度最大的离子）为依据对样品进行定性分析，在此基础上，通过质谱选择离子扫描方式对化合物进行定量分析。偶氮苯和咔唑的色谱运行时间分别为13.658和15.692 min，定量离子（m/z）分别为77.0和167.1。在优化条件下的质谱、色谱情况分别见图1和图2。

2.5 线性范围和检出限

以正己烷为溶剂制备浓度范围为10～500 μg/L的标准溶液（按10 g土计算，线性范围为1～50 μg/kg），在优化的色谱、质谱条件下分析，以各化合物的质量浓度为横坐标，以对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线，得到线性回归方程及相关系数。检出限以3倍的信噪比（3S/N）计算，其相关参数见表1。

2.6 样品分析及土壤加标分析

对采用地下水灌溉的农田土壤分析（S1～S3），这两种污染物没有检出；对印染排污渠周边的土壤分析（S4～S8），检测结果见表2。对土壤（S6）进行不同浓度的加标回收试验，按照试验方法处理，其测定值减去未加标时的检测结果，除以理论加标量计算回收率，并以7次测定结果计算其精密度，结果见表3。

3 小结

目前对偶氮苯和咔唑的检测基本停留在以纺织品为范畴的检测方法上，本方法通过对分析条件的优化，建立了加速溶剂萃取-在线净化分析土壤中这两种污染物的方法，土壤加标及实际样品分析结果说明了该方法的可行性和必要性。方法简便、灵敏、实用性强。

参考文献：

[1] 赵洋.皮革和纺织品中重叠峰偶氮染料的气相色谱-串联质谱检测技术[J].分析试验室，2009，28（12）：39-43.

[2] 何志贵，唐敏峰.实用纺织化学分析[M].北京：中国标准出版社，2007.278.

[3] GB/T17592-2006，纺织品禁用偶氮染料的测定[S].

[4] GB/T19601-2004，染料产品中23种禁用偶氮的限量和检测方法[S].

[5] ISO/TS17234-1：2003，纺织品某些源自偶氮染料的芳香胺的测定[S].