SKALAR SAN++连续流动注射仪测定土壤中的挥发酚应用研究

肖美玲，裴玲芳,2，范贵鹏，赵羽宏，李 强

(1、四川省地矿局 成都综合岩矿测试中心，成都 610081；2、王雪莲创新工作室，成都 610081)

酚类是指苯及其稠环的羟基衍生物，具有特殊的芳香气味，呈弱酸性。根据酚类能否与水蒸汽一起蒸出，分为挥发酚和不挥发酚两类，挥发酚是指沸点在230℃以下的酚类[1]。土壤中的挥发酚主要来源于石油化工、塑料、合成纤维、焦化等行业，其废水流入农田会污染土壤，可导致生长的农作物的可食部分产生异味，农作物枯死或减产[2]。随着污染情况日趋严重以及环保意识的逐渐增强，土壤中挥发酚的监测显得越来越重要。

土壤中的挥发酚通常含量很低，使得前处理后的溶液检测更加困难。国内外学者针对挥发酚的检测开展了大量的研究工作，建立了基于不同原理的检测方法。主要分为手工分析法和仪器分析法两类。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]，溴化容量法主要针对含量高的挥发酚溶液,该法检出限为0.1mg/L，而我国水质的检测方法主要采用4-氨基安替比林分光光度法 ，该方法的检出限低至0.000 3mg/L。但需要用到有毒有害试剂三氯甲烷，对分析人员的身体有害且对环境易产生二次污染。仪器分析法主要包括连续流动注射法和色谱分析法。刘娟[6]用溴对样品进行衍生化，抗坏血酸还原多余的溴，分离、萃取，用气相色谱仪分析，回收率达到86.0%～98.1%，相对标准偏差为 4.5%～7.3%。但上述方法衍生化试剂和萃取试剂毒性很大，操作步骤繁杂。因此不是挥发酚常用的测定方法。连续流动注射分析法是应对大批量样品的分析而研发的一种自动分析技术[7]，它是于封闭的管道中在流动的载流下完成样品注入、样品前处理、试剂加入、样品与试剂的混合和反应，并在最后流经检测器时完成检测和记录信号等一系列分析过程。流动注射分析法测定挥发酚化合物具有操作简捷、取样量小，检测限低、灵敏度高、线性范围宽、结果准确、检测时间短等特点，并且减少了操作人员与有毒有害物质接触的机会。

本文在传统分析方法的基础上研究了将土壤样品经过加酸蒸馏前处理后与连续流动注射仪相结合，测定土壤中挥发酚含量的一种方法，该方法能够极大地提高土壤中挥发酚的测定效率，同时所用试剂绿色环保，减少了对环境和人体的危害，适合大批量土壤样品的连续快速测定。

1 实验部分

1.1 方法原理

连续流动注射仪的自动取样器吸取一定量预蒸馏后的土壤样品馏出液，与相关试剂按照比例被蠕动泵压缩到管路系统中，同时在模块中注入均一的空气泡,将每个样品分割成相同的样品片段，分割的样品片段和试剂在反应模块中充分混合反应，并在一定条件下混匀，分离干扰物，保温反应，显色后测吸光度，由软件记录样品吸收，并根据标线、土壤样品的称样量、馏出液体积、稀释倍数算出土壤样品中挥发酚的含量。

1.2 实验样品、试剂与仪器

样品：四川某厂区土壤。

主要试剂：

(1)甲基橙指示剂：称取0.10g甲基橙溶解于200mL水中,配制成浓度为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蒸馏水。

(3)硫酸铜溶液, 称取50.00g硫酸铜(五水)溶于500mL水中，配制成浓度为0.1g/mL的硫酸铜溶液。

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

(5)铁氰化钾称取：0.4g铁氰化钾，0.6g硼酸和1.0g氯化钾于190mL水中溶解，再用10mL-1moL/L NaOH溶液调pH到10.3。

(6)氢氧化钠溶液：ρ (NaOH)= 0.01moL/L。称取氢氧化钠(GR) 0.40 g 溶于水，稀释至 1 000 mL。

仪器： 济南盛泰ST106-3RW智能化一体式蒸馏仪，SKALAR SAN++连续流动注射分析仪。

1.3 实验步骤

(1)称取5.0 g 新鲜土壤样品于蒸馏烧瓶中，加入 250mL 蒸馏水，加入数粒玻璃珠以防暴沸，再加入 2 滴 0.5mg/mL 甲基橙指示液，用磷酸溶液(1∶10)调节 pH值，加入硫酸铜溶液。

(2)将蒸馏烧瓶放入智能一体化蒸馏仪中，设置加热功率为200W，设定量为230mL，进行加热蒸馏，蒸馏结束后用蒸馏水定容至250mL。

(3)打开自动进样器电源，合上小蠕动泵泵盖，将进样针清洗液管路放入蒸馏水中，打开主机电源，合上两个蠕动泵泵盖，将所有试剂管路放入蒸馏水中，打开数据转换器电源。

(4)打开软件，确认通讯是否正常。设置样品的时间、冲洗时间、空气时间；开启氮气减压阀总阀，调节分压阀至0.2单位，调节气体流速至约70～80单位。

(5)打开循环冷却水，按照电源→循环→制冷的顺序，开启155度加热器电源。将挥发酚所有试剂管路放入对应试剂瓶中。

(6)约30min后系统稳定，点击开始，进入分析状态。

(7)实验结束后，计算土壤中挥发酚的含量。

X：表示土壤中挥发酚的含量,mg/kg。

C：表示馏出液中挥发酚的质量浓度(以苯酚计)，mg/L。

V:表示馏出液定容体积，mL。

m：表示土壤称样量，g。

2 结果分析与讨论

2.1 土壤样品前处理方法的选择及优化实验

测定土壤中挥发酚含量的前处理方法主要有加酸蒸馏法[4]和加水浸提法[5]两种。加酸蒸馏法即是称取新鲜土壤样品于蒸馏瓶中，加入 250mL 水，甲基橙指示液，用磷酸溶液调节 pH值，最后加入硫酸铜溶液，进行蒸馏。加水浸提法即是称取新鲜土样，置于翻转振荡器自带塑料样品瓶中，加入氯化汞溶液，摇匀。再加入氯化钙溶液，最后加入无酚水至总体积 250mL。在翻转振荡器上振荡 30 min。

经过实验比较两种方法发现，加酸蒸馏法的加标回收率要远远优于加水浸提法，且操作更简便，所用的试剂更加绿色环保，减少了对分析人员身体的危害且不易造成二次污染，因此本文中采取加酸蒸馏法进行前处理。在前处理时分别加入不同体积的磷酸溶液，使得蒸馏烧瓶中的溶液的pH=1 、pH=2、pH=4、pH=6，结果(图1)显示pH=4时，加标回收率最佳。同时，本文也探究了不同硫酸铜浓度对挥发酚测定结果的影响，结果(图1)显示5ml 0.1 g/mL硫酸铜的效果最佳。以下实验将在此条件下进行。

图1 pH、硫酸铜含量与回收率占比趋势图 Fig.1 Variation chart of pH、copper sulfate content and recovery ratio

2.2 SKALAR SAN++连续流动注射分析仪条件的优化实验

向土壤中加入一定量的挥发酚标准溶液，配制成不同含量的含挥发酚的土壤。分别针对3种不同浓度挥发酚馏出液，探讨连续流动注射分析仪加热温度对挥发酚测定加标回收率的影响。结果如图2所示。结果表明在仪器加热温度为155℃时，测定结果更稳定，因此本方法选择仪器的加热温度为155℃。同时，本实验对相同土壤样品进行相同加标回收，针对同一种的挥发酚馏出液，在155℃仪器加热温度下，探讨了进样时间、冲洗时间、空气时间3个参数对加标回收率的影响，加标回收率与100%加标相比较，差值越小效果越佳。针对3个条件分别选取3个时间点，经过反复多次实验，计算加标回收平均值，与100%相比较，结果分别如图3～图5所示，结果表明，SKALAR SAN++连续流动注射分析仪在进样时间为70s，空气时间为0s，清洗时间为80s时，仪器效果最佳。以下实验将在此条件下进行。

图2 仪器温度与回收率关系图Fig.2 Relationship between instrument temperature and recovery

图3 进样时间与回收率占比趋势图Fig.3 Variation of injection time and recovery ratio

图4 空气时间与回收率占比趋势图Fig.4 Variation of air time and recovery ratio

图5 清洗时间与回收率占比趋势图Fig.5 Variation of cleaning time and recovery ratio

2.3 标准曲线的绘制

将挥发酚标准溶液配制成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的系列标准工作溶液，设置连续流动注射分析仪在加热温度为155℃，样品时间为70s，冲洗时间为80s，空气时间为0s，开始测定，以相对峰高y为纵坐标，挥发酚的质量浓度x(mg/L)为横坐标，由SKALAR SAN++软件系统 FlowAccess 计算得出标准曲线一次方程，如图6所示。在测试过程中加入示踪点和漂移校正点以确保结果的稳定性，其峰高与挥发酚的浓度成正比，如图7中所示。该方法的线性方程为y=0.270773x+0.000038，相关系数r=0.9996，结果表明标准曲线的线性良好。

图6 标准曲线图Fig.6 Standard curve

图7 标准曲线峰形图Fig.7 Standard curve peak diagram

2.4 方法的检出限

方法检出限即用特定分析方法在给定的置信度内可从样品中定性检出待测物质的最低浓度或最小量[8]。按照样品分析的全部步骤，本实验选取了两种不同含量的土壤样品厂区1#、厂区2#，分别进行平行测定7次，根据两批土壤样品的测定结果，计算7次平行测定的方差，根据组合标准偏差计算检出限，结果如表1所示。结果表明，本方法的检出限为0.053 mg/kg，测定下限为0.21 mg/kg。

表1 检出限实验Tab.1 Detection limit experiment (mg/kg)

2.5 精密度实验

采集厂区3个不同区域的土壤：厂区3#、厂区4#、厂区5#，并向3种土壤中加入一定量的挥发酚标准溶液，模拟低、中、高浓度的土壤挥发酚。前处理按照加酸蒸馏法进行，馏出液用连续流动注射仪测定挥发酚的含量，每种土壤样品平行测定7次。测定的提取液浓度及质量浓度如表2所示。结果表明，分别测定7次低、中、高3种浓度的土壤挥发酚含量，其标准偏差为0.021～0.146mg/kg；变异系数小于6.5%，该方法具有较好的重现性和稳定性。

表2 精密度实验Tab.2 Precision experiment

2.6 实际土壤样品的加标回收实验

采集3种不同土壤:厂区6#、厂区7#、厂区8#，并向3种土壤中加入一定量的挥发酚标准溶液，模拟低、中、高浓度的土壤挥发酚含量，前处理按照加酸蒸馏法进行，馏出液用连续流动注射仪测定挥发酚含量，每种土壤样品平行测定6次。同时，厂区6#、厂区7#、厂区8#3种土壤分别加入标准参考物质进行加标回收实验，每种加标样品平行测定6次。如表3所示。结果表明，对低、中、高3种不同的实际土壤样品加标回收率范围在71.0%～115.0%之间，加标回收率良好。

表3 实际土壤样品加标回收实验Tab.3 Standard addition recovery experiment of soil (mg/kg)

3 结 论

本项目研究了土壤中挥发酚的测定流程，经过实验比较两种方法发现，加酸蒸馏法的加标回收率要远远优于加水浸提法，且操作更简便，所用的试剂更加绿色环保，减少了对分析人员身体的危害且不易造成二次污染，因此本项目采取加酸蒸馏法进行土壤中挥发酚的前处理，馏出液经连续流动注射仪进行检测挥发酚的含量。经过系列实验，得出最佳实验条件，调节蒸馏烧瓶中的溶液pH =4，硫酸铜的浓度为0.1 g/mL，连续流动注射分析仪加热温度为155℃，仪器进样时间为70s，冲洗时间为80s，空气时间为0s时测定效果最佳。并对此方法流程进行了方法确认，结果表明，连续流动注射分析法测定土壤中的挥发酚的标准曲线的线性良好，相关系数达到0.999以上；方法检出限为0.053 mg/kg，测定下限为0.21 mg/kg。对3种不同的土壤进行检测，测定标准偏差范围为0.021～0.146mg/kg，变异系数小于6.5%，结果表明方法的重现性和稳定性良好，对低、中、高3种不同的实际土壤样品加标回收率范围在71.0%～115.0%之间，加标回收率良好。

基于土壤的基质复杂性，本文采取合适的样品前处理方式，使其更好地适配后续的仪器分析，确保分析结果的准确性。使用连续流动注射分析仪进行分析，对仪器分析参数进行开发和优化，最终建立了操作流程简单、分析速度快、成本小、对环境污染小、能针对大批量样品连续快速测定的分析方法，并进行了方法确认工作。应用建立的方法对实际土壤样品进行分析，研究其可行性，并推广应用，这在应用技术和领域都有创新和推进作用。