快速溶剂萃取-气相色谱-质谱法测定土壤中苯胺类化合物

胡新飒

（河南省南水北调中线渠首生态环境监测中心，河南南阳 474475）

苯胺类化合物化学性质活泼，广泛应用于印染、化妆品、制药、橡胶等工业领域。苯胺类化合物毒性较高，可通过呼吸道、消化道和皮肤等多种途径侵入人体，引起高铁血红蛋白症和肝、肾及中枢神经系统损害，而且具有致畸、致癌、致突变性［1，2］。美国、欧盟、中国等都将其列入优先控制污染物黑名单［3］。

随着苯胺类化合物的广泛应用，其在环境中排放与残留量日趋增多，对环境以及人类的生命健康所产生的危害日益严重。通过印染、化工废水和农药残留等排入土壤的苯胺类化合物，由于很难被生物降解，易造成持久土壤污染。目前，苯胺类化合物已经被列入GB 36600—2018 《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》需要管制的重要监测项目。

由于土壤基质复杂、干扰物质种类多，且土壤中苯胺类化合物含量较低、长时间暴露于空气中易被氧化等问题［4］，在测定土壤样品中苯胺类化合物时，样品处理尤为重要。目前测定土壤中有机污染物的样品处理方法主要有索氏提取、超声波萃取、微波萃取、快速溶剂萃取等，其中，快速溶剂萃取法是近年来迅速发展起来的新型萃取技术，该方法采取密闭系统，降低了溶剂消耗，减少了人与有机溶剂的接触；同时提取时间短，保证了样品的时效性和稳定性。对于苯胺类物质的测定方法主要有气相色谱法［5-6］、分光光度法［7］、液相色谱法［8-9］、液相色谱-质谱法［10］、气相色谱-质谱法［12-13］等。分光光度法灵敏度较低，且只能测定苯胺类化合物的总量，不能对每一种成分进行定性、定量分析；气相色谱法和液相色谱法测定土壤中有机物时基体干扰大，影响测定结果。液相色谱-质谱法主要用于水样分析，样品不经处理直接上机测试［10-11］，气相色谱-质谱法是目前主要的检测方法，广泛运用于土壤中挥发性和半挥发性有机污染物的分析。刘田等［14］采用超声提取-气相色谱质谱法测定土壤中苯胺和硝基苯，回收率达到67.7%。林建等［15］采用分散剂与土壤混合淋洗提取结合气相色谱质谱法测定土壤中19 种苯胺类物质，检出限为0.017～0.075 mg/kg，平均回收率大于87%。张玉霞等［16］采用微波辅助萃取土壤中单一物质苯胺，回收率在88.0%～91.5%。上述方法样品处理过程均暴露于空气中，有机溶剂用量大，增加了人的健康风险和环境污染。陶云锋等［10］采用快速溶剂萃取结合凝胶色谱净化气相色谱质谱法测定土壤中16 种苯胺类化合物，方法精密度和准确度满足分析要求，但测定的都是苯胺衍生物，不包括化学活性较高的苯胺。

笔者以丙酮-二氯甲烷作为提取剂，采用快速溶剂萃取仪对实际土壤样品进行提取富集，用气相色谱-质谱联用仪对萃取浓缩液进行定性、定量分析，采用选择离子监测（SIM）扫描方式，有效排除了干扰，提高了检测的灵敏度和可靠性。该方法自动化程度高，有机溶剂用量少，对环境和人体的危害程度小，操作简便，灵敏度高，检出限低，可为土壤中苯胺类化合物残留量的测定提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

气相色谱-质谱联用仪：7890B-5977A 型，美国安捷伦科技有限公司。

快速溶剂萃取仪：ASE150 型，美国赛默飞世尔科技有限公司。

平行浓缩仪：Multivap-8 型，北京莱伯泰科仪器有限公司。

电子天平：HZ2002B 型，感量为0.01 g，慈溪红钻衡器设备有限公司。

丙酮、正己烷、二氯甲烷：均为色谱纯，德国默克股份两合公司。

无水硫酸钠、硅藻土：优级纯，经400 ℃灼烧4 h，储存于干燥器中，国药集团化学试剂有限公司。

硅酸镁净化小柱：填充剂为硅酸镁，1 000 mg，柱体积为6 mL，美国色谱科公司。

5 种苯胺类混合标准溶液：苯胺、邻硝基苯胺、间硝基苯胺、对硝基苯胺、二硝基苯胺的质量浓度均为100 μg/mL，不确定度为0.5 μg/mL，产品编号为CUS-14803，美国安捷伦科技有限公司。

1.2 溶液配制

依次移取5、10、15、25、40、50 μL 的5 种苯胺类混合标准溶液，分别置于6 只1 mL 容量瓶中，用二氯甲烷定容至标线，混匀，配制成5 种苯胺的质量浓度均分别为0.2、0.4、0.6、1.0、1.6、2.0 μg/mL 的系列混合标准工作溶液。

1.3 样品采集与保存

在南水北调中线水源地渠首附近采集空闲地土壤。按照HJ/T 166—2004 《土壤环境监测技术规范》中的规定进行布点、采样、运输、保存和制备。根据地形选择梅花点法采集0～20 cm 表层土，各分点样品混匀后用四分法取1 kg 土壤样品装入棕色玻璃瓶中，密封冷藏，保存时间不超过10 d。

去除土样中的异物，称取2 份土壤样品，各约10 g（精确到0.01 g），一份按照HJ 613—2011 《土壤 干物质和水分的测定 重量法》测定干物质含量，另一份加入适量硅藻土，研磨均化成流砂状。

1.4 样品处理

1.4.1 快速溶剂萃取

将与硅藻土混匀处理后的样品转移至33 mL不锈钢萃取池中，以丙酮-二氯甲烷混合溶剂（体积比为1∶1）为萃取溶剂，设置萃取温度为100 ℃，预热平衡时间为5 min，在8.274 MPa 压力下静态萃取5 min，氮气吹扫60 s，收集提取液。按照同样萃取条件循环萃取2 次。

1.4.2 样品净化与浓缩

（1） 预浓缩。提取液经无水硫酸钠脱水干燥后，开启氮气至溶剂表面有气流波动，用二氯甲烷多次洗涤氮吹过程中已露出的浓缩器管壁，浓缩至约1 mL，待净化。

（2）净化柱活化。用少量二氯甲烷淋洗硅酸镁净化小柱，保持柱内浸润。在填充剂暴露于空气之前，关闭控制阀，弃去流出液。

（3）洗涤。将浓缩后的提取液转移至净化小柱中，缓慢打开控制阀，用10 mL 二氯甲烷-正己烷混合溶剂（体积比为1∶1）进行洗脱，收集全部洗脱液。

（4）浓缩定容。在40 ℃水浴条件下，洗脱液经氮吹浓缩至略小于1 mL，然后用二氯甲烷定容至1.0 mL，待测。

1.5 仪器工作条件

1.5.1 色谱条件

色谱柱：HP-5MS 毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；进样口温度：260 ℃；进样方式：不分流进样；柱流量：1.2mL/min；柱温：初始为60℃，保持2 min，以10 ℃/min 升温至220 ℃，保持1 min；进样体积1 μL。

1.5.2 质谱条件

离子源：电子轰击离子源（EI）；离子源温度：230 ℃；电离能量：70 eV；传输线温度：260 ℃；扫描方式：选择性离子扫描；溶剂延迟：5 min。5 种苯胺类化合物的扫描起始时间及相应的特征离子见表1。

表1 5 种苯胺类化合物选择性离子扫描参数

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件优化

苯胺类物质属于中等极性化合物，采用HP-5MS 毛细管色谱柱对目标物进行分离。为保护质谱灯丝寿命，溶剂延迟5 min，从进样5 min 后开始记录色谱图。依据目标化合物的保留时间、碎片离子质荷比和不同离子丰度比进行定性。经优化选择，5 种苯胺类化合物的扫描起始时间及相应的特征离子见表1。在选定的仪器参数下，加标土壤样品的选择离子色谱图如图1 所示。由图1 可以看出，所有待测化合物均得到了很好的分离，样品基质对目标物的测定干扰较小，提取净化效果满足测定要求。苯胺色谱峰丰度达到30 000，但是有展宽，可能与苯胺活性较高有关。

图1 加标样品选择离子色谱图（TIC）

2.2 检测模式选择

选择5 种苯胺类混合标准溶液为待测对象，分别在全扫描模式（Scan）和选择离子扫描模式（SIM）下进行测定，5 种苯胺类混合标准溶液的离子流图如图2 和图3 所示。

图2 全扫描模式下5 种苯胺类混合标准溶液离子流图

图3 选择离子扫描模式下5 种苯胺类混合标准溶液离子流图

由图2 和图3 可以看出，Scan 模式下信号较强，但是基线漂移、基体干扰较大，尤其是对相对分子质量较大的二硝基苯胺，其色谱峰被严重掩蔽，难以分离和定量。在Scan 模式下，选定范围内的每一个质荷比离子都能通过质量分析器。在SIM 模式下，只允许某些选择的特定质荷比的离子通过质量分析器，因此灵敏度和选择性均较好。为了减少干扰，提高方法的选择性和灵敏度，根据目标化合物的质谱特征，选择丰度高、高质量端的特征离子进行SIM模式测定。结果显示，在SIM 模式下基线平稳，色谱峰形良好，分离度满足测定要求。

2.3 提取溶剂选择

根据相似相溶原理，萃取溶剂的极性对土壤介质中目标物的提取至关重要。参照HJ 783—2016《土壤和沉积物 有机物的提取 加压流体萃取法》，分别考察丙酮-二氯甲烷混合溶液（体积比为1∶1）和丙酮-正己烷混合溶液（体积比为1∶1）作为提取溶剂时，对目标化合物回收效率的影响。结果如图4 所示。由图4 可以看出，以丙酮-正己烷混合溶液为提取溶剂时，5种苯胺类化合物的回收率均低于以丙酮-二氯甲烷混合溶液为提取溶剂时的萃取结果，因此选择丙酮-二氯甲烷混合溶液作为提取溶剂。

图4 不同萃取溶剂时的回收率

2.4 线性方程与检出限

在1.5 仪器工作条件下，对1.2 中的系列混合标准工作溶液进行测定，以苯胺类化合物的质量浓度为横坐标，以相应的特征离子色谱峰面积为纵坐标，绘制标准工作曲线，计算线性方程和相关系数。

按照HJ 168—2010 《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》，配制低质量浓度的空白加标样品，按1.4 方法进行样品处理，在1.5 仪器工作条件下平行测定7 次，计算标准偏差s，按LD=s×t(n-1，0.99)计算方法检出限，当n=7 时，t(n-1，0.99)=3.143。

5 种苯胺类化合物的质量浓度线性范围、线性方程、相关系数及检出限见表2。

表2 质量浓度线性范围、线性方程、相关系数及检出限

2.5 加标回收与精密度试验

选取空白土壤样品，分别加入适量的5 种苯胺类混合标准溶液，使加标后5 种苯胺类化合物的质量分数均分别为60、140 μg/kg，按1.4 样品处理方法各平行制备6 份加标样品溶液，在1.5 仪器工作条件下分别进行测定，结果见表3。由表3 可知，除苯胺的回收率略低（51.0%～64.2%，）外，其余4 种硝基苯胺的回收率为68.0%～121.5%，测定结果的相对标准偏差为1.2%～7.4%。表明该方法具有良好的准确度和精密度。

表3 加标回收与精密度试验结果

3 结语

建立了气相色谱-质谱法测定土壤中5 种苯胺类化合物的方法。以丙酮-二氯甲烷为提取剂，采用快速溶剂萃取法对样品进行处理，有机溶剂用量少，减少了对操作人员和环境的危害。该方法操作性强，快速简便，检出限低，灵敏度高，定性、定量准确，适合大批量土壤样品中痕量苯胺化合物的测定。