环境水体中联苯胺测定的方法优化研究

沈宁宁，陆启伟，徐苏红

（1.江苏省徐州环境监测中心，江苏 徐州 221000；2.徐州国家高新技术产业开发区，江苏 徐州 221000）

联苯胺是联苯的衍生物之一[1]，不能在自然界中产生，是燃料合成的重要中间体，由于其具有较强的毒性和挥发性，现已被其他无毒或低毒的中间体替代，联苯胺及其盐都是致癌物质，其固体及蒸汽都很容易通过人的皮肤进入体内，引起接触性皮炎，刺激粘膜，损害肝和肾脏，据报道持续吸入浓度为18 mg/m3的联苯胺13年可导致癌症的发生[2]。其对水生生物具有极高毒性，可能对水体环境产生长期的不良影响。联苯胺是国际公认的第一类致癌物，具有强烈的致癌作用，在2003年9月11日前，欧盟成员国实行禁令，我国也于2005年正式实施了国家强制性标准，明确禁止生产联苯胺，但因用联苯胺制造的燃料色谱齐全、易生产、价格低廉，且不被其它燃料替代而屡禁不止。

目前国内外研究水中联苯胺的分析方法有很多种，主要有气相色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱法、液相色谱-质谱法、离子色谱-安培检测器法等。由于联苯胺这种物质的稳定性差，极容易氧化而导致损失，而采用GC和GC-MS进行样品分析时其预处理和分析步骤都比较复杂，预处理不好直接影响到分析结果的准确性。由于联苯胺的紫外吸收较差，所以用液相色谱检测时的灵敏度也较差，因而也不满足联苯胺测定的要求。测定联苯胺最理想的方法是用UPLC和HPLC/MS/MS[3]，但由于这种仪器价格昂贵，并没有得到普及。而UPLC-荧光法可直接进样，其灵敏度也能满足要求，且液相色谱-荧光法为通用仪器，荧光检测器的选择性好，需要较少的富集水样就能满足要求。目前对于环境水体国家有两个标准《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中推荐的《水和废水标准检验法》（第15版）中的紫外扫描分光光度法和《水质 联苯胺的测定 高效液相色谱法》（HJ 1017-2019）[4]，前者检出限为0.000 2 mg/ L，后者方法检出限为0.006 μg/L，与《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）相比，前者方法不满足评价标准要求，本文在环境标准方法基础上，研究进一步优化联苯胺的测量方法，使之更加简便、快速，适用性更广。用固相萃取装置对待测样品进行富集与净化，然后再用氮吹仪进行浓缩，最后用纯水进行定容，通过实验建立适合的分析条件，并将其应用于各种实验室样品的检测，从而为从事联苯胺分析的工作人员提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

带荧光检测器的液相色谱仪HPLC1200（安捷伦公司），C18（250 mm×3 mm×5 μm）；全自动固相萃取仪AutoTrace 280；氮吹仪（美国Caliper公司）。

二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、甲醇均为液相色谱纯，购自美国默克公司；氨水、氯化钠、无水硫酸钠均为优级纯，国药化学试剂有限公司；Waters Oasis MCX 6 ml150 mg；联苯胺标准溶液（1 000 mg/L）。

1.2 样品前处理条件

样品前处理占据了整个样品分析过程中的大部分时间，样品前处理的目的是去除样品中的干扰物质，浓缩待测组分，以提高分析的灵敏度、准确度，同时还可以起到保护仪器的作用。所以对样品进行合适的前处理是进行准确分析的前提。有文献表明，由于联苯胺显弱碱性[5]，碱性条件下的联苯胺回收率较好，因此，本文调节水样pH值为11左右；参考马小杰[6]的研究结果；在水样中加入0.5 g/L干燥好的NaCl（用马弗炉在350 ℃下烘6 h），利用盐析效应可以提高萃取效率，在每升水中加入5 mL甲醇可以增加有机相在阳离子交换固相萃取小柱上的吸附能力，提高联苯胺的回收率，固相萃取的具体过程见表1。

表1 固相萃取方法

1.3 测定联苯胺的仪器分析条件

流动相A：乙腈，流动相B:0.01 mol/L乙酸铵溶液 ；流动相A/流动相B=20/80（v/v），流速：1.0 mL/min；柱温：40 ℃；荧光检测器激发波长：290 nm，发射波长430 nm；进样体积为40.0 μL。

2 结果与讨论

2.1 萃取溶剂的选择

联苯胺是弱极性化合物，选择了常用的四种有机溶剂对联苯胺的萃取效率进行实验，萃取回收率见表2。从回收率结果可以看出，二氯甲烷作为萃取剂，萃取的效率最高，回收率高达93%，而三氯甲烷和丙酮的回收率均较低，尤其是正己烷的萃取回收率还不到10%，因此后续的实验均选择用二氯甲烷来萃取样品中的联苯胺。

表2 不同溶剂萃取水中联苯胺的回收率

2.2 液相色谱流动相比例和流速

由于流动相在保留过程中具有非常重要的作用，流速的大小对测量结果也会产生一定的影响，所以需优化流动相比例，寻找合适的洗脱梯度。通过实验，我们发现当乙腈在流动相中的占比较小时，如乙腈比例为5%或10%时，联苯胺出峰时间较长，监测效率较低。随着乙腈在流动相中比例的增加，待增加到20%时联苯胺出峰时间缩短，分离比较彻底。随着乙腈比例继续增加，增加到30%以上时就会造成一些峰不能很好地分离，也会对峰高和峰面积造成影响，并影响联苯胺的正常检测结果，所以选乙腈比例为20%。调整合适的流速达到合适的分离度。实验证明，如果流速过慢就会出现色谱峰拖尾的现象，流速过快也会对仪器造成一定的影响，最佳流速一般与柱内径成正比。对于联苯胺的测量选择流速为1.0 mL/min，在乙腈比例为20%时，测定联苯胺的保留时间为7.56 min。

2.3 洗脱剂的体积

用固相萃取的目的之一就是为了节省试剂，因此在淋洗完全的基础上洗脱剂用得越少越好。可以少量多次进行洗脱，根据回收率找到适宜的洗脱液体积。为考察不同体积洗脱剂对联苯胺测定的影响，研究用2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10 mL、12 mL的氨水甲醇（6+94）溶液进行洗脱时，联苯胺的回收率见表4。联苯胺的回收率开始时随着洗脱体积的增大而逐渐增大，但当洗脱剂用量大于8 mL时，洗脱效果不再增大。综合考虑，本文选择8 mL作为洗脱液体积。

表4 不同洗脱液体积对联苯胺回收率的影响

2.4 洗脱液氮吹温度的优化

氮吹温度是影响联苯胺重要的参数，一般说来氮吹温度越高，分析效率越高；但是过快的氮吹温度有可能会造成样品的损失[7]。本文考察了氮吹温度在45 ℃～65 ℃之间的四个温度；在8 mL，6%氨水甲醇溶液中加入2.0 μg联苯胺，混匀后分别在45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃下氮吹浓缩至1 mL，然后再定容到2 mL，测定水域温度下联苯胺的回收率，在四种氮吹温度下，联苯胺的回收率在89.6%～95.0%之间，本方法选择55 ℃作为氮吹浓缩温度。

表5 不同氮吹温度对联苯胺回收率的影响

2.5 方法的线性范围、标准曲线和相关系数

移取联苯胺标准使用溶液，用1:1的甲醇水溶液配制成质量浓度分别为2.00、5.00、10.0、50.0、100、200、300 μg/L的标准系列，各浓度联苯胺的峰面积见表6。在2～300 μg/L范围内，校准曲线相关系数为0.999 4。50.0 μg/L联苯胺的液相色谱谱图见图1，联苯胺的出峰时间为7.5 6 min，峰形尖锐，分离度好。

图1 联苯胺标准色谱图（ρ=50.0 μg/L）

表6 校准曲线及相关系数

2.6 方法的精密度、准确度和检出限

本文选取一个低浓度2.0 μg/L联苯胺样品，对其进行加标，加标浓度分别为5.0 μg/L和10.0 μg/L，对2.0 μg/L的联苯胺样品进行10次测量，用标准偏差来检验其精密度，用相对误差来检验其准确度；同时对高低浓度的加标点分别进行6次测定，结果见表7，高低浓度的样品测定回收率分别为92.8%、84.2%，符合水样中联苯胺测定的要求；相对标准偏差分别为6.8%、4.5%，方法检出限为0.004 μg/L。

表7 联苯胺检出限、精密度和准确度

2.7 环境水体中联苯胺的测定

按以上条件的高效液相色谱-荧光法，分别对某印染厂排出的污水和地下水中的联苯胺含量进行测定，测定结果见表8，污水和地下水中联苯胺质量浓度分为0.205 μg/L和0.004 μg/L。污水和地下水加标回收率分别为85%和84%，测定结果和准确度均能满足方法要求。

表8 两种方法法测定实际样品联苯胺含量

3 结论

本文通过多组室内试验数据，在国家环境标准HJ1017-2019的基础上优化了联苯胺样品的前处理过程和HPLC-荧光法的检测方法，提高了检测灵敏度，并且检出限等参数优于国标标准。将其应用于某企业废水样品和清洁水体的联苯胺检测，测定结果和准确度均能满足要求。因此，该优化方法可以用于实际水体联苯胺的检测。