差量顶空-气相色谱法测定有机肥料中三氯乙醛的含量

孙光举

(龙岩市产品质量检验所，福建 龙岩 364000)

三氯乙醛为无色、易挥发且有刺激性气味的油状液体，物理性质：溶于水、乙醇、乙醚和三氯甲烷，特别是易吸收水分形成水合三氯乙醛，环境中的三氯乙醛在微生物和化学作用下可以转化为三氯乙酸或分解，是工业生产中生产有机化工产品的重要原料和有机中间体。三氯乙醛具有生物毒性，对生态环境系统和人类健康产生严重的影响[1]：影响植物细胞的正常分裂，致使植物生长畸形，尤其对北方冬小麦等农作物的危害最大：可致使土壤酸化、导造成幼苗减产、农作物绝产等；生活中人类及动物饮用受到三氯乙醛轻度污染的水后会使中枢神经系统受到抑制，出现明显嗜睡、身体乏力等症状；长期饮用一定浓度含量的三氯乙醛的水的致癌、致畸和致突变的几率增加。部分三氯乙醛会随着化工废物的排放进入到水、土壤和用于再生产的一些产品上。

生产中为保持农作物增产增量，常常需要使用一些肥料来保持土壤肥力。尤其近几年绿色无公害农业的普遍认可，有机肥料在生产运用越来越多，尤其在蔬菜、水果的种植上。但有机肥料因其原料来源的不固定性、原料来源复杂，部分原料来源于化工原料、受污染的物质等以及标准的质量指标要求比较没有涉及到一些危害性指标，且无机肥料每亩的使用量是复合肥料几倍，因此监测有机肥料中危害性物质十分必要。考虑到三氯乙醛的对植物、动物的危害性，因此建立有机肥料的三氯乙醛的检验方法十分必要。

无机肥料中三氯乙醛的测定采用的是GB/T 31266-2014《过磷酸钙中三氯乙醛含量的测定》[2]，将无机肥料用异丙醇提取，提取液气相色谱法直接测定。因无机肥料来源比较明确、基质相对不会复杂，异丙醇提取效率高，适合无机肥料样品前处理。一般有机肥料水分含量高，三氯乙醛溶于水以水合三氯乙醛形式存在，不易直接测定；有机肥料基质复杂，异丙醇提取目标物干扰很大，不能直接准确测定。

考虑到水合三氯乙醛在碱性条件下可以生成等物质的量的三氯甲烷[3-8]，三氯甲烷沸点低，易挥发、可采用顶空的方法进行测定[9]；顶空进样是对密闭顶空瓶中的固/液态样品之上处于平衡状态的蒸汽进行的分析，此方法利用气体直接进样，无需进行萃取、分析速度快。结合样品前处理和仪器设备特点，本研究利用顶空-气相色谱法测定碱化前后三氯甲烷的含量，通过测定碱化前后三氯甲烷的含量之差间接计算出三氯乙醛的浓度。

目前尚未发现采用此法测定有机肥料中三氯乙醛的研究，通过对实验条件进行优化，建立了差量法顶空-气相色谱间接测定三氯乙醛的新方法，应用于有机肥料的三氯乙醛的检测取得较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 实验仪器和试剂

岛津GC-2010Plus气相色谱仪，配ECD检测器、Perkin Elmer HS40顶空进样器。 CD-5毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。

水合三氯乙醛甲醇溶液 (质量浓度为1000 μg/mL)，农业部环境保护科研监测所；甲醇中三氯甲烷溶(6.02 mg/L),中国计量科学研究院;氯化钠、氢氧化钠,均为分析纯；试验用水为超纯水。

1.2 测定条件

色谱条件：色谱柱：CD-5毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，气化室温度180 ℃；柱温箱程序升温65 ℃保持 7 min，柱流速1.5 mL/min；：40 ℃以5 ℃/min升至65 ℃，再以6 ℃/ min 升至 100 ℃，保持 5 min。检测器温度 200 ℃；柱前压65 kpa，分流进样：分流比5。保留时间定性、外标法峰面积定量。

顶空进样器条件：顶空瓶平衡温度60 ℃；加热时间 20 min，取样针温度50 ℃；传输线温度 60 ℃；去活处理的传输线：长度2 m、内径0.32 mm的石英毛细管柱，加压时间 2 min；进样时间0.04 min，拔针时间0.2 min，顶空瓶压力13.4 psi，恒定时间进样模式。

1.3 标准溶液的配制

标准物质(水合三氯乙醛)在无三氯甲烷的房间以超纯水配制成标准中间液10 μg/mL。根据需要配制成系列标准使用液，临用前配制。

1.4 测定方法

1.4.1 样品

风干后的样品经多次缩分后取出约100 g样品，迅速研磨至全部通过直径1 mm尼龙筛，混匀，收集于干净的样品瓶或自封袋中，作分析用。

1.4.2 标准曲线

顶空瓶于150 ℃烘箱中预处理1 h，冷却室温，加0.2 g NaCl，缓慢加入超纯水10 mL、100 μL NaOH溶液(1 mol/L)，加盖密封。用微量注射器分别注入不同体积的标准中间液，依次配制成浓度分别为0.500、1.00、2.00、5.00、10.00 μg/L的标准使用液，每个浓度平行测定两次，峰面积取平均值。以碱化处理后生成三氯甲烷的峰面积为纵坐标，以水合三氯乙醛浓度为横坐标，绘制标准曲线。

1.4.3 样品测定

顶空瓶于150 ℃烘箱中预处理1 h，冷却室温称取烘干无三氯甲烷的有机肥样品2.0 g，加0.2 g NaCl，缓慢加入超纯水(使得样品和加入水总量为10 mL)、100μL NaOH溶液(1 mol/L)，加盖密封,利用优化好的程序分别上机测定碱化后样品与未经碱化处理的有机肥料样品，所测得的三氯甲烷峰面积之差即为样品中的三氯乙醛经碱化后产生三氯甲烷的峰面积，由标准曲线计算可得有机肥料样品中水合三氯乙醛的浓度。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

本试验中要分离的三氯甲烷为极性物质，实验选择不同极性的毛细管柱DB-624和CD-5进行试验，DB-624分离需要较长时间，CD-5柱分离效果好，在较短的时间内实现溶剂和待测物质的基线分离。三氯甲烷沸点较低，色谱条件选择柱温 65 ℃待测物质气化良好，同时样品中的水分未达到沸点，气化较少，很好的保护了色谱柱和ECD检测器。

2.2 顶空条件的选择

三氯乙醛和氢氧化钠在常温下就可以反应，为保证反应完全，同时考虑三氯甲烷的气相分配。本试验考察了考察不同的平衡温度对三氯甲烷峰面积响应值的影响，配制10.0 μg/L 的三氯乙醛标准溶液，平衡温度分别设定为30 ℃、45 ℃、 55 ℃、65 ℃、75 ℃，结果显示，当平衡温度为40～60 ℃时峰面积明显增加，60 ℃后峰面积相对稳定，说明样品转化率趋于稳定。考虑到温度升高，进入气相色谱的水蒸气也随之增加，过多水分将对毛细管色谱柱和ECD检测器产生损害。因此，本方法选择60 ℃为平衡温度。

2.3 平衡时间

样品中易挥发性有机物在气、液相中达到平衡需要温度和时间，合适的平衡时间，可以提高目标物在气相中的浓度，同时稳定的气液平衡可以提高校准曲线的相关系数。实验对 10.0 μg/L的三氯乙醛标准溶液试验不同的稳平衡时间，分为10、20、30、40 min，考察三氯甲烷响应值的高低。随着平衡时间边长，三氯甲烷的响应值越大，平衡时间达到20 min时峰面积响应较大，随着时间延长，响应值增加缓慢。从分析时间考虑，本试验将平衡时间定为20 min。

2.4 转化效率

测试结果的准确性依赖于三氯乙醛转化为三氯甲烷的效率，本试验选择的6.02 μg/L三氯甲烷和10.0 μg/L三氯乙醛做验证试验，分别注入到顶空瓶中，看峰面积是否有显著性差异(折算为同一浓度)，试验表明二者峰面积之差小于5%，证明转化效率大于95%，适用本方法的测定。

2.5 氢氧化钠的加入量

氢氧化钠提供碱性环境并参与化学反应，加入量影响三氯乙醛的转化：加入量过少，反应不完全；加入量过多，造成试剂的浪费及腐蚀顶空瓶、会使响应值减小。实验中保持实验中其他条件不变，用10.0 μg/L的三氯乙醛溶液分别进行不同浓度试验：加入1 mol/L的NaOH溶液50～500 μL。 结果表明，三氯甲烷的峰面积响应随着NaOH加入量的增加而增大，当NaOH量为100 μL时，三氯乙醛与NaOH反应完全，三氯甲烷达到响应值较大随后响应值趋于平缓。因此将NaOH加入量定为100 μL。

2.6 盐的加入量

为了更快达到气/液气平衡，顶空分析实验中通常加入无机盐，加入无机盐的目的是降低有机物在水中的溶度，提高目标物在顶空部分的浓度。本实验考察了在10 μg/L的三氯乙醛标准溶液中加入不同质量的氯化钠，结果表明在随着NaCl加入量增加，三氯甲烷响应增大，NaCl加入大于0.2 g时，三氯甲烷响应达到最大后趋于稳定。因此在体系中将NaCl加入量定为0.2 g。

2.7 标准曲线

按照优化条件对水合三氯乙醛标准溶液进行分析，得到碱化后的三氯甲烷的色谱图，配制标准系列三氯乙醛标准溶液，以碱化后的三氯甲烷峰面积对水合三氯乙醛浓度绘制标准曲线，线性回归方程：Y=3020X+547,相关系数R2=0.999。 在0.500～10.0 μg/L 浓度范围内，三氯乙醛具有良好的线性。

2.8 检出限

仪器的检出限一般按照3倍的信噪比进行计算，本试验连续分析浓度为0.500 μg/L三氯乙醛标准溶液，重复6次进样，计算平均峰高，按照3倍信噪比计算检出限，得到三氯乙醛检出限为0.200 μg/L。以取样量为2.0 g计，得到三氯乙醛的检出限为1.00 μg/kg。

2.9 回收率和精密度试验

在不含三氯甲烷和三氯乙醛的有机肥料中，分别加入浓度为1.00、5.00、10.00 μg/L的三氯乙醛标准溶液测定，每个浓度平行测定6次，结果见表1所示。6次结果的相对标准偏差均小于5%，加标回收率在90%～ 110%之间，表明该方法具有较高的精密度和准确度。

表1 精密度和回收试验结果(n=6)

2.10 实际样品的测定

应用优化的顶空-气相色谱法对龙岩市各县区分布的有机肥料进行三氯乙醛含量分析。测定碱化前后样品中三氯甲烷的峰面积之差，从而间接计算出三氯乙醛含量，经计算结果显示三氯乙醛的含量均低于检出限。说明本地区的有机肥料的生产没有使用含三氯乙醛的原料或者原料没有受到三氯乙醛的污染。

3 结 论

本试验采用了差量顶空-气相色谱法间接测定有机肥料中三氯乙醛含量。通过对色谱条件、顶空条件、加盐量和加碱量等条件的优化，实现了三氯乙醛目标物和杂质完全分离、准确定性、定量，在优化条件下检出限为1.00 μg/kg，线性相关系数R2为0.999，实现了有机肥料的三氯乙醛的准确测定。本试验通过转化目标物间接测定提高了三氯乙醛分析的灵敏度、减少了基质、杂质的干扰、分析过程无需使用有机溶剂、试剂消耗少、检出限低、准确度高，减少了环境污染，满足有机肥料样品中对三氯乙醛的检测要求。