顶空-气相色谱法测定土壤中异丙胺、二异丙胺、正丁胺和正辛胺

王 雪，孙阳洋，章巧林

（浙江中一检测研究院股份有限公司，浙江 宁波 315040）

有机胺类化合物，如异丙胺、二异丙胺、正丁胺、正辛胺等，作为原料或中间产物在合成橡胶、合成纤维和树脂、农药、有机染料、医药化工等行业中被广泛应用［1-3］。因此，在相关企业排放的废气和废水中常被检出。有机胺类化合物大多具有高毒性、持久性、迁移性和生物蓄积性等特点，对环境和公共健康产生不利影响。部分有机胺对人体的眼睛、皮肤、黏膜等刺激较大，对人体健康存在危害。土壤中有机胺类化合物的存在，可能是其通过工业废水排放以及大气沉降、地表径流和渗漏等途径进入到土壤和沉积物环境中所导致。有机胺类化合物污染已成为一个不可忽视的环境问题，如何有效确认环境中有机胺类化合物的种类和含量，是当前急需解决的问题。

目前对于水、空气中的有机胺类化合物的检测方法基本为气相色谱法［4-8］、离子色谱法［9］等。土壤中有机胺类化合物的检测主要以苯胺类为主，脂肪胺（如异丙胺、二异丙胺、正丁胺、正辛胺等）的检测方法还较少有相关文献报道。

本工作参考《土壤和沉积物 挥发性有机物的测定 顶空/气相色谱法》（HJ 741—2015）［10］及其他相关文献资料，建立了一种采用顶空-气相色谱法测定土壤中异丙胺、二异丙胺、正丁胺、正辛胺4种有机胺类化合物的方法，以期为土壤中有机胺类化合物的检测提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

异丙胺，纯度大于等于99.0%；正丁胺，纯度大于等于99.0%；二异丙胺，纯度大于等于99.0%；正辛胺，纯度大于等于99.0%；甲醇，色谱纯；氯化钠，优级纯；石英砂，分析纯；氨水，ρ（NH3·H2O）为0.91 g/mL；氮气，纯度大于等于99.999%；氢气，纯度大于等于99.999%；空气，经硅胶除湿和脱烃管除烃；超纯水。

胺类混合标准溶液：移取适量甲醇于25 mL容量瓶中，依次称取异丙胺0.051 4 g、正丁胺0.020 3 g、二异丙胺0.005 3 g、正辛胺0.012 8 g，用甲醇定容至刻度线，摇匀。根据药品纯度折算，得到混合标准溶液中含异丙胺2 036 mg/L、正丁胺804 mg/L、二异丙胺208 mg/L、正辛胺508 mg/L。

饱和氯化钠溶液：用氯化钠和超纯水配制成饱和溶液。

7890B型气相色谱仪，Agilent公司，配FID检测器；CP-Volamine型色谱柱，30 m×320 μm，Agilent公司；7697A型顶空进样器，Agilent公司；BSA224S型电子天平，赛多利斯公司；ZHC-S型往复式振荡器，可固定顶空瓶，中环北方（北京）环保科技有限公司；顶空瓶，22 mL玻璃瓶，具密封垫（聚四氟乙烯）、密封盖（一次性压盖），Agilent公司；样品瓶，60 mL棕色广口玻璃瓶，Agilent公司。

1.2 样品采集

按照《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166—2004）［11］的相关规定进行土壤样品的采集和保存，样品采集工具使用前应经净化处理，样品应尽快采集到样品瓶中并填满，快速清除掉样品瓶螺纹及外表面上黏附的样品，密封样品瓶，贴上标签，置于便携式冷藏箱内，带回实验室及时分析。若不能及时分析，样品应在无有机物干扰的4 ℃以下环境中密封保存。

1.3 样品检测

取出样品瓶，待恢复至室温后称取2.0 g样品于顶空瓶中，迅速加入10.0 mL饱和氯化钠溶液、100.0 μL氨水，立即密封，置于往复式振荡器上以2.5 Hz的频率振荡10 min，放入顶空进样器中平衡30 min，取1.0 mL注入气相色谱仪中进行分析。

顶空进样器条件：加热箱温度（平衡温度）80℃，定量环温度180 ℃，传输线温度190 ℃，顶空瓶平衡时间30 min，进样持续时间1.0 min，进样体积1.0 mL。

气相色谱仪条件：进样口温度200 ℃；分流进样，分流比20∶1；毛细管柱，CP-Volamine型；色谱柱流量3 mL/min；柱箱初始温度60 ℃，保持时间4 min，升温速率20 ℃/min，终止温度200 ℃，保持时间7 min；FID检测器，检测器温度200 ℃；空气流量400 mL/min；氢气流量40 mL/min；氮气流量30 mL/min。

2 结果与讨论

2.1 顶空体系的优化

顶空法对土壤样品进行检测，添加一定量的氯化钠溶液，有利于抑制样品生物降解和提高顶空法的效率。因此，以下实验均是在添加饱和氯化钠溶液的条件下进行。准备试验用顶空瓶，依次向顶空瓶中加入2.0 g石英砂、10.0 mL饱和氯化钠溶液、40.0 μL胺类混合标准溶液，在往复式振荡器上以2.5 Hz的频率振荡10 min后待测。

2.1.1 平衡温度

在其他条件不变的情况下，设置平衡温度分别为60，70，80，90 ℃，测定胺类混合标准溶液，得到响应值（峰面积）与平衡温度的关系，见图1。随着平衡温度的升高，顶空气体的浓度增加，响应值随之增大。平衡温度的影响程度因组分不同而异，待测组分的沸点越低，对温度越敏感。在60～80 ℃，异丙胺、正丁胺、二异丙胺、正辛胺的响应值随平衡温度的升高有明显提高；在80～90 ℃，异丙胺、正丁胺的响应值随平衡温度的升高出现下降，二异丙胺、正辛胺的响应值则变化不明显。综上可知，有机胺类化合物的响应值于80 ℃时达到较高水平。此外，顶空加热至85 ℃后会有大量水气进入气相，对气相成分产生影响，且顶空瓶的压力较大，易造成爆破。综合考虑，选择80 ℃作为顶空平衡温度进行后续实验。

图1 平衡温度对响应值的影响

2.1.2 平衡时间

平衡时间取决于被测组分分子从样品基质到气相的扩散速率，与分子大小、介质黏度及温度有关。在其他条件不变的情况下，设置平衡时间分别为20，30，40，50 min，测定胺类混合标准溶液，考察平衡时间对响应值的影响，结果见图2。顶空平衡时间大于等于30 min时各组分均有良好的响应值，在30～50 min范围内各物质的响应值均没有明显变化。因此，确定平衡时间为30 min进行后续实验。

图2 平衡时间对响应值的影响

2.1.3 氨水加入量

异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺属于碱性物质，选用的CP-Volamine型色谱柱属于碱改性的非极性柱。实验发现，在顶空瓶内加入一定量的氨水可有效降低异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺在CP-Volamine型色谱柱上的吸附，改善色谱峰形，且可显著提升目标物在检测器上的响应，提高方法灵敏度。因此，本方法在选用CP-Volamine型柱检测时，加入了一定量的氨水。在其他条件不变的情况下，考察了分别加入50.0，100.0，150.0，200.0 μL氨水时仪器响应值的变化，结果见图3。氨水加入量从50.0 μL增至100.0 μL时，随着氨水加入量的增加，仪器响应值明显增大；当氨水加入量超过100.0 μL后，继续增加氨水加入量，响应值增大不明显。因此，选择氨水加入量为100.0 μL进行后续实验。

图3 氨水加入量对响应值的影响

2.2 色谱柱的选择

实验比较了DB-1（60 m×0.32 mm×1.0 μm）、DB-624（60 m×0.32 mm×1.4 μm）、CP-Volamine（30 m×320 μm）型色谱柱对胺类混合标准溶液的分离效果。DB-1型和DB-624型色谱柱分别属于非极性和中等极性的色谱柱，且两者均未经过碱化处理。实验发现异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺在这两种类型的柱子上拖尾非常严重，无法得到正常的色谱峰形。CP-Volamine型属于碱性非极性柱，在CP-Volamine柱上，异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺能够得到有效分离（见图4），且色谱柱性质稳定、重现性很好。因此，本实验选择CPVolamine型色谱柱进行分析。

图4 CP-Volamine型色谱柱的GC谱图

2.3 方法的建立和评价

2.3.1 标准曲线

取7个顶空瓶，依次加入2.0 g石英砂，10.0 mL饱和氯化钠溶液，不同体积的胺类混合标准溶液（0，10.0，20.0，40.0，60.0，80.0，100.0 μL），100.0 μL氨水，配制成标准系列后，在往复式振荡器上以2.5 Hz的频率振荡10 min，按照本实验最优仪器条件操作，以各物质含量（μg）为横坐标、峰面积为纵坐标进行拟合，得到异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺的标准曲线回归方程，如表1所示。由表1可见，本实验条件下，异丙胺、二异丙胺、正丁胺、正辛胺浓度与峰面积呈良好线性关系（R2≥0.999）。

表1 标准曲线回归方程

绘制标准曲线，平行测定6次标准曲线的最低点、中间点、最高点3个浓度点及一个高于曲线最高浓度点2倍的浓度，由4个浓度的精密度可知，2倍最高点的相对标准偏差为14%～36%，不符合精密度要求。此外，正辛胺在2倍最高点浓度时在色谱仪上产生记忆效应，对定性和定量产生干扰。综上，本实验中胺类标准曲线线性范围选择上述浓度。

2.3.2 检出限

按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ 168—2020）［12］给出的方法确定检出限。分别称取约2.0 g石英砂加入到7个顶空瓶中，向石英砂中加入15.0 μL胺类混合标准溶液，迅速加入10.0 mL饱和氯化钠溶液、100.0 μL氨水，立即密封。在往复式振荡器上以2.5 Hz的频率振荡10 min，上机检测。根据检测结果计算得到土壤中异丙胺、正丁胺、二异丙胺、正辛胺的检出限分别为2，0.9，0.2，0.9 mg/kg。

2.3.3 准确度和精密度

按照HJ 168—2020中规定选择高（校准曲线线性范围上限90%的含量）、中（校准曲线中间点附近的含量）、低（测定下限附近的含量）3个浓度进行测试。取18个顶空瓶，分成3组，分别称取约2 g石英砂加入到各顶空瓶中，向每组顶空瓶中分别加入10.0，50.0，90.0 μL胺类混合标准溶液，迅速加入10.0 mL饱和氯化钠溶液、100.0 μL氨水，立即密封。在往复式振荡器上以2.5 Hz的频率振荡10 min，上机检测。根据检测结果计算异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺每组6次结果的平均回收率和回收结果的相对标准偏差（RSD）（见表2），分别为81.3%～96.1%、80.7%～94.7%、68.0%～93.2%和93.8%～104%，以及3.9%～8.9%、4.2%～7.8%、7.6%～13%和5.9%～14%。

表2 加标回收实验结果（n=6）

2.4 实际样品的测定

对浙江某化工企业拆迁地块进行取样测定，同时进行基体加标试验。取18个顶空瓶，分成3组，分别称取约2.0 g已知浓度的土壤样品加入到各顶空瓶中，向每组顶空瓶中分别加入15.0，30.0，50.0 μL胺类混合标准溶液，迅速加入10.0 mL饱和氯化钠溶液、100.0 μL氨水，立即密封。在往复式振荡器上以2.5 Hz的频率振荡10 min，上机检测。根据检测结果计算异丙胺、正丁胺、二异丙胺和正辛胺每组6次结果的平均回收率和回收结果的RSD（见表3），分别为71.5%～84.6%、70.3%～84.4%、59.6%～80.1%和73.0%～88.5%，以及3.8%～8.0%、4.3%～8.5%、7.5%～14%和7.8%～14%。

表3 实际样品的加标回收实验结果（n=6）

本实验采用的是某化工企业土壤样品，该企业生产有机胺、医药化工等多种产品，土壤基质较为复杂；并且，本实验采用新鲜土壤样品，均匀性较差。这些因素可能是导致实际样品加标回收率较空白样品低的原因。

3 结论

a）建立了一种顶空-气相色谱法测定土壤中异丙胺、二异丙胺、正丁胺、正辛胺的方法，该方法检出限低、操作方便、准确度和精密度可靠，可满足测定要求。

b）顶空体系的优化条件为：平衡温度80 ℃，平衡时间30 min，氨水加入量100.0 μL。气相色谱选择CP-Volamine型色谱柱进行分析。

c）顶空-气相色谱法测定土壤中的异丙胺、正丁胺、二异丙胺、正辛胺的检出限分别为2，0.9，0.2，0.9 mg/kg；空白加标回收率分别为81.3%～96.1%、80.7%～94.7%、68.0%～93.2%和93.8%～104%，RSD分别为3.9%～8.9%、4.2%～7.8%、7.6%～13%和5.9%～14%；基体加标回收率分别为71.5%～84.6%，70.3%～84.4%，59.6%～80.1%，7 3.0%～8 8.5%，R S D 分别为3.8%～8.0%，4.3%～8.5%，7.5%～14%，7.8%～14%。