振荡提取顶空气相色谱法测定土壤中三氯乙醛*

陈秀娜，吴 哲，刘 氘，安国荣，应永朋

（青海省地质矿产测试应用中心，青海 西宁 810008）

三氯乙醛是一种非常重要的有机高分子合成原料，尤其是在工厂的三废中经常大量的存在。在土壤和水环境中，三氯乙醛特别容易吸收环境空气中的水分从而生成水合氯醛。水合氯醛是一种可以影响植物生长的紊乱剂，它可以通过农田灌溉水的灌溉系统直接进入到农田，进而直接影响到植物的生长，轻则减产，重则颗粒无收[1]。山东、郑州、北京、天津、西安等多个地区曾经报道过用含剧毒三氯乙醛的污水来灌溉小麦、玉米、水稻地等造成许多农作物大面积受害致死的事例[2]。三氯乙醛具有较强的生物毒性，人如果在饮水时误饮用了含有三氯乙醛污染过的水之后，会出现头痛嗜睡、乏力或头昏眼花等症状；若长期大量饮用含三氯乙醛的水则会导致非常严重的后果，如强致癌、致畸和其它潜在的慢性致癌的致突变遗传作用[3]。工业排放的三氯乙醛污染水源，污水灌溉、过量施用含三氯乙醛废酸生产的化肥、大量农药的施用都会造成土壤污染，这些污染会通过食物链的方式传递给动物和人类。

目前, 我国学术界关于水中的三氯乙醛的测试研究有较多的报道，但对于土壤中的三氯乙醛检测方法报道还较少。关于水中三氯乙醛的主要的研究方法有吡啶-碱比色法[4]、分光光度法[5]、气相色谱法[6,7]、液相色谱法[8]、气相色谱质谱法[9]，而土壤中的三氯乙醛的研究方法主要是气相色谱法。三氯乙醛作为一种有毒有害的污染物，研究土壤中三氯乙醛的测定方法是非常有必要的。本文根据实验室现状和国内现有技术资料，对土壤中的三氯乙醛的测定方法以及影响因素等进行了深入细致的研究，建立并完善了顶空-气相色谱法测定土壤中的三氯乙醛含量的方法，该方法的校准曲线线性良好，相关系数R2=0.9991，该方法操作简便，避免了样品在前处理过程中的损失，测定范围广，易实现自动化连续检测和快速分析，适用于测定土壤中的三氯乙醛。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent8860 型气相色谱仪（美国安捷伦科技公司）；Agilent 7697A 型顶空自动进样器（美国安捷伦科技公司）；HZ-9310KB 型落地冷动摇床（江苏盛蓝仪器制造有限公司）。

三氯乙醛（优级纯美国Dr Ehrenstorfer 公司）；NaCl（优级纯北京化学试剂公司）；NaOH（AR 北京化学试剂公司）。

1.2 样品采集与保存

土壤样品依据HJ/T 166-2004 《土壤环境监测技术规范》进行采集，并按照方法的要求进行保存。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 顶空自动进样器条件 顶空瓶平衡温度：65℃；恒温时间：30min；传输管线温度：110℃；进样时间：60s。

1.3.2 色谱条件 TG-5MS 石英毛细管色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm），载气流量：1.5mL·min-1；分流进样，分流比10∶1，进样口温度：180℃；ECD 检测器温度：200℃。升温程序：初始柱温35℃，保持2min；以10℃·min-1速率升至180℃。

1.4 实验过程

称取土壤样品2.00g，加入10mL 基体改性剂，加入0.2mL NaOH 溶液，立即密封，在落地冷冻摇床上设定温度25℃，转速150r·min-1，振荡时间15min，然后按照仪器条件直接测定。

2 结果与讨论

2.1 顶空萃取条件的优化

2.1.1 顶空瓶平衡温度的影响 称取2.00g 经处理的石英砂置于5 个顶空瓶中，准确加入0.15μg·kg-1的三氯乙醛标准溶液，设定顶空瓶的平衡温度分别为50、55、60、65、70℃。将平衡好的样品按照仪器的工作条件进行测定。三氯乙醛在ECD 检测器上的响应值随平衡温度的变化结果见图1。

图1 顶空瓶平衡温度的影响Fig.1 Effect of equilibrium temperature of headspace bottle

由图1 可见，在温度为65℃时，三氯乙醛的色谱峰面积达到最大值。当顶空瓶的平衡温度过高时，则会使顶空瓶中带出的水蒸气增加，过多的水汽会随着载气和样品一起进入色谱柱，损坏色谱柱，造成色谱柱柱效下降；当顶空瓶的平衡温度过低时，又会使顶空瓶中挥发性的组分不能充分得到平衡，从而造成样品的测定值偏低。因此，选择顶空瓶的平衡温度为65℃。

2.1.2 顶空瓶恒温时间的影响 顶空的恒温时间和平衡温度是气液两相快速达到平衡的关键因素，也是影响分析准确度和灵敏度的重要参数[10]。顶空瓶的恒温时间长短对易挥发的样品的影响非常重要。一般来说，恒温时间越长，达到气液平衡或气固平衡的效果就越好，但事实并非如此。称取2.00g 经处理的石英砂置于5 个顶空瓶中，准确加入0.15μg·kg-1的三氯乙醛标准溶液，分别设定顶空瓶的恒温时间为10、20、30、40、50min，将平衡好的样品按照仪器的工作条件进行测定，结果见图2。

由图2 可见，当顶空瓶的恒温时间大于30min时，三氯乙醛的峰面积的变化趋于平缓并有下降的趋势。因此，选择顶空瓶的恒温时间为30min。

2.2 实验条件的优化

2.2.1 NaOH 溶液加入量的影响 加入NaOH 溶液是为了让三氯乙醛和NaOH 溶液充分发生反应生成三氯甲烷，进而测定三氯甲烷的含量。一般来说，加入NaOH 溶液的量只要足够和三氯乙醛充分反应即可。称取2.00g 经处理的石英砂置于5 个顶空瓶中，准确加入0.15μg·kg-1的三氯乙醛标准溶液，分别加入不同体积的NaOH 溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL，按照仪器工作条件进行测定，结果见图3。

图3 NaOH 溶液加入量的影响Fig.3 Effect of sodium hydroxide solution addition

由图3 可见，随着NaOH 溶液加入量的增加，三氯甲烷在仪器上的响应值也随之增大，并在加入超过0.2mL 后，三氯甲烷的响应值趋于平缓状态。根据貟海燕[10]的文献报道总结出，NaOH 溶液作为三氯乙醛碱化反应的反应物之一，它的加入量在较大程度上影响着生成物三氯甲烷的含量，当加入量过低时，碱化反应不完全，响应值低进而影响测试结果的准确度和灵敏度，当加入量过高时，会在一定程度上对顶空瓶造成腐蚀。因此，选择NaOH 溶液的加入量为0.2mL。

2.2.2 样品保存剂的影响 在样品中添加无机盐可以增加样品溶液中的离子强度，降低三氯乙醛在溶液中的溶解度，增大分配系数，提高三氯乙醛在仪器上的响应值及灵敏度。本文选用0.15μg·kg-1的三氯乙醛标准溶液进行实验，在保持其它条件相同的情况下，比较了加入饱和NaCl 和饱和Na2S2O3对三氯乙醛测试结果的影响。结果见表1。

表1 样品保存剂对三氯乙醛峰面积的影响Tab.1 Effect of sample preservative on peak area of trichloro acetaldehyde

由表1 可见，加入不同的盐之后，三氯乙醛在气相ECD 检测器上的灵敏度都有不同程度的提高，但加入饱和NaCl 要比加入饱和Na2S2O3的效果更佳，因此，本文选择饱和NaCl 为样品保存剂。

2.2.3 振荡时间的选择 称取2.00g 经处理的石英砂置于6 个顶空瓶中，准确加入0.15μg·kg-1的三氯乙醛标准溶液，设定顶空瓶的温度为室温（25℃），相同频率下，分别设定不同的振荡时间为5、10、15、20、25 和30min。将振荡好的样品按照仪器的工作条件进行测定，结果见图4。

图4 振荡时间的影响Fig.4 Influence of oscillation time

由图4 可见，在无任何振荡的条件下测定的三氯乙醛的回收率结果较低，经过不同的时间振荡后，三氯乙醛的回收率结果有明显提高。可见，在振荡的条件下能够加快三氯乙醛和NaOH 进行反应，加快三氯甲烷的挥发及逸出。结果表明，在振荡时间为15min 时，仪器的响应值达到最大，因此，选择振荡时间为15min。

2.2.4 振荡频率的选择 称取2.00g 经处理的石英砂置于6 个顶空瓶中，准确加入0.15μg·kg-1的三氯乙醛标准溶液，设定顶空瓶的温度为室温（25℃），分别设定不同的振荡频率100、120、150、180、200、250r·min-1，振荡时间为15min。将振荡好的样品按照仪器的工作条件进行测定，结果见图5。

图5 振荡频率的影响Fig.5 Influence of oscillation frequency

由图5 可见，在相同的振荡时间下，频率为150r·min-1时，三氯甲烷的响应值达到最佳，在频率再次增加时，三氯甲烷的响应值有所下降。因此，本实验选择振荡频率为150r·min-1。

2.3 实验结果

2.3.1 标准曲线的绘制 实验采用外标法定量。称取0.1000g 三氯乙醛或0.1120g 水合三氯乙醛于100mL容量瓶中，用蒸馏水定容，得ρ（三氯乙醛）=1mg·mL-1，称取2.00g 经处理的石英砂置于5 个顶空瓶中，加入10mL 基体改性剂（饱和NaCl 溶液），然后分别加入不同浓度的三氯乙醛的标准溶液，浓度分别为0.025、0.05、0.10、0.15、0.25μg·kg-1的系列标准溶液，加入0.2mL NaOH 溶液，立即密封。在落地冷冻摇床上设定温度25℃，转速150r·min-1，振荡时间15min，然后按照仪器工作条件直接测定，三氯乙醛标准品的色谱图见图6，保留时间为7.662min，标准曲线的线性方程为：y=35.9x+46.0，R2=0.9991。

图6 三氯乙醛色谱图Fig. 6 The chromatogram of the trichloro acetaldehyde

2.3.2 方法检出限 方法检出限（MDL）的测定采用空白加标法。在样品中加入一定浓度的三氯乙醛标准溶液，加入NaOH 溶液后，按照仪器工作条件进行测定，重复分析7 个加标样品，计算其标准偏差S，MDL=3.143S，从而计算方法检出限，根据实验结果计算出的检出限为0.012μg·kg-1，数据结果见表2。

表2 三氯乙醛检出限（μg·kg-1）Tab.2 Detection limits of trichloroacetaldehyde

2.3.3 方法精密度与准确度

在采集的泉尔湾生态农业产业园内的基质土中均未检出三氯乙醛。准确称取2.0g 土壤样品分别加入不同浓度的三氯乙醛标准溶液，重复分析6次，使三氯乙醛的加标浓度分别为0.025、0.10、0.25μg·kg-1，分析结果见表3。

表3 土壤中三氯乙醛的精密度测试结果（n=6）Tab.3 Precision test results of trichloroacetaldehyde in soil（n=6）

由表3 可见，三氯乙醛的加标回收率均不低于90%，相对标准偏差在2.36%～5.74%之间。

3 结论

通过振荡的方式提取土壤中的三氯乙醛，采用顶空气相色谱法进行测定。结果表明，该方法操作简便，避免了样品在前处理过程中的损失，所得的三氯乙醛的校准曲线线性良好，检出限为0.012μg·kg-1，实际样品的加标回收率均在90%以上，相对标准偏差在2.36%~5.74%之间，方法的准确度和精密度较好，适用于测定土壤中的三氯乙醛。