水中致癌芳香胺的固相萃取-氣質分析方法研究

葉偉紅,劉勁松,潘荷芳

(浙江省環境監測中心,浙江杭州 310012)

水中致癌芳香胺的固相萃取-氣質分析方法研究

葉偉紅,劉勁松,潘荷芳

采用固相萃取-氣相色譜質譜法分析了水中24種致癌芳香胺的含量,結果表明,該方法的檢出限低于0.36μg/L。固相萃取的優化條件為:選用 Envi-chromp固相萃取小柱,水樣p H 8～10,二氯甲烷洗脫2次。絕大多數芳香胺的空白水樣加標回收率在88.8%～111.8%之間,標準偏差為6.8%～9.9%。對浙江省13個飲用水源地的地表水進行檢測,均未檢出24種致癌芳香胺。降解實驗表明,大多數芳香胺化合物在水中能穩定存在14 d以上。

固相萃取(SPE);致癌芳香胺;氣相色譜-質譜(GC/MS)

(浙江省環境監測中心,浙江杭州 310012)

1994年7月15日,德國政府頒布了禁用部分偶氮染料的法令。偶氮染料不僅通過紡織品等物質對人體造成危害,而且對環境(包括水、大氣、土壤、動植物和人類等)也有著很大的危害。在紡織品的生產過程中,染料的利用率是有限的,所以大量的偶氮染料隨著廢水排入環境中,從而對環境造成了很大的危害。1970年以前,在從事染料制造的職工中經常發現被診斷為膀胱癌的癥狀,據不完全統計,到20世紀60年代中期,各國發現制造與使用染料的職業性膀胱腫瘤已經超過3 000例。1968年國際上專門召開會議對此進行病原分析,并于1969年在日本東京召開的第16屆國際職業衛生會議上確認聯苯胺和乙萘胺對人體的致癌作用最為嚴重。近年來,德國政府頒布了第4次德國聯邦的排出保護令,要求紡織加工廠對排出物進行陳述,其目的是保護環境[1-3]。

偶氮染料(現德國規定118種)不會直接對人體產生有害的影響,但其直接與皮膚接觸后,染料會被皮膚吸收,并在人體內擴散,與人體內偶氮還原酶接觸后發生還原分解反應,使偶氮鍵發生開裂,形成具有致癌性的芳香胺化合物。芳香胺化合物會使人體的DNA發生變化,從而可能誘發人體病變[4]。

目前,致癌芳香胺的主要檢測方法有液相色譜(LC/MS)法和氣相色譜(GC/MS)法。氣相色譜法所能直接分析的樣品應較易揮發,且是熱穩定的,沸點一般不超過500℃。在大多數情況下,氣相色譜法能通過保留時間和峰面積與標樣對照,給出很好的定性定量分析結果。大多數文獻[5]報道的芳香胺氣質檢測介質主要都是紡織品,而對染料生產過程中排入環境水體所造成的芳香胺污染影響的研究較少,環境中芳香胺是以微量濃度存在的。因此,本研究選用固相萃取對水中的微量芳香胺進行富集濃縮,然后采用GC/MS法對24種芳香胺進行檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

7890A/5975C氣相色譜-質譜儀:美國安捷倫公司產品,配備EI源;Autotrace固相萃取儀:美國Zymark公司產品;Milli-Q超純水系統:美國Millipore公司產品;Envi-chromp固相萃取小柱(6 mL/500 mg):美國Supelco公司產品;氮吹儀:美國Organomation公司產品。

甲醇、丙酮和二氯甲烷(農殘級):德國Meker公司產品;實驗所用去離子水為超純水;24種芳香胺標準品(濃度為100 mg/L)和內標 Phenanthrene-d10(濃度為4 000 mg/L):美國百靈威公司產品。

圖1 選擇離子模式的24種標樣總離子流圖Fig.1 Selected ion monitoring chromatograms of 24 aromatic amine standard

1.2 實驗條件

1.2.1 氣相條件 進樣口溫度250℃,無分流;DB-35MS柱(30 m×0.25 mm ×0.25μm);載氣(He)流速1.0 mL/min;升溫程序:柱溫60 ℃,保持1.0 min,以5 ℃/min升至220 ℃,再以 2℃/min升至260 ℃,保持2 min。

1.2.2 質譜條件 選擇離子掃描,溶劑延遲5.0min,電子倍增器(EM)電壓100 eV。

1.3 前處理

分別用10 mL甲醇和10 mL水活化固相萃取小柱,流速4 mL/min;水樣上樣量1 L,上樣速度4 mL/min;氮氣吹干40 min;5 mL溶劑洗脫2次;氮吹濃縮,用二氯甲烷定容至1 mL,加入內標,進儀器分析。

2 結果與討論

2.1 分離效果

24種芳香胺的選擇離子流圖示于圖1。24種芳香胺標樣在設定條件下分離較好,13#峰和內標峰部分重疊,22#和23#峰部分重疊,但是它們各自的定量離子不同,因此,還可以做到準確的定性和定量。

2.2 校準曲線、精密度及檢出限

采用選擇離子模式對5個濃度點的工作曲線進行分析,得出相應的線性、校正因子、精密度(6次平行結果)和最低檢出限(6次平行結果),結果列于表1。工作曲線濃度分別為1.0、2.5、5.0、10.0、20.0 mg/L 。

從表1可知,24種芳香胺的線性相關系數都在0.995以上,各種物質的精密度都在5.07%以內,可見該方法有很好的重現性。有18種物質的響應因子RSD在30%以下,有6種物質的響應因子 RSD超過了30%,介于30%～38%之間。

24種芳香胺在氣質條件下得出的儀器最低檢出限0.04～0.36 mg/L,而在實際水樣分析過程中,采用固相萃取儀進行濃縮,當水樣的上樣量為1 L,濃縮定容體積為1 mL,在選擇離子模式下時,得出的實際水樣中檢出限應該是儀器檢出限的1/1 000倍,即水中芳香胺的檢出限可達0.36μg/L以下。

表1 24種芳香胺標準樣品的線性相關系數、校正因子、精密度和最低檢出限Table 1 Linearity,corrected factor,relation standard deviation and detection limits of 24 aromatic amine

2.3 前處理方法

2.3.1 洗脫劑的選擇 以模擬水樣為研究對象(向1 000 mL空白水樣中加入5μg標準,水中濃度5μg/L),對比研究了不同極性的有機溶劑(二氯甲烷、V(二氯甲烷) ∶V(甲醇)=4 ∶1)作為洗脫劑對芳香胺回收率的影響,示于圖2。由圖2可知,二氯甲烷的洗脫效率明顯高于二氯甲烷/甲醇溶液,22種化合物的回收率基本在70%～89%之間。

2.3.2 酸堿條件的選擇 在堿性環境下,芳香胺類化合物的解離受到抑制,可以提高芳香胺類化合物的中性含量,增加它們對固相萃取小柱填料的親和力,進而提高了回收率[6]。本研究通過加入不同量的6 mol/L H2SO4溶液和1 mol/L NaOH溶液調節水樣p H值,進行對比實驗,示于圖3。由圖3可知,堿性條件下的芳香胺回收率明顯高于酸性條件,除9#和10#化合物外,其他芳香胺的回收率在80%～100%之間。芳香胺的回收率高低順序為:p H 8～10≥p H 11～12＞p H 6～7＞p H 4～5＞p H 2～3,所以 ,選擇調節p H 8～10的范圍作為芳香胺固相萃取的p H值條件。

圖2 不同洗脫劑對回收率的影響Fig.2 Effect of different elution solvent on recoveries

圖3 pH值對回收率的影響Fig.3 Effect of different pHon recoveries

2.4 加標實驗

本研究進行了空白水體及實際水體的加標實驗,空白水體加標是在1 000 mL空白去離子水中加入5μg標準,水中芳香胺濃度為5μg/L,平行5次;實際水體選擇5個飲用水源地的地表水進行加標實驗,5個飲用水源地分別是:湖州老虎潭水庫、金華金沙蘭水庫、富陽水廠、千島湖、杭州西區水廠,加標量同空白水體加標的結果列于表2。

由表2可知,24種致癌芳香胺中除了9#和10#化合物外,其他22種化合物空白水樣的平均回收率范圍均在88.8%～111.8%之間,標準偏差為6.8%～9.9%,9#化合物的平均回收率范圍為(66.8±1.9)%,10#化合物的平均回收率為(49.4±7.5)%。參照 GB/T 19942—2005國標中提到的化學法方法可行性說明:4-甲氧基-1,3-苯二胺的回收率應大于20%,2,4-二氨基甲苯的回收率應大于50%,其他芳香胺的回收率應大于70%[7]。本研究結果符合 GB/T 19942—2005國標中關于芳香胺回收率的要求。

5個實際地表水水體中24種芳香胺化合物的濃度均未檢出,對5個實際地表水水體的加標結果顯示:除了9#和10#化合物外,其他22種化合物平均回收率范圍在76.2%～96.3%之間,標準偏差為10.0%～17.0%,9#化合物的平均回收率為(64.5±7.6)%,10#化合物的回收率為(49.6±7.3)%。實際水體的加標實驗結果也符合 GB/T 19942—2005國標中提到的有關芳香胺回收率的要求。

表2 空白水樣和實際水體加標實驗Table 2 Results of spiked blank ande spiked w ater sample

2.5 降解實驗

研究芳香胺在水中的降解規律:水樣(平行2 次)敞口在室溫(15 ℃左右)放置 1、3、7、14 d,避光,結果示于圖4。

由圖 4 可知 ,1～8、11～16、18～19 及 22～23,共18種芳香胺化合物在模擬水樣中的性質較穩定,可穩定存在14 d以上;17#和20#化合物在模擬水樣中只能穩定3 d;而9#和24#化合物在模擬水樣中降解比較快,只能穩定24 h;10#化合物的穩定性最差,其模擬水樣無法在室溫下保存,這可能也是該化合物回收率低的原因之一。

圖4 降解實驗Fig.4 Experiment of degradation

2.6 實際樣品

對浙江省13個飲用水源地的地表水進行檢測,均未檢出24種致癌芳香胺。對2個具有代表性的印染廢水進行檢測,廢水出口處24種芳香胺濃度均在2μg/L以下。

3 結論

本研究建立了水樣中24種致癌芳香胺的固相萃取-氣質分析方法,各種物質的精密度都在5.07%以內,具有很好的重現性,方法的最低檢出限達0.36μg/L以下,除了9#和10#化合物外,其他22種化合物空白水樣的平均回收率均在88.8%～111.8%之間,標準偏差為6.8%～9.9%,9#化合物的平均回收率為(66.8±1.9)%,10#化合物的平均回收率為(49.4±7.5)%。降解實驗表明:9#、10#、17#、20#和24#化合物在模擬水樣中降解較快,其他化合物在模擬水樣中能穩定14 d以上,其中10#化合物穩定性最差,其模擬水樣無法在室溫下保存。用此方法對浙江省13個飲用水源地的地表水進行檢測,均未檢出24種致癌芳香胺。對2個具有代表性的印染廢水進行檢測,廢水出口處24種芳香胺濃度均在2μg/L以下。

我國目前的環境標準中沒有專門針對24種致癌芳香胺的檢測方法和標準限制,而浙江省印染業比較發達,對印染廢水排入環境所造成的影響也沒有系統的調查,本方法的研究結果可以為相關管理部門提供一定的技術支持。

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Analytical Mehtod for Aromatic Amine in Water Using Solid-Phase Extraction and GC/MS

YE Wei-hong,LIU Jin-song,PAN He-fang
(Zhejiang Environmental Monitoring Center,Hangzhou310012,China)

Twenty-four aromatic amines were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)coupled the solid-phase extraction(SPE)technology.The result shows that the method is reliability,sensitivity and accuracy.The detection limitation is lower than 0.36μg/L.The optimum SPE conditions was Envi-chromp colume and p H 8—10 water,eluted two times with CH2Cl2.The average recovery of most compounds in blank water is 88.8%—111.8%,and RSD is 6.8%—9.9%.Thirteen drink waters were detected using this method.The result is that all target compounds are under detection limit.It is indicated in degradation test,and most aromatic amine are stable in water for more than fourteen days.

solid-phase extraction(SPE);aromatic amine;gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)

O 657.63

A

1004-2997(2011)01-0055-06

2010-03-11;

2010-11-18

浙江省分析測試科技計劃項目(2008F70057),浙江省科技廳重大科技專項社會發展重點項目(2006C13060)資助

葉偉紅(1979～),女(漢族),浙江溫州人,工程師,從事環境監測評價工作。E-mail:yewh@zjemc.org.cn