超聲波萃取-氣相色譜法測定土壤中酚類化合物

許 龍，王 佳，柳 玲,趙 倩，高曉慶

(1．陜西省環境科學研究院，西安 710061;2.陜西智達環保科技工程有限公司，西安 710061)

酚類化合物是一種含有酚羥基的芳香烴衍生物，具有特殊的芳香氣味，呈弱酸性，廣泛存在于石油化工、塑料制造、顏料合成、制藥、造紙等行業[1-2]。上世紀90年代，苯酚、對-硝基酚、五氯酚等六種酚已被我國確定為優先控制有機污染物[3]。環境檢測領域對于水中揮發性酚的污染關注較多，主要以分光光度法為主[4-5]，近些年來也有液相色譜法[6]、氣相色譜法[7]及氣相色譜-質譜法[8]及流動注射分析法[9]的報道。但對土壤中酚類化合物的研究涉及較少，土壤中目標物的提取方式主要有索氏提取[10]、微波提取[11]、超聲波提取[12]、加速溶劑萃取等[13]。索氏提取是最傳統最經典的提取方法，具有提取效率高，設備成本低等優點。但也因其操作繁瑣、費時、費料及對實驗人員傷害大等缺點慢慢被其他先進的提取裝置及方式所替代。微波提取、超聲波提取及加速溶劑萃取是目前實驗室進行有機前處理提取的主要方式。微波提取具有高效、節時、節料等優點，但因其設備成本高昂將很多實驗室拒之門外。加速溶劑萃取同樣具有高效和節料等優點，但其費時且設備昂貴常常被多數實驗室作為備選方案。而超聲波提取兼顧了高效、節時、節料及設備成本低等4大優點，逐漸成為實驗室有機前處理的首選。本文以土壤中酚類化合物為研究對象，通過超聲波萃取儀對其提取，主要考察不同提取方式及提取時間對其提取率的影響。通過氣相色譜進行分離和定量，并檢驗了檢出限、精密度及準確度。結果證明：本文方法滿足土壤中酚類化合物的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

安捷倫7890A 氣相色譜儀；SCIENTZ-ⅡD超聲波細胞粉碎機；FYC-1000*8分液漏斗振蕩萃取儀；AUTOEVA08IR全自動紅外定容濃縮儀。

21種酚類化合物混標(1 000 mg/L)；正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲醇等均為農殘色譜純；21種酚類化合物土壤標準樣品；鹽酸、氫氧化鈉均為優級純；無水Na2SO4、石英砂(分析純)在馬弗爐中400℃烘至恒重。

1.2 氣相色譜條件

進樣口溫度：260℃；DB-1毛細管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；程序升溫：50 ℃保持1 min，以10℃/min升至140 ℃，以20 ℃/min升至 250 ℃保持4 min；FID檢測器溫度：280℃；載氣流速：1.0 mL/min；氫氣流量：35 mL/min；空氣流量：300 mL/min；進樣方式：不分流進樣；進樣量：1.0 μL。

1.3 樣品處理

去除鮮樣中的異物，稱取約10 g樣品雙份，一份用于測定干物質含量，另一份加入適量無水硫酸鈉脫水，研磨均化成流砂狀。加入二氯甲烷/正己烷混合溶劑，間歇式提取(超聲3s停3s)2次，每次6 min，合并提取液，待凈化。

1.4 樣品凈化

在1.3節萃取液中加入純水，調節pH>12，振蕩、去除有機相；調節pH<2，用二氯甲烷/乙酸乙酯混合液，反萃取，有機相脫水，濃縮至1 mL待測。

2 結果與討論

2.1 分離條件優選

酚類含有羥基團屬于弱極性有機物，因此，對色譜柱固定相有一定要求。低流失非極性色譜柱的分離效果較好。圖1為21種酚類化合物在色譜柱DB-1上的分離情況。由于同分異構體性質相似，對/間-甲酚(4、5號峰)、2,3,4,5/2,3,5,6-四氯酚(16、17號峰)無法分離。因此，定量時按總量計算。

1―苯酚、2―2-氯酚、3―鄰-甲酚、4/5―對/間-甲酚、6―2-硝基酚、7―2,4-二甲酚、8―2,4-二氯酚、9―2,6-二氯酚、10―4-氯-3-甲酚、11―2,4,6-三氯酚、12―2,4,5-三氯酚、13―2,4-二硝基酚、14―4-硝基酚、15―2,3,4,6-四氯酚、16/17―2,3,4,5 /2,3,5,6-四氯酚、18―2-甲基-4,6-二硝基酚、19―五氯酚、20―2-(1-甲基-正丙基)-4,6-二硝基酚(地樂酚)、21―2-環己基-4,6 二硝基酚圖1 酚類化合物標準色譜圖Fig.1 Standard chromatogram of phenolic compounds

2.2 提取時間優化

探針式超聲波提取儀的探頭可產生巨大沖擊力，從而對浸潤樣品進行反復沖擊，加速有機化合物在提取溶劑中的溶解。本文采用二氯甲烷/正己烷(2/1)混合溶劑對加標石英砂中的21種酚進行提取。對比了間歇1、2及3次提取和直接連續提取6 min與9 min 中21種酚的提取效率，實驗結果見圖2。

圖2 不同提取時間下酚類化合物的提取效率Fig.2 Extraction efficiencies of phenolic compounds under different extraction time

從圖2可知，按照間歇式提取，隨著提取次數的增加21種酚的提取效率也隨之增加。當第3次提取時，提取效率已經幾乎變化不明顯。為節約時間與成本，確定提取次數為2次。按照連續式提取，當提取時間為6 min時，21種酚的提取效率為61.2%～84.1%，略高于間歇提取1次，卻又低于間歇提取2次。提取9 min時，21種酚的提取效率較提取6 min時變化不大且部分目標物提取效率有所降低。這可能與長時間的超聲使探頭局部發熱，導致超聲空化效應至使有機物降解有關[14]。因此，確定最佳的提取方式為間歇式提取2次，每次6 min。

2.3 標準曲線及檢出限

為考察方法檢出限，配制濃度為1.00、5.00、20.0、50.0和100 mg/L的21種酚類化合物標準溶液(以峰面積對濃度作標準曲線)。對10 g石英砂加標，重復測定7次，根據檢出限=3.143×S[15]，計算方法檢出限,得到各組分的線性方程、相關系數及檢出限見表1。

表1 酚類化合物的線性方程、相關系數及檢出限Tab.1 Linear equations，correlation coefficients and method detection limit of pheonlic compounds

續表1

序號化合物線性方程R檢出限(mg/kg)122,4,5-三氯酚y=6.290 730x-7.299130.9990.02132,4-二硝基酚y=4.569 530x-15.99420.9980.01144-硝基酚y=6.623 490x-26.39730.9960.02152,3,4,6-四氯酚y=5.0188 60x-5.771610.9990.0216/172,3,4,5/2,3,5,6-四氯酚y=4.553 760x-10.28760.9990.03182-甲基-4,6-二硝基酚y=5.342 370x-9.553780.9990.0219五氯酚y=3.575 700x-6.141840.9980.0320地樂酚y=6.386 160x-7.545330.9990.02212-環己基-4,6-二硝基酚y=5.448 580x-10.26330.9980.02

結果表明：21種酚類化合物含量在1.00～100 mg/L范圍內線性良好，相關系數為0.996～0.999，檢出限為0.01～0.03mg/kg，小于方法檢出限0.02～0.08mg/kg，滿足土壤中酚類化合物的測定要求。

2.4 精密度和準確度

為進一步考察方法精密度和準確度。對實際土壤樣品加標，進行全程序加標試驗，重復測定6次；準確稱取兩種濃度土壤標準樣品，進行標準質控樣品測試，重復測定2次。精密度和準確度測定結果見表2。

表2 土壤樣品中酚類化合物測定的精密度和準確度Tab.2 Precision and accuracy of the determination of pheonlic compounds in soil sample

續表2

序號化合物背景值(mg/kg)樣品結果(mg/kg)RSD(%)均值(mg/kg)可接受范圍(mg/kg)122,4,5-三氯酚-0.98 4.16 1.71.37.032.570～8.0306.152.490～7.760132,4-二硝基酚-0.97 4.23 5.01.13.770.835～4.1803.070.841～4.210144-硝基酚-0.95 4.11 3.21.21.841.570～9.9602.791.780～11.200152,3,4,6-四氯酚-0.97 4.08 3.01.33.012.870～9.3704.473.150～10.30016/172,3,4,5 /2,3,5,6-四氯酚-2.06 8.59 1.81.711.35.200～16.9914.96.110～19.97182-甲基-4,6-二硝基酚-0.88 4.19 6.21.54.320.820～6.3804.140.847～6.58019五氯酚-0.94 4.30 4.41.61.741.090～7.9606.171.080～7.93020地樂酚-0.86 4.25 8.51.65.590.850～9.61010.31.500～16.90212-環己基-4,6-二硝基酚-0.71 4.24 10.22.54.622.200～7.6405.882.170～7.580

由表2可知，21種酚類化合物的精密度良好，實樣加標的相對標準偏差為1.0%～10.2%。與張永兵等[10]使用索氏提取-氣相色譜法測定土壤中6種酚類化合物相比。在加標量均為1.0 mg/kg時,本方法的相對標準偏差高于其相對標準偏差0.5%～7.7%，再現性較弱。較盛祥等[13]通過加速溶劑萃取-氣質聯用法測定土壤中14種酚類化合物相比。在相同加標量的條件下，本方法的相對標準偏差優于其相對標準偏差5.2%～14.8%，再現性較好。與標準方法土壤和沉積物酚類化合物的測定氣相色譜法[16](HJ 703-2014)相比。本方法的相對標準偏差均低于國家標準方法要求相對標準偏差1.6%～24.4%，完全滿足土壤中酚類化合物的測定要求。鑒于索氏提取-氣相色譜法的操作繁瑣、費料，費時且對實驗人員傷害大等缺點，以及超聲波萃取-氣相色譜法的操作簡單、節時、節料等優點，本文更傾向于后者。

3 結 論

本文優化了超聲波萃取-氣相色譜法測定土壤中酚類化合物的方法。通過超聲波萃取儀萃取土壤中酚類化合物，提取液經堿酸凈化、反萃取、濃縮、定容后用氣相色譜檢測。經過提取方式、提取時間、檢出限、精密度及土壤標準樣品的測定證明：本文優化測定土壤中酚類化合物的方法準確性高、操作簡單。