土壤和沉積物中氯苯類和硝基苯類化合物分析技術研究進展

黃文軍，翁慧琳，張凱凱

（健研檢測集團有限公司，福建廈門 361004）

各種各樣的化工材料和化工產品在社會各個領域得到了廣泛的應用，為當今工業化發展奠定了基礎。由于硝基苯存在著大量有毒有害物質，對土壤環境、水文環境、生態環境都帶來嚴重污染[1]。近年來，土壤環境污染問題已經呈現出多元化、復雜化、區域化的發展趨勢，而企業排出的污染物是土壤環境污染的主要來源。在我國一些省已公布了重點監管企業名單，而在美國，硝基苯已被列為飲用水中的有機污染物，并已被列入國家環境重點污染物黑名單。硝基苯產生的有害有毒物質非常可怕，只要輕微的吸入就會給人帶來傷害[2]。因此，必須嚴格分析與監測人們生活環境中存在的硝基苯類化合物，具有重要意義。

1 氯苯類和硝基苯類化合物提取技術研究進展

在對土壤和沉積物中硝基苯和氯苯類化合物含量的測定中，因土壤和沉積物成分復雜，污染物中硝基苯和氯苯類化合物含量較低，受基質干擾較大，不易直接測定。為提高檢測靈敏度，在樣品處理前先測定硝基苯和氯苯類化合物的濃度是否趨于一致，而預處理的關鍵是提取方法[3]。

1.1 索氏提取法

索氏提取法是從土壤和沉積物中提取氯苯類和硝基苯類的一種經典方法，對固體樣品采用虹吸和溶劑回流的方法，進行連續純溶劑的提取，提取效果良好。但是，索氏萃取回收率雖然高，卻需要長時間的萃取過程，一般12～24h，溶劑用量大。近幾年來，隨著自動索氏提取裝置的不斷創新改進，采用索氏萃取法實現了對土壤中氯苯、硝基苯的自動提取。相對于傳統的索氏萃取法，該方法耗時短，操作簡單，適用性較廣[4]。

1.2 超聲波提取法

近年來，美國環境保護署建議，可利用超聲波技術從土壤和沉積物中提取氯苯類和硝基苯類[5]。此方法簡單、快速，且提取時間短、回收率高，所以超聲波提取在土壤/沉積物提取中應被廣泛應用。通常使用強極性有機溶劑如二氯甲烷、甲醇等作為萃取劑，弱極性有機溶劑可加入乙烷進行極性調節[6]。

1.3 加速溶劑萃取

加速溶劑萃取法是通過對一種固體樣品或半固體樣品進行預處理，具有自動萃取速度快的優點，被廣泛應用于土壤和沉積物的氯苯類和硝基苯類化合物萃取[7]。然而，該方法容易受到高溫高壓影響，所以在使用過程中應特別注意一些熱不穩定化合物的分解。加速溶劑萃取原理如圖1所示。

圖1 加速溶劑萃取原理

2 氯苯類和硝基苯類化合物凈化技術研究進展

由于土壤和沉積物中底物結構復雜，存在的各類干擾物質較多，在采用有機溶劑從土壤和沉積物中提取氯苯類和硝基苯類化合物時，會對測定結果帶來較大影響。所以，必須先對土壤和底泥中多環芳烴進行凈化處理，達到提取物提純的凈化效果，確保定性和定量的準確性。

2.1 柱層析法

柱層析法是將硝基苯和氯苯等雜質吸附在吸附劑上，然后用合適的極性溶劑浸出、洗脫[8]。一是去除硝基苯和氯苯化合物，通常保留在吸附塔中的雜質，將硝基苯和氯苯化合物與雜質分離純化，這是一種應用較廣的方法。普通吸附分離設備有二氧化硅、氧化鋁等，最常用的是硅膠柱層析，使用苯-環己烷混合溶劑對土壤/沉積物中的硝基苯和氯苯化合物進行洗脫。柱層析法原理如圖2 所示。

圖2 柱層析法原理

2.2 固相萃取

固相萃取法是通過激活、注入、浸出和洗脫的過程，是一種對目標化合物進行分離富集的方法[9]。氯苯類和硝基苯類化合物經過洗脫劑的洗脫后，具有良好的重現性和高選擇性、減少溶劑消耗和節省時間等優點。固相萃取(SPE)柱主要用于氯苯類和硝基苯類化合物的凈化，包括硅膠柱，Flores 硅膠柱和C18 柱等。在硅膠柱中將氯苯類和硝基苯類化合物提純，然后用正己烷和一氯甲烷(1+1)混合溶劑浸出，采用EPA363 對硅膠柱進行純化。二氯甲烷(2+3)、二氯甲烷(2+3)和環己烷的混合溶劑預洗法萃取液濃縮至接近干燥時，溶劑轉化為環己烷，然后裝入樣品中，經二氯甲烷(2+3)混合溶劑洗脫，可達到理想的凈化效果。固相萃取原理如圖3 所示。

圖3 固相萃取原理

3 分析技術研究進展

3.1 還原—偶氮光度法

還原—偶氮光度法操作簡便，易于操作，已被廣泛應用，同時還在許多方面作了改進。使用鋅粉還原氯苯和硝基苯，然后用苯胺作發色物質[10]。在相同條件下，隨著溶液體積逐漸增大，能夠得到較好的還原效果，可將吸收光轉化為硝基苯和苯胺形式，消除鋅渣引起的分析誤差。

3.2 化學計量學分光光度法

氯苯類和硝基苯類化合物是一種病態系統，具有多重共線性問題。為此，使用化學計量學分光光度法對氯苯類和硝基苯類化合物進行分析，能較好地測定混合物中各種物質的種類和含量。如果測定的平均相對偏差在6.0%～9.0%之間，就可達到理想測定結果。化學計量學分光光度法的工作原理如圖4 所示。

3.3 氣相色譜一質譜法

氣相色譜—質譜法能夠同時對樣品進行定性和定量分析。該方法特別適合于氯苯類和硝基苯類化合物的定量檢測，具有檢測限低、選擇性高、干擾少等優點，可用于環境樣品中氯苯類和硝基苯類化合物的測定。氣相色譜—質譜法的工作過程如圖5 所示。

圖5 氣相色譜—質譜法工作過程

氯苯類和硝基苯類化合物在土壤及沉積物分析中的應用較多，但目前的氣相色譜—質譜法分析仍然存在樣品溫度偏高、異構體組分不能很好地分離等問題。隨著質譜法的普及，同位素稀釋質譜法已逐步應用于土壤及沉積物中氯苯、硝基苯的定性定量分析，其準確度大大提高。利用同位素稀釋氣相色譜—質譜聯用法，樣品提取前后的16 種硝基苯和氯苯類化合物的同位素內標技術，樣品提取后的回收氣相色譜—質譜聯用法對河流沉積物中的硝基苯和氯苯類化合物進行了測定。已知同位素內標物濃度的變化可以抵消待測年份的損失，提高定性定量分析的穩定性和準確性。

3.4 超高效液相色譜法

傳統HPLC 法分離氯苯類和硝基苯類化合物一般要花30min，而采用HPLC 技術可縮短分析時間，提高分析效率。以一水B-eye 為C18 柱的流動相，快速分離了土壤中的硝基苯、氯苯等16 種化合物。檢驗時間14min，檢驗限度為2～20mL。該方法大大提高了檢測靈敏度，回收率71～98%。平行試樣相對偏差小于10%。超高效液相色譜法的工作過程如圖6 所示。

圖6 超高效液相色譜法工作過程

總之，為了保障良好的生活質量和生態環境，對環境中氯苯類和硝基苯類的定量檢測非常重要，未來對分析檢測方法提出了更高的要求。應當指出，以技術為基礎的高效、簡便、快速的分析方法在環境樣品中氯苯類和硝基苯類化合物的分析中層出不窮，根據實際情況，可選擇操作方法簡單、價格低廉的儀器，能在一定程度上滿足環境樣品中硝基苯的測定要求。如色譜法就是現階段應用較為廣泛的一種用于硝基苯分離和分析的有效方法，經過實際工作中不斷改進創新，其準確度和精密度都得到了快速提高，是目前值得廣為推廣的有效分析方法之一。