液相色譜法測定土壤中15種醛酮類化合物

馮小康 朱 強 鄭亞麗

(蘇州國環(huán)環(huán)境檢測有限公司，江蘇 蘇州 215000)

醛酮類化合物根據(jù)與羰基相連的烴基，可分為脂肪族醛酮，芳香族醛酮，飽和醛酮和不飽和醛酮[1],廣泛應用于有機合成、化工、合成纖維、染料、農(nóng)藥等行業(yè)[2]。迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)環(huán)境介質(zhì)中大量產(chǎn)生醛酮類污染物的天然來源，土壤和沉積物中的醛酮類污染物主要是人類生產(chǎn)活動造成的。此外，大氣中的甲醛、乙醛、丙酮、苯甲醛等化合物也可伴隨干、濕沉降進入土壤，也是土壤醛酮類化合物重要的污染來源之一[3]。醛酮類污染物具有生態(tài)毒性，對人類、動物、植物具有很大危害，是環(huán)境中主要污染物之一[4]。

國內(nèi)外對環(huán)境空氣中的醛酮類化合物相關研究較多，土壤方面的研究較少，氣相色譜法和液相色譜法為較常用的檢測方法[5-6]。但由于2，4—二硝基苯肼(DNPH)衍生物較低的揮發(fā)性和較差的熱穩(wěn)定性，氣相色譜法一直沒能得到廣泛應用[7]。目前國內(nèi)已出臺了液相色譜法測定土壤中醛酮類化合物的標準，本研究測定方法參照HJ 997—2018，并在此基礎上進行優(yōu)化探討。崔連喜，李利榮等已經(jīng)深入探討了液液萃取溶劑的選擇和液液萃取方式的對比[8]，所以本文在對比液液萃取和固相萃取兩種方式的基礎上，又著重探討了固相萃取條件的對比，以此豐富土壤中醛酮類檢測方法的研究。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent LC 1260液相色譜儀，配備紫外檢測器(VWD)，色譜柱型號ZORBAX Eclipse XDB-C18，4.6×250 mm, 4 μm；SPE1000-4全自動固相萃取儀(北京萊伯泰科儀器公司)，C18柱固相萃取柱；恒溫振蕩器(科析儀器公司，THZ-82)；LabTech濃縮儀(MultiVap-10)；探頭式超聲儀(上海生析超聲公司，F(xiàn)S-450N)；超聲清洗器(昆山超聲儀器公司，KQ-600V)。

15種醛酮類混合標準溶液(上海安譜)：1 000 mg·L-1，15種醛酮類-2,4-二硝基苯肼混合標準溶液(上海安譜)：1 000 mg·L-1。

醋酸-醋酸鈉提取劑：稱取5.3 g醋酸鈉，用水溶解后加入2.0 mL冰醋酸，用水稀釋定容至1 L。

緩沖溶液：稱取84.0 g檸檬酸和29.4 g檸檬酸鈉，用水溶解定容至500 mL， pH≈3。

DNPH衍生劑：稱取3.00 g DNPH于乙腈中，用乙腈溶解定容至1 L。

1.2 儀器條件

柱溫35 ℃保持34 min，流動相為60%乙腈+40%水等度洗脫，流速1.0 mL/min，紫外檢測器波長360 nm，進樣量10.0 μL。

1.3 方法原理

醛、酮的氧原子可以與水形成氫鍵，因此低級醛、酮可以與水混溶[1]。根據(jù)其性質(zhì)，土壤中醛酮類化合物用醋酸-醋酸鈉溶液振蕩提取，提取液中醛、酮類化合物在一定溫度和pH下與DNPH發(fā)生衍生化反應，生成穩(wěn)定的腙類化合物，經(jīng)萃取濃縮后，用高效液相色譜分離，紫外檢測器檢測，以保留時間定性，外標法定量。

1.4 試驗方法

稱取10.00 g樣品于250 mL提取瓶中，加入200 mL 提取劑密封，在振蕩器中振蕩不少于18 h，用玻璃纖維濾膜過濾，收集提取液，取100 mL提取液于平底燒瓶中，加入4 mL緩沖溶液、6 mL衍生劑，置于超聲清洗器中衍生，40 ℃超聲30 min。向衍生后的溶液中加入10 mL氯化鈉溶液(ρ=0.365 g/mL)并轉(zhuǎn)移至C18固相萃取柱萃取，用乙腈洗脫，收集洗脫液并定容至10 mL，按上述條件測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

本文考察了ZORBAX SB-C18(4.6×250 nm,5 μm)，ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6×250 mm, 4 μm)，ZORBAX ODS (4.6×250 mm,5 μm)三種型號液相色譜柱對15種醛酮類-DNPH的分離效果，結(jié)果如圖1。

(1) ZORBAX SB-C18色譜柱

(2) ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱

(3)ZORBAX ODS色譜柱

由圖1可知，使用ZORBAX SB-C18色譜柱，大多數(shù)的目標化合物能夠?qū)崿F(xiàn)分離、有較好的響應值和峰型，但是間-甲基苯甲醛和對-甲基苯甲醛色譜峰完全重合。ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱可以分離15種醛酮類化合物，并且有良好的響應值和峰型；雖然該色譜柱對間-甲基苯甲醛和對-甲基苯甲醛的分離度不佳，但是可以通過改變積分參數(shù)實現(xiàn)單獨定量，本研究為了便于統(tǒng)計將兩者合并計算。ZORBAX ODS色譜柱雖然也有同樣的效果，但是其出峰時間太短，土壤的基質(zhì)干擾通常很大，不利于目標物的定性，最終本試驗選擇ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱。

2.2 提取方式的選擇

加入一定量的醛酮類混合標準溶液至空白土壤中，分別采用振蕩提取、探頭式超聲提取、超聲清洗器提取三種方式進行提取。其中振蕩提取和清洗器提取按照上述實驗步驟進行；探頭式超聲為防止目標物揮發(fā)損失，將提取劑和衍生劑一起加入到加標樣品中，在提取的同時進行衍生化反應[3]。結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，探頭式提取方式回收率略高于超聲清洗劑提取，振蕩提取時，15種醛酮類化合物的回收率大部分>70%，明顯高于兩種超聲提取的回收率，因此本研究選擇振蕩提取的方式提取土壤中醛酮類化合物。

圖2 不同提取方式下醛酮類化合物的回收率Fig. 2 Recovery of aldehydes and ketones under different extraction methods

2.3 萃取方式的對比

本節(jié)對比了液液萃取和固相萃取兩種方式的回收率。同樣，制備已知量的空白土壤加標樣品，按照上述試驗方法進行固相萃取。液液萃取方法為向衍生后的提取液中加入1.5 g NaCl，分別用15 mL和10 mL 二氯甲烷分兩次萃取，萃取液經(jīng)無水硫酸鈉脫水，氮吹濃縮近干，更換溶劑為乙腈，用乙腈準確定容至10 mL，混勻待測，結(jié)果見圖3。

圖3 不同萃取方式下醛酮類化合物的回收率Fig. 3 Recovery of aldehydes and ketones under different extraction methods

從圖3中可以看出，固相萃取方法的回收率大部分物質(zhì)略高于液液萃取，除甲醛外其他相差不超過10%，兩種方式都可以得到較好的回收效果，因此兩種萃取方式都可以用來測定土壤中醛酮類化合物，本試驗選擇固相萃取方式。

2.4 基質(zhì)的影響

分別稱取10.00 g石英砂、砂土和壤土，制備醛酮類混標加標量為1.0 μg·kg-1的三種加標樣品，考察了樣品基質(zhì)對醛酮類回收率的影響，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，三種基質(zhì)回收率石英砂>砂土>壤土，說明基質(zhì)對回收率有一定的影響，但是本文只討論了三種基質(zhì)對回收率的影響，具體如何影響、是否其他類型固體基質(zhì)也有影響還需要大量的實驗數(shù)據(jù)佐證。

圖4 基質(zhì)對回收率的影響Fig. 4 The effect of matrix on recovery

2.5 固相萃取條件的優(yōu)化

2.5.1 萃取次數(shù)

將兩組加標量相同的衍生后的提取液進行固相萃取。其中一組轉(zhuǎn)移至C18固相萃取柱萃取，用乙腈洗脫，收集洗脫液并定容至10 mL；另一組同樣步驟萃取，收集洗脫液，再重復一次萃取和洗脫，合并2次萃取液，濃縮至10 mL以下，定容至10 mL。測定結(jié)果如圖5。

圖5 萃取次數(shù)對回收率的影響Fig. 5 The effect of extraction times on recovery

結(jié)果表明萃取次數(shù)對土壤中醛酮類化合物的回收率沒有太大影響，說明萃取1次可以滿足回收率的要求，所以本試驗選擇固相萃取1次。但是對于高濃度的樣品，萃取柱吸附劑可能達到飽和，可適當增加一次萃取提高樣品回收率。

2.5.2 洗脫溶劑

固相萃取的原理是利用選擇性吸附和選擇性洗脫的方式對目標物進行富集、分離和凈化的過程。本文選擇乙腈和二氯甲烷兩種溶劑進行洗脫，結(jié)果如圖6。

圖6 不同洗脫溶劑對回收率的影響Fig. 6 The influence of different elution solvents on recovery

從結(jié)果可以看出，乙腈和二氯甲烷淋洗萃取柱對結(jié)果的影響差的不是很大，醛酮類極性相對弱些的幾種物質(zhì)的，用二氯甲烷淋洗稍好于乙腈，這可能由于二氯甲烷的極性小于乙腈，根據(jù)“相似相溶”原理對部分物質(zhì)淋洗更充分。實際試驗過程中，乙腈淋洗結(jié)果回收率更穩(wěn)定，并且不需要轉(zhuǎn)換溶劑，綜合上述結(jié)論，本試驗選擇乙腈作為淋洗溶劑。

2.6 標準曲線與檢出限

分別加入0.00、2.00、4.00、6.00、30.0、60.0、100 μL 的醛酮類-DNPH標準溶液，用乙腈稀釋至1 mL，標準系列溶液濃度分別為：0.00、0.03、0.06、0.09、0.45、0.90、1.50 μg·mL-1。按照儀器條件進樣分析，以標準系列溶液中目標化合物濃度為橫坐標，以其對應峰面積為縱坐標，建立標準曲線，線性回歸方程如表1。

對方法檢出濃度的3～5倍濃度的樣品連續(xù)測定10次，根據(jù)標準偏差S計算檢出限。計算公式為MDL=t(n-1,0.99)×S，式中t(9,0.99)=2.821，結(jié)果見表1。

表1 醛、酮類標準曲線和檢出限

2.7 精密度與準確度試驗

按照上述試驗方法對3個加標濃度分別為0.20 mg·kg-1、0.50 mg·kg-1、2.00 mg·kg-1的空白土壤樣品進行6次重復測定，計算精密度和準確度，結(jié)果見表2。

表2 精密度和準確度試驗結(jié)果

由表2可知，丙酮的回收率范圍40.8%～56.5%，醛類化合物回收率范圍63.0%～86.5%，相對標準偏差6.4%～19%。丙酮回收率偏低是由于丙酮水溶性強，衍生化效率稍低[3]。

2.8 實際樣品分析

采集某化工企業(yè)土壤樣品，按照試驗方法進行測定，結(jié)果檢測出甲醛濃度1.56 mg·kg-1、乙醛濃度0.68 mg·kg-1，其他物質(zhì)未檢出。

本文采用溶劑提取-DNHP衍生-C18固相萃取-液相色譜法測定土壤種的15種醛酮類化合物，并討論了不同色譜柱、不同提取方式和萃取方式的對比以及基質(zhì)對目標化合物回收率的影響，優(yōu)化了固相萃取條件。此方法抗干擾強、回收率高、檢出限低、簡潔高效，方法線性范圍、精密度準確度結(jié)果滿意。