差量頂空-氣相色譜法測定有機肥料中三氯乙醛的含量

孫光舉

(龍巖市產品質量檢驗所，福建 龍巖 364000)

三氯乙醛為無色、易揮發且有刺激性氣味的油狀液體，物理性質：溶于水、乙醇、乙醚和三氯甲烷，特別是易吸收水分形成水合三氯乙醛，環境中的三氯乙醛在微生物和化學作用下可以轉化為三氯乙酸或分解，是工業生產中生產有機化工產品的重要原料和有機中間體。三氯乙醛具有生物毒性，對生態環境系統和人類健康產生嚴重的影響[1]：影響植物細胞的正常分裂，致使植物生長畸形，尤其對北方冬小麥等農作物的危害最大：可致使土壤酸化、導造成幼苗減產、農作物絕產等；生活中人類及動物飲用受到三氯乙醛輕度污染的水后會使中樞神經系統受到抑制，出現明顯嗜睡、身體乏力等癥狀；長期飲用一定濃度含量的三氯乙醛的水的致癌、致畸和致突變的幾率增加。部分三氯乙醛會隨著化工廢物的排放進入到水、土壤和用于再生產的一些產品上。

生產中為保持農作物增產增量，常常需要使用一些肥料來保持土壤肥力。尤其近幾年綠色無公害農業的普遍認可，有機肥料在生產運用越來越多，尤其在蔬菜、水果的種植上。但有機肥料因其原料來源的不固定性、原料來源復雜，部分原料來源于化工原料、受污染的物質等以及標準的質量指標要求比較沒有涉及到一些危害性指標，且無機肥料每畝的使用量是復合肥料幾倍，因此監測有機肥料中危害性物質十分必要。考慮到三氯乙醛的對植物、動物的危害性，因此建立有機肥料的三氯乙醛的檢驗方法十分必要。

無機肥料中三氯乙醛的測定采用的是GB/T 31266-2014《過磷酸鈣中三氯乙醛含量的測定》[2]，將無機肥料用異丙醇提取，提取液氣相色譜法直接測定。因無機肥料來源比較明確、基質相對不會復雜，異丙醇提取效率高，適合無機肥料樣品前處理。一般有機肥料水分含量高，三氯乙醛溶于水以水合三氯乙醛形式存在，不易直接測定；有機肥料基質復雜，異丙醇提取目標物干擾很大，不能直接準確測定。

考慮到水合三氯乙醛在堿性條件下可以生成等物質的量的三氯甲烷[3-8]，三氯甲烷沸點低，易揮發、可采用頂空的方法進行測定[9]；頂空進樣是對密閉頂空瓶中的固/液態樣品之上處于平衡狀態的蒸汽進行的分析，此方法利用氣體直接進樣，無需進行萃取、分析速度快。結合樣品前處理和儀器設備特點，本研究利用頂空-氣相色譜法測定堿化前后三氯甲烷的含量，通過測定堿化前后三氯甲烷的含量之差間接計算出三氯乙醛的濃度。

目前尚未發現采用此法測定有機肥料中三氯乙醛的研究，通過對實驗條件進行優化，建立了差量法頂空-氣相色譜間接測定三氯乙醛的新方法，應用于有機肥料的三氯乙醛的檢測取得較為滿意的結果。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器和試劑

島津GC-2010Plus氣相色譜儀，配ECD檢測器、Perkin Elmer HS40頂空進樣器。 CD-5毛細管色譜柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。

水合三氯乙醛甲醇溶液 (質量濃度為1000 μg/mL)，農業部環境保護科研監測所；甲醇中三氯甲烷溶(6.02 mg/L),中國計量科學研究院;氯化鈉、氫氧化鈉,均為分析純；試驗用水為超純水。

1.2 測定條件

色譜條件：色譜柱：CD-5毛細管色譜柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，氣化室溫度180 ℃；柱溫箱程序升溫65 ℃保持 7 min，柱流速1.5 mL/min；：40 ℃以5 ℃/min升至65 ℃，再以6 ℃/ min 升至 100 ℃，保持 5 min。檢測器溫度 200 ℃；柱前壓65 kpa，分流進樣：分流比5。保留時間定性、外標法峰面積定量。

頂空進樣器條件：頂空瓶平衡溫度60 ℃；加熱時間 20 min，取樣針溫度50 ℃；傳輸線溫度 60 ℃；去活處理的傳輸線：長度2 m、內徑0.32 mm的石英毛細管柱，加壓時間 2 min；進樣時間0.04 min，拔針時間0.2 min，頂空瓶壓力13.4 psi，恒定時間進樣模式。

1.3 標準溶液的配制

標準物質(水合三氯乙醛)在無三氯甲烷的房間以超純水配制成標準中間液10 μg/mL。根據需要配制成系列標準使用液，臨用前配制。

1.4 測定方法

1.4.1 樣品

風干后的樣品經多次縮分后取出約100 g樣品，迅速研磨至全部通過直徑1 mm尼龍篩，混勻，收集于干凈的樣品瓶或自封袋中，作分析用。

1.4.2 標準曲線

頂空瓶于150 ℃烘箱中預處理1 h，冷卻室溫，加0.2 g NaCl，緩慢加入超純水10 mL、100 μL NaOH溶液(1 mol/L)，加蓋密封。用微量注射器分別注入不同體積的標準中間液，依次配制成濃度分別為0.500、1.00、2.00、5.00、10.00 μg/L的標準使用液，每個濃度平行測定兩次，峰面積取平均值。以堿化處理后生成三氯甲烷的峰面積為縱坐標，以水合三氯乙醛濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

1.4.3 樣品測定

頂空瓶于150 ℃烘箱中預處理1 h，冷卻室溫稱取烘干無三氯甲烷的有機肥樣品2.0 g，加0.2 g NaCl，緩慢加入超純水(使得樣品和加入水總量為10 mL)、100μL NaOH溶液(1 mol/L)，加蓋密封,利用優化好的程序分別上機測定堿化后樣品與未經堿化處理的有機肥料樣品，所測得的三氯甲烷峰面積之差即為樣品中的三氯乙醛經堿化后產生三氯甲烷的峰面積，由標準曲線計算可得有機肥料樣品中水合三氯乙醛的濃度。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

本試驗中要分離的三氯甲烷為極性物質，實驗選擇不同極性的毛細管柱DB-624和CD-5進行試驗，DB-624分離需要較長時間，CD-5柱分離效果好，在較短的時間內實現溶劑和待測物質的基線分離。三氯甲烷沸點較低，色譜條件選擇柱溫 65 ℃待測物質氣化良好，同時樣品中的水分未達到沸點，氣化較少，很好的保護了色譜柱和ECD檢測器。

2.2 頂空條件的選擇

三氯乙醛和氫氧化鈉在常溫下就可以反應，為保證反應完全，同時考慮三氯甲烷的氣相分配。本試驗考察了考察不同的平衡溫度對三氯甲烷峰面積響應值的影響，配制10.0 μg/L 的三氯乙醛標準溶液，平衡溫度分別設定為30 ℃、45 ℃、 55 ℃、65 ℃、75 ℃，結果顯示，當平衡溫度為40～60 ℃時峰面積明顯增加，60 ℃后峰面積相對穩定，說明樣品轉化率趨于穩定。考慮到溫度升高，進入氣相色譜的水蒸氣也隨之增加，過多水分將對毛細管色譜柱和ECD檢測器產生損害。因此，本方法選擇60 ℃為平衡溫度。

2.3 平衡時間

樣品中易揮發性有機物在氣、液相中達到平衡需要溫度和時間，合適的平衡時間，可以提高目標物在氣相中的濃度，同時穩定的氣液平衡可以提高校準曲線的相關系數。實驗對 10.0 μg/L的三氯乙醛標準溶液試驗不同的穩平衡時間，分為10、20、30、40 min，考察三氯甲烷響應值的高低。隨著平衡時間邊長，三氯甲烷的響應值越大，平衡時間達到20 min時峰面積響應較大，隨著時間延長，響應值增加緩慢。從分析時間考慮，本試驗將平衡時間定為20 min。

2.4 轉化效率

測試結果的準確性依賴于三氯乙醛轉化為三氯甲烷的效率，本試驗選擇的6.02 μg/L三氯甲烷和10.0 μg/L三氯乙醛做驗證試驗，分別注入到頂空瓶中，看峰面積是否有顯著性差異(折算為同一濃度)，試驗表明二者峰面積之差小于5%，證明轉化效率大于95%，適用本方法的測定。

2.5 氫氧化鈉的加入量

氫氧化鈉提供堿性環境并參與化學反應，加入量影響三氯乙醛的轉化：加入量過少，反應不完全；加入量過多，造成試劑的浪費及腐蝕頂空瓶、會使響應值減小。實驗中保持實驗中其他條件不變，用10.0 μg/L的三氯乙醛溶液分別進行不同濃度試驗：加入1 mol/L的NaOH溶液50～500 μL。 結果表明，三氯甲烷的峰面積響應隨著NaOH加入量的增加而增大，當NaOH量為100 μL時，三氯乙醛與NaOH反應完全，三氯甲烷達到響應值較大隨后響應值趨于平緩。因此將NaOH加入量定為100 μL。

2.6 鹽的加入量

為了更快達到氣/液氣平衡，頂空分析實驗中通常加入無機鹽，加入無機鹽的目的是降低有機物在水中的溶度，提高目標物在頂空部分的濃度。本實驗考察了在10 μg/L的三氯乙醛標準溶液中加入不同質量的氯化鈉，結果表明在隨著NaCl加入量增加，三氯甲烷響應增大，NaCl加入大于0.2 g時，三氯甲烷響應達到最大后趨于穩定。因此在體系中將NaCl加入量定為0.2 g。

2.7 標準曲線

按照優化條件對水合三氯乙醛標準溶液進行分析，得到堿化后的三氯甲烷的色譜圖，配制標準系列三氯乙醛標準溶液，以堿化后的三氯甲烷峰面積對水合三氯乙醛濃度繪制標準曲線，線性回歸方程：Y=3020X+547,相關系數R2=0.999。 在0.500～10.0 μg/L 濃度范圍內，三氯乙醛具有良好的線性。

2.8 檢出限

儀器的檢出限一般按照3倍的信噪比進行計算，本試驗連續分析濃度為0.500 μg/L三氯乙醛標準溶液，重復6次進樣，計算平均峰高，按照3倍信噪比計算檢出限，得到三氯乙醛檢出限為0.200 μg/L。以取樣量為2.0 g計，得到三氯乙醛的檢出限為1.00 μg/kg。

2.9 回收率和精密度試驗

在不含三氯甲烷和三氯乙醛的有機肥料中，分別加入濃度為1.00、5.00、10.00 μg/L的三氯乙醛標準溶液測定，每個濃度平行測定6次，結果見表1所示。6次結果的相對標準偏差均小于5%，加標回收率在90%～ 110%之間，表明該方法具有較高的精密度和準確度。

表1 精密度和回收試驗結果(n=6)

2.10 實際樣品的測定

應用優化的頂空-氣相色譜法對龍巖市各縣區分布的有機肥料進行三氯乙醛含量分析。測定堿化前后樣品中三氯甲烷的峰面積之差，從而間接計算出三氯乙醛含量，經計算結果顯示三氯乙醛的含量均低于檢出限。說明本地區的有機肥料的生產沒有使用含三氯乙醛的原料或者原料沒有受到三氯乙醛的污染。

3 結 論

本試驗采用了差量頂空-氣相色譜法間接測定有機肥料中三氯乙醛含量。通過對色譜條件、頂空條件、加鹽量和加堿量等條件的優化，實現了三氯乙醛目標物和雜質完全分離、準確定性、定量，在優化條件下檢出限為1.00 μg/kg，線性相關系數R2為0.999，實現了有機肥料的三氯乙醛的準確測定。本試驗通過轉化目標物間接測定提高了三氯乙醛分析的靈敏度、減少了基質、雜質的干擾、分析過程無需使用有機溶劑、試劑消耗少、檢出限低、準確度高，減少了環境污染，滿足有機肥料樣品中對三氯乙醛的檢測要求。