環境水體中聯苯胺測定的方法優化研究

沈寧寧，陸啟偉，徐蘇紅

（1.江蘇省徐州環境監測中心，江蘇 徐州 221000；2.徐州國家高新技術產業開發區，江蘇 徐州 221000）

聯苯胺是聯苯的衍生物之一[1]，不能在自然界中產生，是燃料合成的重要中間體，由于其具有較強的毒性和揮發性，現已被其他無毒或低毒的中間體替代，聯苯胺及其鹽都是致癌物質，其固體及蒸汽都很容易通過人的皮膚進入體內，引起接觸性皮炎，刺激粘膜，損害肝和腎臟，據報道持續吸入濃度為18 mg/m3的聯苯胺13年可導致癌癥的發生[2]。其對水生生物具有極高毒性，可能對水體環境產生長期的不良影響。聯苯胺是國際公認的第一類致癌物，具有強烈的致癌作用，在2003年9月11日前，歐盟成員國實行禁令，我國也于2005年正式實施了國家強制性標準，明確禁止生產聯苯胺，但因用聯苯胺制造的燃料色譜齊全、易生產、價格低廉，且不被其它燃料替代而屢禁不止。

目前國內外研究水中聯苯胺的分析方法有很多種，主要有氣相色譜法、氣相色譜-質譜法、液相色譜法、液相色譜-質譜法、離子色譜-安培檢測器法等。由于聯苯胺這種物質的穩定性差，極容易氧化而導致損失，而采用GC和GC-MS進行樣品分析時其預處理和分析步驟都比較復雜，預處理不好直接影響到分析結果的準確性。由于聯苯胺的紫外吸收較差，所以用液相色譜檢測時的靈敏度也較差，因而也不滿足聯苯胺測定的要求。測定聯苯胺最理想的方法是用UPLC和HPLC/MS/MS[3]，但由于這種儀器價格昂貴，并沒有得到普及。而UPLC-熒光法可直接進樣，其靈敏度也能滿足要求，且液相色譜-熒光法為通用儀器，熒光檢測器的選擇性好，需要較少的富集水樣就能滿足要求。目前對于環境水體國家有兩個標準《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中推薦的《水和廢水標準檢驗法》（第15版）中的紫外掃描分光光度法和《水質 聯苯胺的測定 高效液相色譜法》（HJ 1017-2019）[4]，前者檢出限為0.000 2 mg/ L，后者方法檢出限為0.006 μg/L，與《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）相比，前者方法不滿足評價標準要求，本文在環境標準方法基礎上，研究進一步優化聯苯胺的測量方法，使之更加簡便、快速，適用性更廣。用固相萃取裝置對待測樣品進行富集與凈化，然后再用氮吹儀進行濃縮，最后用純水進行定容，通過實驗建立適合的分析條件，并將其應用于各種實驗室樣品的檢測，從而為從事聯苯胺分析的工作人員提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

帶熒光檢測器的液相色譜儀HPLC1200（安捷倫公司），C18（250 mm×3 mm×5 μm）；全自動固相萃取儀AutoTrace 280；氮吹儀（美國Caliper公司）。

二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、甲醇均為液相色譜純，購自美國默克公司；氨水、氯化鈉、無水硫酸鈉均為優級純，國藥化學試劑有限公司；Waters Oasis MCX 6 ml150 mg；聯苯胺標準溶液（1 000 mg/L）。

1.2 樣品前處理條件

樣品前處理占據了整個樣品分析過程中的大部分時間，樣品前處理的目的是去除樣品中的干擾物質，濃縮待測組分，以提高分析的靈敏度、準確度，同時還可以起到保護儀器的作用。所以對樣品進行合適的前處理是進行準確分析的前提。有文獻表明，由于聯苯胺顯弱堿性[5]，堿性條件下的聯苯胺回收率較好，因此，本文調節水樣pH值為11左右；參考馬小杰[6]的研究結果；在水樣中加入0.5 g/L干燥好的NaCl（用馬弗爐在350 ℃下烘6 h），利用鹽析效應可以提高萃取效率，在每升水中加入5 mL甲醇可以增加有機相在陽離子交換固相萃取小柱上的吸附能力，提高聯苯胺的回收率，固相萃取的具體過程見表1。

表1 固相萃取方法

1.3 測定聯苯胺的儀器分析條件

流動相A：乙腈，流動相B:0.01 mol/L乙酸銨溶液 ；流動相A/流動相B=20/80（v/v），流速：1.0 mL/min；柱溫：40 ℃；熒光檢測器激發波長：290 nm，發射波長430 nm；進樣體積為40.0 μL。

2 結果與討論

2.1 萃取溶劑的選擇

聯苯胺是弱極性化合物，選擇了常用的四種有機溶劑對聯苯胺的萃取效率進行實驗，萃取回收率見表2。從回收率結果可以看出，二氯甲烷作為萃取劑，萃取的效率最高，回收率高達93%，而三氯甲烷和丙酮的回收率均較低，尤其是正己烷的萃取回收率還不到10%，因此后續的實驗均選擇用二氯甲烷來萃取樣品中的聯苯胺。

表2 不同溶劑萃取水中聯苯胺的回收率

2.2 液相色譜流動相比例和流速

由于流動相在保留過程中具有非常重要的作用，流速的大小對測量結果也會產生一定的影響，所以需優化流動相比例，尋找合適的洗脫梯度。通過實驗，我們發現當乙腈在流動相中的占比較小時，如乙腈比例為5%或10%時，聯苯胺出峰時間較長，監測效率較低。隨著乙腈在流動相中比例的增加，待增加到20%時聯苯胺出峰時間縮短，分離比較徹底。隨著乙腈比例繼續增加，增加到30%以上時就會造成一些峰不能很好地分離，也會對峰高和峰面積造成影響，并影響聯苯胺的正常檢測結果，所以選乙腈比例為20%。調整合適的流速達到合適的分離度。實驗證明，如果流速過慢就會出現色譜峰拖尾的現象，流速過快也會對儀器造成一定的影響，最佳流速一般與柱內徑成正比。對于聯苯胺的測量選擇流速為1.0 mL/min，在乙腈比例為20%時，測定聯苯胺的保留時間為7.56 min。

2.3 洗脫劑的體積

用固相萃取的目的之一就是為了節省試劑，因此在淋洗完全的基礎上洗脫劑用得越少越好。可以少量多次進行洗脫，根據回收率找到適宜的洗脫液體積。為考察不同體積洗脫劑對聯苯胺測定的影響，研究用2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10 mL、12 mL的氨水甲醇（6+94）溶液進行洗脫時，聯苯胺的回收率見表4。聯苯胺的回收率開始時隨著洗脫體積的增大而逐漸增大，但當洗脫劑用量大于8 mL時，洗脫效果不再增大。綜合考慮，本文選擇8 mL作為洗脫液體積。

表4 不同洗脫液體積對聯苯胺回收率的影響

2.4 洗脫液氮吹溫度的優化

氮吹溫度是影響聯苯胺重要的參數，一般說來氮吹溫度越高，分析效率越高；但是過快的氮吹溫度有可能會造成樣品的損失[7]。本文考察了氮吹溫度在45 ℃～65 ℃之間的四個溫度；在8 mL，6%氨水甲醇溶液中加入2.0 μg聯苯胺，混勻后分別在45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃下氮吹濃縮至1 mL，然后再定容到2 mL，測定水域溫度下聯苯胺的回收率，在四種氮吹溫度下，聯苯胺的回收率在89.6%～95.0%之間，本方法選擇55 ℃作為氮吹濃縮溫度。

表5 不同氮吹溫度對聯苯胺回收率的影響

2.5 方法的線性范圍、標準曲線和相關系數

移取聯苯胺標準使用溶液，用1:1的甲醇水溶液配制成質量濃度分別為2.00、5.00、10.0、50.0、100、200、300 μg/L的標準系列，各濃度聯苯胺的峰面積見表6。在2～300 μg/L范圍內，校準曲線相關系數為0.999 4。50.0 μg/L聯苯胺的液相色譜譜圖見圖1，聯苯胺的出峰時間為7.5 6 min，峰形尖銳，分離度好。

圖1 聯苯胺標準色譜圖（ρ=50.0 μg/L）

表6 校準曲線及相關系數

2.6 方法的精密度、準確度和檢出限

本文選取一個低濃度2.0 μg/L聯苯胺樣品，對其進行加標，加標濃度分別為5.0 μg/L和10.0 μg/L，對2.0 μg/L的聯苯胺樣品進行10次測量，用標準偏差來檢驗其精密度，用相對誤差來檢驗其準確度；同時對高低濃度的加標點分別進行6次測定，結果見表7，高低濃度的樣品測定回收率分別為92.8%、84.2%，符合水樣中聯苯胺測定的要求；相對標準偏差分別為6.8%、4.5%，方法檢出限為0.004 μg/L。

表7 聯苯胺檢出限、精密度和準確度

2.7 環境水體中聯苯胺的測定

按以上條件的高效液相色譜-熒光法，分別對某印染廠排出的污水和地下水中的聯苯胺含量進行測定，測定結果見表8，污水和地下水中聯苯胺質量濃度分為0.205 μg/L和0.004 μg/L。污水和地下水加標回收率分別為85%和84%，測定結果和準確度均能滿足方法要求。

表8 兩種方法法測定實際樣品聯苯胺含量

3 結論

本文通過多組室內試驗數據，在國家環境標準HJ1017-2019的基礎上優化了聯苯胺樣品的前處理過程和HPLC-熒光法的檢測方法，提高了檢測靈敏度，并且檢出限等參數優于國標標準。將其應用于某企業廢水樣品和清潔水體的聯苯胺檢測，測定結果和準確度均能滿足要求。因此，該優化方法可以用于實際水體聯苯胺的檢測。