土壤中3-甲酚和4-氯-3-甲酚的色譜分析研究

陳 帥，沈海倫，李改桃，王麗娟，李 誠

（浙江中通檢測科技有限公司，浙江 寧波 315040）

酚類化合物的毒性以苯酚為最大，通常含酚廢水和土壤中以苯酚和甲酚的含量最高。目前環境監測常常以苯酚和甲酚等揮發性酚作為主要污染指標。近年來，由于污水灌溉和運輸事故等原因造成的土壤苯酚和甲酚污染事件多有發生，處理土壤苯酚和甲酚污染已成為目前亟待解決的環境問題[1]。

目前，美國已將11 種酚類化合物列入129 種環境優先控制污染物之中，中國也將其中6種錄入環境優先控制污染物黑名單[2]。至今，國內外對環境樣品中酚類化合物的測定方法已有較多研究，但主要集中于水樣（如河水、工業廢水和污水處理廠排水等）以及固體樣品（如沉積物、污水處理廠污泥等），而對土壤樣品的前處理與檢測方法的研究較少[3]。裴芳等采用氣相色譜和質譜聯用(GC-MS)相結合法對某煉油廠退役場地的土壤中7種酚類污染物作了研究和檢測，發現有近1/2面積的土地被酚類化合物嚴重污染，其中主要污染物是2,4-二硝基酚和4,6-二硝基-2-甲酚[4]；KUMAR等采用超聲波萃取和高效液相色譜相結合法對印度某縣混合土地利用帶的土壤作了研究和檢測，其中發現4-硝基酚和五氯酚為其主要污染物，且總酚平均質量分數為1.92 μg/g。

本研究對土壤中的酚類化合物前處理方法進行研究，主要是以3-甲酚和4-氯-3-甲酚的為代表物質。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜儀，GC9790-N，配有FID 檢測器；石英毛細管柱DM-1，30 m×0.32 mm×0.25 μm；索氏提取器；旋轉蒸發儀，RE-52；電子分析天平，FA1004；恒溫水浴鍋，HH-4；超聲波清洗機，PS-30；抽濾裝置；真空循環水泵，SHZ-DIII。

3-甲酚標準品（CAS 59-50-7）和4-氯-3-甲酚標準品（CAS 2416-94-6），購于某環境保護科研監測所。氯化鈉、無水硫酸鈉，分別在馬弗爐中400 ℃烘烤4 h，并冷卻至室溫，于干燥器內保存。鹽酸水溶液，體積比1:3。氫氧化鈉水溶液，質量濃度0.2 g/mL。二氯甲烷、乙酸乙酯，農殘級。二氯甲烷、乙酸乙酯混合液，體積比1∶1。

土壤成分分析標準物質（空白土壤），GBW07409，購于國家標準物質研究所，作為土壤基質使用。實驗室用水為純水，經色譜檢測無干擾峰。

1.2 色譜條件

程序升溫：50 ℃（保持5min），以5 ℃/min升溫至150 ℃，再以30 ℃/min 升溫至300 ℃（保持5min）；進樣口溫度250 ℃，FID 檢測器溫度300 ℃；載氣、氫氣、空氣尾吹氣的體積流量分別為1.5、40.0、450.0、30.0 mL/min；不分流進樣，進樣量1.0 μL。

1.3 樣品前處理

取2 組相同成分的土壤標準物質（空白土壤），其中1組用索氏提取法作為前處理方法，另1組作為超聲波萃取法作為前處理方法。

在空白土壤中不加任何試劑，按1.4 節和1.5節的相同步驟制備空白試樣。

1.4 索氏提取法

準確稱取10.0 g標準土壤于小燒杯中，加入一定含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，混勻后加入硅藻土2.0 g，再次混勻后無損的移入濾紙筒內，上部蓋一片濾紙，將濾紙筒裝入索氏提取器中，加入100 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取，在80 ℃的恒溫水浴鍋上加熱提取4 h，每次回流4～6次，待冷卻后，將提取液移入250 mL 分液漏斗中，移取0.10 mL氫氧化鈉溶液調節至pH＞12，加入10.0 g氯化鈉，振蕩溶解后，加入40 mL二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取2次，收集有機相，然后再采用鹽酸溶液將有機相調節至pH＜2，加入20 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取2 次，收集合并有機相萃取液。

1.5 超聲波萃取法

準確稱取10.0 g標準土壤于具塞錐形瓶中，在土壤中加入一定含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，混勻，然后移取50 mL 氫氧化鈉溶液于具塞錐形瓶中，密封后將樣品置于超聲波清洗機超聲30 min，并提取2次，用少量的超純水重復多次洗滌具塞錐形瓶，再經抽濾裝置抽濾，再用少量的超純水重復多次洗滌抽濾錐形瓶，合并濾液并移入250 mL的分液漏斗中，加入10.0 g氯化鈉，再用鹽酸溶液將水相調節至pH＜2，加入20 mL 二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑萃取2次，經裝有無水硫酸鈉的砂芯漏斗過濾后，收集合并有機相萃取液。

1.6 濃 縮

將脫水干燥后的萃取液轉移至濃縮瓶，用濃縮裝置在45 ℃以下濃縮至1.0 mL，加入二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑3.0 mL，再濃縮定容至1.0 mL待測。

1.7 方法檢出限

在2組空白土壤中加入相同含量的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，按照1.4 節和1.5 節的方法進行前處理后，再按照1.6 節的步驟濃縮后待測，連續進樣7次，計算方法檢出限。

1.8 校準曲線的繪制

取一定體積的3-甲酚和4-氯-3-甲酚標準品于二氯甲烷、乙酸乙酯混合溶劑中，制備5個質量分數點的校準系列，按照1.2節的色譜條件，分別取校準系列質量分數1.0μL 由低到高依次進樣分析，以峰面積為橫坐標、目標化合物質量分數為縱坐標，繪制標準曲線。

2 結果與討論

2.1 線性回歸方程和定性色譜

圖1為3-甲酚和4-氯-3-甲酚定性色譜。

圖1 3-甲酚和4-氯-3-甲酚定性色譜Fig 1 Qualitative chromatography of 3-cresol and 4-choro-3-cresol

根據圖1 可得，3-甲酚的線性回歸方程為w1/(μg·g-1)=1.60×10-9A1/(mV·min)（w1為3-甲酚的質量分數，A1為3-甲酚的峰面積），R=0.999 6；4-氯-3-甲酚的線性回歸方程為w2/(μg·g-1)=3.88×10-9A2/(mV·min)，R=0.999 2。這2 種物質在質量濃度為0～100 mg/L中線性良好，分離效果好。

2.2 方法檢出限和精密度

連續測定經過上述實驗步驟預處理后得到標準溶液7次，按照公式(1)計算：

式中，MDL 為方法的檢出限，n為樣品的平行測定次數；T為自由度n-1、置信度為99%時的T分布（單側）；S為n次平行測定的標準偏差；當n為7時，其自由度為6，T(n-1,0.99)則為3.143。

根據實際稱取的樣品量進行換算，用2種方法得到3-甲酚和4-氯-3-甲酚的檢出限；在10.0 g標準土壤中分別加入5、1、0.5 μg的高、中、低3個水平的3-甲酚和4-氯-3-甲酚，每個平行測定2份，按照上述實驗步驟進行測定，用2 種方法得到回收率；中間含量的加標土壤樣品進行7次測定，計算2種方法的精密度。結果見表1。

表1 2種提取法方法檢出限（n=7）Tab 1 MDL of two extraction methods(n=7)

由實驗現象和表1 可知，索氏提取法測定實驗時間長，反應較完全，MDL 為0.14～0.30μg·g-1，RSD為8.3%～9.0%，回收率在103%～112%，符合50%～140%的要求；超聲波萃取法操作簡單方便，在短時間內可以取得效果，MDL 為0.12～0.25 μg/g，RSD為6.9%～7.9%，回收率在74.7%～76.7%，也符合50%～140%的要求，但回收率偏低的原因可能是超聲時間過長導致部分揮發。

2.3 實際土壤樣品的分析

樣品I為某石油化工廠周邊土壤，樣品II為某農田表層土壤。各取10.0 g土壤，用超聲波萃取法提取2次，按照超聲波萃取的前處理方法進行預處理，然后濃縮至1.0 mL，取1 μL進樣分析。圖2為樣品I 的氣相色譜，2 種土壤中3-甲酚和4-氯-3-甲酚含量的分析結果見表2。

表2 實際土壤樣品超聲波提取法分析結果Tab 2 Analysis results of ultrasonic extraction of actual soil samples

圖2 實際土壤樣品超聲波提取法的色譜Fig 2 Chromatography of ultrasonic extraction of actual soil samples

根據《全國土壤污染狀況調查樣品分析測試技術規定》中用氣相色譜測定酚類化合物的標準方法相比，2 種預處理方法均具有較好的檢出限、回收率與精密度，能夠應用于環境土壤樣品中混合酚類污染物的檢測[5]。

3 結 論

通過計算和比對，2種預處理方法均能在質量分數為0～100 μg/g 中取得良好的線性回歸方程，方法檢出限、回收率和精密度均在可信區間內。2種方法均可以對土壤中的3-甲酚和4-氯-3-甲酚進行有效萃取和分析，且各物質分離效果良好，不受土壤中其他物質干擾。不過因索氏提取法試劑消耗量大、環境污染嚴重、成本高、實驗時間過長，不利于大批量分析樣品；而超聲波萃取法試劑消耗少、時間短、操作方便，更適合實驗室分析樣品，因此此方法具有較好地推廣應用性。