CN111458441A - 一种土壤中苯胺的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤污染物的检测技术领域，具体公开一种土壤中苯胺的检测方法。所述土壤中苯胺的检测方法包括以下步骤：将待测的土壤样品、硅藻土、硫代硫酸钠和苯胺内标混合得到混合样品；所述混合样品经萃取溶剂萃取，得到萃取液，其中萃取温度为45‑55℃、萃取压力为100‑150bar，所述萃取溶剂由正己烷、丙酮和氨水混合而成；所述萃取液经气相色谱‑质谱联用分析测定、计算待测土壤样品中苯胺的含量。本发明相比于传统检测方法，具有检出限低、重现性好和准确度高的优势，且气相色谱‑质谱联用法的设备普遍性高、操作简单，在土壤中苯胺的检测方法中易推广使用。

Description

一种土壤中苯胺的检测方法

技术领域

本发明涉及土壤污染物的检测技术领域，尤其涉及一种土壤中苯胺的检测方法。

背景技术

苯胺是重要的有机化工原料，广泛用于橡胶、印染、制药、塑料、陶器上釉等工艺生产过程中，随工业废水和废气的排放，造成水、土和空气等的污染。而苯胺属高毒性有机污染物，可导致人体急性中毒或慢性中毒，产生头痛、眩晕、疲倦、记忆力下降、呼吸不畅，甚至窒息死亡等症状，长期与苯胺接触还可引起癌症。各国环保、卫生部门已将苯胺作为重要的检测指标之一，我国也早已将其列入优先监测的污染物。

但是土壤或沉积物中现有的苯胺检测方法存在一定的局限性。如化学分析法，检测手段落后，检测结果准确性差，凡是带有苯胺基团的化合物就可发光或显色，专属性较差，并且难以精确检测到苯胺的具体含量。虽然液相色谱-三重四极杆质谱法可以进行定量分析，但是土壤需要经超声萃取仪提取；一方面，超声控温难度大、提取收率低、操作步骤繁琐，另一方面，液相色谱-三重四极杆质谱昂贵，不适合小实验室的推广使用等。

发明内容

针对现有对土壤中苯胺含量的分析方法存在提取率低、操作工艺繁琐、分析结果准确性差以及不适合小实验室推广使用的问题，本发明提供一种土壤中苯胺的检测方法，其采用加压流体萃取法，经浓缩和净化后，采用气相色谱-质谱联用法即可准确测得土壤中苯胺的含量。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种土壤中苯胺的检测方法，包括以下步骤：

将待测的土壤样品、硅藻土、硫代硫酸钠和苯胺内标混合得到混合样品；

所述混合样品经萃取溶剂萃取，得到萃取液，其中萃取温度为45-55℃、萃取压力为100-150bar，所述萃取溶剂由体积比为1:0.8-1.2:0.0005-0.0015的正己烷、丙酮和氨水混合而成，所述氨水的浓度为25-28wt％；

所述萃取液经气相色谱-质谱联用分析测定、计算待测土壤样品中苯胺的含量。

相对于现有技术，本发明将土壤样品与硅藻土和硫代硫酸钠混合后，在萃取温度为45-55℃、萃取压力为100-150bar的条件下利用体积比为1:0.8-1.2:0.0005-0.0015的正己烷、丙酮和氨水混合得到的萃取溶剂进行萃取，可以增大提取的可控性，提高萃取效率，其中氨水的加入比例可以保证整个萃取过程中苯胺的稳定性，保证检测结果的准确性。在上述萃取条件下，土壤样品中的苯胺提取率可以达到84％以上(现有苯胺提取方法中苯胺提取率仅为20-30％)，同时大大提高土壤中苯胺含量检测结果的准确度。整个检测过程操作简单，安全性高，适用于小型实验室对土壤样品的大批量检测处理。

本发明采用气相色谱-质谱联用法对萃取液中的苯胺进行测定，相比于利用液相色谱-三重四极杆质谱法对上述土壤样品提取液进行测定，具有检出限相当、重现性好和准确度高的优势，且气相色谱-质谱联用法的设备普遍性高、操作简单，在土壤中苯胺的检测方法中易推广使用。

优选的，所述待测的土壤样品是经过冷冻、干燥和研磨处理的待测土壤。对土壤样品冷冻、干燥、磨碎，再与硅藻土和硫代硫酸钠混合，有利于提高成分复杂的土壤中苯胺的萃取效率和回收率。

优选的，所述待测的土壤样品、硅藻土和硫代硫酸钠的质量比为10:10-20:0.5-1.5。

上述土壤样品中加入的硅藻土和硫代硫酸钠的质量，可进一步增加土壤的分散能力，抑制苯胺的氧化，进而提升苯胺的提取率，以及土壤中苯胺含量测定的准确度。

优选的，所述混合样品中还添加有苯胺替代物和所述苯胺替代物的内标，其中所述苯胺替代物及所述苯胺替代物的内标分别与所述苯胺内标质量相等

优选的，每克所述待测的土壤样品添加苯胺内标的质量为0.3-0.5μg。

优选的，所述苯胺内标为苯胺-d5，所述替代物为硝基苯-d5，所述替代物内标为1,4-二氯苯-d4。

优选的，所述萃取温度为48-52℃，所述萃取压力为110-130bar。

优选的，所述萃取液分析测定前还包括浓缩和净化处理。

利用上述萃取方法将得到的苯胺萃取液经过浓缩和净化处理后，进一步提高气相色谱-质谱联用法对苯胺测定的准确性。

优选的，所述净化处理采用硅酸镁柱对浓缩后的萃取液进行所述净化处理。

优选的，所述气相色谱-质谱联用的气相色谱条件为：

色谱柱：DB-5MS UI色谱柱，长30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；

进样口温度：185-195℃；

程序升温过程：初始温度50℃保持1-2min；以6℃/min的速率升至100℃；再以60℃/min的速率升至300℃，保持2-3min；

柱流速：0.8-1.2mL/min；

进样方式：不分流进样，进样量0.8-1.2μL；

所述气相色谱-质谱联用的质谱条件为：

离子源：EI源；

离子源温度：225-235℃；

离子化能量：65-75eV；

接口温度：240-260℃；

扫描范围：35amu-450amu；

溶剂延迟时间：4-5min；

数据采集方式：全扫描。

优选的，待测的土壤样品中苯胺含量的计算方法包括以下步骤：

①内标法得到所述萃取液中苯胺和苯胺内标的浓度；

②根据苯胺内标的回收率，计算待测土壤样品中苯胺的浓度。

上述气相色谱-质谱联用法的条件的选择，对土壤苯胺提取液中的苯胺具有检测限低、选择性好以及抗干扰能力强的优势，为检测土壤中苯胺含量提供了一种标准、可靠以及方便快捷的方法。

优选的，所述混合样品经2-3次静态循环萃取，每次萃取时间为5-15min。

本发明用加压流体萃取法对混合样品进行静态循环萃取，相比于使用超声萃取等方法，具有提取操作简便、自动化程度高、一次性得到全部萃取液、提取时间短、节省人力的优势。同时上述该萃取条件下，可以进一步提高土壤样品中苯胺的回收率，提升安全性，适用于大批量处理土壤样品的检测。经试验发现，用HJ834-2017中的加压流体萃取法对所述混合样品直接进行萃取会导致苯胺降解，几乎无法提取得到，而本申请改变现有加压流体萃取法的高温高压提取模式以及萃取溶剂的组成，通过对萃取温度和萃取压力的设定，结合样品的前处理和萃取溶剂的组成，不但克服了加压流体萃取法提取不到土壤中苯胺的缺陷，还进一步提高苯胺的萃取率。使该方法可直接采用加速溶剂萃取仪进行萃取。

优选的，所述静态循环萃取次数为2次，每次萃取时间为10min，萃取后进行氮气吹扫，其中氮气吹扫时间为3-5min。

附图说明

图1是本发明实施例中制备的含有苯胺、苯胺-d5、硝基苯-d5和1,4-二氯苯-d4的标准溶液的总离子流图；

图2是本发明实施例中绘制的苯胺的标准曲线图；

图3是本发明实施例中绘制的硝基苯-d5的标准曲线图；

图4是本发明实施例中检测20300095.D土壤样品得到的苯胺提取离子图；

图5是本发明实施例中检测20300095.D土壤样品得到的苯胺-d5提取离子图；

图6是本发明实施例中检测20300095.D土壤样品得到的硝基苯-d5提取离子图；

图7是本发明实施例中检测20300095.D土壤样品得到的1,4-二氯苯-d4提取离子图；

图8是本发明实施例中检测20300097.D土壤样品得到的苯胺提取离子图；

图9是本发明实施例中检测20300097.D土壤样品得到的苯胺-d5提取离子图；

图10是本发明实施例中检测20300097.D土壤样品得到的硝基苯-d5提取离子图；

图11是本发明实施例中检测20300097.D土壤样品得到的1,4-二氯苯-d4提取离子图；

图12是本发明实施例中检测加标后的20300095.D土壤样品得到的苯胺提取离子图；

图13是本发明实施例中检测加标后的20300095.D土壤样品得到的苯胺-d5提取离子图；

图14是本发明实施例中检测加标后的20300095.D土壤样品得到的硝基苯-d5提取离子图；

图15是本发明实施例中检测加标后的20300095.D土壤样品得到的1,4-二氯苯-d4提取离子图；

图16是传统加压流体萃取结合净化和气相色谱质谱法对20300097.D土壤样品进行检测得到的苯胺提取离子图；

图17是传统加压流体萃取结合净化和气相色谱质谱法对20300097.D土壤样品进行检测得到的苯胺-d5提取离子图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

1苯胺提取

1.1称样

称取10g冻干土壤样品与10g硅藻土和1g硫代硫酸钠混匀，装入萃取池内并加入4μg硝基苯-d5、4μg苯胺-d5和4μg的1，4-二氯苯-d4。

1.2萃取

将萃取池放入加压流体萃取装置(PSE)中，制备萃取溶剂(体积比为1：1：0.001的正己烷、丙酮和氨水)；设置加热温度为50℃、萃取池压力为120bar；预加热平衡5min；静态萃取时间为10min；氮气吹扫时间为3min；静态循环萃取次数为2次，收集得到萃取液。

1.3浓缩

将提取液置于平行浓缩仪中浓缩至5mL以下，为防止蒸干需开启冷水保护。

1.4净化

将硅酸镁净化小柱固定在固相萃取装置上，用10mL二氯甲烷淋洗硅酸镁净化小柱，加入5mL正己烷，待硅酸镁净化小柱充满后关闭流速控制阀浸润5min，缓慢打开控制阀，继续加入5mL正己烷，在填料暴露于空气之前，关闭控制阀，弃去流出液。将浓缩后的提取液转移至硅酸镁净化小柱上，用2mL正己烷分两次洗涤浓缩器皿，洗液全部转入硅酸镁净化小柱中。缓慢打开控制阀，在填料暴露于空气之前关闭控制阀，加入10mL二氯甲烷-正己烷-丙酮混合溶剂(二氯甲烷：正己烷：丙酮的体积比为1:1:0.05)，浸1min，缓缓打开控制阀，保持2mL/min的流速，收集全部洗脱液。

1.5浓缩定容

室温下，开启氮气至洗脱液表面有细微涟漪(避免形成气涡)。将净化后的洗脱液用手动浓缩仪浓缩至不少于0.9mL，用正己烷定容至1mL，摇匀。冷藏，避光保存，7天内进行下一步测定。

2绘制标准曲线

2.1检测得到总离子流图

制备含有苯胺、苯胺-d5、硝基苯-d5和1,4-二氯苯-d4的标准品溶液，制备方法为：分别称取苯胺、苯胺-d5、硝基苯-d5和1,4-二氯苯-d4加入洗脱剂(二氯甲烷：正己烷：丙酮的体积比为1：1:0.05)中，使苯胺的浓度为2μg/mL，苯胺-d5的浓度为4μg/mL，硝基苯-d52μg/mL，1,4-二氯苯-d4的浓度为4μg/mL。对含有苯胺、苯胺-d5、硝基苯-d5和1,4-二氯苯-d4的标准溶液进行气相色谱-质谱联用法进行检测，得到的总离子流图如图1所示。

2.2标准曲线的绘制

分别取苯胺标准使用液和硝基苯-d5标准溶液于进样小瓶中，再加入苯胺内标(苯胺-d5)和硝基苯-d5内标(1,4-二氯苯-d4)使用液，用二氯甲烷稀释并定容至1000μL，使苯胺和硝基苯-d5的质量浓度分别为0.1μg/mL、0.2μg/mL、0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、5.0μg/mL。上述6个质量浓度梯度的溶液中苯胺内标(苯胺-d5)的质量浓度为4.0μg/mL，硝基苯-d5内标(1,4-二氯苯-d4)的质量浓度为4.0μg/mL。

设置气相色谱-质谱联用仪中的气相色谱条件为：

色谱柱：DB-5MS UI色谱柱，长30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；

进样口温度：190℃；

程序升温过程：初始温度50℃保持1min；以6℃/min的速率升至100℃；再以60℃/min的速率升至300℃，保持2min；

柱流速：1mL/min；

进样方式：不分流进样，进样量1μL；

所述气相色谱-质谱联用法中的质谱条件为：

离子源：EI源；

离子源温度：230℃；

离子化能量：70eV；

接口温度：250℃；

扫描范围：35amu-450amu；

溶剂延迟时间：4.5min；

数据采集方式：全扫描。

设定好气相色谱-质谱联用仪的各项检测参数后，将含有苯胺和硝基苯-d5质量浓度分别为0.1μg/mL、0.2μg/mL、0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、5.0μg/mL的溶液从低浓度到高浓度依次进样分析。以苯胺和苯胺内标的质量浓度的比值(相对浓度)为横坐标，以苯胺与苯胺内标(苯胺-d5)的定量离子响应值的比值(相对响应值)为纵坐标，绘制苯胺标准曲线，得到的苯胺的标准曲线如图2所示；以硝基苯-d5与硝基苯-d5内标的质量浓度的比值(相对浓度)为横坐标，以硝基苯-d5与硝基苯-d5内标(1,4-二氯苯-d4)的定量离子响应值的比值(相对响应值)为纵坐标，绘制硝基苯-d5标准曲线，得到的硝基苯-d5的标准曲线如图3所示。

3土壤样品检测

检测土壤样品编号分别为20300095.D和20300097.D的两种不同的土壤中的苯胺的含量。从土壤样品20300095.D和20300097.D中提取苯胺的方法与本实施例中1.1-1.5的方法完全相同。用气相色谱-质谱联用仪对提取液进行检测，检测条件与本实施例中2.2中的色谱-质谱条件相同。

1)检测20300095.D土壤样品得到的苯胺提取离子图如图4所示；苯胺内标(苯胺-d5)的提取离子图如图5所示；苯胺替代物(硝基苯-d5)的提取离子图如图6所示；替代物内标(1,4-二氯苯-d4)的提取离子图如图7所示。

根据图4读出的苯胺的响应值和图5中读出的苯胺内标的响应值，得到苯胺与苯胺内标的相对响应值，将相对响应值带入绘制的苯胺的标准曲线中，得到20300095.D土壤样品中苯胺的含量为6.19μg/kg。

根据图6读出的硝基苯-d5响应值和图7中读出的硝基苯-d5内标的响应值，得到硝基苯-d5与硝基苯-d5内标的相对响应值，将相对响应值带入绘制的硝基苯-d5的标准曲线中，得到20300095.D土壤样品中硝基苯-d5(苯胺替代物)的含量为366.13μg/kg。

2)检测20300097.D土壤样品得到的苯胺提取离子图如图8所示，苯胺内标(苯胺-d5)的提取离子图如图9所示；苯胺替代物(硝基苯-d5)的提取离子图如图10所示；替代物内标(1,4-二氯苯-d4)的提取离子图如图11所示。

根据图8读出的苯胺的响应值和图9中读出的苯胺内标的响应值，得到苯胺与苯胺内标的相对响应值，将相对响应值带入绘制的苯胺的标准曲线中，得到20300097.D土壤样品中苯胺的含量为424.39μg/kg。

根据图10读出的硝基苯-d5响应值和图11中读出的硝基苯-d5内标的响应值，得到硝基苯-d5与硝基苯-d5内标的相对响应值，将相对响应值带入绘制的硝基苯-d5的标准曲线中，得到20300097.D土壤样品中硝基苯-d5(苯胺替代物)的含量为336.43μg/kg。

3)检测20300095.D土壤样品加标(加入3μg的苯胺)后的提取液中苯胺的含量，进而准确计算出从土壤样品中提取的苯胺的提取率是多少，提取和检测方法与20300095.D土壤样品不加标的提取和检测方法相同。得到的苯胺提取离子图如图12所示；苯胺内标(苯胺-d5)的提取离子图如图13所示；苯胺替代物(硝基苯-d5)的提取离子图如图14所示；替代物内标(1,4-二氯苯-d4)的提取离子图如图15所示。

根据图12读出的苯胺的响应值和图13中读出的苯胺内标的响应值，得到苯胺与苯胺内标的相对响应值，将相对响应值带入绘制的苯胺的标准曲线中，得到加标的20300095.D土壤样品中苯胺的含量为266.31μg/kg。

根据图14读出的硝基苯-d5响应值和图15中读出的硝基苯-d5内标的响应值，得到硝基苯-d5与硝基苯-d5内标的相对响应值，将相对响应值带入绘制的硝基苯-d5的标准曲线中，得到加标的20300095.D土壤样品中硝基苯-d5(苯胺替代物)的含量为362.22μg/kg。

通过对20300095.D、20300097.D和加标的20300095.D三种土壤样品中苯胺和苯胺替代物的含量进行测定，计算出本发明提供的土壤中苯胺的检测方法对土壤中苯胺的提取率，计算结果如下表所示：

根据对加标的20300095.D中标样的回收率，可以确保本申请对土壤中苯胺的提取率可以达到86.71％，相比于传统的方法(传统的土壤中苯胺的检测方法提取率仅为20-30％)，提取率实现了极大的提升，使检测结果更加准确。

同时，对于基质极其复杂的土壤样品，传统的土壤中苯胺的检测方法几乎提取不到苯胺，导致检测失败。而本发明的土壤中苯胺的检测方法即使是针对基质极其复杂的土壤样品，其苯胺的提取率也能达到70％以上，对于基质简单的土壤样品，则苯胺的提取率甚至能达到90％以上。

利用HJ834-2017中的标准土壤污染物的检测方法(加压流体萃取法结合净化和气相色谱质谱法检测)对20300097.D土壤样品进行检测，得到的苯胺提取离子图如图16所示，得到的苯胺内标(苯胺-d5)的提取离子图如图17所示。由图16和图17与图8和图9相比，可见传统的土壤中苯胺的检测方法几乎提取不到苯胺，苯胺内标的提取率也极低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

将待测的土壤样品、硅藻土、硫代硫酸钠和苯胺内标混合得到混合样品；

所述混合样品经萃取溶剂萃取，得到萃取液，其中萃取温度为45-55℃、萃取压力为100-150bar，所述萃取溶剂由体积比为1:0.8-1.2:0.0005-0.0015的正己烷、丙酮和氨水混合而成，所述氨水的浓度为25-28wt％；

所述萃取液经气相色谱-质谱联用分析测定、计算待测土壤样品中苯胺的含量。

2.如权利要求1所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述待测的土壤样品、硅藻土和硫代硫酸钠的质量比为10:10-20:0.5-1.5。

3.如权利要求1所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述混合样品中还添加有苯胺替代物和所述苯胺替代物的内标，其中所述苯胺替代物及所述苯胺替代物的内标分别与所述苯胺内标质量相等；和/或

每克所述土壤样品添加苯胺内标的质量为0.3-0.5μg。

4.如权利要求3所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述苯胺内标为苯胺-d5，所述苯胺替代物为硝基苯-d5，所述替代物内标为1,4-二氯苯-d4。

5.如权利要求1所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述萃取温度为48-52℃，所述萃取压力为110-130bar；。

6.如权利要求1所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述萃取液分析测定前还包括浓缩和净化处理。

7.如权利要求6所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述净化处理采用硅酸镁柱对浓缩后的萃取液进行处理。

8.如权利要求1所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述气相色谱-质谱联用的气相色谱条件为：

色谱柱：DB-5MS UI色谱柱，长30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；

进样口温度：185-195℃；

程序升温过程：初始温度50℃保持1-2min；以6℃/min的速率升至100℃；再以60℃/min的速率升至300℃，保持2-3min；

柱流速：0.8-1.2mL/min；

进样方式：不分流进样，进样量0.8-1.2μL；

所述气相色谱-质谱联用的质谱条件为：

离子源：EI源；

离子源温度：225-235℃；

离子化能量：65-75eV；

接口温度：240-260℃；

扫描范围：35amu-450amu；

溶剂延迟时间：4-5min；

数据采集方式：全扫描。

9.如权利要求1所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：待测的土壤样品中苯胺含量的计算方法包括以下步骤：

①内标法得到所述萃取液中苯胺和苯胺内标的浓度；

②根据苯胺内标的回收率，计算待测土壤样品中苯胺的浓度。

10.如权利要求1-9任一项所述的土壤中苯胺的检测方法，其特征在于：所述混合样品经2-3次静态循环萃取，每次萃取时间为5-15min。

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