摘 要： 建立快速溶剂萃取-硅酸镁小柱净化-气相色谱质谱法检测土壤中对苯二酚的含量。选用二氯甲烷-正己烷混合溶液（体积比为1∶1）作为萃取溶剂，采用快速溶剂萃取仪对冷冻干燥土壤样品进行萃取，经硅酸镁小柱净化后，内标法定量。结果表明，对苯二酚的质量浓度在1.0～40.0 μg/mL范围内有良好的线性关系，相关系数不小于0.999 2，检出限为0.05 mg/kg。基质平均加标回收率为88.0%～94.0%，测定结果的相对标准偏差为5.9%～8.2%（n=6）。该方法适用于土壤中对苯二酚含量的检测。

关键词： 快速溶剂萃取； 硅酸镁小柱； 气相色谱质谱法； 对苯二酚； 土壤

 

对苯二酚，又名氢醌，是苯的两个对位氢被羟基取代形成的有机化合物，主要用于制取黑白显影剂、蒽醌染料、偶氮染料、橡胶防老剂、稳定剂和抗氧剂。对苯二酚是一种白色结晶性粉末，可溶于水、醇和醚等极性溶剂中，在水中的溶解度较高。由于其具有一定毒性，对人体有致敏、致癌作用，进入到环境中会对环境造成污染。对苯二酚用途广泛，在工业上的大量使用会随着三废进入到土壤环境中，因此建立一种快速、准确检测土壤中对苯二酚的方法至关重要[1]。

目前国家已就环境空气、土壤、沉积物和水质中酚类化合物的检测出台了标准文件，崔君[2]研究了改进的QuEChERS结合HPLC-MS/MS快速测定土壤中硝基酚类化合物，秦冲等[3]采用了加速溶剂提取-固相萃取-液相色谱/串联质谱法测定土壤中酚类化合物，王晗等[4]采用了加压流体萃取-气相色谱-质谱法测定土壤中酚类化合物，崔连喜等[5]利用加速溶剂萃取-五氟苄基衍生化-气相色谱/质谱法研究测定土壤中酚类化合物，但以上文献均未涉及到土壤中对苯二酚的检测方法。

对苯二酚水溶性强，易随着地表径流进入到土壤环境里，而HJ 834—2017《土壤和沉积物　半挥发性有机物的测定　气相色谱-质谱法》仅规定了土壤中苯酚、2-氯苯酚、2/4-甲基苯酚、2/4-硝基苯酚、2,4,5/2,4,6-三氯苯酚、五氯苯酚等的检测方法，并未对苯二酚的检测作出规定[6]。

对苯二酚的常用检测方法有分光光度法[7]、荧光光度法[8]、超声提取-气相色谱质谱法[1]、化学催化发光法[9‒10]和液相色谱法[11]等。其中，分光光度法、荧光光度法存在类似结构的化合物会相互干扰；超声提取-气相色谱质谱法样品处理操作繁琐，样品需要经过衍生化处理；液相色谱法在分析过程中消耗大量对环境和人体有害的有机试剂，样品转移过程会损失，检测结果偏低。快速溶剂萃取方法消耗有机溶剂少，对环境污染小，具有萃取效率高、操作便捷等特点，是一种环保型样品处理方法，气相色谱-质谱法具有定性、定量精准、检出限低、灵敏度高等优点[12]。现有文献研究报道了快速溶剂萃取-硅酸镁小柱净化-气相色谱-质谱法检测土壤中的硝基甲苯、酞酸酯类和多环芳烃等[13‒15]，但利用该法应用于对苯二酚的测定尚未有报道。笔者建立了快速溶剂萃取-硅酸镁小柱净化-气相色谱质谱法检测土壤中对苯二酚的含量，可满足土壤中痕量对苯二酚的检测需要。

 

1. 实验部分

 

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-质谱联用仪：8890B/5977B型，美国安捷伦科技有限公司。

加压流体萃取仪：ASE350型，美国赛默飞世尔科技公司。

冷冻干燥机：SCIENTZ-18N型，宁波新芝生物科技股份有限公司。

旋转蒸发仪：R206B型，上海一科仪器有限公司。

氮吹浓缩仪：N-EVAP-24型，美国Organomation公司。

甲醇中对苯二酚标准溶液：质量浓度为1 000 g/mL，批号为A23100272，北京坛墨质检科技有限公司。

萘-d8（内标）标准溶液：质量浓度为1 000 μg/mL的甲醇溶液，德国Dr.Ehrenstorfer公司。

二氯甲烷、正己烷、甲醇等：均为农残级，上海安谱实验科技股份有限公司。

无水硫酸钠：优级纯，常熟永华化学股份有限公司。

氦气、氮气：纯度（体积分数）均为99.999%，上海林德气体(集团)有限公司。

硅藻土：粒状，粒径为0.250～0.600 mm（30～60目），分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

石英砂：粒径为0.5～1.0 mm，上海麦克林生化科技有限公司。

硅酸镁小柱：1 g/(6 mL），上海安谱实验科技股份有限公司。

土壤本底样品：取自项目编号为HD24045的杭州某洁净地块，编号为S20-1的土壤样品，取样深度为0.0～0.5 m(S20#样)。

实际土壤样品：取自项目编号为HD24046的杭州某化工厂污染地块土壤样品，取样深度为0.0～0.5 m(S26D#样)、1.5～2.0 m(S19D#样)、0.0～0.5 m(B7#样)。

实验用水：超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 加压流体萃取

载气压力：0.8 MPa；加热温度：100 ℃；萃取池压力：1.0 MPa；预加热平衡时间：5 min；静态萃取时间：5 min；溶剂淋洗体积：萃取池体积的60%；氮气吹扫时间：60 s；静态萃取次数：2次。

1.2.2 色谱

色谱柱：Agilent 19091S-433UI HP-5MS柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；载气：氦气；柱流量：1.0 mL/min；进样方式：分流，分流比为10∶1；进样量：1.0 μL；进样口温度：280 ℃；柱温程序：初始温度为50 ℃，以10 ℃/min的升温速率升至300 ℃保持5 min；隔垫吹扫流量：3 mL/min；分析时间：30 min。

1.2.3 质谱

离子源：电轰击电离（EI）；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；传输线温度：280 ℃；离子化能量：70 eV；溶剂延迟时间：3.5 min；扫描方式：全扫描（SCAN）；扫描范围：35～450 Da；阈值：150；对苯二酚目标离子质荷比（m/z）：110，81；萘-d8目标离子m/z：136。

1.3 标准曲线的绘制

在5个2 mL的进样瓶中，分别加入一定量的对苯二酚标液，用正己烷逐级稀释配制成质量浓度分别为1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、40.0 μg/mL的系列标准工作溶液，分别再加入一定量的内标溶液使得质量浓度为10 μg/mL。

在1.2仪器工作条件下，按照浓度由低到高顺序依次进样检测，以相对保留时间和标准质谱图或特征离子相比较进行定性，离子质谱图定量。以目标化合物浓度与内标浓度比值为横坐标，以目标化合物定量离子与内标定量离子峰面积的响应值比值为纵坐标，绘制标准工作曲线。

1.4 实验方法

1.4.1 样品采集

现场土壤采样及粗分按照HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》相关标准执行，运输过程中密封、避光、4 ℃以下冷藏，保存时间不超过10 d。按照HJ 613—2011《土壤　干物质和水分的测定　重量法》测定土壤样品的干物质含量。

1.4.2 样品冷冻干燥

取适量粗分后的混匀样品，放入真空冷冻干燥仪中进行脱水。放入-50 ℃预冷腔4 h，再放入干燥箱，真空下以10 ℃/h的升温速率升温至0 ℃，保持2 h，再以5 ℃/h的升温速率升温至20 ℃，保持2 h，土壤样品冷冻干燥操作时间共24 h。

1.4.3 样品制备

经冷冻干燥的土壤样品研磨后全部过0.250 mm（60目）金属筛，再加入硅藻土与石英砂，研磨成流沙状，待用。

1.4.4 加压流体萃取

准确称取20.00 g冻干好的土壤样品，加入一定量的石英砂与土壤样品混合均匀，一起转移至快速溶剂萃取仪的萃取池里，加入石英砂，稍微压实至顶部预留1.0 cm。拧紧顶盖，放入加压流体萃取仪，对应放上萃取液的接收瓶，用二氯甲烷-正己烷混合溶液（体积比为1∶1）萃取，收集萃取液。

1.4.5 旋转蒸发浓缩

采用旋转蒸发仪浓缩，设定转速为120 r/min，温度为40 ℃，压力为38.5 kPa。用玻璃胶头滴管移取少量二氯甲烷-正己烷混合溶剂，冲洗收集瓶底部2次，收集全部的浓缩液，待净化。

1.4.6 净化

萃取浓缩液使用硅酸镁小柱进行净化，小柱规格为1 000 mg/（6 mL）。

（1）活化小柱。分别用12 mL的二氯甲烷和正己烷洗脱柱子2次，每次约6 mL。

（2）上样。将全部萃取浓缩液加入到柱床上，再用1 mL正己烷清洗刻度浓缩管的器壁3次至完全转移。

（3）洗脱。准确采用12 mL二氯甲烷洗脱，分2次洗脱，每次6 mL。

1.4.7 氮吹浓缩定容

净化后的洗脱液相对较少，采用氮吹浓缩仪浓缩，在30 ℃条件下，将萃取液浓缩至2 mL，浓缩过程气流不能产生旋涡。用一次性巴斯特玻璃滴管将浓缩液转移至具标线浓缩管中，并用少量二氯甲烷将收集瓶底部冲洗2次，合并全部的浓缩液，再氮吹浓缩至200 μL，加入10.0 μg的内标物（萘-d8），内标法定容至1.0 mL，混匀后转移至2 mL样品瓶中，上机待测。

1.4.8 样品测定

在1.2仪器工作条件下，将上述系列试样溶液进样测定，以相对保留时间和标准质谱图或特征离子相比较进行定性，以目标化合物浓度与内标浓度比值为横坐标，以目标化合物定量离子与内标定量离子峰面积的响应值比值为纵坐标，采用内标法进行定量。

 

2. 结果与讨论

 

2.1 样品预处理净化条件的优化

对比研究了3种洗脱溶剂二氯甲烷、正己烷、二氯甲烷-正己烷混合溶液（体积比为1∶1）对1 mL对苯二酚萃取浓缩液（质量浓度为 20 μg/mL）的洗脱效果，每种洗脱溶剂分别重复3次试验，结果表明，单独使用二氯甲烷的洗脱效率达到90%，单独使用正己烷的洗脱效率只有70%，二氯甲烷-正己烷混合溶液（体积比为1∶1）的洗脱效率可达到80%，因此样品预处理净化选择二氯甲烷作为洗脱液，具体净化步骤：

（1）活化小柱。用12 mL的二氯甲烷洗脱柱子2次，每次约6 mL，再用12 mL的正己烷洗脱柱子2次，每次约6 mL，活化柱子时柱头保持湿润，流出速度控制在2 s/（3滴）。

（2）上样。上述萃取浓缩液保持常温，将全部萃取浓缩液加入到柱床上，再用1 mL正己烷清洗浓缩管的器壁3次至完全转移，在清洗过程中保证柱子上的液体不流出。

（3）洗脱。准确采用12 mL二氯甲烷洗脱，分2次洗脱，每次6 mL。

2.2 色谱条件优化

色谱条件参照HJ 703—2014《土壤和沉积物　酚类化合物的测定　气相色谱法》和HJ 744—2015《水质　酚类化合物的测定　气相色谱-质谱法》色谱条件进行设置。

以20 mg/L的对苯二酚标准溶液为分析对象，比对不分流和分流比为10∶1条件下的响应情况，发现分流比为10∶1时，色谱峰尖锐，峰形对称，适于定量分析，因此最终确定分流比为10∶1。

进样口温度提高至280 ℃，有利于提高仪器的灵敏度；初始温度为80 ℃，保持1 min，以10 ℃/min的升温速率升至250 ℃，并保持4 min至250 ℃，改为初始温度为50 ℃，以10 ℃/min的升温速率升至300 ℃，降低了初始温度，简化了升温程序。

2.3 质谱条件优化

质谱条件按照HJ 744—2015《水质　酚类化合物的测定　气相色谱-质谱法》和HJ 834—2017《土壤和沉积物　半挥发性有机物的测定　气相色谱-质谱法》的质谱条件进行设置。将溶剂延迟的时间由5 min减少到3.5 min。为了更好地进行样品定性和谱库检索，质谱扫描范围由选择离子扫描SIM改为全扫描35～450 Da，且满足方法检出限的要求。

2.4 对苯二酚和萘-d8（内标）的总离子流图

全扫描方式下对苯二酚和萘-d8（内标）的混合标准溶液进样分析，得到了对苯二酚和萘-d8（内标）的总离子流图，见图1。由图1可知，对苯二酚的保留时间为9.430 min，萘-d8（内标）的保留时间为8.365 min。

图1   对苯二酚和萘-d8（内标）的总离子流图

Fig. 1   Total ion flow chart of hydroquinone and naphthalene-d8 （internal standard）

 

2.5 线性关系及检出限

按照1.4.8方法建立标准工作曲线，对苯二酚线性方程分别为y=0.297 412x-0.016 971，相关系数为0.999 2。按HJ 168—2020 《环境检测　分析方法标准制修订技术导则》确定方法检出限，分别在20 g冻干土壤本底样品加入5 μL对苯二酚标准溶液（1 000 μg/mL），重复测定7次，计算测定值的标准偏差，得到对苯二酚检出限见表1。由表1可知，检出限为0.05 mg/kg，定量限为0.20 mg/kg。

表1   土壤基质样品加标试验结果及检出限

Tab. 1   Experimental results and detection limits of soil matrix samples ( mg/kg )

 

2.6 加标回收与精密度试验

采用HD24045中规定的S20-1土壤基质样品进行加标试验，按标准方法步骤全程序测定6次，试验结果见表2。

表2   土壤基质样品S20-1加标回收与精密度试验

Tab. 2   Soil matrix sample S20-1 spiked recovery and precision test

 

由表2可知，土壤基质样品加标后对苯二酚测定结果的相对标准偏差为5.9%～8.2%，平均加标回收率分别为88.0%～94.0%。土壤中对苯二酚加标回收率的正确度质控达到80%以上，相对偏差低、中、高浓度加标均小于10%，表明该方法具有良好的正确度和精密度结果。

土壤基质样品中加标量均为20.0 μg时对苯二酚和萘-d8（内标）的总离子流图见图4。

 

图4   土壤样品中加标量均为20.0 μg时对苯二酚和萘-d8（内标）的总离子流图

Fig. 4   TIC of hydroquinone and naphthalene-d8 （internal standard） in soil samples with spiked amounts of 20.0 μg

 

由图4可知，基质加标样品的谱图与标准总离子流图相比，基体对待测物未产生基体效应。

2.7 与其他方法的比较

该法与其他方法比对结果见表3。由表3可见，该法用快速溶剂萃取GC-MS法测定土壤中对苯二酚，与标准HJ 703—2014和HJ 834—2017相比，回收率更高，达到88.0%～94.0%；相比其他萃取方法，采用快速溶剂萃取的准确度有显著提升，同时能保证方法的检出限满足测定需求。此外，超声和微波萃取预处理过程繁琐，土壤样品脱水过滤比较麻烦，易受样品基体干扰。综上，该方法预处理方便快捷、萃取效率较高、准确度较高。

表3   比对试验结果

Tab. 3   Comparison of experimental results

注：1）单位为ng/g。

 

3. 结语

 

建立了快速溶剂萃取-硅酸镁小柱净化-气相色谱质谱法测定土壤中的对苯二酚。该法具有样品处理简单、萃取效率高、定量结果准确、消耗有机溶剂少等优点。试验结果表明，对苯二酚在1.0～40.0 mg/L质量浓度范围内线性关系良好，相关系数不小于0.999 2，检出限为0.05 mg/kg，基质平均加标回收率分别为88.0%～94.0%，测定结果的相对标准偏差为5.9%～8.2%(n=6)，适用于土壤样品中对苯二酚的分析检测。

 

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