反相高效液相色谱法测定造纸废水及其污灌土壤中的四氯愈创木酚

分析检验682014年2月第33卷第2期造纸工业的发展与国民经济、社会文明息息相关，属于国民经济的基础原材料工业。制浆漂白工序产生的各种有机氯化物，包括氯酚类、氯烃类、氯苯类、氯代愈创木酚和呋喃类等，已经鉴定出的约500种[1]。该类化合物具有环境毒性，其中大多数化合物被认为具有致癌性、致畸性、致突变性。美国环境保护总署(USEPA)在1997年公布的65类129种优先控制的污染物(PriorityPollutant)名单中，含卤代的有机化合物占了1/2以上，以含氯芳香族有机化合物为主，其中重要的一类是氯酚。氯酚被作为制浆造纸厂排放废水中的重要污染物指标之一[2-4]。目前，氯酚类物质的测定方法主要有高效液相色谱法(HPLC)[5-7]、紫外分光光度法[8]、气相色谱法(GC)[9]以及离子色谱-质谱联用法[10]等。作为造纸废水中典型氯酚类污染物，四氯愈创木酚也逐渐开始引起人们的注意，目前现有对愈创木酚的测定主要集中在医药领域[11-13]，而对造纸废水或土壤中四氯愈创木酚的检测鲜有报道。高效液相色谱法逐渐成为造纸废水污染物检测的常用方法[14]。因此，本研究以某造纸废水及造纸废水污灌土壤为研究对象，使用常规溶剂萃取结合反相高效液相色谱技术，探索造纸废水中关键有毒物质四氯愈创木酚的分析测试新方法。1 实验1.1 仪器与试剂Flexar-10型高效液相色谱仪，KQ-250DE型超声波清洗器，TU-1901型双光束紫外可见光光度计，RE-52A型旋转蒸发仪，5810R型离心机，1810-B型石英自动双重纯水蒸馏器，CHA-S型空气浴恒温振荡器。四氯愈创木酚(98.5%)，二氯甲烷(分析纯)，乙腈(色谱纯)，甲醇(色谱纯)，磷酸(优级纯)，氯化钠(分析纯)和无水硫酸钠(分析纯，300℃烘烤4h，放入干燥器中，冷却至室温，装入玻璃瓶中备用），实验用水为重蒸馏水。1.2 标准溶液的配制称取四氯愈创木酚标样10.0mg(精确至基金项目：国家自然科学基金资助项目(21277115)。作者简介：陈天明先生(1982-)，博士研究生，主要从事污染物检测与控制方面的研究；联系电话：[phone],[e-mail]。通讯作者：张雁秋先生(1956-)，教授，博士，主要从事环境污染与控制研究；E-mail:[e-mail]。doi:10.13472/j.ppm.2014.02.017反相高效液相色谱法测定造纸废水及其污灌土壤中的四氯愈创木酚●陈天明1, 2，殷春涛2, 3，丁 成2，张雁秋1(1.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 221116；2.盐城工学院环境科学与工程学院，江苏盐城 224051；3.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 232001)摘要：建立以二氯甲烷萃取浓缩，测定造纸废水及其污灌土壤中痕量四氯愈创木酚含量的反相高效液相色谱法。待测样品经二氯甲烷萃取、旋转蒸发仪浓缩后，以甲醇定容，待测。高效液相色谱采用EclipseXDB-C18柱，以乙腈-磷酸缓冲溶液(pH3.0，体积比80:20)为流动相，流速1mL·min-1，检测波长220nm。在优化的色谱条件下，四氯愈创木酚的线性范围1~100mg·L-1，回归方程y=7303x+3064.9，R2=0.9997；废水溶液加标回收率72.02%~84.63%，标准偏差(SD)0.019~0.15，变异系数2.26%~12.67%；土壤中加标回收率100.74%~106.23%，标准偏差(SD)0.016~0.036，变异系数1.52%~3.42%。该方法操作简便、准确、重现性好，可作为造纸废水和土壤中的四氯愈创木酚的含量测定方法。关键词：四氯愈创木酚；高效液相色谱；造纸废水；土壤中图分类号：TS77  文献标识码：A  文章编号：1001-6309(2014)02-0068-04分析检验69PaperandPaperMakingVol.33No.2Feb2014±0.1mg)，置于100mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容，摇匀备用，得到浓度100.0mg·L-1的标准储备液。临用时，采用逐级稀释成浓度分别为1.0mg·L-1、5.0mg·L-1、10.0mg·L-1、15.0mg·L-1和20.0mg·L-1的四氯愈创木酚系列标准溶液，用于标准曲线的测定。1.3 高效液相色谱条件色谱柱：EclipseXDB-C18(4.6mm×150mm，5μm)。色谱条件：流动相乙腈-pH值3.0的磷酸[10]水溶液(体积比80:20)，柱温25℃，检测波长220nm，流动相流速1.0mL·min-1，进样体积10μL。1.4 标准曲线的绘制在上述色谱条件下，等仪器基线稳定后，连续对同一浓度的四氯愈创木酚标样溶液进行数次测定，计算各相对响应值，直至相邻两次测定的相对响应值变化小于1.0%时，顺序测定系列标准溶液，以四氯愈创木酚浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。1.5 造纸废水水样的预处理及四氯愈创木酚含量的测定造纸废水50mL置于150mL的分液漏斗中，加入5g氯化钠并振荡溶解。加入15mL的二氯甲烷充分振荡15min。留有机相，重复萃取3次。合并萃取液，经无水硫酸钠脱水、二氯甲烷溶剂洗涤后收集至浓缩瓶中。50℃水浴条件下，样品置于旋转蒸发仪浓缩至近干，以甲醇定容至10mL后，通过高效液相色谱分析并依据峰面积从标准曲线上查找四氯愈创木酚的浓度[9]。1.6 造纸废水污灌土样的预处理及四氯愈创木酚含量的测定取造纸废水长期污灌后的土样5g置于50mL的离心管中，加入40mL的二氯甲烷，超声提取10min，快速振荡1h，高速离心10min(8000r·min-1)，取上层清液加入无水硫酸钠吸取少量的水分，置于旋转蒸发仪浓缩至近干，甲醇定容至10mL，液相色谱测定，以上实验均重复3次。2 结果与讨论2.1 色谱条件的优化取质量浓度为20mg·L-1的四氯愈创木酚标准溶液，于双光束紫外可见光光度计上进行波长扫描，波长范围190~440nm(图1)。可以看出，四氯愈创木酚在270nm有最大吸收，且峰形较宽，所以实验选择270nm为四氯愈创木酚的紫外检测波长。考察不同乙腈-水混合组分作为流动相时的色谱分离效果。结果表明：在流动相pH值3，柱温25℃时，乙腈/水为80/20(V/V)，C18色谱柱对四氯愈创木酚具有较强的保留能力，杂质峰分离度较好，柱压较低，且峰形较好。因此，优化实验条件选择柱温为25℃，乙腈/水(磷酸调pH值3)为80/20(V/V)为检测流动相。流动相的流速大小，显著影响四氯愈创木酚在C18色谱柱上的保留时间。当流速控制为1.0mL·min-1时，四氯愈创木酚的保留时间2.946min，能够与杂质峰实现较好的分离(图2)。2.2 样品预处理中萃取剂的选择溶剂萃取法中，萃取剂的选择对于目标物的萃取效率尤为重要，因此首先考察了萃取剂的种类对四氯愈创木酚萃取效率的影响。实验中分别选用二氯甲烷、氯仿、乙醚作为萃取剂[15]探索对四氯愈创木酚提取效率的影响，结果发现，以二氯甲烷作为萃取剂时，萃取效率最高，为81.41%；此外，从色谱图中也可以看出，以二氯甲烷作为萃取剂，杂质较少，无干扰；而选用氯仿或乙醚作为萃取剂时，杂质峰较多，且萃取效率较低。2.3 标准曲线的绘制在上述确定的液相色谱条件下，以四氯愈创木酚浓度为横坐标，色谱峰面积为纵坐标绘制了标准曲线，并进行了线性回归分析(图3)。线性方程为A(mAU)=7303C(mg·L-1)+3064.9，相关系数图1四氯愈创木酚甲醇溶液的紫外吸收曲线图2四氯愈创木酚的色谱图分析检验702014年2月第33卷第2期(R2)为0.9997，线性范围为1~100mg·L-1。2.4 精密度与准确度试验为了进一步考察方法的精密度，我们对15mg·L-1的四氯愈创木酚对照品试样进行了6次平行测定，结果见表1。由表1可知，方法具有较好的精密度，6次平行测定的平均标准偏差(SD)值为0.24，变异系数(CV)值为0.24%。表1 方法的精密度试验 (n=6)序号123456平均值标准偏差变异系数/%数量/%101.4101.6101.1101.0101.1101.3101.20.240.24精密量取同一批号样品10mg·L-1，按样品溶液制备方法制备，一式5份，按上述含量测定方法进行测定，外标法计算四氯愈创木酚含量，平均含量为9.54mg·L-1，SD=0.081（n=5），变异系数为0.84%。2.5 造纸废水及污灌土壤样品的测定在造纸废水和土壤中分别添加一定量的四氯愈创木酚标准溶液，同以上方法进行含量测定，计算回收率。本法测定废水中和废水污灌土壤四氯愈创木酚含量回收率良好。见表2和表3。表2 造纸废水加标回收试验结果序列废水中的含量/(mg·L-1)农药添加量/(mg·L-1)实际测定值/(mg·L-1)平均值/%平均回收率/%标准偏差10.0413.092.2372.0220.0414.003.4379.5078.720.06330.0415.004.0284.63表3 造纸废水污灌土壤加标回收试验结果序列土壤中的含量/(mg·L-1)农药添加量/(mg·L-1)实际测定值/(mg·L-1)回收率/%平均回收率/%标准偏差10.0010.3110.81104.8220.0015.4616.43106.23103.930.02930.0020.6220.77100.74按照上述实验方法，对造纸废水和土壤进行了四氯愈创木酚含量的萃取浓缩和高效液相色谱检测。为进一步考察所建立的方法在造纸废水和土壤中检测分析中的准确度，实验还分别对两种物质进行了3次加标回收分析。可以看出，该造纸废水样品中有四氯愈创木酚被检出，其含量为0.041mg·L-1，加标回收率为72.02%~84.63%，平均加标回收率为78.72%，根据3倍信噪比(S/N)确定水溶液的检出限0.19mg·L-1；污染较轻的土壤中未测到四氯愈创木酚，添加一定量的标准品，加标回收率为100.74%~106.23%，平均加标回收率为103.93%，检出限0.078mg·kg-1。说明建立的方法能够满足实际造纸废水水样和污灌土壤样品的分析要求。3 结论本文建立了液相萃取高效液相色谱法测定造纸废水及其污灌土壤样品中的四氯愈创木酚。该方法具有提取简便迅速、方便快捷，线性范围宽，准确度和精密度高的优点，水样中平均加标回收率达78.72%，土样中平均加标回收率为103.93%，可用于地表水和土壤样品的测定。参考文献：[1]　Freire,CS,SilvestreAJ,NetoCP.Carbohydrate-derivedchlorinatedcompoundsinECFbleachingofhardwoodpulps:Formation,degradationandcontributiontoAOXinableachedkraftpulpmill[J].Environ.Sci.Technol.,2003,37(4):811–814.[2]　水泗誉，赵世育，戴敬勤．制浆纸厂废液废水挥发酚品种与含量的调查和测定方法的研究[J].中国造纸学报，1987(1):146-160.[3]　仝丽丽，平清伟，张健，等．非水电导滴定法测定酚化改性木素酚羟基和羧基含量[J].纸和造纸，2013，32(7):65-67.[4]　轩少云，谢益民，王鹏．咪唑封闭IPDI水性聚氨酯的合成及在纸张处理中的应用[J].纸和造纸，2013，32(5):44-47.[5]　丁宗庆，张琼瑶．凝固-漂浮分散液液微萃取-高效液相色谱法测定水样中氯酚[J].分析化学，2010，38(10):1400-1404.[6]　杨秋红，程小艳，杨坪，等．固相萃取-高效液相色谱串联质谱法同时检测地表水中的2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚[J].分析化学，2011，39(8):1208-1212.[7]　TamD,VarhanickovaD,ShiuWY,etal.Aqueoussolubilityofchlo