液液萃取-氣相色譜法測(cè)定水中10 種硝基苯類(lèi)化合物的方法優(yōu)化

孫 博

（吉林省白山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，吉林 白山 134300）

硝基苯類(lèi)化合物為苯環(huán)上的碳原子與硝基相連接的一類(lèi)化合物的總稱(chēng)。常見(jiàn)硝基苯類(lèi)化合物主要包括硝基苯、硝基氯苯、二硝基苯、硝基甲苯等，是化工生產(chǎn)的重要原料及中間體，主要應(yīng)用于染料、炸藥等有機(jī)物的合成[1]。硝基苯類(lèi)物質(zhì)具有高毒性，該類(lèi)物質(zhì)隨著工業(yè)廢水的排放進(jìn)入自然水體中，長(zhǎng)時(shí)間大量接觸可對(duì)人體的呼吸道、肝、腎、神經(jīng)系統(tǒng)等造成嚴(yán)重?fù)p傷[2-3]。GB 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已將硝基苯、間硝基氯苯、對(duì)硝基氯苯、鄰硝基氯苯、對(duì)二硝基苯、間二硝基苯、鄰二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯等10 種硝基苯類(lèi)物質(zhì)納入集中式生活飲用水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)[4]。

硝基苯類(lèi)化合物的測(cè)定方法包括氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜法、分光光度法等。其中，分光光度法靈敏度較低，且水體中硝基苯類(lèi)物質(zhì)含量較低，因此該方法應(yīng)用較少；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法儀器昂貴、操作復(fù)雜且不含有檢測(cè)器，靈敏度相對(duì)較低；液相色譜法分析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此，分析硝基苯類(lèi)物質(zhì)最常用的方法是氣相色譜法[5-7]。在使用氣相色譜法測(cè)定硝基苯類(lèi)化合物時(shí)，常用液液萃取或固相萃取將水樣中的硝基苯類(lèi)富集，綜合考慮實(shí)驗(yàn)室條件、操作時(shí)間、耗材成本、分析樣品體積等因素，液液萃取法更為實(shí)用。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)整色譜柱類(lèi)型及柱溫箱升溫程序，對(duì)HJ 648—2013 中的液液萃取法進(jìn)行方法驗(yàn)證及優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到在單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)水體中硝基苯類(lèi)污染物的監(jiān)測(cè)目的[8-9]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器、試劑及耗材

儀器：氣相色譜儀（型號(hào)：TRACE1300，美國(guó)賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司，ECD 檢測(cè)器）；電子天平；電子移液槍?zhuān)砍虨?0～200 μL。

試劑：甲苯，優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水硫酸鈉，優(yōu)級(jí)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；甲苯中10 種硝基苯類(lèi)混標(biāo)（批號(hào)3392011），1000 mg/L，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司。

耗材：DB-5 毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm），高純氮?dú)猓ā?9.999%），2 mL 進(jìn)樣瓶，500 mL 分液漏斗，干燥管，脫脂棉，10 mL 具塞比色管，100 mL 容量瓶，10 mL 移液管，膠頭滴管。

1.2 反應(yīng)條件

進(jìn)樣口：250 ℃；分流比：10:1；檢測(cè)器：300 ℃；尾吹流量：40 mL/min；優(yōu)化后的柱溫箱溫度：60 ℃保持1 min，以10 ℃/min 升溫至160 ℃，維持6 min；在上述儀器條件下，使用DB-5 毛細(xì)管柱分析水中10 種硝基苯類(lèi)化合物。

1.3 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

以甲苯作萃取劑，經(jīng)試劑空白實(shí)驗(yàn)證實(shí)甲苯中無(wú)干擾分析監(jiān)測(cè)硝基苯類(lèi)物質(zhì)的雜質(zhì)，滿(mǎn)足試劑空白要求，可用于后續(xù)分析實(shí)驗(yàn)。將1000 mg/L硝基苯類(lèi)混標(biāo)逐級(jí)稀釋至1 mg/L（標(biāo)準(zhǔn)中間溶液），分別取10μL、20μL、40μL、60μL、80 μL、100 μL標(biāo)準(zhǔn)中間溶液，配置濃度梯度為10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L、60 μg/L、80 μg/L、100 μg/L 的硝基苯類(lèi)混標(biāo)。進(jìn)樣量為1 μL，以氣相色譜峰面積為縱坐標(biāo)，每種硝基苯類(lèi)組分的濃度為橫坐標(biāo)，分別繪制各硝基苯類(lèi)組分的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱選擇及柱溫箱溫度優(yōu)化

根據(jù)HJ 648—2013 可知，測(cè)定硝基苯類(lèi)化合物使用的是HP-1 及類(lèi)似性能的色譜柱，輔助定性選擇的是DM-1701 色譜柱，考慮到實(shí)際工作中監(jiān)測(cè)項(xiàng)目較多，頻繁更換色譜柱易降低工作效率，且影響儀器穩(wěn)定性，故本實(shí)驗(yàn)選擇通用型色譜柱DB-5 分析水體中10 種硝基苯類(lèi)化合物。

HJ 648—2013 中采用兩段式升溫程序分析硝基苯類(lèi)物質(zhì)，即柱溫箱初始溫度為60 ℃，維持1 min 后，以10 ℃/min 升溫至200 ℃，維持1 min，以15 ℃/min 升溫至250 ℃，保持5 min 至反應(yīng)結(jié)束，總分析時(shí)間為24 min。綜合考慮各硝基苯類(lèi)化合物的出峰時(shí)間、分離效果等因素，本實(shí)驗(yàn)對(duì)柱溫箱升溫程序進(jìn)行優(yōu)化。

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，確定最佳升溫程序：初始溫度為60 ℃，保持1 min，以10 ℃/min 升溫至160 ℃，維持6 min 至反應(yīng)結(jié)束，總分析時(shí)長(zhǎng)為17 min，10種組分出峰順序如圖1 所示。從圖1 可見(jiàn)，10 種硝基苯類(lèi)化合物分離效果較好。出峰時(shí)間：硝基苯為6.582 min，間硝基氯苯為8.538 min，對(duì)硝基氯苯為8.668 min，鄰硝基氯苯為8.795 min，對(duì)二硝基苯為11.158 min，間二硝基苯為11.435 min，鄰二硝基苯為11.722 min，2,4-二硝基甲苯為12.448 min，2,4-二硝基氯苯為12.790 min，2,4,6-三硝基甲苯為14.338 min。優(yōu)化柱溫箱升溫程序后，縮短了分析時(shí)間，起到降低能耗節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本的作用。

圖1 優(yōu)化程序升溫后10 種硝基苯類(lèi)化合物氣相色譜圖

2.2 線(xiàn)性方程及檢出限

使用DB-5 色譜柱，按照1.2 設(shè)置儀器分析條件后，在10～100 μg/L 的濃度范圍內(nèi)，10 種硝基苯類(lèi)化合物的線(xiàn)性關(guān)系良好，擬合后相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.999 以上，滿(mǎn)足HJ 648—2013 對(duì)于相關(guān)系數(shù)的規(guī)定。

根據(jù)HJ 168—2020[10]檢出限計(jì)算相關(guān)規(guī)定，向空白水樣中添加3～5 倍預(yù)估檢出限的硝基苯混標(biāo)，按照樣品分析的全過(guò)程，做7 組平行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)公式（1）計(jì)算方法檢出限（MDL）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。10 種硝基苯組分的檢出限為0.013～0.022 μg/L，均低于HJ 648—2013 規(guī)定的檢出限0.017～0.17μg/L，證明優(yōu)化后方法靈敏度提高。

表1 線(xiàn)性方程

式（1）中：MDL 為方法檢出限；n 為樣品平行測(cè)定次數(shù)；t 為自由度為（n-1）、置信度為99%時(shí)的t 分布值（單側(cè)）；S 為n 次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2.3 精密度及加標(biāo)回收率

以實(shí)驗(yàn)室空白水樣為基質(zhì)，分別向其中添加1.0 μg/L 和5.0 μg/L 的硝基苯混標(biāo)，兩種濃度的加標(biāo)量各做6 組平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算在不同加標(biāo)量下各組水樣中目標(biāo)化合物的濃度平均值、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及加標(biāo)回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 精密度及加標(biāo)回收率

當(dāng)硝基苯類(lèi)加標(biāo)量為1 μg/L 時(shí)，10 種組分的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.0%～1.8%，加標(biāo)回收率為86.7%～105.3%；當(dāng)硝基苯類(lèi)加標(biāo)量為5 μg/L 時(shí)，10 種組分的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%～2.1%，加標(biāo)回收率為91.9%～99.1%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果精密度高，重復(fù)性好，回收率高，滿(mǎn)足單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)水中硝基苯類(lèi)化合物的監(jiān)測(cè)要求。

3 結(jié)論

以甲苯作溶劑，使用DB-5 毛細(xì)管柱，液液萃取-氣相色譜法測(cè)定水中10 種硝基苯類(lèi)并進(jìn)行方法驗(yàn)證及優(yōu)化，優(yōu)化柱溫箱升溫程序后，10 種硝基苯類(lèi)物質(zhì)在17 min 內(nèi)可全部出峰，峰形良好，分離徹底，有效縮短分析時(shí)間，降低能耗；使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)甲苯中10 種硝基苯類(lèi)混標(biāo)配置標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，在10～100 μg/L 范圍內(nèi)，線(xiàn)性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，10 種硝基苯類(lèi)檢出限為0.013～0.022 μg/L，低于HJ 648—2013 方法檢出限，優(yōu)化后方法靈敏度提高；向空白水樣中分別添加1 μg/L 和5 μg/L 硝基苯混標(biāo)后，各組分相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及加標(biāo)回收率均滿(mǎn)足方法規(guī)定，結(jié)果準(zhǔn)確，精密度高，完全滿(mǎn)足日常工作中在單一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)10 種硝基苯類(lèi)化合物的監(jiān)測(cè)需求。