氣相-動態(tài)頂空進樣-氣相色譜/質(zhì)譜法間接測定飲用水源水中苦味酸

張 紅，賴永忠，劉 鶯，郭 巖

（1.汕頭市環(huán)境保護研究所，廣東 汕頭 515041；2.汕頭市環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

苦味酸即2，4，6-三硝基苯酚，主要用于爆炸物、殺菌劑、除霉劑、收斂劑及氯化苦的制造等[1]，可導致皮膚、眼睛和呼吸道疾病的發(fā)生，長期接觸還會引起頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、食欲下降、腹瀉及發(fā)熱等癥狀，甚至會損傷肝和腎等[2]。我國已把苦味酸列為集中式生活飲用水地表水源地特定項目之一，其標準限值為0.5mg/L[3]。已報道苦味酸測定的方法有直接液液萃取-分光光度法[4]、苦味酸鹽-直接比色法[5]、衍生物-液液萃取-分光光度法[6]、締合物-液液萃取-分光光度法[7]、結(jié)晶紫締合物-浮選分光光度法[8]、陰離子交換樹脂富集-樹脂相分光光度法[9]、熒光光度法[10]、光致發(fā)光淬滅法[11]、免疫分析法[12]、電化學法[13]、電導滴定法[14]、衍生物-液液萃取-氣相色譜法[1，15-16]、衍生物-頂空固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法[17]、樣品直接過濾-液相色譜法[18]和直接萃取-高效液相色譜法[19]等。上述方法分析步驟繁瑣，過多的人工操作易導致測定結(jié)果不確定性大，且不容易實現(xiàn)自動化分析。

我國目前用于地表水和飲用水源水中苦味酸測定的標準方法[16]為衍生物-液液萃取-氣相色譜法，即通過測定苦味酸與次氯酸鈉的反應產(chǎn)物-氯化苦（即硝基三氯甲烷），來間接測定苦味酸。氯化苦可用頂空固相微萃取法[17]和吹脫捕集法[20]等預處理，國家標準方法[16]和一些文獻[1，15]用苯或正己烷等有機溶劑作為氯化苦的萃取溶劑，這些試劑的使用會污染環(huán)境，對分析人員的健康很不利。

動態(tài)頂空進樣技術(shù)是一種環(huán)保的樣品前處理技術(shù)，無需有機萃取溶劑；相對于吹脫捕集法，因吹脫氣針頭無需插入樣品內(nèi)部進行吹脫，有利于避免復雜樣品對樣品前處理儀器管路的污染，特別是會起泡的樣品。因此，本研究對氣相-動態(tài)頂空進樣法在飲用水源水中苦味酸間接測定中的運用進行探討。

1 實驗部分

1.1 儀器及其工作條件

GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本 Shimadzu 公司）；DB-5MS（30m×0.25mm×0.5μm）石英毛細管色譜柱（美國Agilent公司）；HS9000型靜態(tài)/動態(tài)一體頂空自動進樣器（美國EST公司）。

氣相色譜條件：汽化室溫度250℃，柱流量1.5 mL/min，線速度 44.3cm/s，流量控制方式為恒線速度；柱溫40℃保持10min，以5℃/min升至105℃。載氣為高純氦氣，分流比5∶1。

質(zhì)譜條件：接口溫度250℃；電子轟擊離子源（200℃，70eV）。

氣相-動態(tài)頂空進樣條件：樣品平衡過程中采用中速旋轉(zhuǎn)混合模式，吹脫針就位時間10s，閥箱和傳輸線溫度分別為150℃和155℃，待機時吹脫氣流速為20mL/min；預捕集阱及捕集阱的待機溫度和捕集阱干吹溫度均為40℃，捕集阱干吹時間1.0min，吹脫氣和干吹氣的流速保持一致，捕集阱烘烤時的反吹氣流速為60mL/min。其他參數(shù)優(yōu)化后確定。

1.2 試劑

100mg/L苦味酸標液（美國AccuStandard公司）；活性氯含量≥7.5%的分析純次氯酸鈉（廣州化學試劑廠）；農(nóng)殘級甲醇（美國Supelco公司）；分析純NaCl（廣州化學試劑廠）；實驗用水為超純水。

1.3 實驗方法

取8.0mL水樣于加有適量NaCl的20 mL鉗口頂空瓶中，用帶聚四氟乙烯墊片的鋁蓋鉗壓密封，混勻樣品使所加NaCl溶解。用一次性醫(yī)用2.5mL塑料注射器吸取2.0mL次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉溶液打入裝有樣品的20mL鉗口頂空瓶，充分混勻。準備好的樣品放入HS9000型靜態(tài)/動態(tài)一體頂空自動進樣器的樣品盤，按設(shè)定的程序進行氣相-動態(tài)頂空進樣，并用氣相色譜/質(zhì)譜法進行定性和定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 苦味酸的定性與定量分析

純水中添加苦味酸標準溶液和次氯酸鈉溶液后，反應產(chǎn)物氯化苦用氣相-動態(tài)頂空進樣-氣相色譜/質(zhì)譜法測得的色譜圖見圖1；利用NIST147標準譜庫對各色譜峰進行檢索并定性，圖1中第7號峰的質(zhì)譜圖見圖2，NIST147標準譜庫中氯化苦質(zhì)譜圖見圖3。氯化苦的定性易受四氯化碳的影響，m/z61可作為氯化苦區(qū)別于四氯化碳的特征離子[17]；同時，在相同的色譜條件下，可根據(jù)四氯化碳及其他56種揮發(fā)性有機物的出峰時間[21]與氯化苦不同，從而排除它們對氯化苦的定性及定量干擾，最后確定氯化苦的保留時間為8.310 min。氯化苦的監(jiān)測離子為m/z 117，119，82 和 61，其中 m/z117 為定量離子。

2.2 氣相-動態(tài)頂空進樣條件優(yōu)化

以下實驗對水樣與次氯酸鈉的體積比例、樣品鹽度和動態(tài)頂空進樣條件（平衡溫度、平衡時間、吹脫氣流量、吹脫捕集時間、解析溫度、解析時間）等影響方法靈敏度的主要因素進行優(yōu)化。優(yōu)化過程所用樣品為濃度為10.0μg/L純水加標水樣。

2.2.1 水樣與次氯酸鈉體積比例的選擇

有報道[15]認為，水樣與次氯酸鈉的體積比例介于 10∶1～5∶1 時，氯化苦的產(chǎn)率較高，且反應較恒定。次氯酸鈉溶液加入量設(shè)為1.0～5.0mL（即水樣與次氯酸鈉的體積比例為1∶1～9∶1），次氯酸鈉溶液和樣品的總體積為10.0mL。結(jié)果表明氯化苦產(chǎn)量隨次氯酸鈉溶液加入量（2.0～5.0mL）的增加而下降，添加量為 1.0，3.0，4.0 和 5.0 mL 的結(jié)果分別是 2.0 mL 的79%、83%、54%和41%。本研究選擇8mL水樣中加入2mL次氯酸鈉，水樣與次氯酸鈉的體積比例與文獻報道[1，15-16]的 5∶1 接近。

圖1 苦味酸與次氯酸鈉的反應產(chǎn)物-氯化苦的色譜圖

圖2 苦味酸與次氯酸鈉的反應產(chǎn)物-氯化苦的質(zhì)譜圖

圖3 NIST147標準譜庫中氯化苦質(zhì)譜圖

2.2.2 樣品平衡溫度的選擇

研究表明，10～30℃的反應溫度有利于苦味酸與次氯酸鈉反應的進行，過高的反應溫度會降低次氯酸鈉的氧化性，從而影響反應的進行[15]，我國標準方法[16]則使用室溫條件。另研究表明，當次氯酸鈉溶液加熱至50℃并保持30min時，其有效氯的下降程度與不加熱對照組的結(jié)果并無顯著差異[23]；同時，次氯酸鈉溶液加熱至80℃并保持6h，有效氯的下降幅度只約為 0.35%[23]。

不同平衡溫度（50～70℃）對氯化苦吹脫捕集效率影響的研究結(jié)果表明，50℃和60℃的結(jié)果接近，約為70℃的4倍。過高的平衡溫度所產(chǎn)生的大量水蒸氣進入分析儀器，會影響捕集阱的吸附性能，且會損傷氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀的色譜柱及離子源燈絲，因此選擇平衡溫度為50℃。

2.2.3 樣品平衡時間的選擇

用衍生物-液液萃取法測定苦味酸時，苦味酸與次氯酸鈉的充分反應需一定時間，文獻[1，15-16]選擇30～50min的反應時間。頂空法用于分析樣品時，需適當提高平衡時間，以獲得較穩(wěn)定的目標物在樣品液相與氣相間的動態(tài)平衡，使得目標物在氣相空間的濃度達到最大。實驗表明，當平衡溫度為50℃時，平衡時間為30，40，50 min的結(jié)果分別是20 min的98.5%、73.2%和 69.5%。為了使更高濃度樣品獲得充分的平衡，后續(xù)試驗選擇平衡時間為30min。

2.2.4 樣品鹽度的選擇

在頂空進樣方法中，適當增加樣品的鹽度可提高目標物在氣相空間的濃度[21]。同時，NaCl的加入對次氯酸鈉的穩(wěn)定性有幫助[23]。在8 mL樣品中添加0.80～3.00 g NaCl（即樣品鹽度為10%～37.5%），結(jié)果表明，在 0.8～3.00 g范圍內(nèi)氯化苦的吹脫捕集效率隨鹽度增加而上升，NaCl添加量為3.00 g時效果最好。

2.2.5 吹脫氣流量及吹脫時間的選擇

當吹脫氣流量為40mL/min時，在2～20min的吹脫捕集時間下，氯化苦的吹脫捕集效率隨吹脫捕集時間的延長而下降。當吹脫捕集時間為2min時，吹脫氣流量為60mL/min的氯化苦吹脫捕集效率高于40mL/min和80mL/min吹脫氣流量。因此，選擇吹脫氣流量及吹脫捕集時間分別定為60mL/min和2min。

2.2.6 解析溫度及解析時間的選擇

儀器的最高解析溫度和烘烤溫度分別為260℃和270℃。不同的解析溫度（200～260℃）和解析時間（3min和5min）對目標物響應值并無明顯影響；在270℃的烘烤溫度下，5 min的烘烤時間可使捕集阱吸附的目標物殘留完全解吸附。為了使更高濃度樣品的解析完全和捕集阱無目標物殘留，解析溫度、解析時間、烘烤溫度和烘烤時間分別選擇260℃、5min、270℃和 5min。

2.3 線性范圍、精密度和檢出限

標準曲線濃度點設(shè)置為 0.00，1.00，2.50，5.00，10.00，20.00μg/L，得到線性擬合方程為 y=2686x+236，r=0.9993。測定 7個濃度為 1.00μg/L的純水加標水樣，測得值分別為 1.18，0.96，1.08，0.92，0.88，0.85，1.10μg/L，統(tǒng)計測得值的標準偏差 s為 0.125 μg/L，相對標準偏差RSD為12.5%。以標準偏差s的3.143倍作為方法檢出限[24]，結(jié)果為 0.40μg/L，低于國家標準方法[16]0.001mg/L的最低檢出限，遠低于集中式生活飲用水地表水源地苦味酸標準限值（0.5 mg/L）[10]。對7 個濃度分別為 2.50 μg/L 和 10.0 μg/L 的獨立純水加標水樣進行測定，測得均值分別為2.35μg/L和11.41μg/L，RSD 分別為 9.2%和 10.5%。

2.4 飲用水源水實際樣品測定

用氣相-動態(tài)頂空進樣-氣相色譜/質(zhì)譜法（D-HSGC/MS）對廣東省潮州市庵埠斷面水樣和汕頭市秋風水庫取水口斷面水樣所含苦味酸進行間接測定。結(jié)果表明，兩處飲用水源水的水樣所含苦味酸均小于方法檢出限，當實際樣品加標量為2.50，5.00和10.0 μg·L-1時，加標回收率介于 102%～131%，對應的 RSD 介于 3.5%～16.6%，如表 1所示。

表1 飲用水源水實際樣品測定結(jié)果（n=3）1）

2.5 注意事項

苦味酸和次氯酸鈉的反應時間過長，會導致結(jié)果偏大[15]，因此，同一批次的上機樣品不宜太多，否則影響方法的準確性和精密性。捕集阱的吸附性能會隨樣品測定數(shù)量的增加而明顯下降，上機測試的樣品較多時，應間隔幾個樣品老化一次捕集阱，每天至少進行一次長時間的捕集阱老化。次氯酸鈉的有效氯含量對氯化苦的形成有影響，繪制標準曲線和測定樣品時，應盡量用同一瓶次氯酸鈉溶液。

3 結(jié)束語

氣相-動態(tài)頂空進樣-氣相色譜/質(zhì)譜法（D-HSGC/MS）用于飲用水源水中苦味酸的監(jiān)測分析，具有不需有毒的有機萃取溶劑、減少人為參與、釋放勞動力的優(yōu)點，方法檢出限（0.00040mg/L）優(yōu)于國家標準方法的0.001mg/L最低檢出限，滿足GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中0.5 mg/L限值要求，可用于飲用水源水中苦味酸的間接測定，適合推廣使用。

[1]劉輝利，鮮啟鳴，鄒惠仙，等.水中苦味酸的測定[J].環(huán)境污染與防治，2005，27（2）：145-147.

[2]化工安全與環(huán)境編輯部.連載134：苦味酸；2，4，6-三硝基苯酚[J].化工安全與環(huán)境，2002，15（10）：16.

[3]GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準[S].北京：中國標準出版社，2002.

[4]?krlíková J，Andruch V，Sklenárˇíová H，et al.A novel dual-valve sequential injection manifold（DV-SIA） for automated liquid-liquid extraction Application for the determination of picric acid[J].Analytica Chimica Acta，2010，666（1-2）：55-61.

[5]Khachatryan K S，Smirnova S V，Torocheshnikova I I，et al.Solvent extraction and extraction-voltammetric determination of phenols using room temperature ionic liquid[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry，2005，381（2）：464-470.

[6]呂菊波，孫琳，劉春萍.光度法測定苦味酸的一種新顯色體系[J].理化檢驗：化學分冊，2004，40（10）：608-610.

[7]胡振元，錢錫興，陳菊珍.水中痕量苦味酸的萃取分光光度法測定[J].環(huán)境科學，1982，3（1）：1-4.

[8]謝復青，何星存，蔣毅民.浮選分光光度法測定水中痕量苦味酸[J].廣西科學，1994，1（4）：23-25.

[9]謝祖芳，陳淵，晏全，等.樹脂相分光光度法測定水中痕量苦味酸[J].化工環(huán)保，2005，25（2）：140-142.

[10]Du H Y，He G，Liu T H，et al.Preparation of pyrene-functionalized fluorescent film with a benzene ring in spacer and sensitive detection to picric acid in aqueous phase[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2011，217（2-3）：356-362.

[11]Saxena A，F(xiàn)ujiki M，Rai R，et al.Fluoroalkylated polys ilane film as a chemosensor for explosive nitroaromatic compounds[J].Chemistry of Materials，2005，17（8）：2181-2185.

[12]Shankaran D R，Gobi K V，Matsumoto K，et al.Highly sensitive surface plasmon resonance immunosensor for parts-per-trillion level detection of 2，4，6-trinitrophenol[J].Sensors and Actuators B：Chemical，2004，100（3）：450-454.

[13]Tredici I，Merli D，Zavarise F，et al.α-Cyclodextrins chemically modified gold electrode for the determination of nitroaromatic compounds[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，2010，645（1）：22-27.

[14]Rounaghi G，Mohammadzadekakhki R，Heidari T.Artificial neural networks applied for simultaneous analysis of mixtures of nitrophenols by conductometric acid-base titration[J].Industrial&Engineering Chemistry Research，2011，50（19）：11375-11381.

[15]陳書生，王建新.水中痕量苦味酸的氣相色譜測定[J].環(huán)境科學，1985，6（4）：71-73.

[16]GB/T 5750.8—2006生活飲用水標準檢驗方法有機物指標[S].北京：中國標準出版社，2007：302-304.

[17]賴永忠.頂空固相微萃取法用于飲用水源水中苦味酸的間接測定[J].光譜實驗室，2012，29（1）：178-181.

[18]劉燕，于偉浩，錢玉萍.高效液相色譜法測定工業(yè)廢水中的硝基苯酚[J].工業(yè)水處理，2007，27（12）：63-65.

[19]Ferreira L M，Lopes E.Solvent extraction of picric acid from aqueous solutions[J].Journal of Chemical&Engineering Data，1996，41（4）：698-700.

[20]Ishizawa F，Ishiwata T，Miyata K，et al.A case of chloro picrin detection by purge and trap gas chromatography/mass spectrometry[J].Chudoku Kenkyu，2003，16（3）：339-343.

[21]賴永忠，季彥鋆.氣相-動態(tài)頂空進樣-氣相色譜-質(zhì)譜法同時分析飲用水源水中57種揮發(fā)性有機物[J].巖礦測試，2012.

[22]Gambarini G，De Luca M，Gerosa R.Chemical stability of heated sodium hypochlorite endodontic irrigants[J].Journal of Endodontics，1998，24（6）：432-434.

[23]蘇秀霞，姚寶晶，趙艷.提高次氯酸鈉穩(wěn)定性的研究[J].陜西科技大學學報，2010，28（6）：65-68.

[24]Glaser J A，F(xiàn)oerst D L，McKee G D，et al.Trace analyses for waste waters[J].Environmental Science and Technology，1981，15（12）：1426-1435.