固相萃取-毛細管氣相色譜法測定生活飲用水中16種硝基苯類化合物

鄒海民周 琛余輝菊張 潛曾紅燕李永新（成都市疾病預(yù)防控制中心，成都 60047）（四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院，成都 6004）

固相萃取-毛細管氣相色譜法測定生活飲用水中16種硝基苯類化合物

鄒海民*1周 琛2余輝菊1張 潛1曾紅燕2李永新21
（成都市疾病預(yù)防控制中心，成都 610047）2（四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院，成都 610041）

建立了生活飲用水中16種硝基苯類物質(zhì)的固相萃取-毛細管氣相色譜-電子捕獲檢測方法。實驗優(yōu)化了色譜柱、升溫程序等色譜條件，并對影響固相萃取效果的主要因素（萃取小柱、洗脫劑和洗脫體積）進行了考察。水樣中16種硝基苯類物質(zhì)經(jīng)Oasis HLB固相萃取柱吸附、正己烷-丙酮（3∶1，V/V）洗脫后，采用DB-1701毛細管氣相色譜柱程序升溫分離、ECD檢測，在33 min內(nèi)完成所有待測組分的測定。16種硝基苯類組分在各自的線性范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)r≥0.998，方法的檢出限為0.01～0.77 μg/L（S/N=3），定量限為0.03～2.57 μg/L（S/N=10），日內(nèi)精度和日間精度分別在1.0% ～3.8%和2.3% ～4.8%間，樣品加標(biāo)回收率為83.6%～111.8%，加標(biāo)樣品的RSD為1.2%～5.1%。應(yīng)用本方法對50份水樣進行了分析，結(jié)果表明，本方法準(zhǔn)確、靈敏、快速，適用于水質(zhì)的常規(guī)分析，可為水樣中硝基苯類物質(zhì)的污染評價提供技術(shù)支持。

氣相色譜法；固相萃??；硝基苯類；飲用水

1 引言

硝基苯類化合物種類繁多，包括硝基苯、硝基氯苯、硝基甲苯等幾大類，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難以降解。該類高毒物質(zhì)可通過各種途徑進入人體，造成消化、呼吸及神經(jīng)系統(tǒng)等損害［1］，并具有致突變性和致癌性［2，3］。美國EPA已將多種硝基苯列入“優(yōu)先控制污染物”名單；我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［4］中也對集中式生活飲用水地表水源中硝基苯類化合物的含量做出限定，其中硝基苯限值為0.017 mg/L；1-氯-2-硝基苯、1-氯-3-硝基苯和1-氯-4-硝基苯限值為0.05 mg/L；1，2-二硝基苯、1，3-二硝基苯、1，4-二硝基苯、1-氯-2，4-二硝基苯和2，4，6-三硝基甲苯限值均為0.5 mg/L。

目前，水質(zhì)中硝基苯類化合物的檢測多采用液相色譜法［5～7］、氣相色譜法［8～10］和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法［11～13］等。液相色譜法分析時間過長；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法準(zhǔn)確度好，但儀器設(shè)備較昂貴。毛細管氣相色譜法在有機污染物分析方面具有快速、分離度好、準(zhǔn)確度高，以及儀器條件要求相對較低等優(yōu)點，已經(jīng)被逐步應(yīng)用于常規(guī)環(huán)境監(jiān)測中。

《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》［14］將硝基苯類物質(zhì)分為硝基苯、三硝基甲苯、二硝基苯等幾類進行測定，分別用不同溶劑進行液液萃取，且大部分采用不同填料的填充柱分離，采用電子捕獲檢測器（Electron capture detector，ECD）或火焰離子化檢測器（Flame ionization detector，F(xiàn)ID）進行檢測。此法不僅前處理復(fù)雜、分離效能不高，且費時費力。本實驗通過對固相萃取柱種類、萃取條件（洗脫液選擇及配比）及色譜分離條件等進行優(yōu)化，建立了固相萃取-毛細管氣相色譜法，實現(xiàn)了對水中16種硝基苯類物質(zhì)的同時檢測。本方法靈敏度高、準(zhǔn)確度好且簡便快速，適合生活飲用水中硝基苯類化合物的同時檢測。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

Varian cp-3800氣相色譜儀，配有1171自動進樣器、電子捕獲檢測器；固相萃取儀（美國Supelco公司）；Oasis HLB固相萃取小柱（500 mg，6 mL，美國 Waters公司）；Bond Elut Plexa固相萃取小柱（500 mg，6 mL，美國Agilent公司）；純水儀（PURELAB Pulse，德國ELGA公司）；萬分之一天平（德國Sartorius公司），HSC-24B氮吹儀（天津恒奧科技發(fā)展有限公司）。毛細管柱DB-1701（30 m×0.25 mm，0.25μm，Agilent J&W GC Columns）和DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25μm，Agilent J&W GC Columns）。

正己烷（n-Hexane）、丙酮（Acetone，Ac）、甲醇（色譜純，美國Fisher Scientific公司）。

標(biāo)準(zhǔn)品：2-硝基甲苯（2-Nitrotoluene，2-NT）、3-硝基甲苯（3-Nitrotoluene，3-NT）：濃度1.00 mg/L，環(huán)境保護部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；硝基苯（Nitrobenzene，NB）：濃度1.00 mg/mL，中國計量科學(xué)研究所；4-硝基甲苯（4-Nitrotoluene，4-NT）、1-氯-4-硝基苯（1-Chloro-4-nitrobenzene，1-Ch-4-NB）、2，4-二硝基甲苯（2，4-Dinitrotoluene，2，4-DNT）、2，4，6-三硝基甲苯（2，4，6-Trinitrotoluene，TNT）：濃度1.01 mg/L，中國計量科學(xué)研究所；1，2-二硝基苯（1，2-Dinitrobenzene，1，2-DNB）：純度99.9%，美國Sigma-Aldrich公司；1，3-二硝基苯（1，3-Dinitrobenzene，1，3-DNB）、1，4-二硝基苯（1，4-Dinitrobenzene，1，4-DNB）、2，5-二硝基甲苯（2，5-Dinitrotoluene，2，5-DNT）：純度99.9%，美國Supelco公司；3，4-二硝基甲苯（3，4-Dinitrotoluene，3，4-DNT）、1-氯-2-硝基苯（1-Chloro-2-nitrobenzene，1-Ch-2-NB）、1-氯-3-硝基苯（1-Chloro-3-nitrobenzene，1-Ch-3-NB）、1，3，5-三硝基苯（1，3，5-Trinitrobenzene，TNB）：純度99.9%，德國Dr.Ehrenstorfer公司；1-氯-2，4-二硝基苯（1-Chloro-2，4-dinitrobenzene，1-Ch-2，4-DNB）：濃度100 mg/L，德國Dr.Ehrenstorfer公司。

2.2 試劑配制

2.2.1 單一標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制準(zhǔn)確稱量各標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，分別用正己烷溶解并定容，配制成濃度為100.0 mg/L的單合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2.2 混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制分別取適量標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用正己烷配制成混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液。其中NB，2-NT，3-NT，4-NT濃度為10.0 mg/L，1，3-DNB，TNB濃度為2.0 mg/L，其余（2，4-DNT，TNT，2，5-DNT，3，4-DNT，1，2-DNB，1，4-DNB，1-Ch-2-NB，1-Ch-3-NB，1-Ch-4-NB，1-Ch-2，4-DNB）濃度為0.50 mg/L，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

2.3 實驗方法

2.3.1 GC-ECD色譜條件進樣口溫度250℃；載氣為高純氮氣，流速為2 mL/min；柱溫箱升溫程序：初始溫度60℃保持1 min，以4℃/min升溫至140℃后，再以15℃/min升溫至240℃，并保持5 min；檢測器溫度300℃；尾吹氣（N2）流速60 mL/min；進樣體積：1 μL，不分流。

2.3.2 樣品前處理量取500 mL水樣于燒杯中，加入2.5 mL甲醇，混勻，以5 mL/min流速經(jīng)HLB固相萃取柱（預(yù)先依次用5 mL正己烷、5 mL甲醇、5 mL純水活化）。然后用10 mL純水淋洗，棄去淋洗液，再用10 mL正己烷-丙酮（3∶1，V/V）以2 mL/min流速進行洗脫，洗脫液經(jīng)干燥柱除水后，收集于接收管中，并定容至10 mL，待測。取500 mL實驗用超純水代替水樣，同樣進行上述操作，作為樣品空白。

3 結(jié)果與討論

3.1 色譜條件優(yōu)化

3.1.1 色譜柱的選擇本研究比較了HP-5MS和DB-1701兩種色譜柱對16種硝基苯類物質(zhì)的分離效果。如圖1所示，DB-1701對難分離組分1-Ch-3-NB，1-Ch-4-NB和1-Ch-2-NB分離效果更好，且峰型比HP-5MS條件下更好，但1-Ch-3-NB和4-NT的分離度比HP-5MS條件下小，因此實驗選擇DB-1701毛細管柱作為分離柱，并進一步進行分離條件優(yōu)化。

3.1.2 柱溫的選擇由于16種待測硝基苯類化合物的沸點相差較大，沸程長，采用恒溫模式無法達到基線分離，故本研究選用程序升溫模式。

本研究首先考察了初始溫度分別為40℃，60℃，80℃和100℃時16種待測物質(zhì)的分離情況（以4℃/min升溫至140℃，再以15℃/min升溫至240℃，并保持5 min），結(jié)果（圖2）表明，隨著初始溫度升高，組分的保留時間縮短，分析周期變短，但是分離度變差，特別是4-NT和1-Ch-3-NB分離度明顯下降。當(dāng)初始溫度為40℃時，4-NT與1-Ch-3-NB能達到基線分離，但整個分析過程所需時間過長（42 min）；當(dāng)初始溫度為60℃時，4-NT與1-Ch-3-NB也能達到基線分離，同時硝基苯及硝基甲苯等前7種物質(zhì)峰型較好，且分析時間縮短至33 min；初始溫度升高至80℃時，4-NT與1-Ch-3-NB已經(jīng)無法實現(xiàn)基線分離，且隨著初始溫度的升高，硝基苯、硝基甲苯、硝基氯苯等前7種物質(zhì)出現(xiàn)不同程度的峰型展寬。因此實驗選擇分析時間較短且能實現(xiàn)各物質(zhì)基線分離的60℃作為最佳初始溫度。

圖1 不同毛細管柱上16種硝基苯色譜圖Fig.1 Chromatograms of 16 nitrobenzene compounds separated by two columns

圖2 初始柱溫的影響Fig.2 Effect of different initial column temperatures

固定初始溫度為60℃，考察了第一階段升溫速率分別為4℃/min，6℃/min及8℃/min時（升至140℃，15℃/min，升溫至240℃，并保持5 min），待測物質(zhì)的分離情況。結(jié)果顯示：隨著升溫速率的增大，分析時間逐漸縮短，但分離度也明顯降低。當(dāng)升溫速率超過4℃/min時，4-NT與1-Ch-3-NB未達到基線分離，故選擇階段升溫速率為4℃/min（見圖3）。

圖3 程序升溫速率的影響Fig.3 Effect of different temperature programs

3.2 樣品前處理條件優(yōu)化

3.2.1 固相萃取柱的選擇根據(jù)待測物的性質(zhì)，本實驗初步選擇C18固相萃取小柱和HLB固相萃取小柱進行水樣前處理。取500 mL超純水6份，分別加入相同濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，勻，其中3份采用C18萃取小柱萃取，另3份采用HLB固相萃取小柱進行萃取，通過考察平均回收率來評價這兩種小柱對待測物的萃取效率。結(jié)果（見圖4）顯示，HLB固相萃取小柱除了對NB和3-NT的萃取效率略低于C18柱外，對其它14種待測物的萃取效率均明顯高于C18柱。綜合考慮，最終選用HLB固相萃取小柱。

圖4 不同萃取柱的萃取效率Fig.4 Extraction efficiency of two extraction columns

3.2.2 洗脫劑的選擇常用的洗脫劑有乙腈［12］、二氯甲烷［16］、正己烷［17］、丙酮［18］等，其中正己烷和丙酮最為常用。文獻［19］報道，以一定比例混合的正己烷和丙酮作為洗脫劑對硝基苯類物質(zhì)的洗脫效率更高，本實驗考察了洗脫劑分別為正己烷、丙酮及兩者混合比例（正己烷-丙酮體積比依次為4∶1，3∶1，2∶1，1∶1）時的洗脫結(jié)果（見圖5）。結(jié)果表明，單獨使用正己烷和丙酮時，洗脫效果明顯不如混合洗脫劑，當(dāng)正己烷-丙酮的體積比為3∶1時，洗脫效果最好，故選擇正己烷-丙酮（3∶1，V/V）作為最佳洗脫試劑。

3.2.3 洗脫劑體積的選擇保持其它實驗條件不變，改變洗脫試劑體積（5，7.5，10，12.5和15 mL），比較其加標(biāo)回收率。結(jié)果表明，隨著洗脫劑體積的增大，組分的洗脫效果變好，當(dāng)洗脫劑體積為10 mL，回收率為93.5%，繼續(xù)增加洗脫劑體積，洗脫效果不變。故選擇洗脫劑最佳洗脫體積為10 mL。

圖5 不同洗脫劑的洗脫效果Fig.5 Elution efficiency of different eluents

3.3 方法學(xué)評價

3.3.1 回歸方程、線性范圍和檢出限分別吸取1 μL標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，按2.3.1節(jié)的色譜條件分別進樣分析，每個濃度重復(fù)測定3次，以待測物濃度（x，μg/L）為橫坐標(biāo)，峰面積平均值（y，mV·min）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以3倍和10倍基線噪聲所對應(yīng)的各組分含量計算方法檢出限（Limit of detection，LOD）和定量限（Limit of quantification，LOQ）。結(jié)果（表1）表明，在各自的線性范圍內(nèi)，16種硝基苯類組分相關(guān)系數(shù)r≥0.998，方法的檢出限為0.01～0.77 μg/L（S/N=3），定量限為0.03～2.57 μg/L （S/N=10）。而《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》（GB/T 5750-2006）中最低檢測質(zhì)量濃度（取500 mL水樣）分別為：1-Ch-3-NB，1-Ch-4-NB，1-Ch-2-NB為20 μg/L；1，4-DNB為40 μg/L；1，2-DNB，1-Ch-2，4-DNB為100 μg/L，1，3-DNB為200 μg/L。因此，本實驗所建立的方法能夠滿足實際檢測對檢出限的要求。

表1 線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限Table 1 Linear range，regression equation，correlation coefficient，LOD and LOQ

3.3.2 精密度取同一水源水，加入16種組分的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液作為模擬樣品進行精密度實驗，按2.3.1節(jié)的條件進行測定，在同一天內(nèi)連續(xù)進樣6次，以峰面積和保留時間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative standard derivation，RSD）考察日內(nèi)精密度；連續(xù)6天進樣測定，考察日間精密度。結(jié)果（見表2）顯示，日內(nèi)精度和日間精密度分別在1.0%～3.8%和2.3%～4.8%之間，滿足定量分析的基本要求。

表2 日內(nèi)精密度和日間精密度（n=6）Table 2 Intra-and inter-day precision（n=6）

3.4 加標(biāo)回收實驗

選取同一水源水分別加入3個濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)溶液，結(jié)果見表3，平均回收率在83.6%～111.8%（n=6）之間，加標(biāo)樣品的RSD為1.2%～5.1%，表明本方法可用于檢測生活飲用水中硝基苯類物質(zhì)。

表3 加標(biāo)回收率（n=6）Table 3 Results of the spiked recovery tests（n=6）

續(xù)表3（Continued to Table 3）

3.5 樣品分析

應(yīng)用本方法對成都市生活飲用水日常監(jiān)測水樣進行檢測，其中水源水10份（經(jīng)0.45μm水系濾膜過濾）、出廠水20份、末梢水20份，每份樣品均做3個平行樣，結(jié)果表明，50份樣品均未檢出16種待測物質(zhì)。于是考慮對樣品進行加標(biāo)做模擬樣，取水源水、出廠水和末梢水各10份，按2.3.3節(jié)中表3進行3個濃度加標(biāo)實驗。結(jié)果表明，在該水樣基質(zhì)條件下各物質(zhì)的保留時間變化不大，且16種待測物質(zhì)的回收率均在78.6%～115.3%之間。與GB/T 5750.8-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法有機物指標(biāo)》采用傳統(tǒng)的液液萃取，GC-FID、GC-ECD分組測定方法相比，本方法能實現(xiàn)一次進樣在33 min內(nèi)實現(xiàn)16種硝基苯的同時檢測，方法簡便、快速、準(zhǔn)確、靈敏度高，適于生活飲用水中硝基苯類化合物的檢測。

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16 HJ 648-2013 Water Quality-Determination of Nitroaromatics by Gas Chromatography.National Environmental Protection Standards of the People′s Republic of China.

水質(zhì)硝基苯類化合物的測定液液萃取/固相萃取-氣相色譜法.中華人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn).HJ 648-2013

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This work was supported by the Science&Technology Supporting Program of Sichuan Province，China（No.2012SZ0196）

Simultaneous Determination of 16 Nitrobenzene Compounds in Drinking Water by Solid Phase Extraction-Gas Chromatography coupled with Electron Capture Detection

ZOU Hai-Min*1，ZHOU Chen2，YU Hui-Ju1，ZHANG Qian1，ZENG Hong-Yan2，LI Yong-Xin21（Chengdu Center for Disease Control&Prevention，Chengdu 610047，China）
2（West China School of Public Health，Sichuan University，Chengdu 610041，China）

A solid phase extraction（SPE）-gas chromatography coupled with electron capture detection（GCECD）method was developed for the simultaneous determination of 16 nitrobenzene compounds in drinking water.The chromatographic conditions，i.e.the chromatographic column and the programmed temperature，were optimized，and the extraction conditions，i.e.the type of extraction column，elution solvent and volume of elution solvent，were also optimized.Water samples were extracted with Oasis HLB columns and eluted by the mixture of n-hexane and acetone（3∶1，V/V）.All the target compounds were chromatographically separated on a DB-1701 capillary column with programed temperature，and were detected by electron capture detector.The favorable resolutions of all target compounds were achieved within 33 min.Under the optimal analytical conditions，the peak area of each analyte and its concentration had a good correlation within the linear range（r≥0.998）.The limit of detection（LOD）and limit of quantification（LOQ）of the method were 0.01-0.77 μg/L（S/N=3）and 0.03-2.57 μg/L（S/N=10），respectively.The intra-and inter-day relative standard deviations（RSDs）of the sample were 1.0%-3.8%and 2.3%-4.8%，respectively. Spiked recoveries of the analytes were 83.6%-111.8%and the RSDs of the spiked samples were 1.2%-5.1%.This proposed method has been applied in the detection of 50 water samples.The results indicated that the new solid phase extraction-gas chromatography coupled with electron capture detection method was specific，sensitive and reproducible，and could be used for the determination of 16 nitrobenzene compounds in drinking water.

Gas chromatography；Solid phase extraction；Nitrobenzene；Drinking water

15 August 2015；accepted 22 October 2015）

10.11895/j.issn.0253-3820.150648

2015-08-15收稿；2015-10-22接受

本文系四川省科技支撐計劃基金（No.2012SZ0196）資助項目

*E-mail：742779591@qq.com