頂空-氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸

宋秦平，沈秀娥，劉保獻(xiàn)，宋程，王小菊，石愛(ài)軍，張琳

（北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048）

分析與檢測(cè)

頂空-氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸

宋秦平，沈秀娥，劉保獻(xiàn)，宋程，王小菊，石愛(ài)軍，張琳

（北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048）

建立了頂空-氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸的基本方法，運(yùn)用苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應(yīng)，經(jīng)頂空進(jìn)樣器直接進(jìn)樣，保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量，得到了較好的分離效果，以及較高的靈敏度、精密度和回收率。該方法在0～50 μg/L范圍內(nèi)線性良好（R=0.999 2），檢出限為0.18 μg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.76%～4.29%，加標(biāo)回收率為91.22%～108.95%，適合生活飲用水及其水源地水和廢水中苦味酸的測(cè)定。

頂空-氣相色譜法；電子捕獲器；苦味酸；次氯酸鈉

苦味酸（2，4，6-三硝基苯酚）俗稱(chēng)黃色炸藥，主要用于制造爆炸物、農(nóng)業(yè)用殺菌劑和除霉劑、醫(yī)用收斂劑、照片沖印藥品、以及紅光硫化黑等棉紡織品染色劑。長(zhǎng)期接觸苦味酸或一次性接觸量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致頭痛頭暈、惡心嘔吐、腹瀉、食欲減退和發(fā)熱等癥狀。GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中將苦味酸列為了集中式生活飲用水地表水源地40個(gè)特定項(xiàng)目之一，并明確了其標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5mg/L［1］。

目前，水中苦味酸的測(cè)定方法主要有光度法［2-4］、高效液相色譜法［5］和氣相色譜法［6］。苦味酸在測(cè)定過(guò)程中多采用毒性較強(qiáng)的苯等有機(jī)試劑作為萃取劑，在試驗(yàn)過(guò)程中易造成環(huán)境的二次污染，且對(duì)實(shí)驗(yàn)員的身體健康造成危害。本研究采用頂空直接進(jìn)樣方式，避免了萃取劑的使用，同時(shí)簡(jiǎn)化了樣品的前處理程序。在文獻(xiàn)［7-8］的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化了頂空-氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸的分析條件。經(jīng)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，該方法具有較高的精密度和回收率，適用于大批量樣品的分析測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

氣相色譜儀；彈性石英毛細(xì)管色譜柱（30.0 m× 320 μm×0.25 μm）；頂空進(jìn)樣器。

苦味酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1 mg/mL）；次氯酸鈉（分析純，有效氯≥10.0%）。

1.2 儀器條件

氣相色譜工作條件：起始柱溫50℃，保持4 min，然后以10℃/min的速率升溫至150℃，在溫度為120℃的條件下保持運(yùn)行1 min。進(jìn)樣口溫度為250℃，檢測(cè)器溫度為300℃，載氣（N2）流速為1.0 mL/min。

頂空進(jìn)樣器工作條件：平衡溫度為80℃，進(jìn)樣溫度為90℃，平衡時(shí)間為30 min，進(jìn)樣時(shí)間為1 min，進(jìn)樣量為1 mL，儀器穩(wěn)定時(shí)間為0.2 min。

1.3 試驗(yàn)方法

苦味酸與次氯酸鈉反應(yīng)會(huì)生成氯化苦、氯化鈉、碳酸鈉和水。利用氣相色譜法對(duì)苦味酸進(jìn)行測(cè)定主要依靠電子捕獲器對(duì)苦味酸與次氯酸鈉的衍生產(chǎn)物氯化苦（三硝基甲烷，NO3CCl3）的測(cè)定。從反應(yīng)原理分析，影響最終結(jié)果的因素主要有次氯酸鈉投加量、反應(yīng)時(shí)間以及頂空進(jìn)樣器的平衡溫度和平衡時(shí)間。因此，本研究采用單因素試驗(yàn)方法，最終確定水中苦味酸的最優(yōu)檢測(cè)條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素影響試驗(yàn)

2.1.1 次氯酸鈉投加量

不同濃度苦味酸會(huì)消耗不同量的次氯酸鈉，本試驗(yàn)對(duì)含有5、50 μg/L苦味酸的水樣分別進(jìn)行試驗(yàn)。在10 mL水樣中加入次氯酸鈉溶液，室溫下反應(yīng)50 min后，經(jīng)頂空進(jìn)樣器在60℃平衡溫度下平衡30 min后，利用氣相色譜儀對(duì)生成的氯化苦進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。

圖1 次氯酸鈉投加量對(duì)苦味酸衍生化反應(yīng)的影響Fig.1 Effect of sodium hypochlorite dosage on derivatization of picric acid

由圖1可知，次氯酸鈉投加量對(duì)5 μg/L苦味酸的影響明顯小于50 μg/L苦味酸，隨著次氯酸鈉投加量的增加，氯化苦的響應(yīng)值也隨之增加，在投加量為2 mL時(shí)趨于平緩，因此，從節(jié)約成本的角度考慮，選擇次氯酸鈉投加量為2 mL。

2.1.2 衍生化反應(yīng)時(shí)間

苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應(yīng)需要一定的反應(yīng)時(shí)間，時(shí)間過(guò)短會(huì)使衍生化反應(yīng)進(jìn)行得不充分，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)造成浪費(fèi)。取含有50 μg/L苦味酸的水樣10 mL，加入2 mL次氯酸鈉，在室溫下進(jìn)行試驗(yàn)，考察反應(yīng)時(shí)間的影響，經(jīng)頂空進(jìn)樣器在60℃平衡溫度下平衡30 min后，利用氣相色譜儀對(duì)生成的氯化苦進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)苦味酸衍生化反應(yīng)的影響Fig.2 Effect of reaction time on derivatization of picric acid

由圖2可知，氯化苦的響應(yīng)值隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在40 min后趨于穩(wěn)定，50 min時(shí)出現(xiàn)最大值，因此，選擇最佳反應(yīng)時(shí)間為40 min。

2.1.3 頂空進(jìn)樣器平衡溫度

在苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應(yīng)中，溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有很大影響。溫度過(guò)低會(huì)使反應(yīng)速率減慢，反應(yīng)完全需要更長(zhǎng)時(shí)間；溫度過(guò)高使得反應(yīng)速率加快，反應(yīng)程度會(huì)出現(xiàn)一定偏差而造成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性降低。同時(shí)，頂空加熱箱溫度必須比樣品瓶中任何溶劑的沸點(diǎn)低10℃，否則就可能使頂空瓶瓶蓋和隔墊泄漏或迸開(kāi)，樣品壓力傳輸線也會(huì)受到污染。

在次氯酸鈉投加量為2 mL，室溫下反應(yīng)40 min的條件下，采用10 mL質(zhì)量濃度為50 μg/L苦味酸水樣進(jìn)行試驗(yàn)，分別選擇50、60、70、80、90℃為頂空進(jìn)樣器平衡溫度，利用氣相色譜儀對(duì)生成的氯化苦進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，氯化苦的響應(yīng)值在平衡溫度為80℃時(shí)達(dá)到最大，之后出現(xiàn)減小趨勢(shì)，因此，選擇最佳頂空進(jìn)樣器的平衡溫度為80℃。

2.1.4 頂空進(jìn)樣器平衡時(shí)間

頂空進(jìn)樣器平衡時(shí)間會(huì)影響苦味酸與次氯酸鈉的衍生化反應(yīng)。向質(zhì)量濃度分別為5、50 μg/L苦味酸水樣中加入2 mL次氯酸鈉，室溫下反應(yīng)40 min，在頂空進(jìn)樣器下平衡溫度為80℃的條件下，利用氣相色譜儀對(duì)生成的氯化苦進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖4所示。

圖3 平衡溫度對(duì)苦味酸衍生化反應(yīng)的影響Fig.3 Effect of equilibrium temperature on derivatization of picric acid

圖4 平衡時(shí)間對(duì)苦味酸衍生化反應(yīng)的影響Fig.4 Effect of equilibrium time on derivatization of picric acid

由圖4可知，頂空進(jìn)樣器的平衡時(shí)間越長(zhǎng)，氯化苦的響應(yīng)值越大?？辔端豳|(zhì)量濃度為5 μg/L的水樣在80 min后氯化苦的響應(yīng)值趨于穩(wěn)定，而含有50 μg/L苦味酸的水樣在100 min后響應(yīng)值仍處于緩慢增加中?？紤]到低濃度樣品在平衡時(shí)間為30 min的條件下，氯化苦的響應(yīng)值已經(jīng)達(dá)到方法檢出限的相關(guān)要求，因此，選擇最佳頂空進(jìn)樣器的平衡時(shí)間為30 min。

經(jīng)過(guò)篩選后，在苦味酸的質(zhì)量濃度為50 μg/ L，次氯酸鈉投加量為2 mL，室溫下反應(yīng)40 min，頂空進(jìn)樣器平衡溫度為80℃，平衡時(shí)間為30 min的條件下，得到衍生化產(chǎn)物氯化苦的氣相色譜，結(jié)果如圖5所示。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

準(zhǔn)確移取0.5 mL苦味酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1 mg/mL）于5 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度線，配制成10 mg/L苦味酸標(biāo)準(zhǔn)使用液。

在裝有10 mL純水的頂空瓶中分別加入0、1、5、10、20、50 μL苦味酸標(biāo)準(zhǔn)使用液，配置成質(zhì)量濃度依次為0、1、5、10、20、50 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)氣相色譜儀測(cè)定后，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖6所示，其線性回歸方程為y=82.17 x-44.29，相關(guān)系數(shù)為0.9992。

圖5 苦味酸衍生化產(chǎn)物（氯化苦）氣相色譜Fig.5 Gas chromatography of derivatization product of picric acid（nitrochloroform）

圖6 苦味酸標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.6 Standard work curve of picric acid

2.3 方法的檢出限、精密度和回收率

2.3.1 方法的檢出限和測(cè)定下限

根據(jù)HJ 168—2010《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)檢出限的規(guī)定，在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，選擇質(zhì)量濃度為0.5 μg/L的苦味酸水樣進(jìn)行7次平行試驗(yàn)，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而得到方法的檢出限和測(cè)定下限，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

相關(guān)研究表明，非頂空進(jìn)樣的氣相色譜法對(duì)苦味酸測(cè)定的檢出限在0.20～0.60 μg/L之間［6-7，9-10］，在GB/T 5750.8—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》中，苦味酸的檢出限為1.0 μg/L［6］。由表1可知，本方法的檢出限為0.18 μg/L，測(cè)定下限為0.71 μg/ L，滿足水質(zhì)檢測(cè)要求，并且具有一定的分析優(yōu)勢(shì)。

2.3.2 方法的精密度

在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下分別取10 mL質(zhì)量濃度為1、5、10 μg/L苦味酸水樣，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。在3個(gè)濃度水平下，本方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.28%、2.71%和1.76%，具有較好的精密度和準(zhǔn)確度，滿足水質(zhì)檢測(cè)相關(guān)要求。

表1 方法的檢出限和測(cè)定下限Tab.1 Detection limit and reliable quantitation limit of the method

表2 方法的精密度Tab.2 Precision of the experiment results

2.3.3 方法的回收率

相關(guān)研究表明，地下水中苦味酸的濃度極低，地表水中苦味酸的質(zhì)量濃度在0～5.30 μg/L之間［9］，污水中苦味酸的質(zhì)量濃度在3.80～10.12 μg/L之間［7，10］。采集北京市地表水、地下水和生活污水進(jìn)行加標(biāo)回收率的測(cè)定，分別取1、5、10 μL苦味酸標(biāo)準(zhǔn)使用液至10 mL水樣中，配制成加標(biāo)濃度為1、5、10 μg/L的不同水樣，在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 苦味酸加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果Tab.3 Result of adding standard recovery determination of picric acid

由表3可知，方法的加標(biāo)回收率在91.22%～108.95%之間，且各類(lèi)水樣中苦味酸的濃度均遠(yuǎn)低于GB 3838—2002中的限值（0.5 mg/L）［1］，其中生活污水中苦味酸的質(zhì)量濃度最高，為4.18 μg/L。此外，本研究選取的地表水和地下水均屬于飲用水源地水，因此苦味酸濃度較為接近，分別為0.76 μg/L和0.85 μg/L。

3 結(jié)論

采用頂空-氣相色譜法檢測(cè)水中苦味酸切實(shí)可行，該方法既簡(jiǎn)化了樣品的前處理程序，省去了溶劑萃取過(guò)程，同時(shí)降低了水體和有機(jī)試劑基質(zhì)對(duì)儀器測(cè)定的干擾，具有快速準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、衍生化反應(yīng)較為徹底等特點(diǎn)。該方法檢出限低、精密度高、回收率在91.22%～108.95%之間，適合生活飲用水及其水源地水和生活污水中苦味酸的測(cè)定。

［1］中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，中華人民質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3838—2002［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

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［6］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法有機(jī)物指標(biāo)：GB/T 5750.8—2006［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［7］羅星曄，毛羽，何東，等.頂空氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸［J］.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2012，28（5）：74-76.

［8］張建榮，陳默.頂空-氣相色譜法測(cè)定水中的苦味酸［J］.寧夏農(nóng)林科技，2013，54（5）：94-96.

［9］陸梅，丁長(zhǎng)春.次氯酸鈉衍生-氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2012，24（1）：50-52.

［10］王凌云，汪澍.氣相色譜法測(cè)定水中苦味酸［J］.皮革科學(xué)與工程，2009，18（6）：50-51.

Determination of picric acid in water by headspace-gas chromatography

SONG Qin-ping，SHEN Xiu-e，LIU Bao-xian，SONG Cheng，WANG Xiao-ju，SHI Ai-jun，ZHANG Lin
（Beijing Municipal Environmental Monitoring Center，Beijing 100048，China）

A basic method of headspace-gas chromatography was established for the determination of picric acid in water.Based on the derivatization of picric acid and sodium hypochlorite with direct injection by headspace samplar，characterized with retention time and quantified with external standard method，a good separation effect with high sensitivity，high precision and high recovery rate was obtained.The method showed a good linearity at the range of 0-50 μg/L（R=0.999 2），and its detection limit was 0.18 μg/L，the relative standard deviation was 1.76%-4.29%，the adding standard recovery rate was 91.22%-108.95%.It could be seen that，the said method was suitable for the determination of picric acid in drinking water，source water and wastewater.

headspace-gas chromatography；ECD；picric acid；sodium hypochlorite

TU991.21

A

%1009-2455（2016）05-0084-04

宋秦平（1988-），女，北京人，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，（電子信箱）migoux@163.com；通訊作者：劉保獻(xiàn)（1983-），男，山東濟(jì)寧人，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，（電子信箱）liubaoxian28@163.com。

2016-06-07（修回稿）