內標校正氣相色譜法測定水體中硝基苯類化合物

陳加偉，宋洲，羅火焰，劉田，方紹敏，唐澤彪

（湖北省地質實驗測試中心，武漢 430034）

作為重要的原料和中間體，硝基苯類化合物被廣泛用于醫(yī)藥、染料、化工和炸藥等行業(yè)，經由上述行業(yè)工廠排放的廢水進入環(huán)境水體。由于硝基苯類化合物的生物毒性效應［1］，其已被我國及美國EPA列為環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單，在我國地表水環(huán)境質量標準（GB 3838–2002）［2］和地下水質量標準（GB／T 14848–2017）［3］中均將硝基苯類化合物列為特定分析項目進行監(jiān)測。

目前，在我國標準HJ 648–2013 中，硝基苯、鄰硝基甲苯、間硝基甲苯、對硝基甲苯、間硝基氯苯、對硝基氯苯、鄰硝基氯苯、對二硝基苯、間二硝基苯、 2，6-二硝基甲苯、鄰二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、 2，4-二硝基氯苯、3，4-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯等15 種硝基苯類化合物可利用液–液萃?。?固相萃取富集，以氣相色譜電子捕獲檢測器測定，外標法定量［4］。對于硝基苯類化合物的樣品前處理，許海清等［5］進行了系統研究，發(fā)現少量樣品適用液–液萃取，而對于多樣品分析，全自動固相萃取效率更高。此外，孔曄等［6］測定土壤中硝基苯類化合物時，發(fā)現土壤基質存在增強效應，需要利用帶基質的標準曲線才能進行準確定量。王飛等［7］依據HJ 648–2013 測定廢水中硝基苯類化合物，以2，4-二硝基甲苯為例，評定氣相色譜法測定水體中硝基苯類化合物含量的不確定度主要來源為校準曲線擬合和測量重復性兩個因素，尤其是前者對不確定度貢獻最大。與外標法相比，內標法定量更具有優(yōu)勢，然而相關研究卻并未采用［8–13］。

筆者采用甲苯液–液萃取，氣相色譜雙柱分離定性，利用1-溴-2-硝基苯內標校正，減小校準曲線擬合和測量重復性的影響，以氣相色譜法電子捕獲檢測器測定水體中15 種硝基苯類化合物，實現目標物的準確定量。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜儀：7890B 型，配微電子捕獲檢測器（μ-ECD），美國安捷倫科技有限公司；

超純水機：Milli-Q Direct 8 型，美國密理博公司；

15 種硝基苯混合標準溶液：硝基苯、鄰硝基甲苯、間硝基甲苯、對硝基甲苯的質量濃度均為5 000 mg／L，間硝基氯苯、對硝基氯苯、鄰硝基氯苯、對二硝基苯、間二硝基苯、2，6-二硝基甲苯、鄰二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、2，4-二硝基氯苯、3，4-二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲苯的質量濃度均為500 mg／L，上海安譜實驗科技股份有限公司；

1-溴-2-硝基苯溶液：5 000 mg／L，上海安譜實驗科技股份有限公司，使用時用甲苯稀釋成1.00 mg／L；

甲苯：色譜純，天津市天力化學試劑有限公司；高純氮氣：純度大于99.999%；

實驗所用其它試劑均為分析純，其中無水硫酸鈉和氯化鈉均在650℃下煅燒4 h，置于干燥器中冷卻后備用；

實驗用水為Mill-Q 超純水機制備所得超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜系統一

色 譜 柱：DB–1701P 型（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫科技有限公司）；進樣口溫度：250℃；檢測器溫度：270℃；程序升溫：50℃保持2 min，以12℃／min 速率升溫至200℃，保持1 min，再以15℃／min 速率升溫至270℃，保持5 min；載氣：高純氮氣，流量為1.0 mL／min；尾吹氣流量：40 mL／min；進樣方式：不分流進樣；進樣體積：1 μL。

1.2.2 色譜系統二

色譜柱：CD–1 型（60 m ×0.32 mm，1.0 μm，德國CNW 科技公司）；進樣口溫度：250℃；檢測器溫度：300℃；程序升溫：60℃保持1 min，以10℃／min 速率升溫至200℃，保持1 min，再以10℃／min 速率升溫至230℃，保持1 min，最后以15℃／min 速率升溫至270℃，保持3.4 min；載氣：高純氮氣，流量為1.2 mL／min；尾吹氣流量：30 mL／min；進樣方式：不分流進樣；進樣體積：1 μL。

1.3 樣品采集與保存

按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL 219–2013）采集水樣［14］，取1 L 樣品于事先清洗干凈的棕色玻璃瓶中，密封，于0～4℃避光冷藏保存，7 d 內完成萃取，萃取液于40 d 內分析完畢。

1.4 樣品前處理

向預先用丙酮潤洗的500 mL 分液漏斗中加入20 g 氯化鈉，加入200 mL 水樣，定量加入10 mL 甲苯，搖蕩萃取5 min，靜置15 min，待兩相分層，將有機相從上層轉移至錐形瓶中，加入無水硫酸鈉除水，然后取0.5 mL 樣品于1 mL 樣品瓶中，依次加入100 μL 1.00 mg／L 的1-溴-2-硝基苯溶液（作為內標）、0.4 mL 甲苯，混勻，上機測定。

2 結果與討論

2.1 色譜條件選擇

影響目標物色譜分離及響應的主要因素包括進樣口溫度、色譜柱升溫程序、色譜柱流量、分流比等儀器參數，參照HJ 648–2013 色譜條件［4］，分別選擇CD–1 型色譜柱和DB–1701P 型色譜柱分離分析15 種硝基苯類化合物，色譜圖分別如圖1（a）（b）所示。由圖1（a）可知，在1.2.1 色譜條件下，DB–1701P 型色譜柱不能有效分離對硝基甲苯和間硝基氯苯；圖1（b）表明利用CD–1 型色譜柱（色譜柱升溫速率由標準的15℃／min 降至10℃／min），可實現對硝基甲苯、間硝基氯苯、對硝基氯苯、鄰硝基氯苯等的有效分離，待其出峰后，升溫速率恢復至15℃／min，進行之后組分的分離，以節(jié)省分析時間。優(yōu)化后的色譜條件見1.2.2，15 種硝基苯分離效果良好。因此在后續(xù)研究中選用CD–1 柱作為定量分析用色譜柱，DB–1701P 柱作為輔助定性使用。

圖1 15 種硝基苯類化合物色譜分離圖

2.2 萃取溶劑選擇

HJ 648–2013［4］推薦15 種硝基苯類化合物液–液萃取溶劑為10 mL 甲苯?？紤]到甲苯的毒性，戴寶成等［13］研究采用正己烷代替甲苯并成功實現水中硝基苯的液–液萃取檢測。然而李利榮等［12］研究發(fā)現，與正己烷、正己烷–乙酸乙酯（3+1）、環(huán)己烷、二氯甲烷等相比，甲苯更適宜于用作15 種硝基苯類化合物的液–液萃取劑，它不僅萃取效率高，而且溶劑空白干擾小。結合該研究及HJ 648–2013，選擇10 mL 甲苯作為萃取溶劑。

2.3 校準曲線擬合

利用氣相色譜法測定15 種硝基苯類化合物，校準曲線擬合和測量重復性是其不確定度的主要來源，其中前者對不確定度貢獻最大［7］。如表1 所示，用外標法定量時，15 種硝基苯標準曲線線性相關系數為0.997 7～0.999 0，均滿足不小于0.995 的要求，但是線性方程截距較大，測量準確度偏低。而采用內標法定量，標準曲線相關系數均大于0.999，且線性方程截距較小，測量準確度得以提高。

表1 15 種硝基苯類化合物校準曲線線性范圍、線性方程及相關系數

此外，依據王飛等［7］的方法分別考察了外標法和內標法進行校準曲線擬合測定15 種硝基苯引入的不確定度，結果列于表2。

表2 校準曲線擬合引入的相對標準不確定度

由表2 可知，經內標法擬合后，校準曲線不確定度減小，其中3，4-二硝基甲苯測量不確定度降幅最大，僅為原來的21.1%，提高了測定結果的準確度。

2.4 測量重復性

配制20 份相同濃度的標準溶液，分別用外標法和內標法測定，按照式(1)計算每次測定值的相對偏差：

式中：ci——標準溶液第i次測定值；

cs——標準溶液的理論濃度。

20 份硝基苯、鄰硝基甲苯、鄰硝基氯苯、對-二硝基苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯混合標準溶液的測定結果的相對偏差列于表3。

由表3 可知，利用外標法定量時，硝基苯、鄰硝基甲苯、鄰硝基氯苯、對-二硝基苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯的相對偏差分別為0.35%～25.2%，1.49%～27.0%，0.47%～27.0%，1.92%～31.7%，1.78%～28.7% 和6.35%～49.9%；而利用內標法定量時，硝基苯、鄰硝基甲苯、鄰硝基氯苯、對–二硝基苯、2，6-二硝基甲苯和2，4，6-三硝基甲苯的相對偏差則分別為–5.01%～1.65%， –2.54%～1.64%，–1.93%～–0.06%，–0.29%～2.94%， –1.19%～2.04%和2.33%～18.3%，相對偏差變動大幅減小，測定結果的精密度明顯提高。

表3 重復性試驗測定結果的相對偏差 %

2.5 檢出限及定量下限

根據HJ 168–2010 的規(guī)定［15］，連續(xù)測定7 個低濃度標準溶液，利用測定值的標準偏差計算方法檢出限，利用4 倍檢出限換算得到定量下限，結果列于表4。由表4 可知，15 種硝基苯類化合物的檢出限為0.007～0.17 μg／L，定量下限為0.028～0.68 μg／L，均優(yōu)于標準HJ 648–2013。

表4 方法檢出限及定量下限 μg／L

2.6 加標回收與精密度試驗

在不含硝基苯類化合物的自然水體（取自漢江武漢段）中添加低、中和高3 個濃度水平的目標物，平行測定6 次，以相對標準偏差和加標回收率分別表征方法的精密度和準確度，結果列于表5。由表5 可知，15 種硝基苯類化合物加標回收率為77.5%～110%，相對標準偏差為0.66%～9.41%(n=6)，精密度和準確度能夠滿足實際樣品測定需求。

表5 加標回收試驗結果(n=6)

3 結語

建立了雙柱定性內標校正測定水體中15 種硝基苯類化合物的氣相色譜檢測方法。采用內標校正后，減小了因校準曲線擬合和測量重復性引入的不確定度，方法精密度及準確度均優(yōu)于標準方法，可用于自然水體如地表水、地下水中硝基苯類化合物的檢測分析。