氣相-動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜/質(zhì)譜法間接測(cè)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(hù)研究所，廣東 汕頭 515041；2.汕頭市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)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(dǎo)致皮膚、眼睛和呼吸道疾病的發(fā)生，長(zhǎng)期接觸還會(huì)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?xí)p傷肝和腎等[2]。我國(guó)已把苦味酸列為集中式生活飲用水地表水源地特定項(xiàng)目之一，其標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5mg/L[3]。已報(bào)道苦味酸測(cè)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(xué)法[13]、電導(dǎo)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(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不確定性大，且不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析。

我國(guó)目前用于地表水和飲用水源水中苦味酸測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法[16]為衍生物-液液萃取-氣相色譜法，即通過測(cè)定苦味酸與次氯酸鈉的反應(yīng)產(chǎn)物-氯化苦（即硝基三氯甲烷），來間接測(cè)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(yù)處理，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[16]和一些文獻(xiàn)[1，15]用苯或正己烷等有機(jī)溶劑作為氯化苦的萃取溶劑，這些試劑的使用會(huì)污染環(huán)境，對(duì)分析人員的健康很不利。

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

1 實(shí)驗(yàn)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(xì)管色譜柱（美國(guó)Agilent公司）；HS9000型靜態(tài)/動(dòng)態(tài)一體頂空自動(dòng)進(jìn)樣器（美國(guó)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(dòng)態(tài)頂空進(jìn)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(shí)間10s，閥箱和傳輸線溫度分別為150℃和155℃，待機(jī)時(shí)吹脫氣流速為20mL/min；預(yù)捕集阱及捕集阱的待機(jī)溫度和捕集阱干吹溫度均為40℃，捕集阱干吹時(shí)間1.0min，吹脫氣和干吹氣的流速保持一致，捕集阱烘烤時(shí)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(biāo)液（美國(guó)AccuStandard公司）；活性氯含量≥7.5%的分析純次氯酸鈉（廣州化學(xué)試劑廠）；農(nóng)殘級(jí)甲醇（美國(guó)Supelco公司）；分析純NaCl（廣州化學(xué)試劑廠）；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.3 實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)備好的樣品放入HS9000型靜態(tài)/動(dòng)態(tài)一體頂空自動(dòng)進(jìn)樣器的樣品盤，按設(shè)定的程序進(jìn)行氣相-動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣，并用氣相色譜/質(zhì)譜法進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)溶液和次氯酸鈉溶液后，反應(yīng)產(chǎn)物氯化苦用氣相-動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜/質(zhì)譜法測(cè)得的色譜圖見圖1；利用NIST147標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)各色譜峰進(jìn)行檢索并定性，圖1中第7號(hào)峰的質(zhì)譜圖見圖2，NIST147標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)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(shí)，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(jī)物的出峰時(shí)間[21]與氯化苦不同，從而排除它們對(duì)氯化苦的定性及定量干擾，最后確定氯化苦的保留時(shí)間為8.310 min。氯化苦的監(jiān)測(cè)離子為m/z 117，119，82 和 61，其中 m/z117 為定量離子。

2.2 氣相-動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣條件優(yōu)化

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

2.2.1 水樣與次氯酸鈉體積比例的選擇

有報(bào)道[15]認(rèn)為，水樣與次氯酸鈉的體積比例介于 10∶1～5∶1 時(shí)，氯化苦的產(chǎn)率較高，且反應(yīng)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(xiàn)報(bào)道[1，15-16]的 5∶1 接近。

圖1 苦味酸與次氯酸鈉的反應(yīng)產(chǎn)物-氯化苦的色譜圖

圖2 苦味酸與次氯酸鈉的反應(yīng)產(chǎn)物-氯化苦的質(zhì)譜圖

圖3 NIST147標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)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(yīng)溫度有利于苦味酸與次氯酸鈉反應(yīng)的進(jìn)行，過高的反應(yīng)溫度會(huì)降低次氯酸鈉的氧化性，從而影響反應(yīng)的進(jìn)行[15]，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法[16]則使用室溫條件。另研究表明，當(dāng)次氯酸鈉溶液加熱至50℃并保持30min時(shí)，其有效氯的下降程度與不加熱對(duì)照組的結(jié)果并無顯著差異[23]；同時(shí)，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(duì)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(jìn)入分析儀器，會(huì)影響捕集阱的吸附性能，且會(huì)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(shí)間的選擇

用衍生物-液液萃取法測(cè)定苦味酸時(shí)，苦味酸與次氯酸鈉的充分反應(yīng)需一定時(shí)間，文獻(xiàn)[1，15-16]選擇30～50min的反應(yīng)時(shí)間。頂空法用于分析樣品時(shí)，需適當(dāng)提高平衡時(shí)間，以獲得較穩(wěn)定的目標(biāo)物在樣品液相與氣相間的動(dòng)態(tài)平衡，使得目標(biāo)物在氣相空間的濃度達(dá)到最大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)平衡溫度為50℃時(shí)，平衡時(shí)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(yàn)選擇平衡時(shí)間為30min。

2.2.4 樣品鹽度的選擇

在頂空進(jìn)樣方法中，適當(dāng)增加樣品的鹽度可提高目標(biāo)物在氣相空間的濃度[21]。同時(shí)，NaCl的加入對(duì)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(shí)效果最好。

2.2.5 吹脫氣流量及吹脫時(shí)間的選擇

當(dāng)吹脫氣流量為40mL/min時(shí)，在2～20min的吹脫捕集時(shí)間下，氯化苦的吹脫捕集效率隨吹脫捕集時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。當(dāng)吹脫捕集時(shí)間為2min時(shí)，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(shí)間分別定為60mL/min和2min。

2.2.6 解析溫度及解析時(shí)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(shí)間（3min和5min）對(duì)目標(biāo)物響應(yīng)值并無明顯影響；在270℃的烘烤溫度下，5 min的烘烤時(shí)間可使捕集阱吸附的目標(biāo)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(biāo)物殘留，解析溫度、解析時(shí)間、烘烤溫度和烘烤時(shí)間分別選擇260℃、5min、270℃和 5min。

2.3 線性范圍、精密度和檢出限

標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度點(diǎn)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(cè)定 7個(gè)濃度為 1.00μg/L的純水加標(biāo)水樣，測(cè)得值分別為 1.18，0.96，1.08，0.92，0.88，0.85，1.10μg/L，統(tǒng)計(jì)測(cè)得值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 s為 0.125 μg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為12.5%。以標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[16]0.001mg/L的最低檢出限，遠(yuǎn)低于集中式生活飲用水地表水源地苦味酸標(biāo)準(zhǔn)限值（0.5 mg/L）[10]。對(duì)7 個(gè)濃度分別為 2.50 μg/L 和 10.0 μg/L 的獨(dú)立純水加標(biāo)水樣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)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(shí)際樣品測(cè)定

用氣相-動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜/質(zhì)譜法（D-HSGC/MS）對(duì)廣東省潮州市庵埠斷面水樣和汕頭市秋風(fēng)水庫(kù)取水口斷面水樣所含苦味酸進(jìn)行間接測(cè)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(dāng)實(shí)際樣品加標(biāo)量為2.50，5.00和10.0 μg·L-1時(shí)，加標(biāo)回收率介于 102%～131%，對(duì)應(yīng)的 RSD 介于 3.5%～16.6%，如表 1所示。

表1 飲用水源水實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果（n=3）1）

2.5 注意事項(xiàng)

苦味酸和次氯酸鈉的反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏大[15]，因此，同一批次的上機(jī)樣品不宜太多，否則影響方法的準(zhǔn)確性和精密性。捕集阱的吸附性能會(huì)隨樣品測(cè)定數(shù)量的增加而明顯下降，上機(jī)測(cè)試的樣品較多時(shí)，應(yīng)間隔幾個(gè)樣品老化一次捕集阱，每天至少進(jìn)行一次長(zhǎng)時(shí)間的捕集阱老化。次氯酸鈉的有效氯含量對(duì)氯化苦的形成有影響，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和測(cè)定樣品時(shí)，應(yīng)盡量用同一瓶次氯酸鈉溶液。

3 結(jié)束語

氣相-動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)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(cè)分析，具有不需有毒的有機(jī)萃取溶劑、減少人為參與、釋放勞動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)，方法檢出限（0.00040mg/L）優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)》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(cè)定，適合推廣使用。

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